КАФЕДРА ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ
В.А. Малов
АДСОРБЦИЯ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ
Практикум
Санкт-Петербург
УДК 541.18
Малов, В.А. Адсорбция поверхностно-активных веществ: практикум /В.А. Малов. - СПб.: СПбГТИ(ТУ).- 2017.- 40 с.
Практикум содержит описание двух лабораторных работ по адсорбции поверхностно-активных веществ. Приведены понятия и законы, лежащие в основе изучения адсорбции и методы обработки опытных данных.
Практикум предназначен для студентов очной формы обучения, обучающихся по направлениям подготовки:
1 Специалитета 18.05.02 – химическая технология материалов современной энергетики, 18.05.01 – химическая технология энергонасыщенных материалов и изделий, что соответствует рабочей программе дисциплины "Поверхностные явления и дисперсные системы".
Практикум формирует у студентов общепрофессиональные компетенции ОПК-2 и ОПК-3 и профессиональные ПК-11, ПК – 21 и ПК – 22.
2 Бакалавриата 18.03.01– химическая технология, 22.03.01– материаловедение и технология материалов, что соответствует рабочей программе дисциплины " Коллоидная химия". Практикум формирует у студентов общепрофессиональные компетенции ОПК-2 и ОПК-3.
Ил. 16, табл. 7, 6 библиогр. названий.
Рецензент:
Н.В. Сиротинкин, д-р хим. наук, проф.,
декан факультета химической и биотехнологии
Издание подготовлено в рамках выполнения государственного
задания по оказанию образовательных услуг Минобрнауки России.
Утвержден на заседании учебно-методической комиссии
факультета химии веществ и материалов 21.12. 2017.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение…………………………………………………………….. 4
1 Поверхностный слой дисперсных систем………………………… 5
2 Поверхностное натяжение и капиллярное давление……………... 6
3 Адсорбция. Метод избыточных величин Гиббса и метод слоя
конечной толщины………………………………………………….11
4 Лабораторная работа 1. Адсорбция поверхностно-активных
веществ на границе раздела раствор-газ………………………….. 24
5 Адсорбция из растворов на поверхности твёрдых тел……………31
6 Лабораторная работа 2. Адсорбция из растворов на
поверхности твёрдых тел …………………………………………..33
7 Приложение. Пример обработки опытных данных σ = f (x)……..37
Литература……………………………………………………………40
Введение
Данный практикум является вторым изданием, полностью переработанным и расширенным в теоретической и экспериментальной части по сравнению с первым изданием, выпущенным в 2002 году. В теоретическую часть введены результаты применения в исследованиях адсорбции метода слоя конечной толщины, позволяющие оценить толщину поверхностного слоя растворов при различных концентрациях. В экспериментальной части практикума приведено описание наиболее простого в аппаратурном оформлении сталагмометрического метода определения поверхностного натяжения жидкостей.
В практикуме содержится описание двух лабораторных работ, входящих в общий перечень работ по коллоидной химии для студентов химических специальностей. В описании каждой работы имеются краткие сведения по теории изучаемого раздела в объёме, необходимом для проведения эксперимента и обработки полученных данных.
Поверхностный слой дисперсных систем
В коллоидной химии изучаются свойства гетерогенных, чаще всего двухфазных систем, одна из фаз которых распределена в другой фазе в виде частиц размером от 10-9 м и более. Такие системы получили название дисперсных систем. Раздробленная фаза дисперсных систем называется дисперсной фазой, а та, в которой распределены частицы дисперсной фазы, называется дисперсионной средой. Степень раздробленности дисперсной фазы оценивается размером частиц и величиной удельной поверхности Sуд - отношением поверхности раздела фаз S к объёму V или массе m дисперсной фазы: 
, м-1 или , м2/кг. (1.1)
Удельную поверхность дисперсной системы с частицами сферической формы и одинакового размера можно рассчитать по следующей очевидной формуле: 
, (1.2)
где 
- плотность вещества дисперсной фазы.
Расчеты по этой формуле свидетельствуют о том, что удельная поверхность может достигать величины до 106 м2/кг или 103 м2/г.
В дисперсной системе фазы разделены слоем вещества, свойства которого отличны от свойств, как дисперсной фазы, так и дисперсионной среды. Этот слой называется поверхностным слоем. Физические и физико-химические явления, происходящие в поверхностном слое, составляют содержание раздела коллоидной химии, получившего название поверхностных явлений. От строения и свойств поверхностного слоя зависят многие свойства дисперсных систем.
Строение и свойства поверхностного слоя легче всего понять на примере простейшей гетерогенной системы, состоящей из неполярной жидкости и её насыщенного пара. Энергия взаимодействия молекулнеполярных жидкостей зависит только от расстояния между ними и не зависит от их взаимной ориентации. Поверхностный слой такой системы представляет собой неоднородный слой вещества, в котором происходит изменение плотности от величины, характерной жидкому состоянию вещества, до величины характерной газам. Поэтому в направлении перпендикулярном поверхности средние расстояния между молекулами увеличиваются по мере приближения к паровой фазе и, следовательно, равнодействующая молекулярных сил F, действующих на молекулы поверхностного слоя, не равна нулю и направлена в сторону жидкой фазы.Под действием этой силы F часть молекул переходитв нижележащие слои. Поэтому в равновесном состоянии расстояния между молекулами в тангенциальном направлении (по отношению к поверхности) становятся больше расстояний, отсчитываемых вдоль нормали к поверхности.Эта особенность структуры поверхностного слоя является причиной того, что поверхностный слой анизотропен, т.е. обладает различными свойствами в разных направлениях.