ЗАНЯТИЕ 2.1.1

ТЕМА: Адсорбция на границах раздела: жидкость-газ, жидкость-жидкость.

ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ: изучив теоретические основы адсорбционных процессов на границах раздела ж/ж и ж/г, научиться экспериментально определять величину поверхностного натяжения, строить изотерму поверхностного натяжения и изотерму адсорбции, определять длину и площадь, занимаемую молекулой ПАВ в насыщенном адсорбционном слое.

ЗНАЧЕНИЕ ИЗУЧАЕМОЙ ТЕМЫ: Изучение физико-химических закономерностей поверхностных явлений является важным для понимания механизма сложных процессов, протекающих в организме в норме и патологии, а также при введении лекарственных веществ или попадании в организме токсинов. Знание закономерностей изменения поверхностного натяжения на границе раздела фаз в биосистемах в норме и при функциональных нарушениях, а также под действием лекарственных и токсических веществ позволяет решать многие биологические и медицинские задачи.

Биологическая активность веществ одного гомологического ряда нередко изменяется в соответствии с изменением их поверхностной активности, что имеет большое значение при целенаправленной разработке новых лекарственных средств.

Теоретические вопросы:

1. Поверхностные явления и их значение в фармации.

2. Свободная поверхностная энергия и поверхностное натяжение.

3. Поверхностно-активные и поверхностно-инактивные вещества.

4. Изотерма поверхностного натяжения.

5. Поверхностная активность и её измерение.

6. Адсорбция на границе раздела: жидкость-газ, жидкость-жидкость. Уравнение Гиббса.

7. Определение длины и площади, занимаемой молекулой в насыщенном адсорбционном слое.

8. Правило Дюкло-Траубе.

9. Ориентация молекул в поверхностном слое.

Лабораторная работа:

« Определение адсорбции поверхностно-активных веществ на границе раздела: жидкость-газ».

(для построения графика необходима миллиметровая бумага).

Обучающие задачи:

Задача 1. Вычислить величину адсорбции ПАВ и его поверхностную активность для 0,030 моль/л раствора при 20⁰С, если поверхностное натяжение 0,055 моль/л его раствора в воде равно 42,8´10^-3 н/м, а поверхностное натяжение воды при этой температуре равно

72,75´10^-3н/м.

Решение: уравнение Гиббса для расчёта адсорбции на границе ж/г имеет вид:

Г = -С/RT´ds/dС; для приближённых расчётов - ds/dС можно заменить на -Ds / DС, где Ds = s₂ - s_1, а DС = С₂ - С₁, тогда:

Г = -С/RT´ (s₂ - s₁) / (С₂ – С₁). Величина -Ds/DС характеризует поверхностную активность ПАВ, обозначаемую G.

Определим поверхностную активность: G = - Ds/DС = - (42,8´ 10^-3 – 72,75 ´10^-3) / 0,055 – 0 = 0,54 (нм²/кмоль).

Определим величину адсорбции:

Г=G´С/RT=0,54нм²/кмоль´ 0,030кмоль/м³/8,31´10³ Дж/кмоль ^. К´293К = 6,0 ´10^-9кмоль/м². Адсорбция положительная.

Задача 2. Пользуясь правилом Дюкло-Траубе, определить, во сколько раз поверхностная активность гексановой кислоты меньше поверхностной активности нонановой кислоты.

Решение: согласно правилу Дюкло-Траубе, поверхностная активность ПАВ на границе раствор-воздух возрастает с увеличением длины углеводородного радикала на каждую –СН₂- группу в 3,2 раза. Длина углеводородного радикала нонановой кислоты больше, чем гексановой кислоты на 3 метиленовые группы, следовательно:

G нонановой к-ты ₃

G гексановой к-ты ^{= 3,2 = 32,8 (раза)}

G гексановой кислоты меньше G нонановой кислоты в 32,8 раза.

Задачи для самостоятельного решения:

Задача 1. Определить поверхностную активность и значение адсорбции при 15⁰С для водного раствора ацетона С(СН₃)₂СО = 0,025 моль/л, если поверхностное натяжение раствора равно 44,7´10^-3 н/м, поверхностное натяжение воды при этой температуре

73,49´10^-3н/м.

Задача 2. Определить площадь, занимаемую одной молекулой в насыщенном адсорбционном слое анилина на поверхности его водного раствора, если предельная адсорбция Г_max = 6,5 ´10^-9 кмоль/м².

Задача 3. Вычислить длину (1₀) и площадь (S₀) молекулы изогептанола в насыщенном адсорбционном слое, если Г_max = 6,9´10^-7 моль/м², d = 0,89 г/мл.

Задача 4. Определить предельную величину адсорбции гексанола (Г_max), если площадь, приходящаяся на одну молекулу в насыщенном адсорбционном слое, равна 2,5´10^-19м². Одинакова ли толщина насыщенного слоя для гексанола и октанола. Объяснить. Изобразите графически, как ориентируются молекулы гексанола в насыщенном адсорбционном слое на границах раздела: а) вода – воздух; б) вода – бензол.