Изучение гидрофильности ВМС

Природного происхождения

Цель работы: овладение экспериментальным методом определения теплоты набухания и гидрофильности ВМС природного происхождения.

Реактивы и материалы: хлористый калий KCl, дистиллированная вода; желатин, крахмал, казеин, крупы и др.

Порядок выполнения работы

Для определения теплоты набухания образца ВМС используют калориметр (рис. 1), состоящий из ячейки 1 с теплоизоляционной оболочкой 2 и крышкой 3 с отверстиями для датчика температуры 4 и введения образца 5 с помощью шприца 6. Термодатчик подключен к контролирующему устройству 7, на экране которого фиксируются значения температуры. Ячейка снабжена магнитной мешалкой для равномерного распределения температуры по объему жидкости.

Калориметрические измерения заключаются в установлении зависимости температуры Т в ячейке от продолжительности процесса τ (температурный ход). Эксперимент состоит из двух этапов. В задачу первого входит определение теплового значения калориметра (постоянной прибора) измерением температурной зависимости Т = f (τ) при растворении навески стандартного вещества KCl. Задача второго состоит в определении теплоты, выделяющейся в процессе набухания навески образца, измерением зависимости Т = f (τ).

Рис. 1. Схема калориметра: 1 – ячейка; 2 – термостатирующая оболочка; 3 – крышка; 4 – термодатчик; 5 – навеска вещества; 6 – шприц; 7 – контроллер; 8 – магнитная мешалка

7

6

1

5

3

4

8

2

Для проведения измерений подготовить калориметр к работе. В ячейку налить 80 см³ дистиллированной воды, поместить ее в термостатирующую оболочку и закрыть крышку. Включить магнитную мешалку. Навеску вещества поместить в шприц и ввести его в ячейку через отверстие в крышке. Включить термодатчик. Показания термодатчика фиксировать в течение всего опыта через каждые 5 секунд. После установления стационарного режима из шприца ввести в жидкость навеску вещества. Снимать значения температуры до установления стационарного режима.

Выключить магнитную мешалку, термодатчик, удалить из ячейки содержимое, промыть.

Для выполнения первого этапа использовать навеску хлорида калия, второго – навеску исследуемого образца. Результаты внести в табл. 1 и 2.

Таблица 1

Исследуемое вещество –______;

масса вещества m = ______ г;

Продолжительность опыта, с
Показания прибора

Таблица 2

Исследуемое вещество –______;

масса вещества m = ______ г;

Продолжительность опыта, с
Показания прибора

Обработка экспериментальных данных

1. Построить кривые Т = f (τ) (температурный ход) процессов растворения KCl и набухания образца.

2. В первом и втором случаях выделить предварительный, главный и заключительный периоды.

3. Определить изменение температуры Δ Т₁ при растворении стандартного вещества и Δ Т₂ при набухании образца, используя полученный экспериментально температурный ход процессов растворения KCl и набухания образца.

Т

m

l

k

F

E

c

b

D

C

B

А

τ

Рис. 2. Температурный ход калориметрического опыта

Для этого точки В и С (крайние точки, лежащие на прямых AB и ED, до и после перегиба) спроецировать на ось температур и найти середину отрезка bc (точка k), через которую провести горизонтальную линию kl. Через точку m провести вертикальную линию до пересечения с прямыми AB и CD в точках E и F. Длина отрезка EF равна изменению температуры Δ Т в ходе процесса.

Описанная методика графического определения Δ Т необходима для исключения влияния теплообмена с внешней средой.

4. Вычислить тепловое значение (полную теплоемкость) калориметра по формуле

,

причем теплоту растворения рассчитать по формуле

,

где n – число моль растворившегося хлорида калия

;

– мольная теплота растворения KCl [1], Дж/моль;

– масса навески KCl, г;

– молярная масса KCl, г/моль.

5. Вычислить теплоту набухания образца

.

6. Рассчитать удельную теплоту набухания q, Дж/г

,

где m – масса образца, г.

7. Вычислить гидрофильность x образца ВМС, то есть массу воды, удерживаемой 1 г вещества, учитывая, что энергия перехода воды из свободного состояния в связанное составляет
334 Дж/г [2]. Расчет выполнить по формуле

.

Контрольные вопросы и задания

1. Какие стадии включает процесс набухания?

2. Что такое гидрофильность ВМС?

3. Описать методику количественного определения связанной воды, основанную на анализе температурного хода процесса?

4. Из каких периодов состоит температурный ход калориметрического измерения? Охарактеризовать каждый из этапов.

5. Что такое тепловое значение калориметра и как его определить?

6. Описать устройство калориметра и указать назначение его основных узлов.

 

Лабораторная работа № 4