Ֆազի մակերեսային շերտի կառուցվածքի առանձնահատկությունները.

Մեկ կամ մի քանի մոլեկուլային շերտեր պարունակող միջանկյալ փուլ

Առանձնահատկություններ:

– Մաքուր նյութի ծավալի ներսում միջմոլեկուլային փոխազդեցության բոլոր ուժերը հավասարակշռված են

– Մակերեւութային մոլեկուլների վրա ազդող բոլոր ուժերի արդյունքն ուղղված է հեղուկի ներսում

- Մակերևութային երևույթները աննշան են, եթե մարմնի զանգվածի և մակերեսի հարաբերակցությունը ձեռնտու է մարմնի զանգվածին

- Մակերևութային երևույթները նշանակություն են ստանում, երբ նյութը գտնվում է մասնատված վիճակում կամ ամենաբարակ շերտի (թաղանթի) տեսքով.

1 սմ 3 սլաք 10 -7, S = 6000 մ 2

1 մմ արյան նետ 4 - 5 միլիոն էրիթրոցիտ; 1լ սլաք> 30 մլ բջիջներ, S = 1000 մ 2

S ալվեոլներ = 800 -1000 մ 2; S լյարդի մազանոթներ = 600 մ 2

Գիբսի մակերեսային էներգիա

σ– մակերեսային լարվածություն

Գիբսի էներգիայի կրճատում.

Նվազեցնելով մակերեսի մակերեսը (կոպիտ մասնիկներ)

Նվազեցնելով մակերևութային լարվածությունը (սորբցիա)

403)մակերեսային լարվածություն

Կատարված աշխատանք մակերեսի միավոր ստեղծելու համար

Ջ / մ 2 միավոր

Հեղուկի մակերեսը սահմանափակող գծի միավորի երկարության վրա գործող ուժը, որն ուղղված է այս մակերեսի նվազման ուղղությամբ

Միավորներ N/m2

Մակերևութային լարվածության կախվածությունը նյութերի բնույթից, ջերմաստիճանից և ճնշումից:

Հեղուկների մակերևութային լարվածությունը նվազում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ և դառնում է զրոյի կրիտիկական ջերմաստիճանի մոտ: Ճնշման աճով հեղուկ-գազի միջերեսի մակերեսային լարվածությունը նվազում է, քանի որ գազի փուլում մոլեկուլների կոնցենտրացիան մեծանում է, իսկ ուժը նվազում է: Լուծված նյութերը կարող են աճել, նվազել և գործնականում ազդել հեղուկների գործնական լարվածության վրա: Հեղուկ-հեղուկ միջերեսի մակերեսային լարվածությունը կախված է հարակից փուլերի բնույթից: Որքան մեծ է, այնքան փոքր է մոլեկուլային փոխազդեցության ուժը տարբեր մոլեկուլների միջև:

Հեղուկի մակերեսային լարվածության չափման մեթոդներ.

Մատանին հեղուկի մակերեւույթից պոկելու մեթոդը

Մազանոթից հոսող փորձարկման հեղուկի որոշակի ծավալի կաթիլների քանակի հաշվման մեթոդ (ստալագմոմետրիկ)

Հեղուկի մեջ ընկղմված մազանոթից օդային պղպջակը անջատելու համար անհրաժեշտ ճնշումը որոշելու մեթոդ (Rehbinder մեթոդ)

Մազանոթում հեղուկի բարձրացման բարձրությունը չափելու մեթոդ, որի պատերը լավ թրջվում են դրանով

Լուծված նյութի բաշխումը մակերեսային շերտի և փուլի ծավալի միջև:

Տեսականորեն կարելի է պատկերացնել լուծված նյութի բաշխման երեք դեպք մակերեսային շերտի և փուլի ծավալի միջև. 1) լուծված նյութի կոնցենտրացիան մակերեսային շերտում ավելի մեծ է, քան փուլի ծավալում։ ) լուծված նյութի կոնցենտրացիան մակերեսային շերտում փոքր է, քան փուլերի ծավալում 3) լուծված նյութի կոնցենտրացիան վերին շերտում նույնն է, ինչ փուլերի ծավալում.

Լուծված նյութերի դասակարգումն ըստ հեղուկի (ջրի) մակերեսային լարվածության վրա ունեցած ազդեցության:

դասակարգում 1) լուծված է ավելի ցածր լարվածության p-la. Ալկոհոլներ, ձեզ 2) լուծված պարունակությունը մի փոքր ավելացնում է նատրիումի պարունակությունը. Inorg to-you, հիմքեր, աղեր: Սախարոզա.

Գիբսի հավասարումը լուծված նյութերի կլանումը բնութագրելու համար: Հավասարումների վերլուծություն.

Г=-(C/RT)*(∆σ/∆C). G- լուծույթի մակերեսի վրա կլանման արժեքը: ∆σ/∆C-pov ակտիվություն in-va Վերլուծություն՝ ∆σ/∆C=0, Г=0. Սա NVD է: ∆σ/∆C>0, Գ<0-поверхностно инактивные в-ва. ∆σ/∆C<0, Г>0-մակերևութային ակտիվ նյութ:

Մակերեւութային ակտիվ նյութերի մոլեկուլային կառուցվածքը և հատկությունները:

sv-va: Սահմանափակ լուծելիություն

Ունեն ավելի ցածր մակերեսային լարվածություն, քան հեղուկները

Կտրուկ փոխել հեղուկի մակերեսային հատկությունները

Կառուցվածքը. ամֆիֆիլային - մոլեկուլի տարբեր մասերը բնութագրվում են լուծիչի հետ տարբեր հարաբերություններով

Հիդրոֆոբ հատկություններ՝ ածխաջրածնային ռադիկալ

Հիդրոֆիլ հատկություններ՝ OH, NH 2, SO 3 H

Մակերեւութային ակտիվ նյութերի դասակարգում, օրինակներ.

Մոլեկուլային կամ ոչ իոնային - սպիրտներ, մաղձ, սպիտակուցներ

Իոնային անիոնային - օճառներ, սուլֆոնաթթուներ և դրանց աղեր, կարբոքսիլաթթուներ

Իոնային կատիոնային - օրգանական ազոտ պարունակող հիմքեր և դրանց աղեր

Մակերեւութային ակտիվ նյութերի բնույթի ազդեցությունը դրանց մակերեսային ակտիվության վրա: Duclos-Traube կանոն.

Շղթայի երկարացումը ռադիկալով՝ CH 2-ով, մեծացնում է ճարպաթթուների ներծծվելու ունակությունը 3,2 անգամ:

Կիրառելի է միայն նոսր լուծույթների և սենյակային ջերմաստիճանին մոտ ջերմաստիճանների համար, քանի որ Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մեկտեղ ավելանում է կլանումը

Տիպիկ L/L ինտերֆեյսը ջրի (W) և յուղի (O) միջև սահմանն է՝ բաղադրիչներ, որոնք քիչ կամ ընդհանրապես կապ չունեն միմյանց հետ: Նման սահմանը բավականին ընդգծված է, թեև ոչ այնքան սուր, որքան նկատվում է L/G միջերեսի համար (նկ. 1): Շփման ընդհանուր մակերեսի աճը մեկ փուլի (փոքր կաթիլների տեսքով) մյուսի մեջ ցրելու միջոցով դանդաղ է, մինչդեռ հակառակ անցումը սկզբնական փուլերին արագ է, և հակառակ գործընթացի շարժիչ ուժը նվազեցման միտումն է: մակերեսային և նվազեցնել մակերևույթի էներգիան: Համակարգին ավելացված ամֆիֆիլային նյութերը (օրինակ՝ ճարպաթթուները) բաշխվում են L/L միջերեսում այնպես, որ մոլեկուլի տարբեր մասերի մերձեցումը տարբեր փուլերի համար առաջացնում է մակերեսի ազատ էներգիայի նվազում և կայունացնում միջերեսը։ L/G և L/L միջերեսներում մոլեկուլների բաշխման տեսակների նմանությունը կարելի է տեսնել Նկ. 4ա, բ; Հիմնական տարբերությունը յուղային շերտում մակերեւութային ակտիվ նյութի մոլեկուլների առկայությունն է: Մակերեւութային ակտիվ նյութի բաշխումը ցույց է տրված նկ. 4b-ը հավասարապես կիրառվում է նավթի ջրի մեջ (O/W) կամ ջրի մեջ յուղի (W/O) էմուլսիաների համար, այնպես որ երկու տեսակի էմուլսիաները (կամ դիսպերսիաները) կայունացվում են համապատասխան համապատասխան մակերեսային ակտիվ նյութերով:

50. Գազերի կլանումը պինդ մարմինների մակերեսին.

51. Ադսորբցիա լուծույթներից. իոնների փոխանակում.

Լուծույթից լուծված նյութերի կլանման իզոթերմները արտաքին տեսքով նման են գազերի ադսորբցիոն իզոթերմներին. նոսր լուծույթների համար այս իզոթերմները լավ նկարագրված են Ֆրեյնդլիխի կամ Լանգմյուիրի հավասարումներով, եթե լուծույթում լուծված նյութի հավասարակշռության կոնցենտրացիան փոխարինված է դրանց մեջ։ Այնուամենայնիվ, լուծույթներից կլանումը շատ ավելի բարդ երևույթ է, քան գազայինը, քանի որ լուծիչի կլանումը հաճախ տեղի է ունենում լուծվող նյութի կլանման հետ միաժամանակ:

Էլեկտրոլիտների ջրային լուծույթներից կլանումը, որպես կանոն, տեղի է ունենում այնպես, որ նույն տեսակի իոնները ներծծվում են լուծույթից պինդ կլանիչի վրա։ Լուծույթից կամ անիոնից կամ կատիոնից արտոնյալ կլանումը որոշվում է ներծծող նյութի և իոնների բնույթով: Էլեկտրոլիտային լուծույթներից իոնների կլանման մեխանիզմը կարող է տարբեր լինել. հատկացնել իոնների փոխանակումը և հատուկ կլանումը:

Իոնների փոխանակումը էլեկտրոլիտային լուծույթով և պինդ (իոնափոխանակիչով) իոնների համարժեք փոխանակման շրջելի գործընթաց է մ/վ: Իոնափոխանակիչները (իոնափոխանակիչներ) էլեկտրոլիտային լուծույթների հետ շփման դեպքում իոնափոխանակող նյութեր են: Ըստ փոխանակվող իոնների նշանի՝ առանձնանում են կատիոնափոխանակիչներն ու անիոնափոխանակիչները։ Կատիոնափոխանակիչն ունի ֆիքսված անիոնային խմբեր և կատիոններ, որոնք կարող են փոխանակվել շրջակա միջավայրի հետ: Իոնների փոխանակումը որոշ նմանություններ ունի կլանման հետ. լուծված նյութի իոնների կոնցենտրացիան տեղի է ունենում պինդ նյութի մակերեսի վրա:

52. Ցրված համակարգերի ստացման և մաքրման մեթոդներ.

Ցրված համակարգը համակարգ է, որում մի նյութը բաշխված է մյուսի միջավայրում, և կա ֆազային սահման մասնիկների և դիսպերսիոն միջավայրի միջև։ Ցրված համակարգերը բաղկացած են ցրված փուլից և ցրված միջավայրից:

Ցրված փուլը միջավայրում բաշխված մասնիկներն են։ Նրա առանձնահատկություններն են ցրվածությունը և դադարը։

Դիսպերսիոն միջավայր - նյութական միջավայր, որում գտնվում է ցրված փուլը: Դրա նշանը շարունակականությունն է։

ցրման մեթոդ. Այն բաղկացած է պինդ մարմինների մեխանիկական ջախջախումից մինչև տվյալ դիսպերսիա; ցրում ուլտրաձայնային թրթռումներով; էլեկտրական ցրումը փոփոխական և ուղղակի հոսանքի ազդեցության տակ: Դիսպերսիայի մեթոդով ցրված համակարգեր ստանալու համար լայնորեն օգտագործվում են մեխանիկական սարքեր՝ ջարդիչներ, ջրաղացներ, շաղախներ, գլանափաթեթներ, ներկերի սրիչներ, թափահարիչներ։ Հեղուկները ատոմացվում և ցողվում են՝ օգտագործելով վարդակներ, գագաթներ, պտտվող սկավառակներ, ցենտրիֆուգներ: Գազերի ցրումն իրականացվում է հիմնականում հեղուկի միջով փրփրելով։ Փրփուր պոլիմերներում, փրփուր բետոնում, փրփուր գիպսում գազերը ստացվում են նյութերի միջոցով, որոնք գազ են թողնում բարձր ջերմաստիճանում կամ քիմիական ռեակցիաների ժամանակ։

Չնայած ցրման մեթոդների լայն կիրառմանը, դրանք չեն կարող օգտագործվել -100 նմ մասնիկների չափով ցրված համակարգեր ստանալու համար։ Նման համակարգերը ստացվում են խտացման մեթոդներով։

Խտացման մեթոդները հիմնված են մոլեկուլային կամ իոնային վիճակում գտնվող նյութերից ցրված փուլի ձևավորման գործընթացի վրա: Այս մեթոդի համար անհրաժեշտ պահանջը գերհագեցած լուծույթի ստեղծումն է, որից պետք է ստացվի կոլոիդային համակարգ։ Դրան կարելի է հասնել որոշակի ֆիզիկական կամ քիմիական պայմաններում:

Ֆիզիկական խտացման մեթոդներ.

1) հեղուկների կամ պինդ մարմինների գոլորշիների սառեցումը ադիաբատիկ ընդարձակման կամ դրանք մեծ քանակությամբ օդի հետ խառնելու ժամանակ.

2) լուծույթի աստիճանական հեռացումը (գոլորշիացումը) լուծույթից կամ փոխարինումը այլ լուծիչով, որի մեջ ցրված նյութը ավելի վատ է լուծվում.

Այսպիսով, ֆիզիկական խտացումը վերաբերում է օդում պինդ կամ հեղուկ մասնիկների, իոնների կամ լիցքավորված մոլեկուլների (մառախուղ, մշուշ) մակերեսի վրա ջրի գոլորշու խտացմանը։

Լուծիչների փոխարինումը հանգեցնում է լուծույթի ձևավորմանը, երբ սկզբնական լուծույթին ավելացվում է մեկ այլ հեղուկ, որը լավ խառնվում է սկզբնական լուծիչին, բայց վատ լուծիչ է լուծվող նյութի համար:

Խտացման քիմիական մեթոդները հիմնված են տարբեր ռեակցիաների կատարման վրա, որոնց արդյունքում գերհագեցած լուծույթից նստվածք է ստանում չլուծված նյութը։

Քիմիական խտացումը կարող է հիմնված լինել ոչ միայն փոխանակման, այլ նաև օքսիդացման օքսիդացման, հիդրոլիզի և այլնի վրա:

Ցրված համակարգեր կարելի է ձեռք բերել նաև պեպտիզացիայի միջոցով, որը բաղկացած է նստվածքների տեղափոխումից կոլոիդային «լուծույթի» մեջ, որի մասնիկներն արդեն ունեն կոլոիդային չափեր։ Գոյություն ունեն պեպտիզացիայի հետևյալ տեսակները. մակերեւութային ակտիվ նյութերով պեպտիզացիա; քիմիական պեպտիզացիա.

Թերմոդինամիկայի տեսանկյունից ցրման մեթոդը առավել շահավետ է։

Մաքրման մեթոդներ.

Դիալիզը լուծույթների մաքրումն է կեղտից՝ օգտագործելով կիսաթափանցիկ թաղանթներ, որոնք լվացվում են մաքուր լուծիչով:

Էլեկտրոդիալիզը էլեկտրական դաշտի միջոցով արագացված դիալիզ է:

Ուլտրաֆիլտրացիա - մաքրում` ստիպելով դիսպերսիոն միջավայրը ցածր մոլեկուլային քաշի կեղտերի հետ կիսաթափանցիկ թաղանթով (ուլտրաֆիլտր):

53. Ցրված համակարգերի մոլեկուլային-կինետիկ և օպտիկական հատկություններ. Բրաունյան շարժում, օսմոտիկ ճնշում, դիֆուզիոն, նստվածքային հավասարակշռություն, նստվածքային վերլուծություն, դիսպերս համակարգերի օպտիկական հատկություններ:

Բոլոր մոլեկուլային-կինետիկ հատկությունները պայմանավորված են մոլեկուլների ինքնաբուխ շարժմամբ և դրսևորվում են Բրոունյան շարժման, դիֆուզիայի, օսմոսի և նստվածքային-իոնային հավասարակշռության մեջ։

Բրաունյան շարժումը կոչվում է շարունակական, քաոսային, հավասարապես հավանական բոլոր ուղղությունների համար, հեղուկի կամ գազերի մեջ կասեցված փոքր մասնիկների շարժում՝ դիսպերսիոն միջավայրի մոլեկուլների ազդեցությամբ։ Բրոունյան շարժման տեսությունը բխում է պատահական ուժի փոխազդեցության հայեցակարգից, որը բնութագրում է մոլեկուլների ազդեցությունը, ժամանակից կախված ուժը և շփման ուժը, երբ ցրված փուլի մասնիկները շարժվում են դիսպերսիոն միջավայրում որոշակի արագությամբ։

Թարգմանական շարժումից բացի հնարավոր է նաև պտտվող շարժում, որը բնորոշ է անկանոն ձևի երկչափ մասնիկներին (թելեր, մանրաթելեր, փաթիլներ)։ Բրաունյան շարժումն առավել արտահայտված է բարձր ցրված համակարգերում, և դրա ինտենսիվությունը կախված է դիսպերսիայից։

Դիֆուզիան նյութի ինքնաբուխ տարածումն է ավելի բարձր կոնցենտրացիայի տարածքից դեպի ավելի ցածր կոնցենտրացիայի տարածք: Կան հետևյալ տեսակները.

1.) մոլեկուլային

3) կոլոիդային մասնիկներ.

Գազերում դիֆուզիայի արագությունն ամենաբարձրն է, իսկ պինդ մարմիններում՝ ամենացածրը։

Օսմոտիկ ճնշումը լուծույթից բարձր ավելցուկային ճնշումն է, որն անհրաժեշտ է թաղանթով լուծիչի տեղափոխումը կանխելու համար: OD-ն առաջանում է, երբ մաքուր լուծիչը շարժվում է դեպի լուծույթ կամ ավելի նոսր լուծույթից դեպի ավելի խտացված, և, հետևաբար, կապված է լուծվող նյութի և լուծիչի կոնցենտրացիայի տարբերության հետ: Օսմոտիկ ճնշումը հավասար է այն ճնշմանը, որը կստեղծեր ցրված փուլը (լուծված նյութը), եթե այն նույն ջերմաստիճանում գտնվող գազի տեսքով զբաղեցներ նույն ծավալը, ինչ կոլոիդային համակարգը (լուծույթը):

Նստվածքը ծանրության ազդեցության տակ ցրված համակարգերի շերտավորումն է՝ ցրված փուլի տարանջատումը՝ նստվածքի տեսքով։ Ցրված համակարգերի նստվածքի ընդունակությունը նրանց նստվածքային կայունության ցուցանիշն է: Շերտավորման գործընթացները օգտագործվում են, երբ պահանջվում է այս կամ այն ​​բաղադրիչը մեկուսացնել որոշ բաղադրիչից բնական կամ արհեստականորեն պատրաստված արտադրանքից, որը տարասեռ հեղուկ համակարգ է: Որոշ դեպքերում արժեքավոր բաղադրիչը հեռացվում է համակարգից, որոշ դեպքերում՝ անցանկալի կեղտերը: Հասարակական սննդի ոլորտում ցրված համակարգերի շերտավորման գործընթացները անհրաժեշտ են, երբ պահանջվում է ստանալ թափանցիկ ըմպելիքներ, լուսավորել արգանակը և ազատել այն մսի մասնիկներից:

Լույսի ճառագայթի վարքագիծը, որն իր ճանապարհին հանդիպում է ցրված փուլի մասնիկների, կախված է լույսի ալիքի երկարության և մասնիկների չափի հարաբերակցությունից: Եթե ​​մասնիկները լույսի ալիքի երկարությունից մեծ են, ապա լույսն արտացոլվում է մասնիկների մակերեսից որոշակի անկյան տակ։ Այս երեւույթը նկատվում է կախոցներում։ Եթե ​​մասնիկները լույսի ալիքի երկարությունից փոքր են, ապա լույսը ցրված է։

մակերեսային ակտիվություն, միջերեսում ադսորբցիայի ժամանակ նյութի ունակությունը՝ նվազեցնելու մակերեսային լարվածությունը (միջերեսային լարվածությունը)։ Ադսորբցիա Գ in-va և դրա հետևանքով առաջացած մակերևութային լարվածության նվազումը կապված է կոնցենտրացիայի հետ Հետ in-va այն փուլում, որտեղից նյութը ներծծվում է միջերեսային մակերեսին, Գիբսի հավասարումը (1876). R-գազի մշտական, Տ- abs. ջերմաստիճանը (տես Ադսորբցիա):Ածանցյալ ծառայում է որպես տվյալ միջերեսային սահմանի վրա մակերևութային լարվածությունը նվազեցնելու նյութի կարողության չափանիշ և կոչվում է նաև. մակերեսային ակտիվություն. Նշվում է G (ի պատիվ J. Gibbs), չափվում է J m / mol (gibbs):

Մակերեւութային ակտիվ նյութեր (մակերևութային ակտիվ նյութեր), նյութեր, որոնց կլանումը հեղուկից մեկ այլ փուլի միջերեսում (հեղուկ, պինդ կամ գազային) հանգեցնում է միջին. նվազեցնելով մակերեսային լարվածությունը (տես Մակերեւութային ակտիվություն): Ամենաընդհանուր և գործնական դեպքում ներծծված մակերևութային ակտիվ նյութի մոլեկուլները (իոնները) ունեն ամֆիֆիլային կառուցվածք, այսինքն՝ դրանք բաղկացած են բևեռային խմբից և ոչ բևեռային ածխաջրածնային ռադիկալից (ամֆիֆիլային մոլեկուլներ): Մակերեւութային ակտիվությունը ոչ բևեռային փուլի նկատմամբ (գազ, ածխաջրածնային հեղուկ, պինդ մարմնի ոչ բևեռ մակերես) ունի ածխաջրածնային ռադիկալ, որը դուրս է մղվում բևեռային միջավայրից։ Մակերեւութային ակտիվ նյութերի ջրային լուծույթում օդի սահմանին ձևավորվում է կլանման մոնոմոլեկուլային շերտ՝ դեպի օդ ուղղված ածխաջրածնային ռադիկալներով: Երբ այն դառնում է հագեցած, մակերեսային շերտում խտանալով մակերեւութային ակտիվ նյութի մոլեկուլները (իոնները) գտնվում են մակերեսին ուղղահայաց (նորմալ կողմնորոշում):

Մակերեւութային ակտիվ նյութերի կոնցենտրացիան ադսորբցիոն շերտում մի քանի կարգով ավելի մեծ է, քան հեղուկի մեծ մասում, հետևաբար, նույնիսկ ջրի մեջ չնչին պարունակության դեպքում (ըստ կշռի 0,01-0,1%), մակերեսային ակտիվները կարող են նվազեցնել ջրի մակերևութային լարվածությունը օդի սահմանը 72,8-ից 10 -3-ից 25 10 -3 Ջ/մ 2, այսինքն. գրեթե մինչև ածխաջրածնային հեղուկների մակերևութային լարվածությունը։ Նմանատիպ երևույթ տեղի է ունենում նաև մակերեսային ակտիվ նյութի՝ ածխաջրածնային հեղուկի ջրային լուծույթի սահմանին, որը նախադրյալներ է ստեղծում էմուլսիաների առաջացման համար։

Կախված լուծույթում մակերևութային ակտիվ նյութերի վիճակից՝ պայմանականորեն առանձնանում են իսկապես լուծելի (մոլեկուլային ցրված) և կոլոիդային մակերևութային ակտիվ նյութերը։ Նման բաժանման պայմանականությունն այն է, որ նույն մակերեսային ակտիվ նյութը կարող է պատկանել երկու խմբերին՝ կախված պայմաններից և քիմ. լուծիչի բնույթը (բևեռականությունը): Մակերեւութային ակտիվ նյութերի երկու խմբերն էլ ներծծվում են փուլային սահմաններում, այսինքն՝ նրանք մակերևութային ակտիվություն են ցուցաբերում լուծույթներում, մինչդեռ միայն կոլոիդային մակերևութային ակտիվ նյութերն են ցուցադրում զանգվածային հատկություններ՝ կապված կոլոիդային (միցելյար) փուլի ձևավորման հետ: Մակերեւութային ակտիվ նյութերի այս խմբերը տարբերվում են չափազերծ մեծության արժեքով, որը կոչվում է. հիդրոֆիլ-լիպոֆիլ հավասարակշռությունը (HLB) և որոշվում է հարաբերակցությամբ.

Duclos-Traube կանոն- օրգանական նյութի ջրային լուծույթի մակերևութային ակտիվությունը նրա մոլեկուլում ածխաջրածնային ռադիկալի երկարության հետ կապող կախվածություն. Համաձայն այս կանոնի՝ ածխաջրածնային ռադիկալի երկարության մեկ СН 2 խմբի մեծացման դեպքում նյութի մակերևութային ակտիվությունը միջինը մեծանում է 3,2 գործակցով: վերջիններս սովորաբար կազմված են բևեռային մասից (խումբ՝ մեծ դիպոլային մոմենտով) և ոչ բևեռային մասից (ալիֆատիկ կամ արոմատիկ ռադիկալներ)։ Օրգանական նյութերի հոմոլոգ շարքի սահմաններում ջրային լուծույթի մակերևութային լարվածությունը որոշակի մակարդակի իջեցնելու համար պահանջվող կոնցենտրացիան նվազում է 3-3,5 գործակցով՝ ածխածնի ռադիկալի մեկ -СΗ 2 - խմբի աճով:

1. Պատրաստել երեք սպիրտների (կամ օրգանական թթուների) 0,2, 0,1 0,05, 0,025 և 0,0125 Մ լուծույթներ. մեկ հոմոլոգ շարք.

2. Որոշեք դրանց մակերևութային լարվածության արժեքները՝ օգտագործելով սարքը և Rebinder մեթոդը, գրեք արդյունքներն ու հաշվարկները աղյուսակ 3.6-ում:

3. Մեկ գրաֆիկի վրա գծե՛ք նույն հոմոլոգ շարքի բոլոր մակերևութային ակտիվ նյութերի լուծույթների մակերևութային լարվածության իզոթերմները:

4. Գրաֆիկից հաշվարկեք բոլոր լուծույթների մակերևութային ակտիվությունները Ds/DC բոլոր կոնցենտրացիաների համար սկզբնական գծային գծապատկերներից:

5. Հաշվի՛ր հոմոլոգ շարքի մոտակա հարեւանների մակերևութային գործունեության հարաբերակցությունը:

6. Եզրակացություն արեք Duclos-Traube կանոնի իրագործելիության մասին:

Աղյուսակ 3.6.

Լուծումներ	ՀԵՏ, մոլ/լ	P \u003d ժ 2 - ժ 1	s, օր/սմ	Ds/DC
	0	P o =	s o =
	0,0125
	0,025
	0,05
	0,1
	0,2
	0,0125
	0,025
	0,05
	0,1
	0,2
	0,0125
	0,025
	0,05
	0,1
	0,2

ՎԵՐԱՀՍԿՈՂԱԿԱՆ ՀԱՐՑԵՐ.

Նախքան աշխատանք կատարելը.

1. Ձևակերպել աշխատանքի նպատակը.

2. Նկարագրեք Rehbinder մեթոդով մակերեսային լարվածության որոշման չափման կարգը:

3. Պատմեք մեզ մակերեւութային ակտիվության լուծույթների մակերևութային ակտիվության որոշման և կլանման հաշվարկման կարգը՝ ըստ Գիբսի։

4. Բացատրեք Duclos-Traube կանոնի իրագործելիությունը ստուգելու կարգը և հաշվարկները:

Ձեր աշխատանքը պաշտպանելու համար.

1. Մակերեւութային լարվածությունը ...

2. Նշեք հեղուկների մակերեսային լարվածության վրա ազդող գործոնները:

3. Կա՞ արդյոք տարբերություն փափուկ և կոշտ ջրի մակերևութային լարվածության մեջ, որի նմուշները նույն ջերմաստիճանում են: Հիմնավորե՛ք ձեր պատասխանը։

4. Բացատրի՛ր «կլանում» և «կլանում» տերմինների տարբերությունը։ Բերեք կլանման և կլանման օրինակներ:

5. Գծե՛ք ադսորբցիայի կախվածության գրաֆիկները T 1 և T 2 ջերմաստիճաններում մակերևութային ակտիվ նյութի կոնցենտրացիայից՝ հաշվի առնելով, որ T 2< Т 1.

6. Մակերեւութային լարվածության կախվածության գրաֆիկները T 1 և T 2 ջերմաստիճաններում մակերևութային ակտիվ նյութի կոնցենտրացիայից, հաշվի առնելով, որ T 2 > T 1:

7. Որոշեք C 6 H 5 NH 2 անիլինի մեկ մոլեկուլի մակերեսը օդի հետ սահմանին, եթե անիլինի սահմանափակող կլանումը G ¥ = 6,0 10 -9 կմոլ / մ 2 է:

8. Բերե՛ք մի գործընթացի օրինակ, երբ ջրի մակերևութային լարվածությունը դառնում է զրո:

9. Ստորև բերված միացությունների շարքից ընտրե՛ք ջրի մակերևութային լարվածությունը մեծացնողները՝ NaOH, NH 4 OH, C 6 H 5 NH 2, CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -COOH, CH 3 -CH. 2 ONa, KCNS

10. Որքանո՞վ են տարբեր նույն կոնցենտրացիայի էթիլային (CH 3 -CH 2 OH) և բուտիլային (CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 OH) սպիրտների մակերեսային ակտիվությունը (ցածր կոնցենտրացիաներում):

11. Հետևյալ միացություններից ո՞րն է ունենալու ամենաբարձր կլանման արժեքը նույն կոնցենտրացիայի դեպքում՝ HCOOH, CH 3 -COOH կամ CH 3 -CH 2 -COOH: Հիմնավորե՛ք ձեր պատասխանը։

ԳԱԶԱՅԻՆ ՔՐՈՄԱՏՈԳՐԱՖԻԱ

Նյութերի խառնուրդը բաժանելու քրոմատոգրաֆիկ մեթոդը բաղկացած է նրանից, որ խառնուրդը կազմող նյութերը շարժվում են ոչ ներծծող կրող գազի հետ միասին սորբենտի մակերևույթի երկայնքով (ստացիոնար փուլ), և դրանց կլանման և կլանման գործընթացները: նյութերը անընդհատ առաջանում են. Ստացիոնար փուլը վարդակի տեսքով տեղադրվում է խողովակի մեջ, որը կոչվում է քրոմատոգրաֆիկ սյունակ, որի միջով պետք է անցնեն բոլոր ընդունված նյութերը, որից հետո դրանք գրանցվում են սյունակի ելքի մոտ քրոմատոգրաֆիկ դետեկտորով: Նյութերի շարժումը սյունակի երկայնքով տեղի է ունենում միայն կրող գազի հոսքի հետ միասին, մինչդեռ սորբացված վիճակում դրանք ուղղորդված չեն շարժվում։ Հետևաբար, որքան երկար է առանձին նյութի մոլեկուլների միջին «կյանքի ժամկետը» կլանված վիճակում, այնքան ցածր է նրանց միջին արագությունը սյունակի երկայնքով: Նկար 3.1-ում ներկայացված է չորս նյութերի խառնուրդի համար դետեկտորի կողմից գրանցված քրոմատոգրամը:

Բրինձ. 4.1 Չորս նյութերից բաղկացած խառնուրդի բնորոշ քրոմատոգրամ.

Նկար 4.1-ի սլաքը ցույց է տալիս խառնուրդի ներթափանցման պահը կրող գազի հոսքի մեջ սյունակի մուտքի մոտ: Սյունակի միջով նյութի անցնելու ընդհանուր ժամանակը ( պահպանման ժամանակը ) t u կրող գազի հետ շարժման ժամանակի գումարն է t0և ներծծված վիճակում անցկացրած ընդհանուր ժամանակը տ Ռ (շտկված պահպանման ժամանակը):

t u = t o + t R 4.1

t 0-ը նույնն է բոլոր նյութերի համար, քանի որ դրանք շարժվում են սյունակի երկայնքով կրող գազի հետ իր u 0 գծային արագությամբ: Քանի որ ներծծվող վիճակում նյութերի պահպանումը տեղի է ունենում հեղուկ թաղանթի մոլեկուլների (բաժանման քրոմատոգրաֆիա) կամ պինդ փուլի մակերևույթի (ադսորբցիոն քրոմատոգրաֆիա) մոլեկուլների հետ բաժանվող նյութերի մոլեկուլների փոխազդեցության պատճառով, ապա t R-ն կախված է. ստացիոնար փուլի բնույթը. Խառնուրդի բաղադրիչները, որոնք տարբերվում են տվյալ անշարժ փուլի հետ փոխազդեցության էներգիայով, կունենան t R-ի տարբեր արժեքներ: Օրինակ, ածխաջրածինների ածանցյալների համար այս փոխազդեցությունների էներգիան որոշվում է ածխաջրածինների շղթայի երկարությամբ և ֆունկցիոնալ խմբերի առկայությամբ, հետևաբար, շտկված պահպանման ժամանակի արժեքը t R-ն այս նյութի որակական բնութագիրն է մշտական ​​փորձարարական պայմաններում: ՝ ջերմաստիճան և կրող գազի ծավալային արագություն (w ).

Խառնուրդի i-րդ բաղադրիչի միջին գծային արագությունը սյունակի երկայնքով u i = l/t u , Որտեղ լ- սյունակի երկարությունը, որը նկարագրված է հիմնական հավասարմամբ.

4.2

u 0 - կրող գազի արագություն;

- Հենրի գործակիցը, այսինքն. i-րդ ​​նյութի բաշխման գործակիցը ստացիոնար և գազային փուլերի միջև.

C a և C-ն այս փուլերում նյութի կոնցենտրացիաներն են համապատասխանաբար հավասարակշռության մեջ.

կոչվում է փուլային հարաբերակցություն և հավասար է անշարժ փուլի V a ծավալի հարաբերությանը, որում տեղի է ունենում կլանումը սյունակի շարժական (գազի) փուլի ծավալին: V = wt o., w-ը կրող գազի ծավալային արագությունն է .

Շնորհիվ այն բանի, որ Г i խառնուրդի տարբեր նյութերի համար տարբերվում են միմյանցից, դրանց շարժումը սյունակի երկայնքով տեղի է ունենում տարբեր միջին արագություններով, ինչը հանգեցնում է նրանց տարանջատմանը: Ոչ կլանող նյութերը, ինչպես նաև կրող գազը, t 0 ժամանակով անցնում են սյունակի ամբողջ երկարությամբ: Այսպիսով,

, 4.З

դրանք. , 4.4

Որտեղ

, 4.5

Աջ և ձախ կողմերը բազմապատկելով w, ստանում ենք

, 4.6

Վ Ռ- շտկված պահպանման ծավալը , կախված է միայն սյունակի անշարժ փուլի ծավալից և Հենրիի գործակիցից։ Երկու բաղադրիչների 1 և 2 հարաբերական պահպանված ծավալը, որը հավասար է, կախված չէ V a-ից, այլ միայն նյութերի բնույթից և ջերմաստիճանից.

, 4.7

Այսպիսով, հարաբերական պահպանված ծավալը նյութի ամենավերարտադրելի որակական բնութագիրն է՝ համեմատած t u, t R և V R-ի հետ։

Այս կանոնը գործում է մակերեսային ակտիվ նյութերի հոմոլոգ շարքի լուծույթներում և ձևակերպված է հետևյալ կերպ.

Ածխաջրածնային ռադիկալի երկարության ավելացմամբ մեկ CH խմբի կողմից 2 , մակերեսային ակտիվությունը հոմոլոգ շարքում ավելանում է 3 - 3,5 անգամ։

Եկեք պատկերացնենք այս կանոնը գրաֆիկորեն.

Նկ.2.21. Նույն հոմոլոգ շարքի մակերևութային ակտիվության լուծույթների մակերևութային լարվածության (ա) և կլանման (բ) իզոթերմներ (1,2,3 - CH խմբերի քանակը) 2 - ածխաջրածնային ռադիկալում)

Նշենք, որ արժեքը Գ ∞ քանի որ մնում է մեկ հոմոլոգ շարք մշտական. Դա բացատրվում է նրանով, որ միաշերտի տարողունակությունը տվյալ դեպքում կախված է միայն այս շերտում գտնվող մակերեսային ակտիվ նյութի մոլեկուլի զբաղեցրած տարածքից։ Կարբոքսիլաթթուների՝ սպիրտների շարքում այս տարածքը որոշվում է բևեռային խմբի չափերով, որը նույնն է ամբողջ մակերևութային ակտիվ նյութերի շարքի համար։

Այս կանոնը պահպանվում է իսկապես լուծվող մակերեսային ակտիվ նյութերի համար: Որովհետեւ Մակերեւութային ակտիվությունը որոշվում է անսահման նոսր համակարգերի համար, հեշտ է բացատրել դրա կախվածությունը ածխաջրածնային ռադիկալի երկարությունից: Որքան երկար է ռադիկալը, այնքան ավելի ուժեղ է մակերեսային ակտիվ նյութի մոլեկուլը դուրս մղվում ջրային լուծույթից, քանի որ. ջրի մեջ ռադիկալի ներգրավումը մեծացնում է ΔG-ն, և մոլեկուլների մակերես դուրս գալու գործընթացը էներգետիկ առումով շատ բարենպաստ է:

Շիշկովսկու հավասարումը ( * )

Մակերեւութային ակտիվ նյութի մոլեկուլների ադսորբցիայի դեպքում ֆազային սահմաններում կարող են օգտագործվել երկու առաջարկված կլանման հավասարումները միատարր մակերեսի վրա: Եկեք դրանք համեմատենք միմյանց հետ.

=
(2.56)

Առանձնացրեք փոփոխականները և ինտեգրեք հետևյալ հավասարումները.

, (2.57)

, (2.58)

Քանի որ մակերեւութային լուծույթներում, դրանց բարձր մակերևութային ակտիվության պատճառով, բացարձակ կլանման արժեքները Ագրեթե հավասար է ավելցուկային կլանմանը Գ, այնպես որ ստացված հավասարումը կարելի է գրել հետևյալ ձևով. (2.59)

Ստացված հավասարումը կոչվում է Շիշկովսկու հավասարումները. Ի սկզբանե, նրա կողմից էմպիրիկորեն ստացվել է մակերեսային լարվածության կախվածությունը մակերևութային ակտիվ նյութի կոնցենտրացիայից նկարագրելու համար.

Հավասարումը (2.60) ներառում է B և A գործակիցները, որոնց ֆիզիկական իմաստը տեսանելի է վերը նշված ածանցյալ հավասարումից (2.59):

Մակերեւութային լարվածության և կլանման միջև կապը կարելի է գտնել հավասարման մեջ Ֆրումկին (*) :

, (2.61)

որից հետևում է, որ միևնույն կլանման դեպքում բոլոր հոմոլոգները նվազեցնում են մակերեսային լարվածությունը նույն Δσ արժեքով։

Մակերեւութային ակտիվության տարբերությունը մակերևութային ակտիվ նյութերի հոմոլոգիական շարքում պայմանավորված է դրանց կլանման տարբեր հատկություններով, այսինքն. G-ի նույն արժեքը ձեռք է բերվում կարճ շղթայով մակերևութաակտիվ նյութերի դեպքում զգալիորեն ավելի բարձր C-ով, քան երկար շղթայով մակերևութաակտիվ նյութերի դեպքում: Բայց եթե հոմոլոգների կոնցենտրացիաներն այնպիսին են, որ դրանց կլանումը նույնն է, ապա դրանք իջեցնում են σ նույն չափով։

Մակերեւութային ակտիվ նյութի մոլեկուլի երկրաչափական չափերի փորձարարական որոշում

Եկեք ցույց տանք, որ իմանալով միաշերտի հզորության արժեքը՝ կարող ենք հաշվարկել Ս o- բևեռային խմբի զբաղեցրած տարածքը և δ - մակերեսային ակտիվ նյութի մոլեկուլի ածխաջրածնային ռադիկալի երկարությունը. Հաշվարկված տվյալները կարելի է համեմատել ինքնուրույն որոշված ​​այլ մեթոդների հետ:

,

Բևեռային խմբի զբաղեցրած տարածքը
(2.62)

Մեկ մոլեկուլի զբաղեցրած ծավալը Վ 1 = δ Ս o (2.63)

Միաշերտի մոլային զանգվածը կարող է որոշվել բանաձևով.

M=ր δՍ o Ն ա , (2.64)

որտեղ ρ-ը մակերեսային ակտիվ նյութի խտությունն է, N a-ն Ավոգադրոյի թիվն է (*): Եվ քանի որ

S o *N a \u003d 1 / G ∞, ապա ածխաջրածնային ռադիկալի երկարությունը կարող է որոշվել ՝ հիմնվելով հավասարման վրա.

. (2.65)

Ստացված հավասարման բազմաթիվ փորձարարական ստուգումներ ցույց տվեցին լավ համաձայնություն δ-ի արժեքների միջև, որոնք հաշվարկվում էին վերը նշված հավասարումից և չափվում այլ մեթոդներով: