ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Адсорбция поверхностно-активных веществ (ПАВ) на поверхности "жидкий раствор-газ" - самопроизвольный процесс, обусловленный уменьшением поверхностного натяжения. Для поверхностно-инактивных веществ (ПИВ), повышающих поверхностное натяжение, характерна отрицательная адсорбция.
Основным уравнением адсорбции является уравнение Гиббса, связывающее величину избыточной адсорбции с концентрацией ПАВ и его поверхностной активностью. Кривая, выражающая зависимость поверхностного натяжения от концентрации ПАВ при постоянной температуре, называется изотермой поверхностного натяжения. Тангенс угла наклона к оси абсцисс касательной к изотерме поверхностного натяжения при позволяет определить поверхностную активность. Аналитическим выражением изотермы поверхностного натяжения является уравнение Шишковского, выведенное на основе экспериментальных данных. Если известны постоянные этого уравнения и поверхностное натяжение растворителя, можно рассчитать поверхностное натяжение раствора заданной концентрации.
Поверхностная активность ПАВ, согласно теории Ленгмюра, обусловлена дифильным строением их молекул: полярные группы втягиваются в глубь фазы, а неполярные углеводородные части выталкиваются в неполярную среду (воздух, газ), снижая тем самым поверхностное натяжение. С увеличением углеродной цепи на одну поверхностная активность увеличивается в 3-3,5 раза (правило Дюкло-Траубе). Исходя из теории Ленгмюра, были впервые рассчитаны площадь, занимаемая одной молекулой, и длина молекулы ПАВ.
Зависимость величины адсорбции ПАВ от концентрации выражается уравнением Ленгмюра, выведенным исходя из представлений о скоростях процессов адсорбции и десорбции. Соответствующий график Г = f(c) называется изотермой Ленгмюра.
Изменение поверхностного натяжения в зависимости от адсорбции рассчитываются по уравнению Фрумкина.
ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. Какие вещества называются поверхностно-активными, поверхностно-инактивными?
2. В чем состоят особенности строения молекул ПАВ и ПИВ и их адсорбции?
3. Как зависит поверхностное натяжение от концентрации ПАВ в растворе?
4. Что называется поверхностной активностью? Как ее можно определить графически и аналитически?
5. В чем заключается правило Дюкло-Траубе?
6. Как графически и аналитически можно определить предельную адсорбцию?
7. Как рассчитать площадь, занимаемую молекулой, и толщину поверхностного слоя?
8. Для водных растворов изоамилового спирта константы уравнения Шишковского:
a) определите поверхностное натяжение растворов концентраций: 0,012; 0,016; ... 0,032
б) постройте изотерму поверхностного натяжения,
в) определите графически поверхностную активность
спирта,
г) по уравнению Гиббса вычислите адсорбцию спирта для заданных в п. а) концентраций,
д) постройте изотерму адсорбции и определите графически предельную адсорбцию,
е) определите площадь, занимаемую одной молекулой спирта в поверхностном слое.
9. Сравните поверхностную активность этанола и н-бутанола в водных растворах одинаковой концентрации.
10. Изотерма адсорбции ПАВ описывается уравнением Ленгмюра
11. Предельная адсорбция пропионовой кислоты равна
Закончив изучение главы 3, вы должны
1) знать:
• понятия "поверхностно-активные" и "поверхностно-инактивные" вещества, "поверхностная активность";
• от чего зависит поверхностная активность ПАВ;
• сущность теории мономолекулярной адсорбции Ленгмюра;
• уравнения Гиббса, Шишковского, Ленгмюра, Фрумкина, какие зависимости каждое из них выражает;
2) уметь:
• строить изотерму поверхностного натяжения и определять графически поверхностную активность;
• рассчитывать поверхностную активность по уравнению Гиббса;
• рассчитывать поверхностное натяжение по уравнению Шишковского;
• строить изотерму гиббсовской адсорбции и определять предельную адсорбцию ПАВ;
• исходя из предельной адсорбции рассчитывать поперечный размер и длину молекул .
2.4.
ГЛАВА 4. АДСОРБЦИЯ ГАЗОВ И ПАРОВ НА ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
На поверхности твердых тел при их контакте с газом или паром происходит положительная адсорбция, т.е. в условиях равновесия концентрация газа на поверхности выше, чем в объеме системы.