Исследование кинетики осаждения суспензии

Коллоидная химия

Поверхностные явления

И

Дисперсные системы

Отчёт по лабораторным работам

Студента

Группа

Принял Килимник А.Б.

Тамбов · 2002

Лабораторная работа № 1

Исследование кинетики осаждения суспензии

Цель работы:

освоить фотоколориметрический метод исследования кинетики осаждения суспензии; определить скорость осаждения суспензии.

Приборы, оборудование и растворы:

фотоколориметр KF-5; самопишущий потенциометр КСП-4; магнитная мешалка; мерный цилиндр; порошок мела, дистиллированная вода.

Теоретическое введение

Дисперсная система со средним диаметром распределённых в жидкости твёрдых частиц более 10 мкм называется суспензией.

Для суспензий характерно постепенное разделение твёрдой и жидкой фазы. При этом изменяется светопропускание дисперсной системы.

Скорость осветления суспензии в данный момент времени может быть рассчитана по формуле:

V_осв. = dТ / dt ,

где V_осв. — скорость осветления суспензии, % ^· с^–1 ; dТ — изменение свето­пропускания (%) в течение промежутка времени dt (с).

Скорость осаждения одинаковых по размеру частиц твёрдой фазы можно рассчитать по уравнению:

V_{тв. ф.} = b (lgT₂ – lgT₁) / (t₂ – t₁) ,

где b = c₀ / lgT₀, T₀ — светопропускание исходной дисперсной системы с концентрацией c₀ (г ^· л^–1); T₁ и T₂ — светопропускание в моменты времени t₁ и t₂ (с).

Если скорость процесса не зависит от времени, то наблюдается нулевой порядок процесса осаждения. Если же будет установлено изменение скорости осаждения твёрдой фазы во времени, то рассчитывают константу скорости для процесса первого или второго порядка, соответственно, по уравнениям:

k _I = {2,303 / t} lg{(2 – lgT₀) / (2 – lgT_t)}

или k _II = t^–1 b^–1 {(2 – lgT₀)^–1 – (2 – lgT₁)^–1} ,

где t — текущее значение времени, с; T₀ — светопропускание в начальный момент времени, %; T_t — светопропускание в момент времени t, %.

Методика выполнения работы

Перед выполнением работы тщательно изучите инструкции к приборам и ознакомьтесь со схемой установки.

Схема установки для исследования приведена на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Схема установки для исследования кинетики осаждения суспензии:

1 — фотоколориметр KF-5; 2 — крышка фотоколориметра; 3 —рычаг каретки фотоколориметра; 4 — переключатель фотоколориметра; 5 — светофильтр; 6 — рукоятки регуляторов светового потока; 7 — самопишущий потенциометр КСП-4

1. Включите самопишущий потенциометр и фотоколориметр в сеть переменного тока.

2. Откройте крышку фотоколориметра и извлеките кювету.

3. Заполните кювету дистиллированной водой.

4. Установите кювету в гнездо каретки.

5. Установите каретку в положение, соответствующее прохождению света через кювету с дистиллированной водой.

6. Закройте крышку фотоколориметра.

7. С помощью регуляторов светового потока установите указатель КСП-4 в положение 100 %.

8. Насыпьте 0,1 г порошка мела в стакан с 50 мл дистиллированной воды и тщательно размешайте до получения суспензии.

При использовании магнитной мешалки получается однородная дисперсная система (рис. 1.4).

		Рис. 1.4. Установка для получения суспензии: 1 — магнитная мешалка; 2 — тумблер “Вращение: Вкл. — Выкл.”; 3 — регулятор числа оборотов мешалки

9. Включите движение диаграммной бумаги самописца (скорость движения 600 мм/ч).

10. Аккуратно налейте во вторую кювету суспензию, немедленно поместите её в фотоколориметр и закройте крышку.

11. Через 30 минут прекратите запись диаграммы.

12. Переведите рычажок скорости продвижения диаграммы в положение 7200 мм/ч и включите движение бумаги.

13. Остановите движение диаграммной бумаги, когда участок с вашей записью пройдёт устройство для отрыва бумаги.

Аккуратно оторвите диаграммную бумагу.

14. Выключите приборы из сети переменного тока.

15. Рассчитайте величины, входящие в табл. 1, и занесите их в соответствующие колонки.

Таблица 1

Экспериментальные и расчётные значения величин

t, с	T, %	Vосв., % · с–1	Vтв. ф., г · (л · с)–1	kI, с–1	kII, л · (г · с)–1

16. Постройте графики зависимости скорости осветления и скорости осаждения суспензии от времени.

17. Определите кинетический порядок процесса.

18. Напишите уравнение для скорости процесса осаждения суспензии.

19. Сделайте вывод о зависимости скорости осаждения суспензии от времени.

Лабораторная работа № 3