Свойства коллоидных ПАВ. Определение критической

Концентрации мицеллообразования (ККМ)

Цель работы: определение критической концентрации мицеллообразования ионогенного коллоидного ПАВ кондуктометрическим методом.

Приборы и реактивы: кондуктометр c кондуктометрической ячейкой, стакан вместимостью 100 см³, мерные колбы вместимостью 100 см³, пипетки на 10 см³, раствор ионогенного
ПАВ – олеата натрия концентрацией 0,5 моль/дм³.

Порядок выполнения работы

Рис. 1. Зависимость омического сопротивления раствора от концентрации коллоидных ПАВ

Использование кондуктометрического метода для определения критической концентрации мицеллообразования (ККМ) основано на резком изменении омического сопротивления водного раствора ионогенного ПАВ при переходе гомогенного раствора в гетерогенную систему в связи с образованием второй фазы, состоящей из мицелл. В результате на кривой зависимости электрического сопротивления раствора от его концентрации появляется излом (рис. 1).

Рис. 2. Схема электрохимической ячейки: 1 – стакан; 2 – ячейка термостатирующая; 3 –электроды

Омическое сопротивление ячейки измеряют кондуктометром с электрохимической ячейкой (рис. 2), состоящей из стакана 1 с рубашкой для термостатирования 2 и двух платиновых электродов 3.

Для выполнения работы необходимо:

– приготовить раствор нескольких концентраций ПАВ разведением исходного раствора (значения концентраций указывает преподаватель);

– измерить омическое сопротивление каждого из них. С этой целью налить исследуемый раствор так, чтобы электроды были погружены в жидкость, и измерить электрическое сопротивление. Полученные результаты внести в таблицу;

Таблица

С, моль/м3
R, Ом

– построить кривую зависимости электрического сопротивления ячейки R от концентрации ПАВ, по значению координат точки излома определить ККМ.

Контрольные вопросы и задания

1. Какие вещества относят к коллоидным ПАВ? Каковы их основные свойства?

2. Схематически изобразить строение мицеллы из коллоидных ПАВ в полярном и неполярном растворителе.

3. В чем заключается явление солюбилизации?

4. Что называют критической концентрацией мицеллообразования? От каких факторов зависит ее величина? Как можно определить ККМ?

5. Привести примеры практического использования коллоидных ПАВ.

 

Лабораторная работа № 5

Определение межфазного натяжения

На границе двух жидкостей

Цель работы: овладение сталагмометрическим методом определения поверхностного натяжения растворов и межфазного натяжения на границе двух несмешивающихся жидкостей.

Приборы и реактивы: сталагмометр, химический стакан на 100 см³, мерная колба, мерная пипетка, термометр, толуол (С₆Н₅СН₃), тетрахлорметан (CCl₄), насыщенные растворы CCl₄ в воде и воды в CCl₄.

Порядок выполнения работы

В работе используется сталагмометрический метод. Сталагмометр представляет собой стеклянную трубку (рисунок) с расширением в средней части, переходящую в нижней части в капилляр. Расширенная часть трубки ограничена двумя метками. Верхняя часть трубки снабжена зажимом.

Для измерения поверхностного натяжения жидкости на границе с воздухом необходимо выполнить следующие операции:

Рисунок. Схема сталагмометра

– заполнить сталагмометр исследуемой жидкостью выше верхней метки, используя грушу;

– отрегулировать зажимом частоту образования капель (1 – 3 капли в минуту);

– определить число капель n при истечении жидкости от верхней метки до нижней.

Перед заполнением сталагмометр должен быть промыт и высушен.

Задание 1. Определение постоянной прибора.

Для установления константы прибора, определяемой соотношением

,

заполнить сталагмометр стандартной жидкостью, измерить ее температуру и число капель, истекающих в воздух. Определить плотность ρ _ст и поверхностное натяжение σ _ст стандартной жидкости (табл. 1). В качестве стандартной жидкости использовать дистиллированную воду.

Таблица 1

Температура t, ºС
Поверхностное натяжение σ ·103, Дж/м2	74,22	72,75	71,15	69,55
Плотность ρ ·103, кг/м3	1,000	0,998	0,996	0,992

Задание 2. Определение поверхностного натяжения исследуемой жидкости.

Сталагмометр заполнить изучаемой жидкостью (тетрахлорметан) и измерить число капель n при истечении ее в воздух. Поверхностное натяжение вычислить по формуле

,

в которой ρ – плотность тетрахлорметана (табл. 2)

Таблица 2

Температура t, ºС
Поверхностное натяжение σ ·103, Дж/м2	28,05	25,68	25,54	24,41
Плотность ρ ·103, кг/м3	1,613	1,594	1,575	1,556

Полученные результаты внести в табл. 3

Таблица 3

Стандартная жидкость	Исследуемая жидкость
ρ ст, кг/м3	σ ст, Дж/м2	n ст	ρ, кг/м3	σ, Дж/м2	n

Задание 3. Определение межфазового натяжения двух несмешивающихся жидкостей.

Заполнить прибор исследуемой жидкостью (тетрахлорметаном), опустить капилляр сталагмометра в стакан с водой и измерить число вытекающих капель n. Межфазные натяжения на границе раздела тетрахлорметан – вода вычислить по формуле

,

где ρ ₁, ρ ₂ – плотность жидкости, заполняющей сталагмометр и жидкости в химическом стакане (табл. 1 и 2).

Задание 4. Проверить правило Антонова, позволяющее определить межфазное натяжение на границе раздела воды и соответствующей жидкости

,

используя значения поверхностного натяжения воды, насыщенной органической жидкостью и органической жидкости, насыщенной водой , приведенных в табл. 4.

Таблица 4

Жидкость	Температура, ºС	Поверхностное натяжение на границе	Отклонение от экспериментальных результатов, %
с воздухом	жидкость – вода
водный слой	органическая жидкость	эксперимент	расчет
Бензол		63,2	28,8	34,4
Анилин		46,4	42,2	4,8
Хлороформ (трихлорметан)		59,8	26,4	33,8
Четыреххлористый углерод (тетрахлорметан)		70,2	26,7	43,8
Амиловый спирт		26,3	21,5	4,8
Крезол		37,8	34,3	3,9

Контрольные вопросы и задания

1. Дать определение понятиям «поверхностное натяжение» и «межфазное натяжение».

2. Какова связь между межфазным натяжением и поверхностным натяжением контактирующих жидкостей?

3. Как должны соотноситься полярности жидкостей, чтобы они а) полностью смешивались; б) полностью не смешивались;
в) ограниченно смешивались?

4. Как формулируется правило Антонова?

5. Проверить применимость правила Антонова.

6. Какие методы применяются для измерения межфазного натяжения?

Лабораторная работа № 6