Методические указания (с программой) и контрольные задания по коллоидной химии. Часть 2

Министерство Образования Российской Федерации Восточно-Сибирский государственный Технологический университет В данных методических указаниях в соответствии с программой курса рассмотрены основопологающие представления о закономерностях коллоидной химии, особенности многочисленных дисперсных систем встречающихся в производстве пищевых продуктов, строительных материалов, лекарственных препаратов, охраны окружающей среды. Содержит программу курса коллоидной химии, методические указания к каждому из теоретических разделов программы, решению типовых задач и контрольные задания.

Методические указания (с программой) и контрольные задания

по коллоидной химии (поверхностным явлениям и дисперсным системам)

Ключевые слова: Поверхностное натяжение, поверхностная энергия, адсорбция, адгезия, когезия, смачивание, диффузия, ПАВ, мицеллобразование, набухание ВМС, студни, эмульсии, решение типовых задач, контрольные задания

для студентов заочного отделения технологических специальностей и биотехнологии Часть 2

Составители: Цыренова С.Б. Балдынова Ф.П. Подписано к печати 11.05.2004 г. Формат 60ч84 1/16. Усл. п. л. 3,72, уч.-изд.л. 3,5. Тираж 50 экз. Заказ №52 Издательство ВСГТУ г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40в Издательство ВСГТУ Улан-Удэ 2004 3

4

1/p104 1/a 10-3

СОДЕРЖАНИЕ Р еш е ни е типо в ых за да ч…… ……… ……… …… …

3

З а дач и и во про сы контрольных за да ни й …… .

14

Вариа н ты контроль ных за дан ий … ………… …

55

Приложения … ………… ……… …… ……… ….. ... ..

57

Задача 1. Определите поверхностное натяжения жидкости, если в капилляре с диаметром d=1-10~3 м она поднимается на высоту h = 32,6⋅10-3 м. Плотность жидкости р = 1000 кг/м3. Краевой угол смачивания θ= 0°. Решение. При использовании метода поднятия жидкости в капилляре для расчета применяют уравнение Жорена:

Задача 2. При адсорбции азота на активированном угле при 220 К получены следующие данные: 1870 5

6100 14

1,63 0,07

0,30 0,03

0,14 0,02

Строим график зависимости1/a 10~3- 1/p104. По графику находим 1/ а∞ как отрезок, отсекаемый прямой на оси ординат. Согласно графику 1/а∞ = 20; a∞ = 0,05 м3/кг. По графику тангенс угла наклона прямой tgα=1/a∞k= 332⋅l03 откуда k=6⋅10-5. Определим Sуд=a∞NΑSо. Для расчета необходимо а∞ выразить в моль/кг. Поэтому записываем Sуд = (a∞ ρ/M) NAS0; окончательно имеем Sуд = (0,05⋅1,25/28⋅10-3) 6,02⋅1023⋅16⋅10-20 м2/кг = 215⋅103 м2/кг.

РЕШЕНИЕ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ

Р, Па а-103, м3/кг

5,36 0,20

18 000 33 000 70 000 23 32 41

Плотность газообразного азота р = 1,25 кг/м3. Постройте изотерму адсорбции в линейных координатах. Рассчитайте константы a∞ и k уравнения Лэнгмюра. Определите удельную поверхность активированного угля. Решение. Площадь, занимаемая одной молекулой азота в насыщенном монослое, составляет S0= 16 – 10 -20 м2. Линейная форма уравнения Лэнгмюра выражается1/а=1/а∞+1/а∞ kp. Определим 1/р и 1/а: 5

Задача 3. Определите поверхностную активность масляной кислоты на границе раствор - воздух при 283 К по следующим данным: С, кмоль/м3.................................. 0,00 σ⋅10-3, Дж/м2 .............................. 74

0,02 69

0,05 64

0,10 60

0,25 51

0,50 44

Решение. Построив по данным график зависимости σ С, определяем

Задача 4. Вычислите удельную поверхность угольной пыли с диаметром частиц d=8-10 -5 м. Плотность угля р = 1,8-103 кг/м3. Решение. Под удельной поверхностью SУД системы с шарообразными частицами понимают отношение, общей поверхности, раздробленного вещества к единице массы или к единице объема. Поверхность шарообразной частицы Sш = 4πr2. где п — число частиц в единице объема. Масса шарообразной частицы m = 4/3πr3р. Тогда

6

Задача 5. Рассчитайте ζ-потенциал частиц полистирольного латекса: смещение цветной границы золя а при электрофорезе составляет 2,5-10 -2 м за время t, равное 60 мин. Напряжение, приложенное к концам электродов, E=115 В. Расстояние между электродами L = 0,55 м. Диэлектрическую проницаемость среды принять равной 81. Вязкость среды η = 1⋅10~3 Па-с. Электрическая константа εо = 8,85⋅1О-12 Ф/м. Решение. Уравнение Смолуховского, связывающее ζпотенциал частиц с линейной скоростью электрофореза и0, выражается как ζ=и0η/εεoH, где Н=E/L напряженность внешнего поля.

Задача 6. Проверьте применимость теории быстрой коагуляции (теории Смолуховского) к кинетике процесса коагуляции гидрозоля золота. Начальная численная концентрация золя νo = 20⋅1014 частиц/м3; t - время от начала коагуляции. Определите графически время половинной коагуляции золя θ, если T=300 К. Данные по кинетике коагуляции следующие: t, с ................................. ν ⋅10 14, частиц/м3

0 20.0

30 14,7

60 120 240 480 10,8 8,25 4,90 3,00

Решение. При быстрой коагуляции изменение частиц во времени выражается уравнением

клона этой прямой к оси абсцисс равен 1/θ. Построив график, определяем tgα=l,25⋅10-2 и θ=80 с. Теоретическое значение θ рассчитываем по уравнению θ =3/4⋅η/kTν0, где k - постоянная Больцмана, равная 1,3810~23Дж; η - вязкость воды, равная 1 10~3 Па -с. Тогда

В пределах ошибок опыта экспериментально найденное значение совпадает с теоретически рассчитанным. Можно считать, что слипание частиц золя, золота в данных условиях происходит по типу быстрой коагуляции. Задача 7. Рассчитайте энергию притяжения частиц кварца со средним радиусом r = 1⋅10~8 м в воде при расстоянии между ними h= 10 нм, использовав уравнение Гамакера

константу молекулярных сил А принять равной 0,5⋅10-20 Дж. Решение.

Задача 8. Рассчитайте размер частиц диоксида кремния, если известно, что время их оседания t на расстояние h=10~2 м составляет 60 мин. Плотности дисперсной фазы р=2,7⋅103 и дисперсионной среды ро=1⋅103 кг/м3; вязкость среды η=1,5⋅10 -3 Па⋅с. Решение. По закону Стокса

где θ не зависит от времени коагуляции и является постоянной величиной. Зависимость ν0/ν—t представляет прямую, Не проходящую через начало координат. Тангенс угла на7

8

где V – объем жира в 1 м3 молока, равный 3,6 .10-2 м3; d – диаметр капельки жира, м. Подставив численные значения, получим 6 ⋅ 3,6 ⋅ 10 −2 n= = 1,34 ⋅ 1014 −6 3 3,14(8 ⋅ 10 ) Объем адсорбированного казеина

Задача 9. Определите вязкость глицерина, если он из вискозиметра вытекает через капилляр. Радиус капилляра r=1⋅10 -3 м, длина капилляра l=6-10 -2 м. Скорость течения 14⋅10 -10 м3/с под давлением Р=200 Па. Решение. Согласно уравнению Пуазейля

Vказ=(V2 – V1)n=

где υ — скорость течения;

Задача 10. Рассчитайте молекулярную массу поливинилового спирта по данным вискозиметрии: характеристическая вязкость [η] = 0,15. Константы уравнения Марка Гувинка составляют К=4,53⋅10 -5; α=0,74. Решение. Согласно уравнению [η[=КМа, отсюда

Задача 11. Гомогенизированное при температуре 200С молоко содержит 3,6% (об.) эмульгированного жира со средним диаметром капелек 8 мкм. Часть казеина, содержание которого в молоке составило 3,2%,адсорбировалось на капельках жира слоем толщиной 6,8 ммкм. Определить объем казеина, адсорбированного на капельках жира. Решение. Число капелек жира в молоке V n=6 3 , πd 9

π

n(d 23 − d13 ),

6 где d2 – диаметр капельки со слоем казеина; d1 – диаметр капельки жира. Подставив численные значения, получим 3,14 Vказ= ⋅ 1,34 ⋅ 1014 (8,0136 3 − 8 3 )10 −18 = 1,83 ⋅ 10 − 4 ⋅ м 3 6 что составляет 183 мл, или 0,0183% от объема молока, 1,83 ⋅ 10 ⋅ 100 = 0,57% от объема казеина. или 3,2 Задача 12. Вычислить степень адсорбции фенола на поверхности капель эмульгированного масла по экспериментальным данным в зависимости поверхностного натяжения водного раствора фенола от его концентрации: 3 С ⋅ 10 , моль/м3………..0,05 0,127 0,268 0,496 3 2 σ ⋅ 10 , Дж/м ………...67,88 60,1 51,58 44,97 Решение. Согласно уравнению Гиббса C dσ Γ=− ⋅ RT dC dσ при С → 0 называется поверхностной активвеличина dC ностью вещества (в данном случае фенола) и может быть определена как тангенс угла наклона касательной к кривой σ = f (C ) в точке, где С=0. Строим кривую σ = f (C ) . Тангенс угла наклона касательной в точке С=0 и tg α =0,0967. 10

Вычисляем:

δ=

C 0,496 tgα = 0,0967 = 1,936 ⋅ 10 −5 моль / м 2 RT 8,314 ⋅ 298 или с учетом молекулярной массы фенола Мr=94 Г=1,936 ⋅ 10 −5 ⋅ 94 = 1,82 ⋅ 10 −3 г / м 2 . Γ=

Задача 13. Вычислить предельную адсорбцию Γ∞ , длину δ молекулы и площадь Sмол, занимаемую молекулой валериановой кислоты С4H9COOH на поверхности раздела водный раствор – воздух при Т = 350 К и концентрации С=0,001 кмоль/м3, если известны константы уравнения Шишковского: a=17,7.10-3, b=19,72. плотность валериановой кислоты ρ = 0,924 ⋅ 10 3 кг/м3 Решение. По уравнению Шишковского σ = σ 0 − a ln(1 + bC ) После дифференцирования получаем dσ ab =− dC 1 + bC Подстановка правой части этого уравнения в уравнение Гиббса приводит к выражению ab C Γ= RT 1 + bC При сопоставлении последнего уравнения с уравнением Ленгмюра kC Γ = Γ∞ 1 + kC Видим, что k = b = 19,72

И S мол

17,7 ⋅ 10 −3 a = 6,08 ⋅ 10 −9 Γ∞ = = 3 RT 8,314 ⋅ 10 ⋅ 350 1 1 = = = 27 ⋅ 10 − 20 −9 Γ∞ N A 6,08 ⋅ 10 ⋅ 6,02 ⋅ 10 26

11

МΓ∞

ρ

=

102 ⋅ 6,08 ⋅ 10 −9 = 6,6 ⋅ 10 −10 м 0,924 ⋅ 10 3

Задача 14. Используя уравнение Ленгмюра, вычислите адсорбцию валериановой кислоты и площадь S, приходящуюся на молекулу на поверхности раздела водный раствор – воздух при Т = 350 К и концентрации С=0,001 кмоль/м3, если известны константы уравнения Шишковского: a=17,7*10-3, b=19,72. Решение. По уравнению Шишковского σ = σ 0 − a ln(1 + bC ) После дифференцирования получаем dσ ab =− dC 1 + bC Подстановка правой части этого уравнения в уравнение Гиббса приводит к выражению ab C Γ= RT 1 + bC При сопоставлении последнего уравнения с уравнением Ленгмюра kC Γ = Γ∞ 1 + kC Видим, что k = b = 19,72 и 17,7 ⋅ 10 −3 a = 6,08 ⋅ 10 −9 Γ∞ = = 3 RT 8,314 ⋅ 10 ⋅ 350 1 1 S= = = 27 ⋅ 10 − 20 = 0,27 нм 2 −9 26 Γ∞ N A 6,08 ⋅ 10 ⋅ 6,02 ⋅ 10

12

Задача 15. Исходя из значений оптической плотности Dλ1 = 0,023 и Dλ2 = 0,135 , полученных при измерениях с

помощью ФЭК (фотоэлектрического колориметра) для следующих значений длин волн: λ1 = 680 ⋅ 10 −9 м и _

λ2 = 420 ⋅ 10 −9 м , определите средний радиус частиц r у бесцветного гидрозоля мастики. Решение. Для нахождения радиуса частиц (так как гидрозоль не окрашен) можно использовать уравнение Dλ = Kλ−α где К и α - постоянные величины ( α -коэффициент, величина которого связана с диаметром частиц). Пользуясь двумя светофильтрами, получают значения Dλ для двух волн, а затем по уравнению α α Dλ1 1  λ 2  0,023  420. ⋅ 10 −9   =   т.е. = Dλ1 2  λ1  0,135  680 ⋅ 10 −9  путем логарифмирования α , а потом уже по калибровочной кривой Геллера, т.е. по графику α = f (диаметра частиц), находят размер частиц: lg Dλ1 1 / Dλ1 2 lg 0,1704 α= = = 0,7686 / 0,2093 = 3,6722 lg(λ 2 / λ1 ) lg 0,6176 для построения графика калибровочной кривой Геллера ис-

(

)

_

пользуйте данные (см. задачи 234-237) из графика r =42 нм. Задача 16. При центрифугировании раствора серумглобулина седиментационное равновесие установилось через 48 ч при числе оборотов центрифуги n=6920 об/мин, T=291 K.Парциальный объем BMG V=0,745 ⋅ 10 −3 м3/кг, плотность растворителя ρ 0 = 1,0077 ⋅ 10 3 кг/м3. По усредненным данным, полученным Сведбегом, определить среднюю молеку-

13

лярную массу серумглобулина, если h1 ⋅ 10 2 = 4,63 м , C1=0,189%, h2 ⋅ 10 2 = 4,68 м, C2=0,215%, где C1 и C2 – концентрации BMG на расстоянии от оси вращения ультрацентрифуги h1 и h2. Решение. По формуле Сведберга 2 RT ln(C 2 / C1 ) Mr = , (1 − ρ 0 V )(h22 − h12 )ϖ 2 где ϖ = 2πn - угловая скорость; n – число оборотов центрифуги, c-1. Подставив числовые значения, получаем 2 ⋅ 8,314 ⋅ 10 3 ⋅ 291 ⋅ 2,3 lg(215 / 0,189)60 2 Mr = = 11600. (1 − 1,0077 ⋅ 10 3 ⋅ 0,745 ⋅ 10 −3 )(4,63 2 )10 − 4 ⋅ 6920 2 Задача 17. Молекулярная масса γ -глобулина человека 176000, а приведенная константа седиментации S20,w=7,3*10-13с. Вычислить коэффициент диффузии γ глобулина. Решение. Для вычисления различных характеристик белков и других биологических объектов при исследовании их методом центрифугирования в научной литературе приводятся числовые значения констант седиментации S20,w, которые учитывают условия их экспериментального определения: S S20,w= ρH O 1− 2

ρr

Где S - константа седиментации; ρ H 2O и ρ r - плотность во-

ды и частиц вещества при 200С. Вычислить коэффициент диффузии D (при тех же условиях) можно по уравнению 14

Mr =

ρr S RT RT = S 20, w D ρ r − ρ H 2O D

подставляя в уравнение значения Мr и S20,w получаем 8,314 ⋅ 10 3 (273 + 20) D= 7,3 ⋅ 10 −13 = 1,01 ⋅ 10 −11 м 2 ⋅ с −1 176000 Расчеты значений Мr полимеров по этому методу обычно проводят по уравнению S 0 = KM rb где S0 - константа седиментации в ультрацентрифуге при бесконечном разведении; К и b – эмпирические константы. S0 находят, используя линейную зависимость между 1/S и концентрацией С полимера путем построения графика (откладывая значения С по абсциссе, а 1/S по ординате, и проводя через полученные точки прямую до пересечения ее с ординатой). Отрезок отсекаемый прямой на оси ординат, равен 1/S0. Затем уравнение логарифмируют и, подставляя известные величины К, b и S0, определяют последовательно lg Mr и Mr. Задача 18. Определить графическим способом константу скорости коагуляции по Смолуховскому для гидрозоля серы по следующим экспериментальным данным:

Время коагуляции τ , с . . . . . 0 Общее число частиц в 1 м3 n*10-14 16

100 9,76

300 600 900 1200 5,47 3,31 2,36 1,84

Решение. Согласно теории быстрой коагуляции Смолуховского изменение объемной доли числа частиц n во времени описывается кинетическим уравнением второго порядка: dn − = Kn 2 dt после интегрирования этого уравнения получаем 1 1 − = Kt n n0 15

где n0 – начальная объемная доля частиц. Подставляя экспериментальные данные в координатах (1/n,t), получаем K= 4 ⋅ 10 −18 м 3 ⋅ с −1 и n0= 16 ⋅ 10 −14 м −3 Время половиной коагуляции θ = 156 с получаем из соотношения θ = 1 /(n0 K ) , которое вытекает из предыдущего уравнения при подстановке в него: n = n0 и τ = θ .

ЗАДАЧИ И ВОПРОСЫ КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ Дисперсные системы. Поверхностные явления. 1. Золь сернокислого бария получен смешением равных объемов растворов Ba(NO3)2 и H2SO4. Написать формулу мицеллы. Одинаковы ли исходные концентрации растворов, если частицы золя перемещаются к аноду? 2. Для получения золя AgCI смешали 10·10-6 м3 0,02н раствора KCI и 100·10-6 м3 0,05н раствора AgNO3. Написать формулу мицеллы этого золя и указать направление движения частиц при электрофорезе. 3. Золь AI(OH)3 получен смешением равных объемов растворов AICI3 и NaOH. Написать формулу мицеллы золя. Одинаковы ли исходные концентрации электролитов, если при электрофорезе частицы движутся к катоду? 4. Золь Fe(OH)3 получен методом гидролиза FeCI3. Напишите формулу мицеллы, если считать, что стабилизатором золя является раствор оксихлорида железа. 5. Написать формулу мицеллы AgJ, если в качестве стабилизатора взят нитрат серебра. Каков знак заряда коллоидных частиц? 6. Гидрозоль сернистой ртути получен пропусканием H2S через водный раствор оксида ртути. Написать уравне-

16

ние реакции образования золя и формулу мицеллы, если стабилизатором является H2S. Каков знак заряда коллоидных частиц? 7. Заряд частицы гидрозоля SIO2 возникает в результате диссоциации кремниевой кислоты, образующейся на поверхности коллоидных частиц при взаимодействии поверхностных молекул SIO2 с H2O. Написать формулу мицеллы золя. 8. Золь As2S3 получен пропусканием через разбавленный раствор оксида мышьяка /Ш/, стабилизатором золя является H2S. Написать уравнение реакции образования золя и формулу мицеллы. Каков знак заряда коллоидных частиц? 9. Золь Cd(OH)2 получен смешением равных объемов растворов CdCI2 и NaOH. Написать формулу мицеллы золя. Одинаковы ли исходные концентрации электролитов, если частицы движутся к катоду? 10. Вычислить суммарную площадь поверхности 2 г плотины, раздробленной на правильные кубики с длиной ребра 10-6 см. Плотность платины 21,4 г/см3. 11. вычислить суммарную площадь поверхности 1 г золота, раздробленного на правильные кубики с длиной ребра 5·10-7 см. Плотность золота 19,3 г/см3. 12. Золь ртути состоит из частиц шарообразной формы диаметром 6·10-6 см. Чему равна суммарная площадь поверхности частиц, образовавшихся из 0,5 см3 ртути? 13. Допуская, что в коллоидном растворе серебра каждая частица представляет собой куб с длиной ребра 4·10-6 см и плотностью 10,5 г/см3, рассчитать: а) сколько коллоидных частиц может получиться из 0,1 г серебра; б) чему равна общая площадь поверхности всех серебряных частиц. 14. Золь ртути состоит из шариков диаметром 6·10-6 см. Чему равна: а) суммарная площадь поверхности частиц; б) общее число частиц в растворе при дроблении 1 г ртути? Плотность ртути 13,546 г/см3. 17

15. Раствор коллоидной камфоры содержит в 1 см3 200 млн. шариков камфоры диаметром около 10-4 см. Подсчитать общую площадь поверхности частиц камфоры в 200 см3 такого раствора. 16. Вычислите удельную и общую поверхность жира в 100 г соуса ручного изготовления, содержащего 70% растительного масла. Размер шариков жира 2·10-3 см, а плотность масла 0,92 г/см3. 17. Вычислите удельную и общую поверхность жира в 100 г соуса машинного изготовления, содержащего 70% растительного масла, если известно, что размер шариков жира 4·10-4 см, а плотность растительного масла равна 0,92 г/см3. 18. Вычислите количество шариков жира в 500 г коровьего молока с жирностью 3,2% и найдите их общую и удельную поверхность, если диаметр отдельного шарика равен 2·10-4 см. Плотность жира равна 0,95 г/см3. 19. Размер частиц рисового крахмала 10-5 см, а картофельного около 2·10-5 см. У какого крахмала выше удельная поверхность? 20. Пенообразование в дрожжевом тесте объясняется прохождением диоксида углерода, выделяющегося при брожении массы теста. Напишите уравнение реакции образования СО2, исходя из крахмала. 21. При изготовлении пресного теста применяют гидрокарбонат или карбонат аммония. Напишите уравнения реакций термического разложения этих соединений, способствующих разрыхлению теста. 22. Красные кровяные шарики человека имеют форму диска диаметром 7,5 мкм, толщиной 1,6 мкм. Вычислите приведенный радиус кровяных шариков, их дисперсность и удельную поверхность. 23. Кристаллы сахара и сахарной пудры кубической формы имеют длину ребра (м): 2·10-3; 1·10-4; 6·10-5; 3·10-6;

18

5·10-7; 4·10-8; 7·10-9. Вычислите их дисперсность, удельную поверхность и количество частиц в 1 м3. Плотность сахара ρ=1,6·103кг/м3. 24. Вычислите удельную поверхность катализатора, если для образования монослоя молекул на нем должно адсорбироваться 0,1 м3/кг азота (объем приведен к нормальным условиям). Площадь молекулы азота в монослое равна 16,2·10-20м2. 25. Вычислите удельную поверхность суспензии каолина (плотность 2,5·103кг/м3),если ее частицы принять шарообразным и средний диаметр частиц 0,5·10-6м. Суспензия монодисперсная. 26. Вычислите удельную поверхность раздела фаз гидрозоля полуторного сульфида мышьяка As2S3, средний диаметр частиц которого 120·10-9 м, а их плотность ρ=3,43·103кг/м3 (ответ дайте в м-1и м2/кг). 27. Определите энергию Гиббса поверхности 5г тумана воды, если поверхностное натяжение капель жидкости составляет 71,96 м Дж/м2, а дисперсность частиц 60 мкм-1. Плотность воды примите равной 0,997 г/см3. 28. Аэрозоль ртути сконцентрировалась в виде большой капли объемом 3,5 см3. Определите, на сколько уменьшилась поверхностная энергия ртути, если дисперсность аэрозоля составила 10 мкм-1.Поверхностное натяжение ртути примите равным 0,475 Дж/м2. 29. Определите поверхностное натяжение бензола при 293,313 и 343 К. Примите, что полная поверхностная энергия не зависит от температуры и для бензола равна 61,9 мДж/м2. Температурный коэффициент dσ/dT=-0,13 мДж/(м2К). 30. Рассчитайте полную поверхностную энергию 5г эмульсии бензола в воде с концентрацией 55% (масс) и дисперсностью 3 мкм-1 при температуре 313К. Плотность бензола 0,858 г/см3, межфазное поверхностное натяжение 26,13 19

мДж/м2, Температурный коэффициент поверхностного натяжения бензола dσ/dT=-0,13 мДж/(м2К). 31. Рассчитайте поверхностное натяжение ртути, если в стеклянном капилляре радиусом 0,16·10-3 м столбик ее опустился на 0,012 м ниже уровня ртути в сосуде. Плотность ртути равна 13,6·103кг/м3. Краевой угол смачивания равен 130˚. 32. Вычислите поверхностное натяжение глицерина, если в стеклянном капилляре с радиусом 33. 0,4·10-3 м он поднимается на высоту 27·10-3 м. Плотность глицерина равна 1,26·103 кг/м3. Краевой угол смачивания равен нулю. 33. Найдите поверхностное натяжение жидкости, если в капилляре с диаметром 2 мм она поднимается на высоту 15 мм. Плотность жидкости 0,998 г/см3, краевой угол мениска равен 0˚. Сделайте предположение о природе жидкости. 34. Поверхностное натяжение виноградного сока σ=48 мДж/м2, краевой угол смачивания нержавеющей стали θ1=50˚, а полиэтилена θ2=100˚. Во сколько раз равновесная работа адгезии сока к нержавеющей стали больше, чем к полиэтилену? 35. Определить краевой угол смачивания, образованный каплей воды на твердом теле, если поверхностные натяжения на границе воздух – твердое тело, жидкость – твердое тело и жидкость – воздух соответственно равны 0,067; 0,020 и 0,074 Дж/м2. 36. рассчитайте работу адгезии для воды, глицерина и бензола, смачивающих фторопласт. Поверхностное натяжение (на границе с воздухом ) воды, глицерина и бензола соответственно равны 71,96;63,2 и 28,9 мДж/м2, а краевые углы составляют 108, 100 и 46˚. 37. Вычислите коэффициент растекания и определите, будет ли растекаться нормальный гексан по воде, если работа когезии для гексана 0,0368 Дж/м2, а работа адгезии гексан к воде 0,0401 Дж/м2. 20

38. Экспериментально получено значение коэффициента растекания гептанола по воде, равное 37 мДж/м2. Рассчитайте межфазное натяжение на границе вода – гептанол, принимая значения поверхностных натяжений воды и гептанола соответственно 71,96 и 26,1 мДж/м2. 39. Порошок кварца и серы осторожно высыпали на поверхность воды. Какое явление можно наблюдать, если краевой угол для кварца 0˚, для серы 78˚? 40. Рассчитайте работу когезии вазелинового масла и работу адгезии к гелю желатины, сформированному на фторопласте, если краевой угол равен 40˚. Поверхностное натяжение вазелинового масла 30 мДж/м2. 41. Вычислите краевой угол, образованный формами дом на поверхности желатинового геля, если работа адгезии составляет 48,7 мДж/м2. Поверхностное натяжение формами да равно 38,2 мДж/м2. 42. Коэффициент растекания хлорбензола га поверхности воды при 20˚С составляет 2,3 мДж/м2. Рассчитайте межфазное натяжение на границе двух жидкостей, принимая значения поверхностных натяжений воды и хлорбензола соответственно 71,96 и 35,97 мДж/м2. 43. Вычислите краевой угол, образованный формами дом на поверхности желатинового геля, если работа адгезии составляет 50,2 мДж/м2. Поверхностное натяжение формами да равно 41.2 мДж/м2. Адсорбционные равновесия 44. Используя уравнение Ленгмюра, вычислите адсорбцию пропионовой кислоты на поверхности раздела водный раствор – воздух при 293 К и концентрации 0,1 кмоль/м3, если известны константы уравнения Шишковского: а=12,8×10-3; b=7,16. 45. Рассчитайте поверхностную активность валериановой кислоты на границе ее водного раствора с воздухом

21

при 353 К и концентрации 0,01 кмоль/м3 по константам Шишковского: а=17.7×10-3; b=19,72. 46. Определите адсорбцию пропионовой кислоты на поверхности раздела водный раствор – воздух при 273 К и концентрации 0,5 кмоль/м3, если известны константы уравнения Шишковского: а=12,5×10-3; b=7,73. 47. Для водного раствора пропилового спирта определены следующие значения констант уравнения Шишковского (при 293 К): а=14,4×10-3 Н/м, b=6,6. Вычислите поверхностное натяжение раствора с концентрацией, равной 1 кмоль/м3. При этой температуре σH2O=72,53×10-3 Н/м. 48. По ниже приведенным результатам адсорбции амилового спирта на активном угле СКТ при 20˚С составьте уравнение изотермы адсорбции и определите удельную поверхность угля СКТ: с, моль/м3 Гm, моль/кг

0,94 0,61

1,83 1,21

3,10 1,76

5,60 2,65

11,05 3,96

Площадь поперечного сечения молекул амилового спирта принять равной 1,6·10-19 м2/кг. 49. По нижеприведенным результатам адсорбции этанола из воздуха активным углем при 20˚с: а) постройте изотерму адсорбции; б) выявите тип адсорбции; в) составьте уравнение адсорбции.

с, г/м3 а*, г/кг

1,40 60,0

3,00 100

5,00 132

7,00 152

10,5 170

15,0 180

50. По данным задачи 66 рассчитайте удельную поверхность активного угля, допуская, что площадь сечения молекулы спирта равна 21,1·10-20 м2. 51. Какой объем воздуха может быть очищен от паров бензина до остаточного содержания их 1·10-4 кг/(н)м3 достаточно медленным пропусканием его через адсорбер, заполненный 1660 кг активного угля, если начальное содержание бензина в воздухе 0,02 кг/(н)м3, а адсорбционная активность угля по бензину равна 0,25 кг/кг? Сколько бензина (в кг) будет при этом возвращено производству?

22

52. Определите какое количество газа с начальным содержанием влаги 0,01 кг/(н)м3 можно осушить 0,5 м3 цеолита NaA до остаточного содержания влаги 2,94·10-6 кг/(н)м3, если адсорбционная активность цеолита по воде равна 170 кг/м3. 53. Мощная ТЭЦ выбрасывает в окружающую среду 150 000 (н)м3/ч дымовых газов. Определите продолжительность стадии поглощения адсорберов периодического действия, очищающих эти газы от сернистого ангидрина (SO2), если они заправлены 26,0 т силикагеля КСМ, адсорбционная емкость которого по SO2 составляет 16,5% от массы адсорбента, а содержание SO2 в дымовых газах при очистке снижается с 0,5 до 0,0001 г/(н)м3. Сколько кг SO2 можно будет при этом использовать для производства серной кислоты? 54. Лучшим адсорбентом для очистки газов от сероводорода является С-уголь, сероемкость которого достигает 112% его массы. При этом степень очистки газов достигает 99% при расходе газа 2000 (н)м3/м3. Определите количество газа, которое может быть очищено от H2S 5 м3 этого угля, если содержание H2S в очищаемом газе равно 7,5 г/(н)м3, а насыпная плотность угля 450 кг/м3. Какова продолжительность одного периода действия адсорберов? Сколько H2S (в кг) адсорбируется за один период? 55. По нижеприведенным результатам адсорбции СО2 на активном угле марки С, полученным при -42ºС, составьте уравнение изотермы адсорбции Фрейндлиха. РСО2, кПа Г·103, моль/кг

1,00 7,34

4,48 15,2

10,0 21,9

14,4 26,6

25,0 32,9

45,2 40,2

56. Определите площадь, приходящуюся на одну молекулу в насыщенном адсорбционном слое анилина на поверхности его водного раствора, если предельная адсорбция Г∞=6,0·10-9кмоль/м2. 57. Вычислите по формуле Ленгмюра величину адсорбции изоамилового спирта из раствора концентрации 0,1

23

кмоль/м3 на поверхности раздела водный раствор – воздух при 292 К по данным константам: Г∞=8,7·10-9кмоль/м2, b=42. 58. Какова площадь, приходящаяся на одну молекулу изомасляной кислоты на поверхности раздела водный раствор – воздух, если предельная адсорбция Г∞=5,42·10-9 кмоль/м2? 59. Даны константы уравнения Шишковского для водного раствора валериановой кислоты при 273 К: а=14,72×10-3; b=10,4. При какой концентрации поверхностное натяжение раствора будет составлять 52,1×10-3 Н/м, если поверхностное натяжение воды при 273 К равно 75,49×10-3 Н/м? 60. Используя константы уравнения Шишковского (а=12,6×10-3; b=21,5), рассчитайте поверхностное натяжение водных растворов масляной кислоты при 273 К для следующих концентраций (кмоль/м3): 0007, 0,021, 0,05, 0,104 и постройте кривую в координатах σ=f (С ). Поверхностное натяжение воды при 273 К равно 75,49×10-3 Н/м? 61. Пользуясь графическим методом, определите поверхностную активность масляной кислоты на границе ее водного раствора с воздухом при 293 К по следующим экспериментальным данным: С,кмоль/м3 σ·103, Н/м

0 72,53

0,021 68,12

0,050 63,53

0,104 58,60

0,246 50,30

62. Вычислите адсорбцию масляной кислоты на поверхности раздела водный раствор – воздух при 273 К и концентрации 0,1 кмоль/м3, если зависимость поверхностного натяжения от концентрации выражается уравнением Шишковского: σ = σ0-16,7·10-3In (1+21,5 C); σ0=75,49×10-3 Н/м. 63. Вычислите адсорбцию масляной кислоты на поверхности раздела водный раствор – воздух при 283 К и концентрации 0,104 кмоль/м3, используя следующие экспериментальные данные:

24

С,кмоль/м3 σ·103, Н/м

0 74,01

0,021 69,51

0,.050 64,30

0,.104 59,85

0,246 51.09

71. Определить поверхностный избыток (кмоль/м2) при 15˚С для водного раствора ацетона, содержащего 29 г/л ацетона, поверхностное натяжение раствора 59,4·10-3Н/м. 72. Определить поверхностный избыток (кмоль/м3) для водных растворов изовалериановой кислоты при 15˚С, пользуясь данными:

0,489 44,0

64. По экспериментальным данным постройте кривую адсорбции СО2 на цеолите при 293 К и с помощью графического метода определите константы уравнения Ленгмюра:

р·10-2Па Г·103, Кг/кг

1,0 35,0

5,0 86,0

10,0 112,0

3,0 152,0

75,0 174,0

100,0 178,0

200,0 188,0

65. Используя уравнение Ленгмюра, вычислите величину адсорбции азота на цеолите при давлении р=2,8·102 Па, если Г∞=38,9·10-3 кг/кг, а b=0,156·10-2. 66. По экспериментальным данным адсорбции СО2 на активированном угле определите константы уравнения Ленгмюра и постройте кривую адсорбции:

р·10-2Па Г·103, Кг/кг

9,9 32,0

49,7 70,0

99,8 91,0

200,0 102,0

297,0 107,3

398,5 108,0

67. По константам уравнения Ленгмюра Г∞=182·10-3 кг/кг, а b=0.1·10-2Па-1 рассчитайте и постройте кривую адсорбции СО2 на активированном угле в пределах следующих равновесных давлений газа : от 10·102 до 400·102 Па. 68. Рассчитайте величину адсорбции при 17˚С для 0,01 кмоль/м3 раствора н-гептиловой кислоты, если поверхностная активность, определенная Ребиндером, равна 7,6 мДж/мкмоль. 69. Определите поверхностную активность масляной кислоты на поверхности раздела водный раствор – воздух при 20˚С по следующим данным: С, кмоль/м3 σ, дин/см

0 72,53

0,02 68,12

0,05 63,53

0,104 58,6

0,246 50,3

0,0156 53,2·10-3

0,0312 57,5·10-3

0,25 35·10-3

Поверхностное натяжение воды равно 73,49 мДж/м2. 73. При адсорбции углекислого газа на активированном угле получены следующие данные:

Р10-2,Н/м2 А103, кг/кг

10,0 32,3

44,8 66,2

100,0 96,2

144,0 17,2

250,0 145,6

Определите константы Бедекера – Фрейндлиха. 74. Определите константы уравнения Фрейндлиха для адсорбции бензойной кислоты на активированном угле по следующим данным: С, кмоль\м3 А103,кмоль/кг

0,01 0,50

0,02 0,66

0,03 0,80

0,04 0,93

0053 1,040

75. При адсорбции полибутадиена из раствора в гексане при температуре 293˚К на сульфате кальция получены следующие экспериментальные данные: С, кг/м3 А103, кг/кг

2,0 2,03

4,2 4,216

6,4 6,97

8,0 7,6

Определите константы уравнения Ленгмюра. 76. При адсорбции углекислого газа на саже с удельной поверхностью 73,7·103 м2/кг были получены следующие данные:

Р10-2,Н/м2 А102, моль/кг

Рассчитайте адсорбцию при концентрации раствора 0,08 кмоль/м3. 70. Определить поверхностный избыток (кмоль/м2) для водных растворов фенола при 20˚С на основании приведенных данных

Концентрация фенола, кмоль/м3 Поверхностное натяжение, н/м

Концентрация фенола, кмоль/м3 Поверхностное натяжение, н/м

9,9 7,27

49,7 15,9

99,8 20,67

200,0 23,17

Рассчитайте площадь, занимаемую молекулой углекислого газа в плотном монослое. 77. При адсорбции газообразного азота на активированном угле при 194,4 К получены следующие данные:

0,0625 43,3·10-3

Р10-3,Па А103, м3/кг

Поверхностное натяжение воды равно 72,75 мДж/м2. 25

26

1,86 5,06

6,12 14,27

17,96 23,61

33,65 32,56

68,9 40,8

Значения А даны при нормальных условиях. Рассчитайте постоянные в уравнении Ленгмюра и удельную поверхность активированного угля, принимая плотность газообразного азота равной 1,25 кг/м2, а площадь, занимаемую молекулой азота на поверхности адсорбента, равной 0,16 нм2 78. При адсорбции стеариновой кислоты на сульфате кальция из толуольного раствора различной концентрации получены следующие экспериментальные данные: 3

С, кг/м А103, кг/кг

2,5 2,0

5,0 3,75

7,5 5,5

бензола на твердой поверхности. Площадь, занимаемая одной молекулой бензола S0=49·10-20 м2: Р/Рs А103,кмоль/кг

0,024 0,0149

0,05 0,0348

0,14 0,0472

0,20 0,0566

0,265 0,0663

84. По приведенным данным рассчитайте (по БЭТ) удельную поверхность адсорбента по изотерме адсорбции бензола, если S0=49 нм2. Р/Рs А105,кмоль/кг

10 7,5

Определите удельную поверхность адсорбента, если известно, что площадь, занимаемая одной молекулой кислоты в насыщенном монослое, равна 20,5 (А˚)2. 79. Для водного раствора пропилового спирта при 295 К найдены следующие значения констант уравнения Шишковского: B=0,198, A=0,151. Вычислите поверхностное натяжение раствора и адсорбцию спирта при концентрации, равной 1,0кмоль/м2. Поверхностное натяжение воды равно 72,53 дин/см. 80. Определите, при какой концентрации поверхностное натяжение водного раствора масляной кислоты при 293 К будет равно 63, 53 дин/см, если константы уравнения Шишковского А=0,196, В=0,151, а σH2O=72,53 мДж/м2. 81. Вычислите адсорбцию масляной кислоты на поверхности раздела водный раствор – воздух при 0˚С и концентрации С=0,1 кмоль/м3, если константы уравнения Шишковского в этом случае составляют В=0,22, А=0,0165. Поверхностное натяжение воды равно 75,49 мДж/м2. 82. Вычислите величину адсорбцию валериановой кислоты на поверхности водного раствора с воздухом при 80˚С и концентрации 2,9·10-3 кмоль/м3, если константы уравнения Шишковского в этом случае составляют В=0,28, А=0,05. Поверхностное натяжение воды равно 63 эрг/см2. 83. По приведенным данным рассчитайте (по БЭТ) удельную поверхность адсорбента по изотерме адсорбции 27

0,04 3,45

0,05 4,53

0,15 6,24

0,22 7,24

0,27 8,05

0,36 9,29

85. По изотерме адсорбции определите удельную поверхность адсорбента ( Т=239 К, S0=49·10-20 м2): Р/Рs А105,кмоль/кг

0,05 3,1

0,12 5,98

0,20 8,0

0,30 11,0

0,40 13,6

0,50 17,7

86. Используя уравнение БЭТ, рассчитайте удельную поверхность адсорбента по данным адсорбции азота: Р/Рs А103,м3/кг

0,05 0,15

0,15 0,5

0,25 0,8

0,30 0,92

Площадь, занимаемая одной молекулой азота в плотном монослое, равна 0,16 нм2, плотность азота 1,25 кг/м3. 87. По изотерме адсорбции азота определите удельную поверхность адсорбента (Т=77 К, S0= 16,2·10-20м2): Р/Рs а,моль/кг

0,04 2,20

0,09 2,62

0,16 2,94

0,20 3,11

0,30 3,58

Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем. 88. С какой скоростью осаждаются частицы аэрозоля хлорида аммония (плотность ρ=1,5·103 кг/м3), имеющие радиус 4,5·10-7 м? Вязкость воздуха можно принять равной 1,76·10-5 Па·с, а плотностью воздуха пренебречь. 89 – 90. В табл. приведены усредненные экспериментальные данные по центрифугированию соответственно неочищенного и очищенного яичного белка: С1 и С2 – концентрации белка на расстояниях h1 и h2 от оси центрифуги после установления седиментационного равновесия; υ – парциальный удельный объем, плотность растворителя

28

ρ0=1007,7 кг/м3, n – число оборотов центрифуги, Т – абсолютная температура. Вычислите среднюю молекулярную массу белка. Зада ча 89 90

h1·102, м 4,23 4,55

h2·102, м 4,28 4,53

C1, %

C2, %

0,643 1,185

0,712 1,309

n,об/ мин 10900 10700

υ·103, м3/кг 0,741 0,749

Т,К 291 298

91. Вычислите осмотическое давление гидрозоля золота концентрации 0,3 кг/м3, имеющего частицы диаметром 10-9 м. Плотность золота 19,3·103 кг/м3. Температура золя 20˚С. 92. Вычислите и сравните осмотическое давление двух монодисперсных гидрозолей золота одинаковой концентрации по массе, но различной дисперсности, если радиусы частиц в них равны r1=2,50·10-8 и r2=5,0·10-8м. 93. Вычислите средний квадратичный сдвиг частиц гидрозоля гидроксида железа (ΙΙΙ) за 10 с, если радиус частиц равен 50 мкм, вязкость воды η0=10-3 Па·с, температура 20˚С. 94. Вычислите по среднему квадратичному сдвигу ∆ частичек гуммигута постоянную Авогадро NА, если радиус частиц r=0,212 мкм, а за время τ=1 мин частицы переместились на 10,65 мкм, t=17˚С. Вязкость жидкости η=1,1·10-3 Па·с. 95. Показать, что средний квадратичный сдвиг частиц r1=100 мкм и r2=1мкм соответствует формуле Эйнштейна, если смещение соответственно ∆= 4,1 мкм и 41 мкм за одно и то же время. 96. Определите средний квадратичный сдвиг частиц дыма хлорида аммония с радиусом 10-7 м при 273 К за 5 с. Вязкость воздуха η=1,7·10-5 Па·с. 97. Вычислите средний квадратичный сдвиг частиц при броуновском движении эмульсии с радиусом 6,5·10-6 м за 1 с; вязкость среды η=10-3 Па·с, температура 283 К.

29

98. Рассчитайте коэффициент диффузии частиц дыма оксида цинка при радиусе 2·10-6 м, вязкости воздуха η=1,7·10-5 Па·с и температуре 283 К. 99. Определите коэффициент диффузии мицелл мыла в воде при 313 К и среднем радиусе мицелл r=125·10-10 м. Вязкость среды η=6,510-4 Па·с, постоянная Больцмана κ= 1,33·10-23 Дж/К. 100. Постройте кривую распределения по радиусам для суспензии TiO2 в бутилацетате, используя следующие экспериментальные данные: Время оседания t,с Количество осевшей суспензии Q,%

60

180

16,0

60,0

300 3

75,0

3

600

900

1800

87,0

92,0

100

Плотность TiO2 равна 3,82·10 кг/м , плотность среды ρ0=0,87·103 кг/м3, вязкость ее η=0,7910-3 Па·с, высота h=11·10-2 м. 101-104. Вычислите средний квадратичный сдвиг коллоидных частиц с радиусом r при броуновском движении и температуре T за время t при вязкости среды η. Данные для расчета приведены в таблице. Задачи 101 102 103 104

Коллоидная система Аэрозоль NH4CI Гидрозоль Fe(OH)3 Аэрозоль NH4CI Эмульсия

Радиус частиц 1·10-6 1·10-8 1·10-7 6,5·10-6

Т, К

t, c

η, Па·с

273 293 273 288

5 4 5 1

1,7·10-5 10-3 1,7·10-5 10-3

105-107. Рассчитайте коэффициент диффузии коллоидных частиц радиуса r при вязкости среды η и температуре Т. Данные для расчета приведены в таблице Задачи 105 106 107

30

Коллоидная система Аэрозоль оксида цинка Мицеллы мыла в воде Суспензия глины в воде

r,м -6

2·10 1,25·10-10 1·10-7

η, Па·с

Т, К

-5

283 313 313

1,7·10 6,5·10-4 6,5·10-4

108.Среднеквадратичное значение проекции сдвига частицы гидрозоля SiO2 за 3 с составляет 8 мкм. Определите радиус частицы, если вязкость дисперсионной среды равна 1·10-3 Па·с при 293 К. 109.Определите проекцию среднего сдвига ∆ для частиц гидрозоля за время 10 с, если радиус частиц 0,05 мкм, температура опыта 293 К, вязкость среды 1·10-3 Па·с. 110.По данным Сведберга, коэффициент диффузии коллоидных частиц золота в воде при 298 К равен 2,7·10-6 м2/сут. Определите дисперсность частиц гидрозоля золота. Вязкость воды при 298 К равна 8,94·10-3 Па·с. 111. Определить осмотическое давление гидрозоля золота концентрации с=2 кг/м3 с диаметром частиц d=6·10-9 м и их плотностью 19,3·103 кг/м3, при температуре Т=293 К. 112. Вычислить средний сдвиг частиц в эмульсии типа масло в воде с радиусом частиц масла r=6,5·10-6 м за время τ = 10 с; Вязкость среды η = 10-3 нс/м2, температура Т=288 К. 113. Рассчитать и сравнить осмотическое давление двух растворов гидрозолей AgCI одинаковой концентрации, но различной степени дисперсности: r1 = 30·10-9 м и r2 = 55·10-9 м. 114. Вычислить коэффициент диффузии частиц сахарной пыли при радиусе частиц r=2·10-6 м, вязкости воздуха η=1,7·10-5 нс/м2 и температуре Т=283 К. 115. Вычислить величину осмотического давления мучной пыли концентрации с=1,5·10-3 кг/м3. Средний радиус частиц аэрозоля r=2·10-8 м, плотность 2,2·103 кг/м3 и температура Т=293 К. 116. Определить частичную концентрацию гидрозоля AI2O3, если его концентрация с=0,3 г/л, коэффициент диффузии сферических частиц золя D=2·10-6 м2/сут., плотность AI2O3 равна 4 г/см3, вязкость дисперсионной среды η=1·10-3 нс/м2, температура 293 К.

31

117. Рассчитать осмотическое давление золя концентрации 2 кг/м3, если диаметр частиц равен 6·10-9 м, плотность их 19,3 г/см3, а температура 293 К. 118. Рассчитать величину среднеквадратичного смещения частицы гидрозоля с радиусом частиц r=10-6 м при Е=283 К за время τ=5 с. Вязкость дисперсионной среды η=1,7·10-7 Па·с. 119. Ниже приведены результаты изучения равновесного распределения частиц гидрозоля селена по высоте под действием силы тяжести (при 293 К): h, мкм Число частиц в ед. объема

50 595

850 271

1050 165

1250 90

Используя эти данные, рассчитайте коэффициент диффузии частиц селена в воде. Плотность селена примите равной 4,81 г/см3, плотность воды 1 г/см3, вязкость воды 1·10-3 Па·с. 120. Определите высоту, на которой после установления диффузионно-седиментационного равновесия концентрация частиц гидрозоля SiO2 уменьшится вдвое. Частицы золя сферические, дисперсность частиц: а) 0,2 нм-1; б) 0,1 нм-1; в) 0,01 нм-1. Плотность SiO2 2,7 г/см3, плотность воды 1 г/см3, температура 298 К/ 121. Рассчитайте размер частиц диоксида кремния, если известно, что время их оседания на расстояние 1 см составляет: а) 30 с; б) 60 мин; в) 100 ч, плотность дисперсной фазы и дисперсионной среды составляет соответственно 2,7 и 1,1 г/см3, вязкость среды 1·10-3 Па·с. 122. Построить седиментационную кривую, рассчитать и построить интегральную и дифференциальную кривые распределения частиц воронежской глины в воде, пользуясь графическим методом обработки кривой седиментации: t, мин m, кг

0,5 8

1 11

2 18

4 21

6 26

8 29

12 34

16 38

20 40

24 40

Высота оседания H=0,09 м; вязкость η=1·10-3 Па·с; плотность ρ=2,72·103 кг/м3; плотность дисперсионной среды ρ0=1·103 кг/м3. 32

Плотность частиц дисперсной фазы ρ=2,1·103 кг/м3; плотность дисперсионной среды ρ0=1·103 кг/м3; вязкость η=1·10-3 Па·с; высота оседания H=0,1 м. 129. Построить седиментационную кривую и рассчитать и построить интегральную и дифференциальную кривые распределения частиц талька в воде, пользуясь графическим методом обработки кривой седиментации:

123. По данным 155 задачи рассчитать и построить кривые распределения частиц, пользуясь аналитическим методом Н. Я. Авдеева. 124. Построить седиментационную кривую, рассчитать и построить интегральную и дифференциальную кривые распределения частиц часовъярской глины в водном растворе уксусной кислоты, пользуясь графическим методом обработки кривой седиментации: t, мин m, мг

0,5 8

1 12

2 15

3 18

5 25

7 30

9 33

-3

12 35

t, с m,кг

15 35

2 19

t, с Q, %

120 12,9

3 31

5 46

10 57

20 65

30 69

50 74

80 78

120 80

150 80

Плотность частиц дисперсной фазы ρ=3,9·103 кг/м3; плотность дисперсионной среды ρ0=0,79·103 кг/м3; вязкость η=1,2·10-3 Па·с; высота оседания H=0,08 м. Использовать метод построения касательных к кривой седиментации. 127. По данным 126 задачи рассчитать и построить кривые распределения частиц оксида алюминия в метаноле, пользуясь аналитическим методом Н. Я. Авдеева. 128. По данным седиментационного анализа песка в воде определить постоянные Qm, t0 и r0 по методу Н. Н. Цюрупы и рассчитать три основных радиуса частиц: 360 55,2

600 73,0

960 86,5

1200 92,3

1500 98,0

30 6,0

60 8,0

120 9,0

240 12,0

360 13,0

480 13,5

600 13,5

Высота оседания H=0,08 м; вязкость среды η=1·10-3 Па·с; плотность частиц дисперсной фазы ρ=2,74·103 кг/м3; плотность дисперсионной среды ρ0=1·103 кг/м3. 130. По данным 166 задачи рассчитать и построить кривые распределения частиц, пользуясь аналитическим методом Н. Я. Авдеева.

Высота оседания H=0,093 м; вязкость η=1·10 Па·с; плотность глины ρ=2,76·103 кг/м3; плотность дисперсионной среды ρ0=1,1·103 кг/м3. 125. По данным 157 задачи рассчитать и построить кривые распределения частиц, пользуясь аналитическим методом Н. Я. Авдеева. 126. Рассчитать и построить интегральную и дифференциальную кривые распределения для суспензии оксида алюминия в метаноле по следующим экспериментальным данным: t, мин m, мг

15 3

1800 100,0

33

Электрокинетические свойства дисперсных систем 131. Рассчитайте толщину диффузионного ионного слоя λ на поверхности твердой пластинки, помещенной в водные растворы с содержанием индифферентного электролита KCI: а) 1·10-5; б) 1·10-3; в) 1·10-1 моль/л. Относительную диэлектрическую проницаемость растворов при 298 К примите равной 78,5. Постройте график зависимости φ/φ0 от расстояния, которое изменяется от λ до 5λ. 132. Рассчитайте емкость диффузионного слоя дисперсной фазы. Дисперсионной средой является водный раствор CaCI2 концентрации 2·10-1 моль/л при 283 К с относительной диэлектрической проницаемостью 83,8. Определите, во сколько раз изменится емкость, если к раствору CaCI2 добавить равный объем водного раствора NaCI такой же мольной концентрации? 133. рассчитайте электрокинетический потенциал поверхности кварца по данным, полученным при исследовании электроосмотического переноса жидкости через кварцевую мембрану: сила тока 2·10-3 А, объемная скорость рас-

34

твора KCI, переносимого через мембрану 0,02 мл/с, удельная электропроводимость раствора 1,2·10-2 См·м-1, вязкость 2·10-3 Па·с, относительная диэлектрическая проницаемость 80,1. 134. Рассчитайте электрофоретическую скорость передвижения частиц золя трисульфида мышьяка по следующим данным: ζ- потенциал частиц – 42,3 мВ, расстояние между электродами 0,4 м, внешняя разность потенциала 149 В, вязкость среды 1·10-3 Па·с, относительная диэлектрическая проницаемость 80,1. 135 – 141. Вычислите электрокинетический потенциал частиц золя по следующим данным, полученных в опытах по электрофорезу Зад ачи 135 136 137 138 139 140 141

Название в-ва дисп. фазы и среды Золото-вода Висмут-вода Олово-этанол Сульфид мышьяка (III)-вода Берлинская лазурьвода Свинец-метанол Кварц-вода (суспензия)

ε

η, Па·с

-2,2·10-3 +1,1·10-3 +1,8·10-3 -1,73·10-3

Градиент поля H,В/м 100 1000 500 800

81 81 25,5 81

0,001 0,001 0,00123 0,001

-2,00·10-3

500

81

0,001

+6,6·10-3 -3,0·10-3

300 1000

34 81

0,000612 0,001

Ск-ть перемещения частиц U, м/с

Знак скорости означает направление движения части: (-)- к аноду, (+)- к катоду. Форму частиц считать сферической во всех задачах. 142. Вычислите скорость электрофореза частиц гидрозоля платины при градиенте внешнего поля 1200 В·м-1, если ζ- потенциал их равен 0,044 В, ε и η такие же, как у воды. 143. Электрокинетический потенциал золя апельсинового сока равен ζ=50 мВ. Определите скорость и электро35

кинетическую подвижность частиц сферической формы, если относительная диэлектрическая проницаемость ε=54,1, приложенная внешняя ЭДС Еэ=120 В, расстояние между электродами L=40 см, вязкость η=4,5·10-3 Па·с, коэффициент формы частиц f=0,67. 144. Определите электрокинетический потенциал 20%-ного коллоидного раствора сахарозы при градиенте внешнего электрического поля Е=400 В/м, относительной диэлектрической проницаемости ε=69,4, вязкости η=1,5·10-3 Па·с и скорости электрофореза U=13,5 мкм/с. Коэффициент формы частиц f=0,67. 145. Определите потенциал течения, если через пленку продавливается 42,4%-ный водный раствор этилового спирта при давлении р=20·103 Па. Удельная электрическая проводимость раствора χ=1,3·10-2 см·м-1, относительная диэлектрическая проницаемость ε=41,3, вязкость η=0,9·10-3, электрокинетический потенциал ζ=16·10-3 В. Оптические свойства дисперсных систем 146. Определите диаметр частиц аэрозоля, используя результат исследования методом поточной ультрамикроскопии: в объеме 2,2·10-2 мм3 подсчитано 87 частиц аэрозоля (дыма мартеновских печей). Концентрация аэрозоля 1·104 кг/м3, плотность дисперсной фазы 2 кг/см3, форма частиц сферическая. 147. Радиус сферических частиц аэрозоля масляного тумана, определенный методом поточной ультрамикроскопии, равен 115 нм. Рассчитайте количество частиц тумана в объеме 1,5·1011 м3 при концентрации аэрозоля 21·10-6 кг/м3 и плотности 0,92 г/см3. 148. С помощью метода поточной ультрамикроскопии в объеме 3·10-12 м3 подсчитано 55 частиц аэрозоля – дыма мартеновских печей. Частицы имеют кубическую

36

форму с длиной ребра куба 92 нм, плотность 2·103 кг/м3. определите концентрацию частиц аэрозоля. 149. С помощью нефелометра стандартный золь иодида серебра концентрации 0,245% сравнивали с золем иодида серебра неизвестной концентрации. Получены следующие экспериментальные данные: h1=5,0; h2=10,0. Определите концентрацию исследуемого раствора золя иодида серебра. 150. При ультрамикроскопическом исследовании золя в кювете площадью 5,4·10-8 см2 и глубине пучка 2,5·10-4 м определено, что средняя длина ребра частиц составляет 2,34·10-7 м. Концентрация золя 20·10-2 кг/м3, плотность Fe2O3 равна 5,25 кг/м3. Определите число частиц гидрозоля Fe2O3. 151. Используя закономерности светорассеяния в соответствии с теорией Рэлея и ослабления светового потока в соответствии с законом Бугера-Ламберта-Бера, рассчитайте радиус частиц дивинилстирольного латекса по результатам измерения оптической плотности D в кювете длиной 5,01 см при длине волны света λ: Концентрация латекса, г/л λ, нм D

I 0,2 400 0,347

II 0,5 440 0,402

III 0,4 490 0,552

IV 0,8 540 0,203

Плотность

и показатель преломления дисперсной фазы равны 0,945 г/см3 и 1,653, показатель преломления воды 1,333 152-157. При исследовании золя методом поточной ультрамикроскопии Дерягина-Власенко в объеме золя V м3, протекшим через счетное поле микроскопа, подсчитано n частиц. Определите средний размер частиц по данным таблицы. Задачи 152 153 154

Характеристика золя

V·1011 м3

n

С, кг/м3

ρ·10-3 кг/м3

Средний r или l

Масляный туман Гидрозоль серы Водяной туман

1,33 2 3

50 100 60

25·10-6 6,5·10-5 15·10-6

0,9 1 1

радиус « «

37

155 156 157

Гидрозоль золота Масляный туман Дым мартеновской печи

1,6

70

7·10-6

19,3

1,5 2

53 80

21·10-6 10-4

0,92 2

Ребро куба Радиус Ребро куба

158. Сравните интенсивности светорассеяния высокодисперсного полистирола, освещенного монохроматическим светом с длиной волны λ1=680·10-9 м, а затем с длиной волны λ2=420·10-9 м (α=4). 159. Используя уравнение Рэлея, сравните интенсивности светорассеяния двух эмульсий с равными радиусами частиц и концентрациями: бензола в воде (показатель преломления C6H6 n=1,50) и н-пентана C5H12 в воде (n=1,36). Показатель преломления воды n0=1,33. 160. Сравните интенсивности светорассеяния эмульсий бензина в воде (показатель преломления n1=1,38) и тетралина в воде (n2=1,54) при 293 К. Показатель преломления воды n0=1,33. размер частиц и концентрации эмульсий одинаковы. 161. С помощью нефелометра сравнивались мутности двух гидрозолей мастики равных концентраций. Получены следующие экспериментальные данные: мутности определяемого и стандартного золей стали одинаковыми при высоте освещенной части первого золя h1=5·10-3 м и высоте второго золя h2=19,0·10-3 м. Средний радиус частиц стандартного золя r=120·10-9 м. Определите радиус частиц второго золя. 162. Рассчитайте средний радиус частиц гидрозоля латекса полистирола, пользуясь данными, полученными с помощью нефелометра: высота освещенной части стандартного золя h1=8·10-3 м, средний радиус частиц r=88·10-9 м, высота освещенной части неизвестного золя h2=18·10-3 м. Концентрации стандартного и неизвестного золя одинаковы.

38

263-166. Постройте калибровочную кривую Геллера в координатах α=f (диаметра частиц) по следующим данным для частиц полистирольного латекса (α- характеристика дисперсности) d, нм α 111.0 3.23

77.0 3.92 119.0 3.04

132 2.82

88.0 3.64 139 2.72

95.0 3.54 143 2.66

158 2.45

106.7 3.39 167 2.36

189 2.14

и, используя экспериментальные данные, приведенные в табл. для оптической плотности D=f(λ ) таких латексов, определить r- средний радиус частиц полистирольного латекса. Задачи 163 164 165 166

415 0,195 0,474 0,324 0,189

Длина волны λ, нм 485 527 Оптическая плотность D λ 0,127 0,099 0,329 0,259 0,215 0,160 0,129 0,104

685 0,048 0,133 0,084 0,050

Устойчивость и коагуляция дисперсных систем 167. В каком порядке следует сливать растворы: а) H3AsO3 и (NH4)2S; б) CdCI2 и Na2S; в) H3AsO4 и (NH4)2S; г) AgNO3 и KI, чтобы получить коллоидную систему с частицами, несущими: а) положительные электрические заряды; б) отрицательные электрические заряды? Напишите формулу мицелл образующегося золя. 168.Для осветления воды в нее вводят AI2(SO4)3 или FeSO4, после чего происходит интенсивное выпадение осадка. Объясните это явление, исходя из того, что частички взвеси в природной воде имеют отрицательные электрические заряды, а вводимые соли при растворении подвергаются гидролизу. 169.При нагревании воды (особенно озерной или речной) до 90-95ºс происходит интенсивное образование бурых

39

хлопьев. Объясните это явление. Почему такое явление не наблюдается при нагревании дистиллированной воды? 170.На 100 м3 сточных вод для коагуляции As2S3 расходуется 1 м3 25%-го раствора NaCI (плотность 1190 кг/м3). Рассчитайте порог коагуляции этого золя по NaCI. Каким объемом 30%-го раствора CaCI2 (плотность 1280 кг/м3) можно вызвать коагуляцию в 100 м3 указанного золя? 171.Перед подачей речной воды в цеха завода ее осветляют: вводят в нее электролит-коагулятор и образовавшийся ил отстаивают в специальных отстойниках. Рассчитайте расход AI2(SO4)3, FeSO4 и NaCI (каждого в отдельности), если расход воды на предприятии составляет 100 000 м3/сут, а порог коагуляции равен: а) по NaCI 52 моль/м3; б) по AI2(SO4)3 0,23 моль/м3; в) по FeSO4 0,68 моль/м3. Укажите знак электрических зарядов взвешенных частиц в речной воде. 172.Карбонаты Ca2+, Sr2+ и Ba2+ в момент образования имеют рыхлую структуру. При стоянии, особенно при нагревании осадки заметно уплотняются, становятся крупнокристаллическими- вызревают. Чем объясняется это явление? 173.Замечено, что сливочное масло взбивается легче из постоявшей сметаны, чем из свежей. Дайте объяснение этому явлению, учитывая и некоторое прокисание сметаны при стоянии. 174.В пробе сточных вод объемом 5,0·10-2 м3 после добавления к ней 2,3·10-3 м3 26%-го раствора NaCI (плотность 1200кг/м3) появляются хлопья. Определите порог коагуляции рассматриваемого золя по отношению к NaCI? Рассчитайте расход 26%-го раствора AI2(SO4)3 (плотность 1300 кг/м3) на подготовку этих сточных вод к очистке от коллоидных частиц, если знак их электрических зарядов: а) положительный; б) отрицательный. 40

175.Золь BaSO4 получен смешением некоторых объемов Ba(NO3)2 и H2SO4. Написать формулу мицеллы, если в электрическом поле гранула перемещается к аноду. Какой электролит взят в избытке? 176.В каком объемном соотношении следует смешать 0,029%-й раствор NaCI и 0,001н раствор AgNO3, чтобы получить незаряженные частицы золя AgCI? Плотность раствора NaCI равна 1 г/мл. 177.Написать формулы мицелл: AI(OH)3, стабилизированный AICI3; SiO2, стабилизированный H2SiO3. Какой из электролитов – NaCI, Na2SO4 или FeCI3 является лучшим коагулятором для указанных золей? 178.В каком порядке следует сливать растворы: CdCI2 и Na2S; FeCI3 и NaOH, чтобы получить коллоидную систему с частицами, несущими а) положительные электрические заряды; б) отрицательные электрические заряды. Написать формулы мицелл образующихся золей. 179. Как изменится величина порога коагуляции, если для коагуляции 10·10-6 м3 золя AgI вместо 1,5·10-6 м3 KNO3 концентрации 1 кмоль/м3 взять 0,5·10-6 м3 Ca(NO3)2 концентрации 0,1 кмоль/м3 или 0,2·10-6 м3 AI(NO3)3 концентрации 0,01 кмоль/м3? 180. Каким из приведенных электролитов: NH4CI или (NH4)2SO4 экономичнее коагулировать золь гидроксида алюминия [n AI(OH3) m AI+3·3(m-x)CI-]3x+·3xCI-? Рассчитать порог коагуляции по NH4CI, если на коагуляцию частиц из 30 м3 этого золя расходуется 0,33 м3 20%-го раствора NH4CI (плотность 1060 кг/м3). 181. Какой объем раствора AI2(SO4)3 концентрации 0,01 кмоль/м3 требуется для коагуляции 10-3 м3 золя As2S3? Порог коагуляции γ=96·10-6 кмоль/м3. 182. Какой объем раствора K2Cr2O7 необходим, чтобы вызвать коагуляцию 1·10-3 м3 золя AI2O3?Концентрация

41

раствора электролита 0,01 кмоль/м3, порог коагуляции γ=0,63·10-3 кмоль/м3. 183. Отработанные растворы производства фотоматериалов содержат коллоидное серебро в виде AgBr. Рассчитать расход AI2(SO4)3 на 100 м3 сточных вод, предполагая, что знак электрических зарядов коллоидных частиц: а) положительный; б) отрицательный. Порог коагуляции (в моль/м3) для одновалентных ионов равен142; для двухвалентных – 2,43; для трехвалентных – 0,068. 184. Как изменится величина порога коагуляции, если для коагуляции 20·10-6 м3 золя AgI вместо KNO3 взято Ca(NO3) и AI(NO3)3. Концентрация и объем электролитов, пошедших на коагуляцию золя указаны ниже. Каков знак заряда частиц? Электролит С, кмоль/м3 V·10-6 м3

KNO3 1,0 3,0

Ca(No3)2 0,1 1,0

AI(NO3)3 0,01 0,4

185. При коагуляции полистирольного латекса получены следующие значения порогов коагуляции: Электролит γ,моль/л

KNO3 0,47

Ca(No3)2 7·10-3

AI(NO3)3 6·10-4

Проверьте применимость правила значности к данной системе. В задачах 246-260 поверить теорию быстрой коагуляции на основании опытных данных по коагуляции золя с исходной концентрацией n0 при температуре Т. 186. Проверить теорию кинетики коагуляции бидисперсного гидрозоля золота на основании экспериментальных данных (при VN=1, а1/а2=1,73, N0=5,3·1014 м-3, Т=292 К, η=1·10-3 Па·с): t, с (N+n)·10-14, м-3

0 10.6

60 6.99

120 5.33

240 4.12

480 2.13

187. Проверить теорию кинетики коагуляции бидисперсного гидрозоля золота на основании экспериментальных данных (при VN=1, а1/а2=2,11, N0=6,01·1014 м-3, Т=291 К, η=1·10-3 Па·с):

42

t, с (N+n)·10-14, м-3

0 12,02

35 9,35

68 8,00

126 6,30

300 3,81

188. Рассчитать время половинной коагуляции и константу коагуляции некоторого золя по следующим данным: τ, с n·10-15, част/м3

0 32,2

7,0 24,2

15,0 19,9

20,2 16,7

28,0 14,2

Проверить графически соответствие поведения золя теории Смолуховского. 189.Рассчитать и построить в координатах 1/n=f(τ) кривую изменения общего числа частиц при коагуляции тумана минерального масла для следующих интервалов времени τ: 60, 120, 240, 480 и 600 с. Средний радиус частиц 2·10-7 м, концентрация с=25·10-3 кг/м3, плотность равна 0,97·103 кг/м3. Время половинной коагуляции 240 с. 190.Во сколько раз уменьшится число частиц мучной пыли n0, равное 20·1015 в 1 м3, через 5 с после начала коагуляции? Через 60 с ? Константа коагуляции К=3·10-16 м3/с. 191.Проверить применимость теории Смолуховского к коагуляции золя селена раствором KCI, используя следующие экспериментальные данные: τ,

0

с n·1 0-14 , част/м3

0,6 6

29, 7

4,2 5

20, 9

19, 00

19, 1

43, 00

14, 4

мДж/м2 (при 20˚С); σККМ=41 мДж/м2 (при 60˚С); σ0=72,75 мДж/м2 (при 20˚С); σ0=66,18 мДж/м2 (при 60˚С); концентрация в моль/л. 194.Определите критическое значение межфазного натяжения при образовании частиц с размерами а=2·10-6 см при 100˚С. Логарифм отношения числа частиц дисперсной фазы к числу молекул дисперсионной среды равен 30. 195.Логарифм ККМ водного раствора олеата натрия при 7˚С составляет –30 при выражении концентрации в моль/л, σККМ=26 мДж/м2, σ0=74,64 мДж/м2. Определите величину поверхностной активности олеата натрия. 196. Для водных растворов лаурата натрия определены логарифмы ККМ при нескольких значениях температуры (концентрация в моль/л). Постройте температурную зависимость поверхностной активности: Т, ˚С 30 50 90

7

Мицеллообразование коллоидных ПАВ 192.Определите величину поверхностной активности лаурата натрия, если логарифм ККМ его водного раствора составляет 168 (концентрация в моль/л); σККМ=40 эрг/см-2; σ0=71,18 эрг/см-2. 193.Для водных растворов додецилсульфата натрия определены логарифмы ККМ при двух значениях температуры. Определите, как влияет повышение температуры на поверхностную активность додецилсульфата натрия. IgККМ=-2,04 (при 20˚С) и IgККМ=-2,01 (при 60˚С); σККМ=44

43

σККМ 40 38 31

σ0 71,18 67,91 60,75

197. Определите ККМ додецилсульфата натрия по следующим данным: Lg С σ, дин/см

10,

IgККМ -1,68 -1,68 -1,68

-2,4 54

-2,18 47

-2,08 43

-2,03 42

-2,01 41

-1,99 41

-1,95 41

-1,82 41

Концентрация выражена в моль/л. 198. При измерении разности показателей преломления водных растворов додецилсульфата натрия и воды получены следующие данные: С·10-3, моль/л ∆n

9.1 -

9.38 -

9.54 16.6

9.78 17.1

10.02 17.7

10.26 18.0

10.50 18.3

Определите ККМ. 199. Определите величину поверхностной активности лаурата натрия, если логарифм ККМ его водного раствора составляет –2,3 (концентрация в моль/л); σККМ=27 дин/см; σ0=69,56 дин/см. 44

200. радиус сферических мицелл миристата натрия CH3(CH2)12COO составляет 1,69 нм. Считая, что площадь, занимаемая молекулой в предельно насыщенном адсорбционном слое равна 34 А˚, определите степень агрегации мицеллы и мицеллярную массу. 201. По данным измерения удельной электропроводности раствора капроната натрия определите ККМ: I

-

gC

0.4

.025

I

-

gγ

2.0

0.17

1.95

0.125

1.9

0. 075

1.85

0 1.7

Концентрация выражена в г/100мл. 202. Определите максимальный размер частиц дисперсной фазы, самопроизвольно образующейся при температуре 20˚С, σКр=0,19 дин/см, логарифм отношения числа частиц дисперсной фазы к числу молекул среды равен 15. 203. По данным измерения поверхностного натяжения водных растворов додецилсульфата натрия при различных температурах определите ККМ, влияние на ККМ повышения температуры: IgC

-2.4

-2.18

20˚ 60˚ 90˚

58 54 49

50 47 40

2.08 43 38

2.03 44 42 -

2.01 44 41 -

-1.99

-1.95

-1.90

44 41 35

41 29

44 41 29

1.88 41 29

τ, с m, г

293

311

333

5,13 0,76

5,37 0,87

6,17 1,45

1,5 3,54

2,0 3,85

4,0 5,09

0 0,286

10 0,453

20 0,563

30 0,646

60 0,759

90 0,793

120 0,809

180 0,809

Определите константу набухания резины. 207. Вычислите степень набухания желатины в воде и среднее значение константы скорости этого процесса (навеска желатины m=1,09·10-3 кг) по нижеприведенным экспериментальным данным: Время набухания τ,мин V·10-7, м3 1.82 44 41 29

Концентрация выражена в моль/л. 204. Рассчитайте теплоту мицеллообразования, а также стандартную энергию Гиббса и энтропию процесса при 293 К, используя следующие значения ККМ для додецилсульфата натрия в растворах NaCI: Т,К ККМ, ммоль/л В 0,01М р-ре NACI В 0,2М р-ре NaCI

1,0 2,86

Набухание ВМС 206.При набухании образца резины в гептане получены следующие данные:

-

1.7

0,5 1,70

Константу в уравнении Дебая примите равной Н=3·10-11, плотность ПАВ 1140 г/см3, ККМ 0,1 г/л.

.3 -

1.8

Концентрация р-ра С, г/л Мутность р-ра τ·109, см-1

0

.17 -

205. Используя уравнение Дебая, рассчитайте мицеллярную массу ПАВ и радиус мицелл в воде по следующим данным:

Проанализируйте изменение термодинамических функций мицеллообразавания и влияние электролита.

100 1046

150 1357

Температура 18˚С, максимальное количество поглощенной воды υ∞=2112·10-7 м3. 208. Вычислите степень набухания желатины в воде и среднее значение константы скорости этого процесса (навеска желатины m=1,09·10-3 кг) по нижеприведенным экспериментальным данным: Время набухания τ,мин V·10-7, м3

150 1357

200 1626

250 1807

Температура 18˚С, максимальное количество поглощенной воды υ∞=2112·10-7 м3. 209.Определите среднюю величину константы скорости набухания НК в этиловом спирте, воспользовавшись опытными данными, полученными при исследовании набухания весовым методом: Время набухания τ,мин Количество поглощ. жидкости α, %

45

50 605

46

2 18,35

6 45,5

12 71

28 94

210. Постройте график зависимости приведенного осмотического давления π от концентрации С раствора полибутадиена в бензоле (Т=300 К) по следующим данным: С, кг/м3 π, Па

2,5 39

5 93,2

7,5 167

10 268

Рассчитайте молекулярную массу каучука и второй вириальный коэффициент. 211.Для водных растворов желатины, очищенных с помощью диализа, было измерено осмотическое давление при 20˚С. С, кг/м3 π, Па

1,25 2,94

2,5 6,06

5,0 12,75

6,5 17,03

Вычислите молекулярную массу желатины. 212. Используя экспериментальные данные метода светорассеяния, определите молекулярную массу полистирола в толуоле. Постоянная Н=1,17·10-13. С, кг/м3 Мутность ра-ра, τ·108,м-1

1,1 3,68

1,45 4,47

1,88 5,55

2,43 6,50

Время набухания, ч Масса каучука до наб.,г Масса набухшего каучука, г

2,87 7,13

213. Определите молекулярную массу натурального каучука и значение второго вириального коэффициента для раствора в толуоле по следующим экспериментальным данным: С, кг/м3 Мутность ра-ра, τ·108,м-1

1,0 3,18

1,5 3,30

2,0 3,50

2,5 3,72

3,002 1185

3,076 1420

4

1 10,0 19,0

4 19,0 44,0

8 44,0 56,0

12 56,0 51,0

219. 1 г белка растворим в 100 г воды при 25˚С. Чему равно осмотическое давление раствора, если молекулярная масса белка составляет 10000. 220.В мерный цилиндр вместимостью 100 см3 налили 50,0 см3 дистиллированной воды и поместили навеску желатина. Уровень воды в цилиндре при этом повысился до 56,8 см3. Через 5 ч выдержки воду из этого цилиндра слили в другой мерный цилиндр: объем воды оказался равным 41,6 см3. Какова степень набухания желатины в условиях опыта? 221. Постройте кривую набухания, исползуя экспериментальные данные набухания резины в четыреххлористом углероде:

3,0 3,76

Константа Н=2,8·10-13 214. Определите интегральную теплоту набухания нуклеина в воде, если количество поглощенной воды m=0,147 кг, а константы уравнения имеют следующие значения А=36,6; В=0,13. 215. При изучении кинетики набухания полимера были получены следующие данные: m, кг τ, мин

216.Через определенные промежутки времени определялось количество жидкости, поглощенной полимером при его набухании. Определите время набухания полимера (в минутах), если максимальное количество поглощенной жидкости равно 0,3337 кг. Вычисленная по опытным данным величина константы скорости набухания равна 0,00201 мин-1, а количество жидкости, поглощенное к данному моменту времени 0,0845 кг. 217.Вычислите дифференциальную теплоту набухания желатины в воде, если А=87,4, В=0,384. Количество поглощенной воды равно 0,103 кг. 218.Вычислите степень набухания каучука в этиловом спирте и постройте кривую набухания откладывая по оси абцисс время, а по оси ординат степень набухания, используя экспериментальные данные:

3,194 1840

Время набухания, мин Количество поглощенной жидкости, %

2

Температура 18˚С; внешнее давление 1,12·10 кг/м ; предельное количество поглощенной жидкости m∞=3,482 кг. Найдите константу скорости набухания. 47

48

5 33

30 115

90 233

150 291

метода (константа уравнения Марка-Хаувинка К=4,2·10-5, α=0,68):

Структурно-механические свойства дисперсных систем 222. При измерении вязкости растворов 1,4 цисполиизопрена в толуоле получены с помощью капиллярного вискозиметра следующие данные: С, г/л τ, с

0 171,5

1,41 216,1

1,94 234,0

2,59 257,3

3,24 282,6

Концентрация раствора С, кг/м3 Удельная вязкость раствора η-η0/η0

3,89 308,1

Рассчитайте значения относительной, удельной, приведенной вязкости растворов полимеров и постройте график зависимости ηуд/с=f(с).Определите характеристическую вязкость [η] и вискозиметрическую константу Хаггинса К΄ 223.Вычислите молекулярную массу мальтозы, ее плотность ρ=1,5·103 кг/м3, вязкость η=0,001 Па·с, коэффициент диффузии d=0,373 см2/сут. 224.Вычислите молекулярную массу вискозы, если при t=18˚С, коэффициент диффузии ее D=0,0695 см2/сут, плотность ρ=2,39·103 кг/м3, вязкость η=0,00115 Па·с. 225.Какова молекулярная масса натурального каучука, если при его растворении в бензоле характеристическая вязкость [η] оказалась равной 0,126 м3/кг, константы уравнения Марка-Хаувинка К=5·10-5 и α=0,67? 226. Раствор 1 г белка гемоглобина в 1 л воды имеет осмотическое давление 36,5 Па при 25˚С. Определите молекулярную массу и массу частицы гемоглобина. При расчете условно принять, что все осмотическое давление обусловлено только частицами белка. 227. Рассчитайте молекулярную массу этилцеллюлозы в анилине, используя экспериментальные данные вискозиметрического метода (константа: К=6,9·10-5, α=0,72): Концентрация раствора С, кг/м3 Удельная вязкость раствора η-η0/η0

1,0

1,75

2,5

3,25

4,0

0,24

0,525

0,875

1,35

1,84

228. Рассчитайте молекулярную массу поливинилацетата в ацетоне, пользуясь данными вискозиметрического

3,0 0,465

5,0 0,84

7,0 1,3

229.Определите молекулярную массу этилцеллюлозы в толуоле, используя данные вискозиметрического метода (константы: К=11,8·10-5, α=0,666):

Концентрация раствора С, кг/м3 Удельная вязкость раствора η-η0/η0

2,0 0,16 3

4,0 0,19 2

6,0 0,21 0

8,0 0,24 0

10,0 0,26 3

230. Определите молекулярную массу поликапронамида в м-крезоле, используя экспериментальные данные метода ультрацентрифугирования (константа: К=8,7·10-5, α=0,45): Концентрация раствора С, кг/м3 Крнстанта седиментации S0, с

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

4,0

0,670

0,556

0,476

0,446

0,409

0,333

231. Вычислите скорость истечения вязкой жидкости из вискозиметра через капилляр, длина которого ℓ=0,05 м, радиус r=25·10-5 м, под давлением р=980 Па. Вязкость жидкости η=5·10-3 Па·с. 232. При набухании 2·10-3 кг вулканизованного каучука в амилацетате, удельная масса которого равна 0,876·103 кг/м3, за указанные промежутки времени был поглощен следующим объем жидкости: τ, мин υ·107, м3

4 3,55

8,22 4,40

13,6 4,85

17,8 4,95

20 6,50

Вячислите степень набухания в процентах массовых каучука в амилацетате. 233.По нижеприведенной зависимости осмотического давления π, измеренного при 20˚С, от массовой концентрации ρ бутадиенового каучука в бензоле рассчитайте молярную массу каучука: πi, Па ρi, кг/м3

49

1,0 0,14

50

8,4 1,206

31,9 2,898

81,6 5,108

169,4 7,684

267,3 9,912

401,0 12,28

234. 1%-ный раствор желатина вытекает из вискозиметра в течение 29 с, а такой же объем чистой воды – в течение 10 с. определите относительную вязкость раствора желатина, если его плотность 1,01 г/см3, считая плотность воды равной единице. 235. Желатин помещен в буферный раствор с рН 3. Определите знак заряда частиц желатина, если изоэлектрическая точка находится при рН 4,7. 236. Изоэлектрическая точка альбумина наблюдается при рН 4,8. Белок помещен в буферную смесь с концентрацией водородных ионов 10-6 моль/л. Определите направление движения частиц белка при электрофорезе. 237. При набухании 100 г каучука поглотилось 964 мл хлороформа. Рассчитайте процентный состав полученного студня. Плотность хлороформа равна 1,9 г/см3. 238. Для получения студней взяли три навески желатина 0,5, 1 и 1,5 г. Образование студня происходило в первом случае за 15 мин, во втором – за 10 , а в третьем – за 5 мин. На основании этих данных постройте кривую, откладывая по оси абцисс концентрацию студня, а по оси ординат – скорость застудневания. 239. Каковы отличительные признаки дисперсных систем от истинных растворов? Пояснить механизм проявления каждого отличительного признака. 240. Предмет коллоидной химии. Причины особых свойств коллоидных систем. Понятия о дисперсной системе, дисперсной фазе, дисперсионной среде. Сколько необходимо добавить дисперсионной среды к 50 г дисперсной фазы 205-й влажности, чтобы получить дисперсную систему 10%-й концентрации? 241. Классификации дисперсных систем по размерам дисперсных частиц, агрегатным состояниям дисперсной фазы и дисперсионной среды. Чем вызвана необходимость таких классификаций?

51

242. Методы получения дисперсных систем, их классификация и краткая характеристика. Какой метод получения дисперсных систем с термодинамической точки зрения наиболее выгоден? 243. Степень дисперсности дисперсной фазы. Понятие об удельной поверхности. Как связана площадь поверхности дисперсной фазы размерами и геометрической формой дисперсных частиц? Как связаны свойства коллоидных систем с изменением величины поверхности раздела дисперсной фазы и дисперсионной среды? 244. Понятие о свободной поверхностной энергии и причины ее появления. Рассмотрите с этих позиций устойчивость дисперсных систем. Какие процессы приводят к уменьшению и увеличению свободной поверхностной энергии? 245. Адсорбционные явления в коллоидных системах. Физическая и химическая адсорбции. Типы связей между адсорбентом и адсорбтивом. 246. Описать молекулярную адсорбцию на твердой поверхности. Уравнения изотермы Ленгмюра и Фрейндлиха. Их анализ и сфера применимости. 247. Какие вещества относятся к поверхностноактивным? Описать причины и механизм проявления их поверхностной активности. 248. Адсорбция на поверхности раздела Ж/Г. Адсорбционное уравнение Гиббса, его анализ и область использования. 249. Методы хроматографического анализа. Их назначение и классификация по механизму адсорбционного разделения веществ. 250. Адсорбционная хроматография. Уравнение изотермы адсорбции, их анализ и области применимости.

52

251. Классификация ПАВ по их химическому строению и механизму действия. Особенности их адсорбции на поверхности жидкости. 252. Объяснить причины, по которым определение количества адсорбирующегося вещества и описание адсорбционных явлений проводят с использованием нескольких теорий и уравнений: Гиббса, Ленгмюра, Фрейндлиха и др. В чем их особенности? 253. Адсорбция ионов на твердой поверхности. Понятие об ионитах. Обратимая ионообменная адсорбция- основа ионообменной хроматографии. 254. Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем и причины самопроизвольного движения коллоидных частиц. Как связаны число кинетических единиц и их химическая природа с коллогативными свойствами дисперсных систем? 255. Броуновское движение дисперсных частиц и причины его проявления. Пояснить, какие свойства коллоидных растворов обусловлены броуновским движением. 256. Диффузия в дисперсных системах. Уравнения Эйнштейна и Смолуховского для расчета смещения дисперсной частицы и ее коэффициента диффузии. Сравните диффузию частиц в дисперсных системах со свойством диффузии для истинных растворов (закон Фика). 257. Агрегативная и седиментационная (кинетическая) устойчивость дисперсных систем. Связь устойчивости со степенью дисперсности частиц. Коалесценция. 258.Факторы, влияющие на величину электрокинетического потенциала. Дзета-потенциал как характеристика агрегативной устойчивости золя. 259.Изоэлектрическое состояние золя. Явление перезарядки поверхности дисперсной частицы.

53

260.Объяснить сущность процессов электрофореза и электроосмоса и их практическое значение. 261.Электропроводность дисперсных систем, ее особенности и механизм. 262.На конкретных реакциях в водном растворе поясните механизм образования мицеллы и опишите ее строение. 263.Влияние электролитов на величину электрокинетического потенциала. Поясните механизм этого влияния. 264. Влияние величины электрокинетического потенциала на устойчивость дисперсной частицы. 265.Объяснить строение двойного электрического слоя на поверхности дисперсной частицы. 266.Объяснить механизм образования двойного электрического слоя на поверхности дисперсной частицы. Какие факторы влияют на характер его построения и на разрушение? 267. Теория светорассеяния Рэлея. Уравнение Рэлея и его применимость. Какие характеристики для коллоидных систем можно получить, основываясь на изучении их оптических свойств? 268. Определение геометрической формы и размеров дисперсных частиц методами нефелометрии и ультра микроскопии. 269. Причины, вызывающие явления опалесценции в дисперсной системе и флюоресценции в истинном растворе. Сходство и различия этих явлений. 270. Быстрая и медленная коагуляции. Теория быстрой коагуляции Смолуховского. Константа коагуляции и время половинной коагуляции. 271. Порог коагуляции. Правило Шульце-Гарди. 272. Защита коллоидных частиц с использованием ВМС. Механизм защитного действия. Белки, углеводы, пектины как коллоидная защита.

54

273. Различие между нейтрализационной и концентрационной коагуляцией дисперсной системы (из физической теории коагуляции Б. В. Дерягина). 274. Что по6имается под устойчивостью дисперсной системы? Дать характеристику различным видам устойчивости дисперсных систем. 275. Что понимается под агрегативной и кинетической неустойчивостью дисперсной системы? Причины их вызывающие. Скрытая и явная коагуляции. 276. Коагуляция дисперсной системы. Скорость коагуляции. Причины, вызывающие процесс самопроизвольной коагуляции. 277. Влияние электролитов на процесс коагуляции дисперсных систем. Объяснить понятие о пороге коагуляции. Правило Шульце-Гарди. 278. Перечислить факторы, влияющие на скорость коагуляции, и обосновать механизм воздействия на коллоидные системы каждого из них. 279. Какие вещества служат стабилизаторами коллоидных систем? Пояснить механизм их влияния на агрегативную устойчивость. 280. Свойства растворов ВМС. Их сходство и отличие от свойств дисперсных систем. 281. Хрупкие и эластичные гели. Механизм их образования и свойства. Примеры гелей и обоснование их строения с теоретических позиций. 282. Студни как эластичные гели. Механизм их образования и факторы, определяющие скорость студнеобразования. 283. Механизм и кинетика набухания полимеров. Какие вещества могут набухать в дисперсионных средах различной полярности?

55

284. Перечислить и охарактеризовать возможные типы межцепных контактов в дисперсных структурах ВМС. Какие в них типы связей? 285. Явления синерезиса и тиксотропии в дисперсных системах. Обосновать ответ с позиции механизма этих явлений. 286. Эмульсии. Условия их образования, классификация и свойства. Примеры эмульсий. 287.Суспензии. Условия их образования и свойства. Пасты – концентрированные суспензии. Примеры суспензий. 288.Микрогетерогенные системы. Получение и стабилизация. Примеры этих систем. Аэрозоли. 289.Пены, условия их образования и свойства. Примеры использования пен.

56

Номер варианта

ВАРИАНТЫ КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33

Номера контрольных вопросов и задач 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 1 2 3 4 5 6 7 8

27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43

44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76

88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120

131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163

167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181

186 187 188 189 190 191 186 187 188 189 190 191 186 187 188 189 190 191 186 187 188 189 190 191 186 187 188 189 190 191 186 187 188

192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 192 193 194 195 196

206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238

239 253 240 252 241 251 242 250 243 249 244 248 245 239 246 240 247 241 248 242 249 243 250 244 241 251 242 252 243 253 244 252 255 256 239 244 240 245 241 246 242 247 243 248 244 249 239 250 240 251 239 253 240 252 241 251 242 250 243 249 244 248 245 247 246 253

254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 255

270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 270 271 272

57

34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

58

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41

77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 54 62 65 67 68 49 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56

121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 119 120 121 122 123 124 125 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71

164 165 166 133 137 142 146 150 151 152 153 154 155 144 145 143 140 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86

182 183 184 185 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102

189 190 191 186 187 188 189 190 191 186 187 188 189 190 191 186 187 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136

197 198 199 200 201 202 203 204 205 192 193 194 195 196 197 198 200 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145

206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160

299 240 241 243 252 253 241 242 243 244 245 239 240 241 242 250 251 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181

247 248 250 251 239 240 252 253 251 250 249 246 247 248 249 239 240 186 187 188 189 190 191 186 187 188 189 190 191 186 187 188

254 256 251 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 260 258 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 192

273 274 275 271 277 278 271 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220

ПРИЛОЖЕНИЯ

Основные физико-химические величины, используемые в курсе коллоидной химии А – абсолютная адсорбция, моль/кг, моль/м2; константа Гамакера, Дж. а - определяющий размер, м; активность, моль/л. В – коэффициент трения, н·с/м. с – концентрация, моль/л, г/л. D – дисперсность, м-1; оптическая плотность; коэффициент диффузии, м2/с. Е – напряженность электрического поля, В/м; потенциальный барьер, Дж; модуль упругости, Н/м2. F – сила, Н. f - коэффициент растекания, Дж/м2. G – энергия Гиббса, Дж. g – поверхностная активность, Дж·м/моль. H – энтальпия, Дж; кривизна поверхности, м-1; постоянная Дебая. I – сила тока, А; ионная сила, моль/л. К – константа адсорбционного равновесия. k – постоянная Больцмана, Дж/К. М – относительная молекулярная масса. NA – число Авогадро, моль-1. Р – напряжение сдвига, Н/м2. р – давление, Па. q – теплота, Дж; поверхностный заряд, Кл. R – универсальная газовая постоянная, Дж/(моль·К); сопротивление, Ом. r – радиус, м. S – энтропия, Дж/К; константа седиментации. s – площадь поверхности, м2. Т – температура, К. U – разность потенциалов, В; энергия, Дж. 59

u - линейная скорость, м/с. Vм – мольный объем, м3/моль. υ - объемная скорость, м3/с. x – мольная доля компонента. z – заряд иона. α – коэффициент разделения. β – коэффициент аффиности; константа устойчивости комплексных соединений. Г – гиббсовская адсорбция, моль/м2. γ - относительная деформация. ∆ - смещение (сдвиг) по выбранному направлению, м. ε – относительная диэлектрическая проницаемость. ε0 - электрическая постоянная, Ф/м. ζ – электрокинетический потенциал, В. η – вязкость, Па·с. θ – краевой угол, время половинной коагуляции, с. χ – величина, обратная толщине диффузной части двойного электрического слоя, м-1; удельная электропроводность, См/м. λ – толщина диффузной части двойного электрического слоя, м; эквивалентная электропроводность, См·м2/моль. µ - .химический потенциал, Дж/моль. ν – число частиц в единице объема. π – поверхностное давление, Н/м; осмотическое давление, Па. ρ – плотность, кг/м3. τ – время, с; мутность, см-1. σ – поверхностное натяжение, Дж/м2,Н/м. φ – потенциал, В; объемная доля.

60

Таблица 1. Поверхностное натяжение воды при различных температурах t, ˚C σж-г,мДж/м2 t, ˚C σж-г,мДж/м2 t, ˚C σж-г,мДж/м2 10 74,22 17 73,19 24 72,13 11 74,07 18 73,05 25 71,97 12 73,93 19 72,90 26 71,82 13 73,78 20 72,75 27 71,66 14 73,64 21 72,59 28 71,50 15 73,49 22 72,44 29 71,35 16 73,34 23 72,28 30 71,18 Таблица 2. Физико-химические свойства некоторых органических жидкостей Поверхностное натяжение, ПлотМолекуля мДж/м2 при температуре (в˚C) ность Вещество рная (20˚C), масса 20 30 40 50 г/см3 46,07 0,789 22,4 21,6 20,7 19,9 Этанол 60,10 0,804 23,7 22,9 22,2 21,4 Попанол-1 60,10 0,785 21,3 20,5 19,7 19,0 Прпанол-2 74,12 0,810 25,4 24,5 23,6 22,7 Бутанол-1 88,15 0,814 25,8 24,9 24,0 23,2 Пентанол-1 88,15 0,810 24,0 23,0 22,0 21,0 Пентанол-2 102,18 0,819 26,2 25,4 24,6 23,8 Гексанол-1 86,18 0,659 18,4 17,4 16,3 15,3 Гексан 92,14 0,867 28,5 27,3 26,1 24,9 Толуол 119,38 1,498 27,3 26,0 24,7 23,4 Хлороформ (15˚C) Четыреххлори153,82 1,595 27,0 25,8 24,6 23,4 стый углерод Уксусная кислота 60,05 1,049 27,6 26,6 25,6 24,6 112,56 1,107 33,3 32,3 31,1 29,9 Хлорбензол Нитробензол 123,11 1,203 43,9 42,7 41,5 40,2 93,14 1,022 43,3 42,2 41,2 40,1 Анилин 58,08 0,791 24,0 22,9 21,8 20,7 Ацетон

Таблица 3. Площадь, занимаемая молекулами ПАВ в предельно насыщенном адсорбционном слое ПАВ Лаурат натиря Миристат натрия Пальмитат натрия Стеарат натрия Олеат натрия п-Додецилбензолсульфонат натрия Додецилсульфат натрия Октилэтиламмонийхлорид Цетилпиридинийхлорид Октанол-1 Октиловый эфир этиленгликоля п –Октиловый эфир октаэтиленгликоля п-трет-Октилфениловый эфир октаэтиленгликоля п-трет-Октилфениловый эфир декаэтиленгликоля п-трет-Октилфениловый эфир гексадекаэтиленгликоля

Формула CH3(CH2)10COONa CH3(CH2)12COONa CH3(CH2)14COONa CH3(CH2)16COONa C8H17CH=CHC7H14COONa C12H25C6H4SO3Na C12H25SO4Na

33

C8H17(C2H5)NH2CIC16H33NC5H5CIC8H17OH C8H17OCH2CH2OH

34 46 30 32

C8H17C6H4O(C2H4O)8H

53

C8H17C6H4O(C2H4O)8H

58

C8H17C6H4O(C2H4O)10H

74

C8H17C6H4O(C2H4O)16H

80

Таблица 4. Критические концентрации мицеллообразования ПАВ в водных растворах Метод определеФормула ККМ,моль/л ПАВ ния 1 Деканоат натрия

2

3 Анионные ПАВ C9H19COONa 9,4·10-2

4

С11H23COONa

Удельная электропроводность Поверхностное натяжение Удельная электро-

9,5·10-2 Додеканоат на-

61

S0 ·1020, м2 41 34 25 23 28 33

62

2,5·10-2

1 трия

2

3 2,3·10-2 2,4·10-2

Миристат натрия Олеат натрия

-3

C13H27COONa

6,9·10

C17H33COONa

1,1·10-3 2,1·10-3

Додецилсульфат натрия

C12H25SO4Na

8,1·10-3

Тетрадецилсульфат натрия Додецилсульфонат натрия пДодецилбензолссульфонат

C14H29SO4Na

2,1·10-3

C12H25SO3Na

9,8·10-3

C12H25C6H4SO3 Na

1,2·10-3

Додециламмони йхлорид Тетрадециламмонийхлорид Додецилметиламмонийхлорид Додецилдиметиламмонийхлорид Додецилтриметиламмонийхлорид Додецилпиридинийхлорид Додециловый эфир тетраэтил-

8,3·10-3

Катионные ПАВ C12H25NH3CI1,5·10-2

4 проводность Поверхностное натяжение Солюбилизация красителя Удельная электропроводность То же Поверхностное натяжение Удельная электропроводность Поверхностное натяжение Удельная электропроводность Поверхностное натяжение Удельная электропроводность

C14H29NH3CI-

2,8·10-3

Удельная электропроводность То же

C12H25(CH3)NH 2CI

1,5·10-2

«

C12H25(CH3)2N H2CI-

1,6·10-2

«

C12H25(CH3)3N H2CI-

2,0·10-2

«

C12H25NC5H5CI-

1,5·10-2

Поверхностное натяжение

Неионогенные ПАВ C12H25O(C2H4O 4·10-5 )4H

1 нгликоля Додециловый эфир гексаэтилнгликоля Додециловый эфир октаэтилнгликоля Додециловый эфир додекаэтилнгликоля п-третОктилфениловый эфир триаэтиленгликоля п-третОктилфениловый эфир пентаэтиленгликоля п-третОктилфениловый эфир гептаэтиленгликоля

Додецилсульфонат натрия Лаурат калия

63

3

4

C12H25O(C2H4O ) 6H

8,7·10-5

То же

C12H25O(C2H4O ) 8H

8,3·10-5

Солюбилизация красителя

C12H25O(C2H4O )12H

1,4·10-4

Поверхностное натяжение

C8H17C6H4O(C2 H4O)3H

1,1·10-4

То же

C8H17C6H4O(C2 H4O)5H

1,3·10-4

«

C8H17C6H4O(C2 H4O)7H

1,8·10-4

«

Таблица 5. Число агрегации и мицеллярная масса мицелл ПАВ в воде МицеллярЧисло Метод определения ПАВ ная масса агрегации 1 Децилсульфат натрия Додецилсульфат натрия

Поверхностное натяжение

2

64

2 13 000

3 50

4 Светорассеяние

17 800

62

То же

23 200

80

25 600 24 700

89 54

Электрофоретическая подвижность Диффузия Светорассеяние

11 900

50

То же

1 пДодецилбензолсульфонат натрия Додециламмонийхлорид Додецилтриметиламмонийхлорид Додециловый эфир нонаэтиленгликоля Додециловый эфир додекаэтиленгликоля

2 8 200

3 24

4 «

12 300

55,5

«

18 600

64

38 500

63

Осмотическое давление Светорассеяние

32 000

45

То же

Таблица 6. Константа Гамакера для различных веществ в оде Дисперсная А*·1020, Дж Дисперсная фаза А*·1020, Дж фаза Графит 3,7 Циклогексан 1,5 Диоксид крем0,3-1,7 Декан 0,56 ния (для кварца Бензол 0,04 1,7) Иодид серебра 3,1-4,4 Стеариновая кислота 0,08 Диоксид тита2,5-10 Полигексафторпропилен 0,0024 на Оксид алюми4,2 Полиэтилен 0,40 ния Оксид железа 3,4 Полистирол 0,1-1 (III) Гидроксид 12,6 Поливинилацетат 0,54 алюминия Гидроксид 17,7-20,0 Полиметилметакрилат 0,72 железа (III)

65

66