Методическое пособие для вузов Составители : В. Ю. Кондрашин, О. В. Долгих Издательско полиграфический
жүктеу/скачать 487,05 Kb. Pdf көрінісі
|
fkch2 z
- Бұл бет үшін навигация:
- Пример 4.
- Пример 5.
- Пример 6.
- Пример 7.
- Задачи 4-1. Какие физико - химические явления называют поверхностными 4-2.
| Пример
3. Работа , затраченная при делении ртутной капли на 8 равных частей , равна –1.76·10 –5 Дж . Капля имеет форму шара радиуса 2 мм и по - мещена в нитробензол . Рассчитайте поверхностное натяжение ртути , гра - ничащей с нитробензолом . Решение Решение задачи аналогично предыдущей . Из условия постоянства объема ртути 3 3 4 4 3 3 8 R r π = π ⋅ находим радиус малой капли : / 2 1 мм r R = = . Работа по увеличению площади поверхности раздела фаз удовлетворяет ус - ловию : ( ) ( ) 2 2 2 1 4 4 A S S r N R = −σ − = −σ π ⋅ − π ; отсюда при N = 8 находим σ = 350 мДж / м 2 . Эта величина заметно ниже поверхностного натяжения ртути на гра - нице с воздухом (465 мДж / м 2 ). Чтобы понять полученный результат , вспомните механизм возникновения поверхностного натяжения . Ответ . 350 мДж / м 2 . Пример 4. Определите тип поверхностной активности растворенного в воде сульфата цинка , если известно , что при концентрациях соли ω 1 = 5 масс .% и ω 2 = 15 масс .% поверхностные натяжения растворов соответственно равны σ 1 = 73.2 и σ 2 = 74.8 мДж / м 2 . Решение Тип поверхностной активности вещества определяется характером зависи - мости поверхностного натяжения раствора от содержания в нем ( концен - трации ) этого вещества σ = σ ( с ) или σ = σ ( ω ). В данном случае эта зависи - мость возрастающая , поскольку 2 2 1 2 1 74.8 73.2 16 ( мДж / м ). 0.15 0.05 Δσ σ − σ − = = = Δω ω − ω − Положительный знак / Δσ Δω говорит о том , что сульфат цинка принадле - жит к поверхностно - инактивным веществам . Пример__5.'>Пример 5. При концентрации некоторого вещества в объеме раствора , рав - ной 0.075 моль / л , величина d σ / dc составляет –6.25·10 –5 Дж · м / моль . Рассчи - 27 тайте значение избыточной адсорбции этого вещества на границе раствор – воздух , если температура раствора равна 20 о С . Решение Расчет избыточной адсорбции проводится с использованием изотер - мы Гиббса : . c d RT dc σ Γ = − ⋅ В данном случае с = 0.075 моль / л = 75 моль / м 3 и T = t + 273 = 293 К . Под - ставляя в уравнение Гиббса , находим 5 6 2 75 ( 6.25 10 Дж м / моль ) 1.93 10 моль / м . 8.31 Дж /( моль К ) 293 К − − Γ = − − ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ Ответ . 1.93·10 –6 моль / м 2 . Пример 6. Напишите формулу мицеллы золя , образовавшегося при смеше - нии водных растворов хлорида цинка и сульфида калия , если а ) в избытке взят раствор ZnCl 2 ; б ) в избытке взят раствор K 2 S. В каком направлении станут двигаться частицы при электрофорезе . Какие ионы обладают коагу - лирующей способностью в каждом из случаев ? Решение В растворе протекает реакция ZnCl 2 + K 2 S → ZnS ↓ + 2KCl, приводящая к образованию золя сульфида цинка . Ядро мицеллы будет представлено агрегатом из m молекул ZnS, на по - верхности которых в соответствии с правилом Панета – Фаянса адсорбиру - ются ионы , входящие в состав агрегата и находящиеся в избытке . Их назы - вают потенциалопределяющими ионами . К адсорбированным потенциало - пределяющим ионам электростатически притягиваются ионы противопо - ложного знака ( противоионы ), также находящиеся в растворе в избытке . Так возникает двойной электрический слой , внутренняя обкладка которого образована поверхностью твердого фазы , а внешняя – жидкой средой . Из - за теплового движения заряд внешней обкладки будет « размазан » в припо - верхностном слое жидкой фазы , а не полностью локализован в плотной ( ад - сорбционной ) части двойного слоя . Исходя из вышесказанного , строение мицеллы в случае избытка хло - рида цинка можно изобразить следующим образом : ( ) ( ) 2 2 ядро гранула мицелла ZnS Zn 2 Cl 2 Cl . x m n n x x + + − − ⎧ ⎫ ⎪ ⎪ ⎡ ⎤ ⋅ ⋅ − ⋅ ⎨ ⎬ ⎣ ⎦ ⎪ ⎪ ⎩ ⎭ 28 В целом мицелла электронейтральна , а коллоидная частица имеет положи - тельный заряд , и при электрофорезе под действием электрического поля она будет перемещаться в сторону отрицательного электрода – катода . Со - гласно правилу Шульце – Гарди , коагулирующей способностью обладают ионы , имеющие заряд , противоположный заряду гранулы , и химически не взаимодействующие с веществом , образующим золь . В данном случае гра - нула заряжена положительно , поэтому коагулирующим действием должны выступать анионы . В случае избытка сульфида калия формула мицеллы записывается как ( ) ( ) { } 2 2 ZnS S 2 K 2 K . x m n n x x − − + + ⎡ ⎤ ⋅ ⋅ − ⋅ ⎣ ⎦ Коллоидная частица отрицательно заряжена и перемещается к аноду . Коа - гулирующим агентом выступают катионы . Пример 7. Для коагуляции 100 мл золя иодида серебра требуется 15 мл 1 М раствора хлорида калия , 5 мл 0.1 М раствора хлорида кальция или 2 мл 0.01 М раствора хлорида железа . Определите пороги коагуляции золя для каждого из электролитов и величину его коагулирующей способности . Какой заряд имеет гранула золя ? Решение Порог коагуляции золя рассчитывается по формуле : . , моль / л . эл та эл та пор золя c V c V − − ⋅ = Тогда . 1 моль / л 15 мл (KCl) 0.15 моль / л ; 100 мл пор c ⋅ = = . 2 0.1 моль / л 5 мл (CaCl ) 0.005 моль / л ; 100 мл пор c ⋅ = = 4 . 3 0.01 моль / л 2 мл (FeCl ) 2 10 моль / л . 100 мл пор c − ⋅ = = ⋅ Для определения коагулирующей способности каждого из электроли - тов необходимо выразить концентрацию с пор . в г - экв / л . Для этого порог коа - гуляции , выраженный в моль / л , нужно умножить на заряд катиона и на ко - личество катионов , образующихся при диссоциации молекулы электролита . Тогда пороги коагуляции KCl, CaCl 2 и FeCl 3 будут соответственно равны 0.15; 1·10 -2 и 6·10 -4 г - экв . Коагулирующая способность V = 1/ c пор . Отсюда 29 2 3 (KCl) 1 0.15 6.67 л / моль ; (CaCl ) 1 0.01 100 л / моль ; (FeCl ) 1 0.0006 1666.7 л / моль . V V V = = = = = = Так как анионы у выбранных солей одинаковы , различие в порогах коагуляции может быть связано только с коагулирующей способностью ка - тионов . Следовательно , гранулы золя заряжены отрицательно . Задачи 4-1. Какие физико - химические явления называют поверхностными ? 4-2. Какова причина возникновения избыточной поверхностной энергии ? 4-3. Что называется поверхностным натяжением жидкости ? От чего зави - сит поверхностное натяжение ? В каких единицах оно измеряется ? 4-4. Какие явления связаны с уменьшением величины межфазной поверх - ности ? Почему уменьшение межфазной поверхности является само - произвольным процессом ? 4-5. Каковы термодинамические причины адсорбции веществ ? Является ли данный процесс самопроизвольным ? 4-6. Какие вещества называют поверхностно - активными и поверхностно - инактивными ? Приведите примеры . 4-7. Каковы особенности молекулярного строения поверхностно - активных веществ ? Как зависит поверхностное натяжение от концентрации по - верхностно - активных веществ в растворе ? жүктеу/скачать 487,05 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|