деп алуға болады. Мұндағы r – капиллярдың ішкі радиусы

Әдетте тамшы сталагмометрлік түтікшенің ішкі капиллярының бойымен емес, тамшының мойыншағынан үзіледі. Сондықтан беттік керілуді (σ) дәлірек анықтау үшін оның мәнін тамшының көлемі (V) мен капиллярдың радиусына тәуелді коэфициентке () көбейту керек. Тәжірибе көрсеткендей, тамшының көлемі 1000 есе артса да, коэффициенттің мәні айтарлықтай өзгермейді. Көлемінде айырмашылығы аз тамшылар үшін коэффициент бірдей болады деп алуға болады.

Үзілу сәтте F = q болғандықтан, тамшының салмағын өлшеп, сұйықтықтың беттік керілуін табуға болады

Тамшының салмағын анықтау үшін сталагмометр қолданылады. Сталагмометр дегеніміз кеңейтілген жері бар шыны түтікше (-сурет). Сталагмометрлік түтікшені белгілі көлемін (V) сұйықтыққа толтырып, А және Б белгілерінің арасындағы көлемнен ағатын сұйықтықтың тамшыларын (n) санайды. Тамшының салмағын

 

 

, (1.14)

теңдеуінен анықтайды. Мұндағы - сұйықтықтың тығыздығы; g – еркін түсу үдеуі. Тамшы үзілген сәтте

(1.15)

теңдігі орындалу керек

 

Капиллярдың радиусы (r) мен коэффициент (К) шамаларын анықтау қиын болғандықтан, беттік керілуді екі сұйықтықтың тамшылар санын салыстыру арқылы табады. Стандарттық сұйықтықтың беттік керілуі тәжірибенің температурасында белгілі (әдетте, мұндай сұйықтық ретінде су алынады). Мұндай жағдайда есептеу өрнегін алуға болады:

 

(1.16)

 

мұндағы x индексі зерттелетін сұйықтық үшін, ал ст индексі стандартты сұйықтық (су) үшін қолданылады. n деп 3-5 өлшеудің орташа шамасын алады.

Жұмыстың мақсаты: беттік-активтік заттар ерітінділерінің ауамен шекарасындағы беттік керілуінің изотермаларын алу; БАЗ молекуласының қаныққан адсорбциялық қабаттағы алатын ауданы мен молекуланың ұзындығын анықтау; БАЗ-дың ерітіндісінің көмірдегі адсорбциясын анықтау; адсорбенттің меншікті беттік ауданын есептеу.

Құралдар: Беттік керілуді өлшейтін құрылғы (Ребиндердің құрылғысы немесе сталагмометр), таразы, сиымдылығы 50 мл колбалар; воронкалар, беттік керілуді анықтауға арналған құрылғы, втаразы, колбалар, воронкалар және фильтр қағазы, 25 мл-лік пипеткалар.

Реактивтер: Активтендірілген көмір, пропил, бутил, амил спирттерінің ерітінділері.

Жұмыс барысы: жұмысты екі бөлікке бөлуге болады. Жұмыстың бірінші бөлігінде бетті-активтік заттың (БАЗ-дың) ерітінділерінің беттік керілуінің концентрацияға тәуелділігі анықталып, ерітінді – ауа шекарасындағы адсорбциясы, БАЗ молекуласының қаныққан адсорбциялық қабаттағы алатын ауданы мен молекуланың ұзындығы есептелінеді. Жұмыстың екінші бөлігінде қатты адсорбент ерітіндіге енгізіліп, ерітіндінің беттік керілуінің өзгеруі арқылы осы заттың қатты беттегі адсорбциясын анықтап, адсорбенттің меншікті беттік ауданын есептейді.

Таза колбаларда сұйылту арқылы 50 мл-ден 6 ерітінді дайындайды. Активтендірілген көмірді алдын-ала ұсақтап, массасы 1г болатын 6 үлгі алады. Оларды БАЗ ерітінділері бар (25 мл-ден), 10 мин араластырып, 1,5 сағатқа қойып қояды. Одан кейін көмір салынбаған ерітінділердің беттік керілуін жоғарыда қарастырылған екі әдістің біреуімен анықтайды. Беттік керілуді судан бастап, ерітінділердің концентрациясының артуына қарай өлшейді. Ерітінділердің беттік керілуінің изотермалары тұрғызылады, ол көмірдегі адсорбциядан кейінгі тепе-теңдікті концентрацияларын анықтау үшін калибрленген қисық рольін атқарады.

тәуелділігі бойынша, Гиббс теңдеуінен БАЗ-дың әртүрлі концентрациясында адсорбцияны (Г) есептейді. Ол үшін графиктік немесе сандық тәсілді қолдануға болады.

Графиктік тәсіл. Әртүрлі нүктелерде қисығына жанамалар жүргізіп, оларды ордината осіне дейін жалғастырады (5-сурет). Жанама жүргізілген нүктеден тағы бір түзуді абцисс осьіне параллель ордината осьімен қиылысқынша өткізеді.

Ордината осьіндегі Z кесіндісінің ұзындығы - болады. Z мәнін Гиббс теңдеуіне қойып, өрнегін аламыз. Осылай әртүрлі нүктелерге сәйкес концентрациялар үшін адсорбция шамасы Г есептелінеді.

(1.17)

 

5-сурет.

 

 

Есептелген туындыларды Гиббс теңдеуіне қойып, адсорбция мәндерін табады. Алынған Г мәндері бойынша адсорбция изотермасын тұрғызады.

Беттік-активті заттар үшін деп алуға болады. Ленгмюр теңдеуінен шекті адсорбция және К констананың мәндерін табады. Ол үшін Ленгмюр теңдеуін түзу сызыққа айналдыратын графиктік тәсілді қолданады:

 

(1.18)

 

(1.19)

(1.20)

 

табу үшін абцисс осіне концентрацияның (с) мәндерін, ал ордината осіне c/Г шамалар қойып, нүктелерді түзу сызықпен біріктіреді. Тәжірибелік мәліметтерді 1-кестеге енгізеді.

1-кесте. Сұйық-газ шекарасындағы адсорбция

№№	с0	h биіктігі, мм немесе n тамшылар саны	ж/г	Г ж/г
...

 

6-сурет.

 

α бұрышының котангенсі Г_∞ мәнін, ал ордината өсіндегі кесінді шамасын береді. Осыдан өрнекке мәнін қойып, K шамасын табуға болады. Сонымен қатар, пайдаланып, БАЗ-дың бір молекуласының қаныққан адсорбциялық қабаттағы алатын ауданы (s) мен молекуланың ұзындығын (δ) келесі формулалар арқылы анықтауға болады:

 

(1.21)

 

мұндағы N_A – Авогадро саны.

 

, (1.22)

мұндағы M – БАЗ-дың молекулалық массасы, - БАЗ-дың тығыздығы. Жұмыстың екінші бөлімінде адсорбциялық тепе-теңдік орнатылғаннан кейін (1,5-2 сағат) БАЗ ерітінділерінен көмірді сүзіп, олардың беттік керілуін анықтайды. Бірінші бөлімде алынған беттік керілудің изотермасы бойынша ерітінділердің тепе-теңдікті концентрациясын анықтайды. Әр концентрация үшін

(1.23)

 

формуласынан БАЗ-дың көмірдегі адсорбциясын есептейді. Мұндағы m – көмірдің массасы, кг; V – ерітіндінің көлемі, м³; с₀ – БАЗ-дың бастапқы концентрациялары, кмоль/м³; с – БАЗ-дың тепе-теңдікті концентрациялары, кмоль/м³. БАЗ-дың көмірдегі максималды адсорбциясын графигінен табады. Тәжірибелік мәліметтерді 2-кестеге енгізеді.

 

Бірінші бөлімде анықталаған БАЗ молекуласының қаныққан адсорбциялық қабаттағы алатын ауданын (s) пайдалана отырып, активтендірілген көмірдің меншікті беттік ауданын (м²/кг) есептейді:

 

(1.24)

 

мұндағы - активтендірілген көмірдегі БАЗ-дың максималды адсорбциясы, моль/кг; s – БАЗ молекуласының қаныққан адсорбциялық қабаттағы алатын ауданы, м²; N_A –Авогадро саны.

 

2-кесте. Қатты-сұйық шекарасындағы адсорбция

№№	h биіктігі, мм немесе n тамшылар саны	ж/т	с	A,

 

Есеп беру.

1. Беттік керілуді анықтау әдістемесін келтіру.

2. Құрылғының сұлбасын білу.

3. Барлық есептеулерді көрсету.

4. Алынған тәжірибелік мәліметтерді кестелерге енгізу.

5. ; ; ; ; графиктерін тұрғызу.

 

Бақылау сұрақтары:

 

1. Адсорбция дегеніміз не?

2. Ерітіндінің беттік керілуінің төмендеуін, адсорбция шамасын шын концентрациямен қандай сандық тәуелділікте байланыстырады?

3. Сұйықтықтардың беттік керілуін анықтайтын қандай әдістер бар?

4. Көпіршіктің ең үлкен қысымы әдісі бойынша беттік керілуді өлшеудің негізіне не жатады?

5. Гиббс теңдеуіне сәйкес беттік активтіліктің анықтамасын беріңдер. Қандай заттарды беттік активті заттар (БАЗ) деп атайды?

6. Беттік керілуді анықтаудың сталогмометрлік әдісінің мәні неде?

7. Лэнгмюрдің мономолекулалық адсорбциясының теңдеуін жазыңдар, ондағы шамалардың мәнін түсіндіріңдер. Бұл теңдеудің қолдану жағдайын түсіндіріңдер.