В разделе «Поверхностные явления» изучаются поверхностные эффекты и особенности поведения вещества, обусловленные наличием межфазных границ. Наиболее ярко влияние поверхности на свойства проявляется в наносистемах, объектах современных технологий, где доля вещества, находящегося на границе раздела фаз, настолько велика, что именно поверхностные явления становятся доминирующими в определении свойств систем. Ниже представлено несколько лабораторных работ, которые позволяют студентам на практике познакомиться с поверхностными явлениями и основами экспериментальных методов исследования наносистем. Раздел построен по модульному принципу и позволяет выполнять работы в любой последовательности.
РАБОТА 15
Поверхностное натяжение и поверхностная активность поверхностно-активных веществ. Адсорбция поверхностно-активных веществ на границе раздела жидкости и воздуха
Задачи работы
1. Измерить поверхностное натяжение растворов нескольких поверхностно-активных веществ (ПАВ) в гомологическом ряду.
2. Построить изотермы поверхностного натяжения и рассчитать коэффициент Траубе.
3. Перестроить изотермы поверхностного натяжения в изотермы адсорбции Ленгмюра.
4. Вычислить константы Ленгмюра и размеры молекул ПАВ.
Теоретическое пояснение
Границы раздела фаз содержат атомы и молекулы, характеризующиеся повышенной энергией, которая является следствием неуравновешенности сил, действующих на поверхностные молекулы
со стороны других молекул (сравните молекулы А и Б на рис. 6.1). Поверхностную энергию принято характеризовать энергией Гиббса1. Энергию Гиббса, требуемую на образование единицы поверхности, называют поверхностным натяжением σ. Поверхностное натяжение, наряду с энергетическим определением, имеет силовую интерпретацию. В этом случае его рассматривают как силу, действующую в плоскости поверхности на единицу длины контура, ограничивающего эту поверхность; эта сила направлена таким образом, чтобы свободная поверхность при данном объеме была минимальна.