- •Фізична та колоїдна хімія
- •Техніка безпеки та правила роботи в хімічній лабораторії
- •Основні теоретичні відомості
- •Обладнання та реактиви
- •Порядок виконання роботи
- •Обробка експериментальних даних графічним методом
- •Обробка експериментальних даних аналітичним методом
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота 17 Визначення середнього розміру частинок “білих” золів оптичними методами
- •Основні теоретичні відомості
- •Обладнання та реактиви
- •Порядок виконання роботи
- •Оформлення результатів досліджень
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота 18 Визначення поверхневого натягу поверхнево-активних речовин сталагмометричним методом та параметрів адсорбційного процесу на границі поділу фаз рідина-газ
- •Основні теоретичні відомості
- •Обладнання та реактиви
- •Порядок виконання роботи
- •Обробка експериментальних даних
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота 19 Визначення площі питомої поверхні адсорбента
- •Основні теоретичні відомості
- •Обладнання та реактиви
- •Порядок виконання роботи
- •Обробка експериментальних даних
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота 20 Визначення теплоти змочування калориметричним методом
- •Основні теоретичні відомості
- •Обладнання та реактиви
- •Порядок виконання роботи
- •Обробка експериментальних даних
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота 21 Досліджування в’язкості структурованих розчинів
- •Основні теоретичні відомості
- •Обладнання та реактиви
- •Порядок виконання роботи
- •Обробка експериментальних даних
- •Контрольні питання
- •Додатки
- •Список літератури
- •Фізична та колоїдна хімія
Обробка експериментальних даних аналітичним методом
Розрахунки зручно проводити скориставшись програмою ЕХСЕL (додаток 1). Обробка даних базується на використанні рівнянь (16.13) та (16.14).
Контрольні запитання
Яка мета дисперсного аналізу? Які величини, що характеризують досліджувану дисперсну систему, можна одержати із кривих розподілу?
Побудуйте диференціальну функцію розподілу для монодисперсної системи.
Запишіть розрахункові рівняння, назвіть умови їх виконання. Чи дотримані ці умови у вашому експерименті?
Як проводять дисперсійний аналіз колоїдних систем? Які методи можна використати для одержання більш однорідних (менш однорідних) дисперсних систем за розмірами частинок дисперсної фази ?
Лабораторна робота 17 Визначення середнього розміру частинок “білих” золів оптичними методами
Мета роботи: визначити середній розмір дисперсних частинок “білих” золів методом “спектра мутності”.
Основні теоретичні відомості
Взаємодія світла з дисперсними системами має деякі особливості, пов'язані з розсіюванням світла частинками дисперсної фази. Теорія оптичних властивостей дисперсних систем досить складна. Релеєм був розглянутий найпростіший випадок розсіювання світла в колоїдних системах за умов, що а) частинки, які розсіюють світло є прозорими або білими (так звані “білі” золі); б) концентрація дисперсної фази в колоїдних розчинах низька, тобто розчини є розведеними; в) розмір частинок дисперсної фази складає 0,1 від довжини хвилі падаючого світла; г) форма частинок дисперсної фази є ізометричною (близькою до сферичної); д) речовина дисперсної фази не поглинає падаючого світла, оптично ізотропна і неелектропровідна.
Розмір частинок визначають за величиною “характеристичної” мутності (у випадку відповідності закону Релея) або методом “спектра мутності”.
За законом Релея інтенсивність світла, розсіяного одиничним об’ємом дисперсної системи, визначається рівнянням:
(17.1)
де Iр та Iо — інтенсивності розсіяного у всіх напрямках та падаючого світла, відповідно; nо та n — показники заломлення речовини дисперсійного середовища та дисперсної фази; — часткова концентрація системи; V — об’єм частинки та — довжина хвилі падаючого світла.
Це рівняння застосовується для розведених систем з незабарвленими частинками, що не проводять електричний струм та мають сферичну форму і розміри менші, ніж 0,1.
З начно складнішими є закономірності світлорозсіювання частинками з розмірами, близькими до довжини світлової хвилі, а також закономірності світлопоглинання чи світлопроведення. У випадку світлорозсіювання змінюється характер залежності інтенсивності розсіювання світла від довжини його хвилі. Для непровідних і непоглинаючих частинок показник ступеня при λ зменшується від 4 (при релеєвському розсіюванні) до 0 (при переході до відбиття світла великими частинками), так що τ~ λ–x. На рис.17.1 наведена залежність показника ступеня x при λ від радіуса частинок r, характерна для систем із сильною відмінністю показників заломлення
Рис.17.1. Залежність x від розміру частинок.
частинок дисперсної фази і дисперсійного середовища. На цьому заснований метод "спектра мутності", який широко використовується в експериментальній практиці.
Рівняння 17.1 після відповідних перетворень можна записати у вигляді:
Iр/Iо = kV, (17.2)
де — об’ємна концентрація дисперсної фази, яка дорівнює ·V, а
(17.3)
Відношення Iр/Iо для шару розчину з довжиною 1 м називається мутністю () системи. Оскільки реальні вимірювання проводять в оптичних кюветах визначеної довжини, то
= (Ip/I0) /L (17.4)
де L – довжина кювети.
Підставляючи у рівняння 17.2 = Iр/Iо та перетворюючи його, одержуємо:
V= τ/(k) (17.5)
Враховуючи те, що рівняння Релея справедливе лише для розведених колоїдних розчинів, то для визначення розмірів частинок рівняння 17.5 перетворюють у рівняння:
V = []/k (17.6)
де [] — характеристична мутність, яка дорівнює lim (/) о.
Для дисперсних систем, що містять частинки з розмірами в інтервалі 0,1 r 0,3, показник ступеня довжини хвилі світла у рівнянні Релея 17.1 стає відмінним від 4, зменшуючись при збільшенні розміру частинок до 0. Тоді рівняння Релея перетворюється у рівняння Гелера:
= k1–x, (17.7)
де (17.8)
Величина x є функцією розміру частинок, обчислена за теорією К.С.Шифрината та І.Я.Слонима і представлена на рис.17.1. Для її визначення експериментально вимірюють мутність системи на різних довжинах хвиль світла.
Використовуючи рівняння (17.7) у логарифмічній формі,
ln lnk1 - xln, (17.9)
визначають х за тангенсом кута нахилу прямої координатах ln – ln (або координатах lgD – lg). Знаючи величину х і, користуючись графіком на рис.17.1, визначають середній размір частинок золю.
Мутність колоїдних систем визначають не за прямим вимірюванням інтенсивностей розсіяного Iр та падаючого Iо світла, а розраховують із величини інтенсивності світла, що пройшло через систему In, яку вимірюють за допомогою фотоелектроколориметра КФК-2.
Зменшення інтенсивності світла dI за законом Бугера-Ламберта-Бера, при проходженні через шар речовини пропорційне інтенсивності світла I та довжині шару dL, що приводить до рівняння
ln (Iо/ In) = εL, (17.10)
де ε — коефіціент екстинкції
Для розчинів “білі золі”, з якими проводять дослідження у роботі, поглинення світла (перетворення світлової енергії у теплову) відсутнє і зменшення інтенсивності світла при проходженні його через шар колоїдного розчину відбувається тільки за рахунок розсіювання світла у всіх напрямках частинками, що містяться у цьому розчині.
Тому In = Iо – Iр. Підставляючи значення In у рівняння (17.10), одержуємо:
ln(I0/(I0 – Ip)) = εL. (17.11)
Оскільки загальна інтенсивність розсіяного світла набагато менша, ніж інтенсивність падаючого (Iр « Iо), то рівняння (17.11) можна перетворити, розкладаючи натуральний логарифм у ряд та відкидаючи другий і наступні члени розкладання як величини другого та наступних ступенів малості, в рівняння:
lnI0/(I0-Ip) ≈ Ip/I0 = εL (17.12)
Порівнюючи рівняння (17.12) з визначенням мутності системи (рівняння 17.4), бачимо, що = , тобто для систем, де поглинення світла визначається тільки його розсіюванням, коефіцієнт екстинкції дорівнює мутності.
Таким чином, рівняння (17.12) можна записати у вигляді L = Iр/Io, а оскільки Iр = Iо – In, то:
= (Iо – In)/L*Iо. (17.13)