Adsorptsiooni uurimine lahuse ja õhu piirpinnal. (0)

16.04.2013 M.P.
Füüsikalise ja kolloidkeemia laboriprotokoll
Töö number 5. Adsorptsiooni uurimine lahuse ja õhu piirpinnal .
Töö eesmärk: Määrata pindaktiivse aine vesilahuse pindpinevus sõltuvalt lahuse kontsentratsioonist. Pindpinevuse isotermist leida adsorptsiooni isoterm. Adsorptsiooni isotermist arvutada molekuli pindala ja pikkus monomolekulaarses kihis.
Töö vahendid: Stalagmomeeter, mõõtkolvid mahuga 25 ja 50 ml, pipetid.
Töö käik: Vastavalt juhendajalt saadud tööülesandele valmistatakse pindaktiivse aine vesilahused (25-50 ml igal kontsentratsioonil). Pindpinevus määratakse stalagmomeetriga tilkade lugemise meetodil. Meetod põhineb eeldusel , et tilk rebitakse lahti kapillaari küljest, kui tilga kaal P saab võrdseks pindpinevusjõuga F. Pindpinevuse määramiseks tõmmatakse uuritav vedelik kummiballooni abil stalagmomeetrisse, nii et nivoo oleks kõrgemal ülemisest märgist A stalagmomeetri kaelal . Seejärel eemaldatakse kummiballoon ja lastakse vedelikul tilkuda alla pandud keeduklaasi. Loendatakse vedeliku tilkade arv vedeliku nivoo langemisel stalagmomeetri ülemisest märgist alumise märgini. Katset korratakse iga lahusega vähemalt 3 korda, alustades määramist destilleeritud veega ja lõpetades suurima kontsentratsiooniga lahusega.
Tulemused ja arvutused.
Lahus
Dest. vesi
1
2
3
4
5
Alglahus
Alglahus ml/mõõtkolb ml
5/50
5/25
10/25
15/25
20/25
Konts. C
mol/L
0
0,2
0,4
0,8
1,2
1,6
2
Keskmine tilkade arv
37
39
41
45
48
50
52
σ, mJ/m2
22oC
72,44
68,73
65,37
59,56
55,84
53,61
51,54
1. Arvutatakse uuritava lahuse pindpinevus(mJ/m2) erinevatel kontsentratsioonidel.
σx= σH2O ( nH2O /nx),
kus σx on uuritava lahuse pindpinevus, σ(H2O) on vee pindpinevus, mille leiame tabelist, n(H2O) on vee tilkade arv.
Vee pindpinevus temperatuuril 22 oC on 72, 44 mJ/m2
Lahus 1= 72,44* (37/39)= 68,73 (mJ/m2)
Lahus 2= 72,44* (37/41)= 65,37 (mJ/m2)
Lahus 3= 72,44* (37/45)= 59,56 (mJ/m2)
Lahus 4= 72,44* (37/48)= 55,84 (mJ/m2)
Lahus 5= 72,44* (37/50)= 53,61 (mJ/m2)
Alglahus= 72,44* (37/52)= 51,54 (mJ/m2)
Konsentratsioon
C mol/l
1/c
Z J/m2
Pindliig Γ mol/m2
1/Γ
0,4
2,5
6,13*10-3
2,5*10-6
4*105
0,8
1,25
8,54*10-3
3,48*10-6
2,87*105
1,2
0,83
8,56*10-3
3,5*10-6
2,85*105
1,6
0,625
8,2*10-3
3,3*10-6
3,03*105
2,0
0,5
8,76*10-3
3,57*10-6
2,8*105
2. Arvutatakse pindliig Γ= Z/RT, kus R on konstant ja T on temperatuur Kelvinites
R= 8,31 J/K*mol, T= 273,15+22= 295,15 K
Γ= 6,13*10-3/ 8,31*295,15= 2,5*10-6
Γ= 8,54*10-3/ 8,31*295,15= 3,48*10-6
Γ= 8,56*10-3/ 8,31*295,15= 3,5*10-6
Γ= 8,2*10-3/ 8,31*295,15= 3,3*10-6
Γ= 8,76*10-3/ 8,31*295,15= 3,57*10-6
3. Joonestatakse graafik 1/Γ= f(1/c), millest leitakse adsorptsiooni suurus Γmax.
Graafikult 1/Γ= f(1/c) leitakse Γmax. 1/Γmax = 2,46*105 (m2/mol), Γmax= 4,1*10-6 (mol/m2).
Leitud Γmax alusel arvutatakse molekuli pindala adsorptsioonikihis So ja adsorptsioonikihi paksus lo, mis vastab molekuli pikkusele. Kui 1 m2 pinnal adsorbeerub Γmax mooli ainet, siis molekulide arv pinnaühikul on Γmax, NA ja ühe molekuli ristlõikepindala pindkihis (eeldusel, et adsorptsioonikiht on monomolekulaarne):
So =1/Γmax*NA, kus NA= 6,02* 1023
So= ¼,1*10-6*6,02*1023=1/2,47*1018=4,05*10-19
4. Adsorptsioonikihi paksuse, mis vastab molekuli pikkusele, saame seosest Γmax*M=lo*ρ,
kus M on aine molaarmass g/mol,
ρ- aine tihedus g/m3, mittesüsteemne ühik,
lo-adsorptsioonikihi paksus m.
M( CH3CH2OH )= 46,07 g/mol
ρ(CH3CH2OH)= 0,789 g/cm3= 789000 g/m3
lo= Γmax*M/ρ
lo=4,1*10-6*46,07/789000= 2,4*10-10(m)
5. Eelmises punktis leitud lo väärtust võrreldakse molekuli arvutusliku pikkusega, mis on saadud sidemete keskmise pikkuse alusel.
Lo= [L(C-O) + L(C-C) + L(C-H) + L(O-H)]*sin109o/2=
= (0,14+0,15+0,10+0,10)sin(109o/2)= 0,3989 nm = 3,99*10-10(m)
Järeldused: Võrreldes katseandmetest saadud lo ja arvutuslikult saadud Lo tulemusi (3,99*10-10 – 2,4*10-10= 1,59*10-10 m), siis võib järeldada, et leitud adsorptsioonikihi paksus erineb etanooli molekuli arvestusliku pikkusest, kuid mitte väga palju.