Экспериментальная часть.

Определение поверхностного натяжения растворов нескольких веществ одного гомологического ряда

Задачи работы. Ознакомиться с методом наибольшего давления для оценки поверхностного натяжения на границе жидкость-газ, определить поверхностное натяжение растворов двух ПАВ, принадлежащих гомологическому ряду спиртов, проверить справедливость правила Дюкло-Траубе.

Теоретическая часть. Способность вещества понижать поверхностное натяжение данной границы раздела фаз называют поверхностной активностью. Поверхностная активность зависит от природы полярной и строения неполярной части молекул ПАВ. Влияние неполярной части молекулы ПАВ на поверхностную активность проявляется наиболее закономерно в гомологических рядах. Правило Дюкло-Траубе: в гомологическом ряду нормальных жирных кислот поверхностная активность по отношению к воде резко возрастает, в среднем в 3-3,5 раза на каждую группу СН₂, т.е. для данного ряда соблюдается соотношение

.

Величину β называют коэффициентом Траубе.

Причина зависимости, установленной правилом Дюкло-Траубе, заключается в том, что с увеличением длины радикала уменьшается растворимость кислоты и увеличивается стремление ее молекул перейти из объема в поверхностный слой. Данное правило соблюдается и для гомологических рядов других соединений: спиртов, аминов и т.д.

Правило справедливо:

1. При малых концентрациях, когда максимально .

2. Для температур, близких к комнатной, β уменьшается и стремится к единице; повышение температуры способствует десорбции молекул, и поэтому их поверхностная активность уменьшается, различие между поверхностной активностью гомологов сглаживается.

3. Только для водных растворов.

Экспериментальная часть.

Проверка справедливости правила Дюкло-Траубе основана на том, что, используя экспериментальные данные, получают изотермы поверхностного натяжения для растворов ПАВ, членов одного гомологического ряда, определяют графически их поверхностную активность и находят численные значения отношения поверхностных активностей.

Оборудование и реактивы: прибор Ребиндера, растворы ПАВ, 16 конических колбочек емкостью 100 мл, пипетки на 5, 10, 20 мл.

Выполнение работы. В отдельных колбочках готовим путем последовательных разбавлений дистиллированной водой по 20 мл растворов следующих концентраций (моль/л):

- этилового спирта: 0,5; 0,25; 0,125; 0,062; 0,031; 0,015;

- пропилового спирта: 0,5; 0,25; 0,125; 0,062; 0,031; 0,015;

Работу начинаем с определения максимального давления образования пузырьков воздуха на границе вода-воздух, а затем переходим к растворам. Измерения σ ведут переходя от растворов с меньшей концентрацией к растворам с большей концентрацией.

Расчетная формула:

,

где Δh_maxи Δh⁰_max– разность уровней жидкости в манометрической трубке (для исследуемого раствора и воды соответственно); σ – поверхностное натяжение воды.

Результаты измерения заносим в таблицу.

Расчеты. Используя формулу, получаем значения σ:

Рассчет коэффициента Траубе. На начальном участке изотермы в пределах понижения σ не более чем на 10-15 единиц по сравнению с σ₀ чистого растворителя проводим параллельно оси С прямую, которая пересекает все изотермы. Отрезок ординаты от σ₀ до текущей прямой равен понижению поверхностного натяжения Δσ. Опустив перпендикуляры из точек персечения прямой с кривыми изотерм, находим концентрации гомологов, при которых достигается одинаковое снижение поверхностного натяжения Δσ. По отношению равновесных концентраций низшего и высшего соседних членов ряда при одинаковом понижении поверхностного натяжения их растворов находим коэффициент β.

Вывод. На основании полученных изотерм поверхностного натяжения водных растворов этилового, пропилового бутилового спиртов определены поверхностные активности этих веществ. При этом установлено, что в данном гомологическом ряду отношение поверхностных активностей возрастает в раза при увеличении длины углеводородного радикала на группу СН₂, что указвает на выполнение правила Дюкло-Траубе.