Как можно определить важнейшие характеристики молекул пав: площадь поперечного сечения и длину.

Для определения площади сечения и длины молекул ПАВ используется величина предельной адсорбции Г_max.

Согласно принципу независимости поверхностного натяжения Ленгмюра, предельная адсорбция Г_max одинакова для всех представителей гомологического ряда ПАВ и не зависит от длины углеводородной цепи, а определяется площадью поперечного сечения молекул. В случае предельно заполненного поверхностного слоя дифильные молекулы располагаются на поверхности согласно их гидрофильным и гидрофобным составляющим в виде частокола Ленгмюра. Поскольку в данном случае величина Г_max характеризует количество моль ПАВ, полностью занимающее единицу поверхности, то величина, обратная предельной адсорбции будет равна площади поперечного сечения 1 моль молекул:

Чтобы найти длину молекулы необходимо кроме площади знать её объём:

Тогда длина молекулы ПАВ δ определяется как

где М – молярная масса ПАВ; - плотность ПАВ.

Для нахождения параметра предельной адсорбции Г_max можно воспользоваться уравнением Ленгмюра, описывающего зависимость адсорбции вещества от его концентрации в объёмной фазе раствора:

где Г и - полная и предельная адсорбция, с – равновесная концентрация; k – константа адсорбционного равновесия.

После приведения данного уравнения к линейному виду

и построения графика в координатах (c/Г) = f(c)

 

находят соответствующие величины Г_max и k, которые используют в расчётах параметров молекул S и в случае высокой концентрации или малой растворимости ПАВ в растворе.

 

2. Если концентрация растворимого ПАВ небольшая, то используют уравнение состояния поверхностного слоя в разбавленном растворе:

где – давление, - площадь, занимаемая 1 молем ПАВ при данной степени заполнения поверхности.

С учётом поправки на собственный объём молекулы:

= 1/ГN_a - площадь, занимаемая 1 молекулой ПАВ при данной степени заполнения поверхности.

Далее строят зависимость в координатах и определяют по наклону величину

 

 

4.Поверхностное натяжение сухих вин составляет 46-52 мДж/м², что ниже поверхностного натяжения воды (72.75 мДж/м² при 293 К). Объясните причину понижения величины σ. Как Вы думаете, какие значения должно принимать поверхностное натяжение для более крепких напитков, например, водки? Дайте обоснованный ответ.

Этиловый спирт, содержащийся в вине имеет поверхностное натяжение 22 мДж/м2, а вода обладает большим значением удельного поверхностного натяжения равным 72,7 мДж/м2. Поэтому при добавлении спирта к воде происходит распределение молекул спирта исключительно в поверхностном слое воды, что вызывает резкое понижение поверхностного натяжения полученного спиртового раствора. Кроме этого в вине в процессе брожения образуются различные органические вещества, которые также снижают величину поверхностного натяжения (эфиры, альдегиды и различные органические кислоты).

Для того, чтобы рассматривать изменение поверхностного натяжения в зависимости от содержания спирта в растворах, можно воспользоваться методом наибольших давлений. По формуле Лапласа давление, обусловленное силами поверхностного натяжения, равно

где - капиллярное давление, r – радиус мениска, σ – поверхностное натяжение.

Используя жидкости с известным коэффициентом поверхностного натяжения и измеряя разность высот жидкости в манометре σ определяется как:

Если через жидкость пропускать пузырёк воздуха, то в системах с большим содержанием спирта и соответственно меньшей плотностью избыточное давление , необходимое для отрыва пузырька воздуха будет меньше, чем для систем, близким к чистой воде. На основании данной зависимости можно предположить, что поверхностное натяжение также будет падать с ростом c(EtOH).

У раствора спирта с разбавлением водой коэффициент поверхностного натяжения увеличивается.

5. Изобразите формулы двух мицелл гидрозоля С, полученного из растворов веществ А и В в случае избытка вещества А или В. А - Na ₂SiO₃, В - AgNO₃, С - Ag₂SiO₃

Обменная реакция, протекающая между данными веществами может быть записана в виде:

В случае избытка силиката натрия, используемого в качестве пептизатора, получим следующую структуру мицеллы:

 

 

 

 

В случае избытка нитрата серебра:

6. Расположите в порядке увеличения прочности связи с мицеллой ионы Na⁺, Li⁺, Cs⁺ в случае анионных ПАВ и ионы Cl^-, NO₃ ^-, Br^- в случае катионных ПАВ.

Для анионных ПАВ при фиксированном анионе величина критической концентрации мицеллообразования снижается в ряду Li+ > Na+ > Cs+, значит прочность связи катиона с мицеллой уменьшается в обратной последовательности: Cs+ > Na+ > Li+

Для катионных ПАВ при фиксированном катионе величина критической концентрации мицеллообразования снижается в ряду Cl- > Br- > NO₃- в порядке уменьшения гидратированности, значит прочность связи аниона с мицеллой уменьшается в обратной последовательности: NO₃- > Br- > Cl-.