Методическое пособие к лабораторным работам по физической и коллоидной химии для студентов биологических факультетов

Вид материала

Методическое пособие

Содержание Вопросы для самоподготовки ЗАДАНИЕ 1. Определение величины адсорбции поверхностно-активных веществ на жидкой поверхности методом Ребиндера. ЗАДАНИЕ 3. Определение величины адсорбции поверхностно-активных веществ на жидкой поверхности методом поднятия жидкости в капилл Определение поверхностного натяжения и установление влияния длины цепи на поверхностное натяжение алифатических спиртов методом Методики выполнения работ Рис. 9. Установка для определения поверхностного натяжения Таблица 5.2 Данные для определения поверхностного натяжения

Подобный материал:

• Методические указания к электронным лабораторным работам по курсу физической химии, 2388.82kb.
• Учебное пособие Ставрополь 2005 удк 577. 1 (075. 8) Бкк 28. 072, 277.1kb.
• Учебное пособие Ставрополь 2005 удк 577. 1 (075. 8) Бкк 28. 072, 240.13kb.
• Настоящее учебное пособие подготовлено для студентов факультетов физической культуры., 2524.83kb.
• Календарно-тематический план лекций по физической и коллоидной химии для студентов, 67.53kb.
• Методическое пособие по лабораторным работам для студентов специальности 201400 «аудиовизуальная, 446.61kb.
• Методическое пособие по выполнению (подготовке) и защите для студентов отделений, 810.13kb.
• Учебно-методическое пособие для студентов биологических факультетов специальности 011600, 1207.48kb.
• Методические указания к лабораторным работам по биологической химии для студентов, 948.06kb.
• Учебно-методическое пособие для иностранных студентов. Волгоград 2004, 415.65kb.

Вопросы для самоподготовки

1. Понятие о поверхностной энергии и поверхностном натяжении. Методы их измерения. Способы уменьшения свободной энергии системы.
   
2. Что такое адсорбция? Виды адсорбции. Уравнения Гиббса.
   
3. Поверхностно-активные вещества (ПАВ), особенности их строения и действия; примеры применения в сельском хозяйстве.
   
4. Опишите адсорбцию на твердых адсорбентах.
   
5. Что является мерой смачивания. Приведите примеры гидрофильных и гидрофобных поверхностей, каково их значение в сельском хозяйстве.
   
6. Понятие о поверхностной энергии и поверхностном натяжении. Методы их измерения. Способы уменьшения свободной энергии системы.
   
7. Что такое адсорбция? Виды адсорбции. Уравнения Гиббса.
   
8. Поверхностно-активные вещества (ПАВ), особенности их строения и действия; примеры применения в сельском хозяйстве.
   

9. Опишите адсорбцию на твердых адсорбентах.

10 Что является мерой смачивания. Приведите примеры гидрофильных и гидрофобных поверхностей, каково их значение в сельском хозяйстве.

11 .Охарактеризуйте изотермы сорбции по Ленгмюру и Фрейндлиху, поясните БЭТ- изотерму.

12. Ионный обмен и его закономерности. Запишите уравнение ионообменного равновесия Б.П. Никольского.

13. Сущность поглотительной способности почв и ее значение для агрономической науки. Роль адсорбционных процессов в природных явлениях.


Как ранее было сказано, при изучении адсорбции веществ на жидких поверхностях наиболее удобным методом является измерение поверхностного натяжения жидкостей, так как мерой адсорбции на границе раздела жидкость – газ и жидкость-жидкость является уменьшение поверхностного натяжения с увеличением концентрации раствора.

Величину адсорбции на жидкой поверхности можно определить, измерив поверхностное натяжение, для чего существует несколько различных методов.

Важнейшими из них являются следующие: метод капиллярного поднятия, сталагмометрический метод, метод наибольшего давления пузырьков, метод отрыва кольца.

В данном практикуме предполагается определение поверхностного натяжения с последующим расчетом величины адсорбции на жидких адсорбентах методом наибольшего давления пузырьков воздуха ( метод Ребиндера ) и метод капиллярного поднятия жидкости..

Метод Ребиндера основан на измерении давления Р, необходимого для выделения воздуха из стеклянного капилляра в жидкость ( воду ) и зависит от радиуса капилляра, через который проскакивает пузырек.

В качестве стандарта используют чистые жидкости которые при постоянной температуре имеют постоянную величину поверхностного натяжения. Например, при 20^оС коэффициент поверхностного натяжения ( сигма -  ) равен: для воды 72,75; ртути – 475,00; этилового спирта – 22,0; бутилового спирта – 24,60*10 ^–3 Н/м. (см. Приложение табл. 4).


ЗАДАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ 5

ЗАДАНИЕ 1. Определение величины адсорбции поверхностно-активных веществ на жидкой поверхности методом Ребиндера.

Цель работы.

1. Освоить методику определения поверхностного натяжения жидкостей по методу Ребиндера ( ).

2. Определить поверхностное натяжение растворов бутилового спирта разных концентраций.

3. Рассчитать величину адсорбции бутилового спирта на воде и построить изотермы адсорбции и поверхностного натяжения.

4.Сделать выводы о принадлежности бутилового спирта к поверхностно-активным веществам (ПАВ).


ЗАДАНИЕ 2. Определение поверхностного натяжения и установление влияния длины цепи на поверхностное натяжение алифатических спиртов.

Цель работы

.

1. Освоить методику определения поверхностного натяжения жидкостей по методу Ребиндера ( ).

2. Определить поверхностное натяжение спиртов при постоянной температуре.

3. Изобразить графически зависимость числа атомов углерода от поверхностного натяжения.

4. Сделать вывод об экспериментальном подтверждении правила Траубе-Дюкло.

ЗАДАНИЕ 3. Определение величины адсорбции поверхностно-активных веществ на жидкой поверхности методом поднятия жидкости в капилляре.

Цель работы.

1. Освоить методику определения поверхностного натяжения по методу капиллярного поднятия жидкостей ( ).

2. Определить поверхностное натяжение растворов бутилового спирта разных концентраций.

3. Рассчитать величину адсорбции бутилового спирта на воде и построить изотермы адсорбции и поверхностного натяжения.

4.Сделать выводы о принадлежности бутилового спирта к поверхностно-активным веществам (ПАВ).

ЗАДАНИЕ 4. Определение поверхностного натяжения и установление влияния длины цепи на поверхностное натяжение алифатических спиртов методом поднятия жидкости в капилляре.

.

Цель работы

.

1. 1. Освоить методику определения поверхностного натяжения й по методу капиллярного поднятия жидкостей ( ).

2. Определить поверхностное натяжение спиртов при постоянной температуре.

3. Изобразить графически зависимость числа атомов углерода от поверхностного натяжения.

4. Сделать вывод об экспериментальном подтверждении правила Траубе-Дюкло.


ЗАДАНИЕ 5. Определение величины адсорбции уксусной ки

слоты на угле или почве.


Цель работы.

1. Освоить методику определения величины адсорбции из растворов на твердом адсорбенте ().

2. Определить величину адсорбции уксусной кислоты на угле или почве из растворов разной концентрации.

3.Построить изотермы адсорбции по Ленгмюру и Фрейндлиху, определить максимальную адсорбцию и константы адсорбции.


ЗАДАНИЕ 6. Определение обменных катионов Н⁺ в системе

почва /раствор.


Цель работы.

1. Изучить методику ионообменного метода исследования ().

2. Определить содержание обменного катиона Н⁺ в почве.

3. Обобщить полученные результаты исследования для разных почв.


ЗАДАНИЕ 7. Определение содержания ионов в пробе питьевой или технической воды в пересчете на анион ОН^- методом ионного обмена.


Цель работы.

1. Изучить методику ионообменного метода исследования ( . ).

2. Определить общее содержание анионов в воде в пересчете на ОН^-- ион с помощью анионита ЭДЭ-10П.

3.делать выводы о возможности использования проанализированной воды в питьевых или технических целях.

МЕТОДИКИ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ


Задание 1. Определение величины адсорбции поверхностно- активных веществ на жидкой поверхности методом Ребиндера

В термостат Т-прибора для определения поверхностного натяжения помещают пробирку П, заполненную испытуемой жидкостью и закрывают ее пробиркой с капилляром. Пробирка П при помощи бокового отростка соединяется с манометром М и аспиратором С. При истечении воды из аспиратора С в системе создается разряжение. Величину давления измеряют манометром М ( cм. рис. 5.9).

Рис. 9. Установка для определения поверхностного натяжения

При определении постоянной капилляра пробирку П заполняют дистиллированной водой, при этом конец капилляра должен слегка касаться поверхности жидкости (не глубже, иначе нужно вводить поправку на погружение). После установления постоянной температуры выпускают воду из аспиратора с такой скоростью, чтобы воздух проскакивал отдельными пузырьками. В момент проскакивания пузырька замечают разность высоты столбов в левом и правом коленах манометра (h_л и h_n) и записывают значения Р_о=(h_{л --} h_n ). Заменяют дистиллированную воду в пробирке на испытуемую жидкость(растворы бутилового спирта различных концентраций),затем, предварительно промыв ею пробирку и капилляр, точно так же измеряют Р_х. Результаты измерений записывают в табл. 5.2

Таблица 5.2 Данные для определения поверхностного натяжения

Исследуемая жидкость	С, кмоль/м3	Показание манометра	Р = Δh Δh = /hл -hn/	σ, Н/м
Н2О	0,000	1…1…	1…
		2…2…	2…Р0 =
		3…3…	3…
Бутиловый спирт	0,031	1…1…	1…P1 =
		2…2…
		3…3…
	0.062	…. ….	Р2 =
	0.125	…. ….	Р3 =
	0.250	………	Р4 =
	0.500	………	Р5 =
	1.000	………	Р6 =

На основании экспериментальных данных рассчитывают поверхностное натяжение исследуемой жидкости по следующей формуле:

_х = К Р_Х или _х =₀ 5.11


По данным таблицы 5.2 и 5.3, вычисляют величину адсорбцию по уравнению Гиббса (ур.5.6);

где С_Р – определяется как С_Р(1) =, С_{Р( 2)} = и тд.

Δ - рассчитывается - Δ₁ = ₁–₀, Δ₂ = ₂ – ₁ и тд

ΔС – находится ΔС₁=С₁ – С₀ , ΔС₂ =С₂ - С₁ и тд.

Результатов расчетов записывают в табл. 5.3.

Таблица 5.3

С, кмоль/м3	Ср, кмоль/м3	ΔС	Δσ	Δ/ΔС	Г, кмоль/м3
1	2	3	4	5	6
0,000
0,031
0,062
0,125
0,250
и т.д.

На основании данных табл. 5.2 и 5.3 строят изотермы адсорбции и поверхностного натяжения, откладывая по оси абсцисс значения равновесных концентраций растворов, а по оси ординат – величины адсорбции Г в кмоль/м³ и поверхностного натяжения () в Н/м.В заключении по характеру изменения делают вывод о принадлежности бутилового спирта к ПАВ. Если Δσ< 0, а Г будет (+),вещество накапливается в поверхностном слое и является поверхностно - активным (ПАВ).

Если Δσ > 0, Г будет отрицательной - вещество поверхностно - неактивно.


ЗАДАНИЕ 2. Определение поверхностного натяжения 0,1 М раствора спиртов жирного ряда С₂Н₅ОН, С₃Н₇ОН, С₅Н₁₁ОН, и т.д. проводят методом Ребиндера (см. методику задания 1).

Результаты измерений заносят в табл. 5.4.

Затем рассчитывают поверхностное натяжение спиртов по формуле (5.11) и по результатам строят график, откладывая на оси абсцисс число атомов углерода, а на оси ординат – значения .

Понятие  в разбавленных растворах может служить мерой поверхностной активности.

Найдя последовательное отношение  спиртов, необходимо показать, во сколько раз уменьшается поверхностное натяжение с удлинением углеродной цепи на группу - СН₂ -, т.е., соблюдается ли правило Траубе-Дюкло (с увеличением длины углеводородной цепи на –СН₂ –адсорбционная активность возрастает в 3-3,2 раза.


Таблица 5.4. Данные для определения поверхностного

натяжения

Исследуемая жидкость	С, кмоль/м3	Показание манометра	Р = Δh Δh = /hл -hn/	, Н/м
Н 2О	0,000	1…1…	1
		2…2…	2…Р0=
		3…3…	3…
С2Н5ОН	0,1	1…1…	Р 1= Δh1ср
		2…2…
		3…3…
С3Н7ОН	0,1	…. ….	Р2 …
С4Н9ОН	0,1	…. ….	Р3
С5Н11ОН	0,1	………	Р4
……….		………	Р5
…………		………	Р6