Курсовая работа (т): Исследование поверхностной активности жидкостей

Дальнейшая очистка поверхности заключалась в очистке поверхности налитой в лоток воды. Раздвинув барьеры и обнулив показания их положения, лоток заполняется субфазой - деионизированная вода. Жидкость должна превышать уровень лотка не менее чем на 3 мм. Сближая барьеры (барьеры собирают ПАВ на поверхности), проводят несколько раз кончиком аспиратора вдоль обоих барьеров. Цель этой операции заключается в удалении ПАВ. После полного сближения барьеров проводится несколько раз кончиком аспиратора по поверхности между барьерами для удаления оставшихся ПАВ (Рис.4).

Рис. 4. Удаление примесей с барьеров всасыванием

Для очистки пластина Вильгельми нагревалась над пламенем горелки при температуре около 1200^о С. После начала полного свечения пластины она извлекалась из пламени и после ее остывания погружалась в воду подвешенной к весам. Пластина должна быть покрыта водой на две трети и находиться перпендикулярно барьерам. Чистота поверхности определялась по показаниям весов после сближения барьеров.

Чистая вода не вызывает изменения поверхностного давления; поэтому любое изменение поверхностного давления вызвано примесями. Если изменение поверхностного давления при сжатии поверхности не превышает 0,2 mN/m, то поверхность воды можно считать достаточно чистой. При большем изменении показаний весов очистка лотка повторялась. После очистки вода откачивается, а лоток заливается исследуемым раствором.

В качестве объектов исследования были выбраны растворы солей жирных (органических) кислот в водном мольном (один моль вещества на литр воды) растворе калиевой щелочи. А также раствор каприловой кислоты (в работе, проведенной M.Van Uffelen`s и P. Joos`s, использовался раствор каприновой кислоты в том же растворе) в растворе смеси хлороводорода (0.01 N HCl) и хлорида натрия (0.09 N NaCl). Целью работы является исследование смеси близких по природе ПАВ, отличающихся в ряду только по некоторым параметрам. А также подтвердить опыт, проведенный M. Van Uffelen`s и P. Joos`s, в котором на графиках зависимости  были обнаружены максимумы. Выбранные соли - два члена ряда, каприлат и лаурат калия, отличающиеся по длине молекулы почти в два раза (8 и 14 атомов углерода в цепочке соответственно).

Раствор в лотке выдерживался перед каждым измерением в течение 20 мин для достижения равновесного распределения сурфактанта между поверхностной и объемной фазами.

Поскольку свойства исследуемых растворов (поверхностное натяжение, растворимость ПАВ в воде, коэффициент диффузии, скорость адсорбции и т.д.) зависят от температуры, измерения проводились при постоянной температуре образцов .

Предполагается использование водных растворов ПАВ в исследованиях, следовательно, начальным этапом проведения эксперимента является приготовление воды: ее дистилляция и деионизация. В обычной технической воде содержится множество примесей как органического, так и неорганического происхождения, которые, как правило, выступают в роли ПАВ по отношению к воде. Для приготовления растворов была использована вода высокой степени очистки (1-ая степень чистоты по ГОСТ Р 52501-2005). Для этого дистиллированная вода трижды пропускалась через ионообменные фильтры (деионизатор «Водолей», Химэлектроника, Москва) для удаления остаточных примесей. Среднее значение =(70,240,06) mN/m. Табличные значения для воды 71,96 mN/m при t=.

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Первая серия опытов была проведена в режиме работы прибора с постоянной скоростью движения барьеров для растворов лаурата, каприлата калия и каприловой кислоты по отдельности. Барьеры, расположенные на поверхности лотка, заполненного исследуемым раствором, раздвигались с фиксированной скоростью. После достижения заданного положения, барьеры останавливались. Экспериментальные данные по измерению изменения поверхностного давления за одно растяжения от времени эксперимента для растворов лаурата (а) и каприлата (б) и каприловой кислоты (в) с молярными концентрациями, равными 1/100 от ККМ (С(LaK) =  моль/л для лаурата, С(КaK) =  моль/л для каприлата и С(КK) =  моль/л для каприловой кислоты) представлены на Рис.5.

За начальное (нулевое) значение выбрано поверхностного давление, которое устанавливалось в системе перед началом проведения эксперимента, показания весов обнулялись перед началом каждой реализации. Разные кривые соответствуют различным скоростям движения барьеров.

Из графиков (Рис.5) видно, что расширение барьеров (увеличение площади поверхности) ведет к росту поверхностного давления.

На Рис.6 представлена та же зависимость для разных постоянных скоростей растяжения барьеров. Различные кривые соответствуют экспериментам с разными растворами.

Рис. 6. Зависимость изменения поверхностного давления от времени эксперимента для различных постоянных скоростей Vмм/мин: 2 (а), 10(б), 50 (в), 100(г) различных растворов: 1 - LaK; 2 -KaK; 3 - KK

Для сравнения посмотрим на график (Рис.7), полученный в результате опытов M. Van Uffelen`s, P. Joos`s. На рисунке скачки поверхностного натяжения приведены в зависимости от реального времени эксперимента для различных значений скорости растяжения барьеров.

Так как в эксперименте явные максимумы обнаружены не были, переходим ко второй серии исследований. В них были проведены измерения в режиме движения барьеров с переменной скоростью, для тех же растворов, с теми же концентрациями (С=1/100 от ККМ).

Но помимо изменения режима движения барьеров (с постоянной переходим на переменную), также был   изменен механизм установки - с двухбарьерной системы мы перешли на одиночную. Один барьер двигался по направлению от пластинки с переменной скоростью (К,%), после достижения заданного положения барьер останавливался.

Экспериментальные данные по измерению изменения поверхностного давления за одно растяжения от времени эксперимента для растворов лаурата (а) и каприлата (б) и каприловой кислоты (в) с молярными концентрациями, равными 1/100 от ККМ (С(LaK) =  моль/л для лаурата, С(КaK) =  моль/л для каприлата и С(КK) =  моль/л для каприловой кислоты) представлены на Рис.8

Рис.8. Зависимость изменения поверхностного давления от времени эксперимента для растворов лаурата (а) и каприлата (б) и каприловой кислоты (в) с молярными концентрациями, равными 1/100 от ККМ (С(LaK) =  моль/л для лаурата, С(КaK) =  моль/л для каприлата и С(КK) =  моль/л для каприловой кислоты) для различных переменных скоростей движения барьера:

K,%: 1 - 2; 2 -10; 3 - 50, 4 - 100

На рис. 8 видно, что максимумы не наблюдаются лишь для малых K,%=2,10 (времени эксперимента, реализуемого на установке, не хватает для достижение пиков.

).

На рис. 9 представлена та же зависимость для различных переменных скоростей движения барьера. Различные кривые соответствуют экспериментам с разными растворами.

Рис.9. Зависимость изменения поверхностного давления от времени эксперимента для различных переменных скоростей K,%: 2 (а), 10(б), 50 (в), 100(г) различных растворов: 1 - LaK; 2 -KaK; 3 - KK

Осуществив эксперимент с переменной скоростью барьера, на графиках мы четко видим максимумы. Такое поведение системы может быть объяснено следующим образом. На поверхности раствора формируется монослой, т.е. поверхностная плотность достигает насыщения, наблюдается максимум поверхностного давления.

На рис. 10 представлена зависимость максимального времени изменения поверхностного давления (время достижения пика на графике) от К,%

Рис.10. Зависимость максимального изменения поверхностного давления от времени эксперимента для разных растворов (LaK, KaK, KK) с различными переменными скоростями движения барьера: K,%: 1 - 2; 2 -10; 3 - 50, 4 - 100

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

поверхностный активность жидкость

ü  При помощи барьерной системы Ленгмюра-Блоджет и весов Вильгельми исследована динамика формирования поверхностной фазы в однокомпонентных растворах лаурата, каприлата калия и каприловой кислоты. Обнаружено, что при линейном расширении барьеров на графике зависимости поверхностного давления от времени эксперимента явных максимумов не наблюдается.

ü  Создана и протестирована однобарьерная экспериментальная установка для изучения свойств поверхностной фазы в однокомпонентных растворах ПАВ.

ü  Доказано что при переменных скоростях зависимость поверхностного давления от времени эксперимента нелинейная: при определенном времени наблюдается пик (максимум на графике).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.         M. Van Uffelen, P. Joos // Adsorption kinetics with surface dilatation. 4. Peaktensiometry - adsorption to a linearly expanded surface // Belgium, 4 July 1933.

2.      Русанов А.И., Прохоров В.А. // Межфазная тензиометрия // Санкт-Петербург «Химия».

.        Руководство по установки KSV 2000.