Раствор хлорида натрия NaCl

 

Экспериментальное определение величины σ показывает, что поверхностное натяжение зависит от природы жидкости, ее температуры, присутствия в ее составе поверхностно-активных веществ и свойств среды, с которой она граничит. Однако поверхностное натяжение никак не зависит от того, велика поверхность жидкости или мала, подвергалась ли до этого поверхность жидкости растяжению или нет. Это означает, что работа, которая затрачивается на то, чтобы молекула попала в поверхностный слой, не зависит от площади этого слоя.

В связи с этим стоит заметить, что поверхностный слой жидкости нельзя уподоблять тонкой упругой пленке, например, резиновой. При растяжении резиновой пленки по мере увеличения ее поверхности растягивающая сила становится все больше и больше. И, следовательно, работа по увеличению этой поверхности также возрастает. При увеличении поверхности жидкости, как было отмечено выше, такого эффекта не наблюдается.

Заметим еще, что, исходя из двух возможных подходов к определению коэффициента поверхностного натяжения, можно заключить, что эта величина в системе СИ измеряется либо в Н/м, либо в Дж/м² (в системе СГС – соответственно в дн/см или эрг/см²).

Ниже в таблице 1 приведены значения коэффициентов поверхностного натяжения заданных жидкостей на границе с воздухом при температуре 20⁰С

Таблица 1

Название жидкости	формула	поверхностное натяжение ,*10-3 Н/м
этиловый спирт	C2H5OH	22,03
вода	H2O	74,22
раствор хлорида натрия	NaCl	115
бутиловый спирт	C4H9OH	24,6

 

5. Какая изотерма иллюстрирует правило Дюкло –Траубе?

 

5.4

Г. Дюкло и П. Траубе установили правило, что в гомологическом ряду алифатических соединений удлинение углеводородной цепи на одно звено –CH2- ведет к увеличению поверхностной активности ПАВ в 3-3,5 раза, т.е. в геометрической прогрессии. Иллюстрацией правила Дюкло-Траубе служит семейство изотерм поверхностного натяжения для гомологического ряда ПАВ (см. график ниже).

Можно дать следующее качественное обоснование правилу Дюкло-Траубе. При удлинении углеводородной цепи в молекуле ПАВ возрастает ее гидрофобная часть, то есть снижается ее растворимость в полярных растворителях. Это приводит к увеличению стремления молекул переходить из объема раствора «а поверхность раздела фаз. Правило Дюкло-Траубе выполняется! при следующих условиях:

1. При комнатной температуре. Увеличение температуры приводит к возрастанию скорости обратного процесса-десорбции. При этом уменьшается количество адсорбирующегося вещества и сглаживается различие в поверхностной активности гомологов. Коэффициент Траубе при этом приближается к 1.

2. При малых концентрациях ПАВ. При больших концентрациях достигается значение предельной адсорбции Г∞ одинаковой для всех членов гомологического ряда. На рис. показано, что различие в величинах гомологов наблюдается лишь до C=C1, то есть при малых концентрация

Рис.1 Демонстрация правила Дюкло-Траубе.

 

6. Величина адсорбции на поверхности жидкой фазы имеет значение

 

6.4 Г>0, Г≤0

 

Величина и знак поверхностной активности зависят как от природы са­мого вещества, так и от природы растворителя. Все вещества по способности ад­сорбироваться делятся на три группы.

1 группа. Поверхностно-активные вещества (ПАВ).

Для таких веществ g>0; dσ/dc<0; Г>0.

Поверхностно-активные вещества способны накапли­ваться в поверхностном слое, т.е. способны самопроизвольно перехо­дить из объема на границу раздела. Для этого необходимо, чтобы эти вещества отвечали следующим условиям:

1. обладали малой растворимостью, чтобы не уходить с поверхности в объем раствора;

2. поверхностное натяжение самого поверхностно-активного вещества было меньше, чем поверхностное натяжение чистого растворителя σ0, то есть σПАВ < σ₀.

Последнее условие необходимо для того, чтобы замена молекул растворителя в поверхностном слое на молекулы ПАВ была энергетически выгодной.

Поверхностно-активными являются вещества дифильного строения, то есть состоящие из двух частей. Молекулы ПАВ имеют неполярную (углеводород­ную) часть и полярную, представленную функциональными группами: -СООН, -NH2, -ОН, -NO2, -CNS и др.

Углеводородные гидрофобные радикалы выталкиваются из воды на по­верхность и обеспечивают малую растворимость молекул. Поверхностное натя­жение таких органических кислот, аминов, спиртов и т.д., всегда в несколько раз ниже, чем у воды. Схематически молекулы ПАВ изображаются в виде:

2 группа  Поверхностно - инактивные вещества (ПИВ).

Эти вещества повышают поверхностное натяжение раствора с увеличением концентрации. Для них: g<0; dσ/dс>0; Г<0.

Для ПИВ характерно стремление уйти с поверхности в глубь раствора, а для этого они должны отвечать следующим условиям:

1. иметь хорошую растворимость;

2. поверхностное натяжение вещества должно быть больше, чем у чистого растворителя.

Хорошая растворимость обеспечивает переход молекул в объем раствора, а большое значение поверхностного натяжения способствует замене молекул ПИВ в поверхностном слое на молекулы растворителя.

Таким условиям отвеча­ют неорганические основания, кислоты, соли в водных растворах, характери­зующиеся сильным взаимодействием с молекулами растворителя.

Отрицательная гиббсовская адсорбция (Г< 0) для ПИВ означает, что кон­центрации веществ в объеме больше, чем на поверхности. Поверхностное натяжение для таких веществ возрастает с ростом концентрации в связи с тем, что честь молекул ПИВ в результате диффузии попадает в поверхностный слой и, обладая поверхностным натяжением большим, чем у чистого растворителя, обеспечивает некоторое повышение поверхностного натяжения.

 

3 группа Поверхностно-индифферентные вещества (ПИДВ).

Для этой группы веществ: g=0, dσ/dc=0; Г=0.

Эти вещества равномерно распределяются между объемом фазы и поверхност­ным слоем.

 

 

7. Какое значение соответствует повышенному по сравнению с нормой (57-68 Эрг/см²) содержанию солей желчных кислот в моче?

7.4 80

 

Определение желчных пигментов. Билирубинурия — наличие билирубина в моче. Билирубин является конечным продуктом обмена желчных пигментов. В норме билирубин в моче не выявляется. Билирубин относится к группе хромопротеинов и является конечным продуктом распада гемоглобина, миоглобина, цитохрома, каталазы и др. веществ. В плазме билирубин связывается альбумином, образуя комплексное соединение (неконъюгированный, свободный, или непрямой билирубин), который не проходит почечный фильтр.

Неконъюгированный билирубин нерастворим в воде, не реагирует с диазореактивом Эрлиха. Неконъюгированный билирубин поглощается гепатоцитами. В гепатоците он соединяется с активированной глюкуроновой кислотой. Образуются билирубинмоно- и билирубиндиглюкурониды, которые представляют собой конъюгированный билирубин.

Конъюгированный билирубин водорастворим, реагирует с диазореактивом и проходит почечный фильтр. Конъюгированный билирубин выводится с желчью последовательно в желчные капилляры, ходы, желчный пузырь, тонкий кишечник, где происходит дальнейшее преобразование билирубина с образованием уробилиногена, мезобилирубиногена, мезобилирубина и других соединений.

Уробилиноген в двенадцатиперстной кишке всасывается энтероцитами и с током крови воротной вены возвращается в печень, где полностью окисляется до дипирролов. Остальные производные билирубина в толстой кишке под влиянием редуцирующей кишечной флоры превращаются в стеркобилиноген и выделяются с калом. Небольшая часть стеркобилиногена в толстой кишке всасывается в кровь и через геморроидальные вены и нижнюю полую вену поступает в почки и выводится с мочой. Таким образом, в нормальной моче содержится небольшое количество (следы) стеркобилиногена (стеркобилина), который в моче принято называть уробилиногеном (уробилином).

Большинство методов определения билирубина в моче основаны на превращении билирубина под действием окислителей в зеленый биливердин или пурпурно-красные билипуррины, которые в смеси с биливердином дают синее окрашивание.

 

8. Наибольшее увеличение какого фактора вызывает наибольшее изменение поверхностного натяжения воды?

 

Добавка ПАВ

 

Поверхностное натяжение

Свойство поверхности жидкости сокращаться, можно истолковать как существование сил, стремящихся сократить эту поверхность. Молекула M₁ (рис. 1), расположенная на поверхности жидкости, взаимодействует не только с молекулами, находящимися внутри жидкости, но и с молекулами, находящимися на поверхности жидкости, расположенными в пределах сферы молекулярного действия.

Для молекулы M₁ равнодействующая молекулярных сил, направленных вдоль свободной поверхности жидкости, равна нулю, а для молекулы M₂, расположенной у границы поверхности жидкости, и направлена по нормали к границам свободной поверхности и по касательной к самой поверхности жидкости.

Рис. 1

Равнодействующая сил, действующих на все молекулы, находящиеся на границе свободной поверхности, и есть сила поверхностного натяжения. В целом она действует так, что стремится сократить поверхность жидкости.

Можно предположить, что сила поверхностного натяжения прямо пропорциональна длине l границы поверхностного слоя жидкости, ведь на всех участках поверхностного слоя жидкости молекулы находятся в одинаковых условиях:

 

Действительно, рассмотрим вертикальный прямоугольный каркас (рис. 2, а, б), подвижная сторона которого уравновешена. После извлечения рамки из раствора мыльной пленки подвижная часть перемещается из положения 1 в положение 2.

 

Учитывая, что пленка представляет собой тонкий слой жидкости и имеет две свободные поверхности, найдем работу, совершаемую при перемещении поперечины на расстояние h = a₁ ⋅ a₂: A = 2F⋅h, где F — сила, действующая на каркас со стороны каждого поверхностного слоя. С другой стороны, .

Рис. 2 (а, б)

Следовательно, , откуда .

Согласно этой формуле единицей коэффициента поверхностного натяжения в СИ является ньютон на метр (Н/м).

Коэффициент поверхностного натяжения σ численно равен силе поверхностного натяжения, действующей на единицу длины границы свободной поверхности жидкости. Коэффициент поверхностного натяжения зависит от природы жидкости, от температуры и от наличия примесей.

При увеличении температуры он уменьшается. При повышении температуры кинетическая энергия движущихся молекул увеличивается, при этом поверхностное натяжение уменьшается. При приближении к критической температуре плотности сосуществующих фаз (жидкости и пара) сближаются. При критической температуре, когда исчезает различие между жидкостью и паром, σ = 0.

Примеси в основном уменьшают (некоторые увеличивают) коэффициент поверхностного натяжения.

Таким образом, поверхностный слой жидкости представляет собой как бы эластичную растянутую пленку, охватывающую всю жидкость и стремящуюся собрать ее в одну «каплю». Такая модель (эластичная растянутая пленка) позволяет определять направление сил поверхностного натяжения. Например, если пленка под действием внешних сил растягивается, то сила поверхностного натяжения будет направлена вдоль поверхности жидкости против растяжения. Однако это состояние существенно отличается от натяжения упругой резиновой пленки. Упругая пленка растягивается за счет увеличения расстояния между частицами, при этом сила натяжения возрастает, при растяжении же жидкой пленки расстояние между частицами не меняется, а увеличение поверхности достигается в результате перехода молекул из толщи жидкости в поверхностный слой. Поэтому при увеличении поверхности жидкости сила поверхностного натяжения не изменяется, она не зависит от площади поверхности.

Поверхностно – активными веществами (ПАВ) являются следующие классы веществ:

• спирты,
• альдегиды,
• карбоновые кислоты:

Углеводородные радикалы (CH₃-; C₂H₅-; C₁₇H₃₅- и т.д) представляют собой неполярную часть ПАВ, которая может быть как угодно длинной.

Функциональные группы

представляют полярную часть ПАВ.

 

Примеры ПАВ: олеиновая кислота (С₁₇H₃₃COOH), мыло (C₁₇H₃₅COONa).

Рассмотрим изменение поверхностного натяжения жидкости при увеличении в ней концентрации ПАВ, рис.3.

 

Рис.3

 

Молекулы ПАВ менее полярны, чем молекулы воды. Благодаря этому взаимодействие молекул воды между собой сильнее, чем молекул воды с молекулами ПАВ. В результате молекулы ПАВ будут вытесняться из раствора в поверхностный слой. Повышение концентрации третьего вещества в поверхностном слое, в частности, молекул ПАВ, приводит к понижению поверхностного натяжения.

В качестве примера рассмотрим изменение поверхностного натяжения в системе « вода - этиловый спирт». Этиловый спирт имеет поверхностное напряжение 22 мДж/м², а вода обладает большим значением удельного поверхностного натяжения 72,7 мДж/м². Поэтому добавленные первые капли спирта приведут к распределению молекул спирта исключительно в поверхностном слое воды, что вызывает резкое понижение поверхностного натяжения воды. По мере же добавления последующих порций спирта концентрация его в поверхностном слое воды будет возрастать, но одновременно будет увеличиваться его концентрация в объеме раствора. Поэтому понижение поверхностного натяжения раствора будет продолжаться, но процесс будет протекать медленнее. И в конце концов оно станет равным поверхностному натяжению этилового спирта, то есть 22 мДЖ/м², что означает – поверхностный слой раствора состоит только из молекул спирта.

Спирт в данном случае проявляет себя как поверхностно –активное вещество (ПАВ), понижающее поверхностное натяжение.

Если приливать воду к спирту, то есть делать все в обратном порядке, то процесс адсорбции будет носить противоположный (обратный) характер.

Первые порции (капли) воды, прилитые к спирту, приведут к преимущественному распределению молекул воды в объеме спирта (отрицательная адсорбция), что практически не будет влиять на величину поверхностного натяжения спирта. Последующие порции воды вызовут увеличение концентрации молекул воды в поверхностном слое и соответственно к увеличению поверхностного натяжения. Вода в этом случае выступает в роли поверхностного инактивного вещества (ПИВ).

 

 

9. Причиной неполной адсорбции раствора твердым адсорбентом является:

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться: