Зависимость поверхностного натяжения от природы жидкости

Зависимость поверхностного натяжения от природы и от концентрации растворенного вещества (ПАВ, ПИВ и ПНВ). Ориентация молекул ПАВ в поверхностном слое. Правило Дюкло-Траубе.

Растворѐнные вещества в зависимости от природы могут по-разному влиять на поверхностное натяжение жидкостей. Способность растворѐнных веществ изменять поверхностное натяжение растворителя называется поверхностной активностью. Все вещества по способности изменять поверхностное натяжение растворителя делятся на три группы.

1. Вещества, понижающие поверхностное натяжение, называются поверхностно-активными вещества (ПАВ). По отношению к водным растворам поверхностно-активными веществами являются спирты, жирные кислоты и их соли (мыла), сложные эфиры, амины, белки и некоторые другие вещества, имеющие дифильное строение. В молекулах таких веществ различают неполярную (гидрофобную) часть – углеводородный радикал («хвост») и полярную (гидрофильную) часть. Молекулу ПАВ принято изображать следующей схемой:

Прямая линия символизирует неполярную часть — углеводородный радикал («хвост»), а кружок – полярную группу. Чтобы вещество обладало способностью понижать поверхностное натяжение растворителя, необходимо, чтобы в составе молекулы имелись полярные группы: -ОН, -NH2, -COOH, -SO3 др. Поверхностно-активными по отношению к воде являются вещества менее полярные, чем вода (так, дипольный момент воды равен 1,84 Д, а у этанола – 1,70 Д). Такие вещества взаимодействуют с водой намного слабее, чем молекулы воды друг с другом. Поэтому, попадая на поверхность, они уменьшают поверхностное натяжение.

ПАВ, как и все вещества в зависимости от способности к электролитической диссоциации, делят на электролиты (ионогенные ПАВ) и неэлектролиты (неионогенные ПАВ). Ионогенные ПАВ подразделяют на катионные, анионные и амфотерные

2. Вещества, повышающие поверхностное натяжение, называются поверхностно-инактивными (ПИВ). К этим веществам относятся сильные электролиты: соли, кислоты, щѐлочи. Ионы этих веществ, образующиеся в результате электролитической диссоциации, взаимодействуют с молекулами воды сильнее, чем молекулы воды 4 между собой. Поэтому значительная часть ионов увлекается молекулами воды внутрь объѐма раствора. Однако некоторые немногие оставшиеся на поверхности создают вблизи поверхности силовое поле, тем самым повышают поверхностное натяжение.

3. Имеются вещества, которые не меняют поверхностное натяжение растворителя. Эти вещества называют поверхностно-неактивными. Молекулы таких веществ в своѐм составе имеют большое число полярных функциональных групп (например, сахароза).

(((на сайте есть рисунок и подробное описание по данному вопросу — Лекция 6.Физико-химия поверхностных явлений)))

ОРИЕНТАЦИЯ МОЛЕКУЛ ПАВ В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ

В 1915 г Ленгмюр ввел понятие об ориентации молекул ПАВ в поверхностном слое

Исходя из строения молекул ПАВ, Ленгмюр сформулировал принцип независимости поверхностного действия, заключающийся в том, что при адсорбции полярная группа молекулы, обладающая большим сродством к полярной фазе, втягивается в воду, в то время как неполярный радикал выталкивается в неполярную фазу. Происходящее при этом уменьшение свободной поверхностной энергии ограничивает размеры поверхностного слоя толщиной в одну молекулу. Образуется мономолекулярный слой. При малых концентрациях ПАВ углеводородные радикалы «лежат» на поверхности полярной жидкости, а полярные группировки погружены в неѐ. Затем по мере роста концентрации ПАВ, они (неполярные радикалы) начинают подниматься. В насыщенном адсорбционном слое поверхность воды оказывается сплошь покрытой «частоколом Ленгмюра» из вертикально ориентированных молекул ПАВ. Значение поверхностного натяжения в этом случае приближается к значению, характерному для чистого ПАВ на границе с воздухом

Правило Дюкло-Таубе: Поверхностная активность веществ одного и того же гомологического ряда возрастает в 3- 3.5 раза при увеличении углеводородной цепи на одну метиленовую группу (- СН2 -)

Адсорбция, основные термины (адсорбент, адсорбтив, адсорбат, десорбция). Химическая и физическая адсорбция. (((АДСОРБЦИЯ НА НЕПОДВИЖНОЙ ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ФАЗ (НА ПОВЕРХНОСТИ ТВЁРДОГО ВЕЩЕСТВА)))

Адсорбцией называется изменение концентрации растворѐнного вещества в поверхностном слое раствора (или вообще на границе раздела фаз).

Адсорбентом называется твердое вещество на поверхности которого накапливается другое вещество.

Адсорбтивом называется поглощаемое вещество

Адсорбатом называется уже адсорбированное вещество

Десорбция – удаление адсорбированного вещества с поверхности адсорбента. Этот процесс является обратным адсорбции.

Физическая адсорбция обусловлена межмолекулярным взаимодействием за счѐт сил Ван-дер-Ваальса (ориентационных, индукционных и дисперсионных) или водородной связью. Поэтому для этого вида адсорбции характерны: обратимость, неспецефичность, экзотермичность (замедляется с ростом температуры. Адсорбция вещества активированным углем.

Химическая адсорбция осуществляется при взаимодействии адсорбента с адсорбатом с образованием химической связи. Хемсорбция практически необратима, специфична и локализована. Повышение температуры усиливает химическую адсорбцию.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Источник

401)Особенности строения поверхностною слоя фазы.

404) Зависимость поверхностного натяжения от природы веществ, температуры и давления.

Поверхностное натяжение жидкостей уменьшается с ростом температуры и вблизи критической температуры становится равным нулю. С увеличением давления поверхностное натяжение на границе жидкость-газ уменьшается, т к возрастает концентрация молекул в газовой фазе и сила уменьшается. Растворенные в-ва могут повышать, понижать и практически влиять на практическое натяжение жидкостей. Поверхностное натяжение на границе жид-жид зависит от природы соприк фаз. Оно тем больше, чем меньше силы молекулярного взаимодействия между разнородными молекулами.

405)Способы измерения поверхностного натяжения жидкости.

• Метод подсчета числа капель определенного объема исследуемой жидкости, вытекающей из капилляра (сталагмометрический)
• Метод определения давления, которое необходимо для отрыва пузырька воздуха от капилляра, погруженного в жидкость (метод Ребиндера)
• Метод измерения высоты поднятия жидкости в капилляре, стенки которого хорошо ею смачиваются

• Обладают меньшим поверхностным натяжением, чем жидкости
• Резко изменяют поверхностные свойства жидкости

• Строение: Дифильное – разные участки молекулы характеризуются различным отношением к растворителю

• Ионогенные анионактивные – мыла, сульфокислоты и их соли, карбоновые кислоты
• Ионогенные катионактивные – органические азотсодержащие основания и их соли

• В качестве антисептиков в хирургии – влияют на проницаемость мембран и на ферментативную активность микробов
• В качестве моющих средств в быту
• Получение эмульсий масла в воде, пеногасителей

• Сорбент – вещество, которое поглощает другое
• Сорбтив – поглощаемое вещество
• Адсорбция – процесс поглощения вещества поверхностью сорбента
• Абсорбция – процесс поглощения вещества всем объемом сорбента

• Химическая – кроме сил межмолекулярного притяжения имеет место образование химических связей между сорбтивом и сорбентом. Теплота: 40-400 кДж/моль

• Смачивание поверхности
• Величина удельной поверхности
• Температура
• Концентрация и давление пара или газа

• II –скорость адсорбции уменьшается, зависимость теряет прямопропорциональный характер
• III – скорость адсорбции не увеличивается, величина адсорбции максимальна(график).
• Г = К_Ф · С n
• К_Ф – константа Фрейндлиха
• С – концентрация растворенного вещества или давление газа
• n – константа, характерная для определенного процесса (0,1≤ n ≤0,6)

Источник

Ответы на вопросы

1. Что такое поверхностное натяжение и в каких единицах оно измеряется? Каковы причины его возникновения?

Поверхностное натяжение — термодинамическая характеристика поверх-ности раздела двух находящихся в равновесии фаз, определяемая работой обратимого изотермокинетического образования единицы площади этой поверхности раздела при условии, что температура, объём системы и химические потенциалы всех компонентов в обеих фазах остаются постоянными.

Поверхностное натяжение имеет двойной физический смысл — энергетический (термодинамический) и силовой (механический). Энергетическое (термодинамическое) определение: поверхностное натяжение — это удельная работа увеличения поверхности при её растяжении при условии постоянства температуры. Силовое (механическое) определение: поверхностное натяжение — это сила, действующая на единицу длины линии, которая ограничивает поверхность жидкости.

Сила поверхностного натяжения направлена по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно к участку контура, на который она действует и пропорциональна длине этого участка. Коэффициент пропорциональности — сила, приходящаяся на единицу длины контура — называется коэффициентом поверхностного натяжения. Он измеряется в ньютонах на метр. Но более правильно дать определение поверхностному натяжению, как энергии (Дж) на разрыв единицы поверхности (м²). В этом случае появляется ясный физический смысл понятия поверхностного натяжения.

2. Как зависит поверхностное натяжение от природы вещества образующего поверхность?

Поверхностное натяжение зависит от природы жидкости, т.е. от сил притяжения между молекулами данной жидкости и от температуры (с увеличением температуры поверхностное натяжение уменьшается).

3. Как и почему зависит поверхностное натяжение от температуры? Что называется критической температурой кипения?

С увеличением температуры величина поверхностного натяжения уменьшается и равна нулю при критической температуре. Наиболее известная эмпирическая зависимость поверхностного натяжения от температуры была предложена Лорандом Этвёшом, так называемое правило Этвёша(англ. Eötvös rule). В настоящее время получен вывод теоретической зависимости поверхностного натяжения от температуры в области до критических температур, подтверждающей правило Этвёша

4. Какие методы используются для определения поверхностного натяжения жидкостей и твердых тел? На чем основано измерение поверхностного натяжения жидкостей методом наибольшего давления пузырька воздуха?

Способы определения поверхностного натяжения делятся на статические и динамические. В статических методах поверхностное натяжение определяется у сформировавшейся поверхности, находящейся в равновесии. Динамические методы связаны с разрушением поверхностного слоя. В случае измерения поверхностного натяжения растворов (особенно полимеров или ПАВ) следует пользоваться статическими методами. В ряде случаев равновесие на поверхности может наступать в течение нескольких часов (например, в случае концентрированных растворов полимеров с высокой вязкостью). Динамические методы могут быть применены для определения равновесного поверхностного натяжения и динамического поверхностного натяжения. Например, для раствора мыла после перемешивания поверхностное натяжение 58 мДж/м², а после отстаивания — 35 мДж/м² . То есть поверхностное натяжение меняется. До установления равновесного оно будет динамическое.

1. Метод поднятия в капилляре
2. Метод Вильгельми
3. Метод лежачей капли
4. Метод определения по форме висячей капли.
5. Метод вращающейся капли

1. Метод дю Нуи (метод отрыва кольца).
2. Сталагмометрический, или метод счета капель.
3. Метод максимального давления пузырька.
4. Метод осциллирующей струи
5. Метод стоячих волн
6. Метод бегущих волн

Источник