Описание установки. Краевые углы определяют с помощью микроскопа 1, снабженного гониометрической насадкой 2 (рис. Л.7.2.). Каплю жидкости с помощью шприца или пипетки наносят на исследуемую подложку 3, расположенную на подставке 4, находящейся в поле зрения микроскопа. Каплю освещают лампой 5. С помощью винтов 6, 7 и 8 добиваются расположения капли в фокусной плоскости микроскопа. Гониометр содержит угловую шкалу, с помощью которой измеряют краевые углы.

Рис. Л.7.2. Измерение краевых углов с помощью горизонтального

микроскопа.

Методика измерений. Исследуемый образец 3 помещают на держатель 4. Винтами 6 и 7 вводят изображение пластины в поле зрения микроскопа и фокусируют изображение с помощью винта 8. Поверхность пластины должна представлять собой четкую горизонтальную линию. Каплю исследуемой жидкости с помощью шприца или пипетки помещают у края пластинки, обращенного к объективу, и добиваются четкого изображения капли при помощи установочных винтов 6, 7 и 8. Краевой угол измеряют по угловой шкале подведением точки пересечения двух взаимно перпендикулярных линий к точке трехфазного контакта жидкость/твердое тело/газ таким образом, чтобы один из перпендикуляров совпадал с горизонтальной поверхностью образца (с поверхностью жидкость – твердое тело). Затем угломер поворачивают так, чтобы горизонтальная линия стала касательной к поверхности жидкость/газ. Величина краевого угла смачивания θ – разность отсчета при первой и второй установке угловой шкалы. Измерения проводят с обеих сторон капли (θ_лев. и θ_прав.) и берут среднее значение θ_ср.

При отсутствии описанных установок для измерения краевых углов, можно воспользоваться любым проекционным аппаратом или фотоаппаратом.

Порядок выполнения работы

1. У лаборанта получают несколько металлических пластин.

2. Для измерения выбирают один из описанных выше методов определения краевых углов.

3. Устанавливают пластину в проекционный аппарат. На поверхность металла с помощью пипетки или шприца наносят каплю сначала воды, а потом исследуемых растворов. Добиваются четкого изображения на экране капли. Контур капли обрисовывают тонко заточенным карандашом на белом листе бумаги (кальке), заранее укрепленном на экране (это первый способ определения краевых углов смачивания).

Краевой угол может быть определен по фотоснимку (это второй способ определения краевых углов смачивания).

4. Определяют краевые углы всех растворов одним из методов. Для этого к контуру капли в точке соприкосновения трех фаз проводят касательные. Угол, образованный касательной и проекцией поверхности твердого тела, направленный в сторону жидкой фазы, и есть угол смачивания θ. Его замеряют транспортиром, а значения со sθ определяют по таблицам.

Напоминаем, сначала измерения краевого угла проводят для чистой воды, а затем для серии растворов поверхностно-активных веществ разной концентрации, строго соблюдая последовательность от разбавленного раствора к более концентрированному. Для каждой жидкости получают три-пять изображений капель.

5. По среднему значению угла смачивания θ находят величину со sθ и рассчитывают работу адгезии W_а. Значения σ_ж-г для воды и водных растворов ПАВ различных концентраций определяют методом максимального давления в газовом пузырьке.

6. Затем металлическую поверхность покрывают слоем парафина и определяют краевые углы смачивания для исследуемых растворов на этой поверхности. Данные измерений угла смачивания θ , их косинусов и соответствующих концентраций ПАВ, а также расчетные значения работы адгезии W_а, заносят в табл. 6.

7. Строят график изотермы смачивания. Определяют характер инверсии смачивания.

Т а б л и ц а 6

8. Отчет оформляется в соответствии с требованиями к оформлению отчетов.

АДСОРБЦИЯ

Основные понятия

Поверхностный слой обладает избыточной энергией поверхностного слоя (поверхностной энергией), которую можно выразить уранениями:

(при Т,V=const);

= (при Т, p=const),

где  - избыточная энергия поверхностного слоя: энергияГельмгольца и Гиббса соответственно.

Явления, в результате которых изменяется величина поверхностной энергии, называются поверхностными явлениями. Адсорбция относится к их числу.

Самопроизвольное изменение концентрации компонентов системы в поверхностном слое по сравнению с концентрацией в объеме фазы называется адсорбцией.

Для количественного описания адсорбции применяют три величины.

1. Избыточная, или гиббсовская, адсорбция (Г) [кмоль/м²].Это избыток i – компонента в поверхностном слое по сравнению с его количеством в объеме фазы, приходящейся на единицу площади поверхности.

2. Абсолютная адсорбция (А).В тех случаях, когда способность вещества к адсорбции велика, то оно практически полностью находится в поверхностном слое.

3. Удельная адсорбция (а) [моль/кг или кг/кг]. Используется тогда, когда трудно определить площадь межфазной поверхности. В этом случае избыток вещества относят к массе адсорбента.

 Явление поглощения одного вещества на границе раздела фаз другим веществом называется сорбцией. Различают адсорбцию и абсорбцию. Если происходит увеличение концентрации вещества только на поверхности другого, то процесс называется адсорбцией, а поглощение вещества всем объемом другого вещества − абсорбцией.

Сорбентом или адсорбентом считают вещество, которое поглощает, а адсорбтивом поглощаемое вещество. Адсорбенты бывают твердые и жидкие; адсорбтив может находиться в любом агрегатном состоянии: твердом, жидком, газообразном.

Явление сорбции имеет избирательный характер, данный адсорбент поглощает не любое вещество. Для каждого адсорбента адсорбция зависит от природы и концентрации адсорбтива, а также от температуры. С увеличением температуры адсорбция уменьшается вследствие усиления процесса десорбции (обратного процесса).

Следует заметить, что адсорбция бывает физической и химической. Характер определяется силами межмолекулярного взаимодействия.