DV/Q = const. (10)
Устройство приборов Догадкина и ЛГУ
Рис. 3. Прибор Догадкина.
Прибор Догадкина (см. рис. 3) состоит из расположенных на разной высоте двух стеклянных резервуаров, соединенных градуированной стеклянной трубкой. Верхний резервуар имеет широкое горлышко, закрывающееся притертой полой внутри пробкой со стеклянным крючком. В горлышке резервуара и стенке пробки сделаны отверстия, при совмещении которых верхний резервуар соединяется с внешней атмосферой. Нижний резервуар имеет отводную идущую вверх трубку, снабженную хорошо пришлифованным краном. К этой трубке присоединена резиновая груша. Прибор крепится в обычном штативе.
Рис. 4. Прибор ЛГУ.
Прибор ЛГУ, изображенный на рис. 4, представляет собой два шарообразных резервуара, соединенных калиброванной трубкой. Один из резервуаров имеет достаточно широкое горлышко, плотно закрывающееся пробкой.
Выполнение работы
Нижний резервуар прибора Догадкина и боковые трубки заполняют жидкостью, в которой должна набухать резина, так, чтобы мениски жидкости находились в верхней части трубок.
Пластинку резины взвешивают (mo) и при помощи тоненькой проволоки укрепляют ее на крючке пробки прибора. Пробку вставляют в горлышко и поворачивают таким образом, чтобы отверстие в пробке и горлышке совпали. Замечают уровень жидкости в градуированной трубке и с помощью резиновой груши жидкость осторожно передавливают воздухом из нижнего резервуара в верхний так, чтобы пластинка резины оказалась полностью погруженной в жидкость.
Закрывают кран отводной трубки и поворачивают пробку, разобщая верхний резервуар с внешней атмосферой. Замечают время начала набухания.
Через определенные промежутки времени (в начале наблюдения – через 2 мин, затем через 5 мин, в конце – через 10 мин) поворачивают пробку в положение, сообщающее верхний резервуар с атмосферой, открывают кран отводной трубки и спускают жидкость в нижний резервуар (кран следует приоткрывать медленно, во избежание выброса жидкости из прибора!). Отмечают уровень жидкости в градуированной трубке, понизившийся вследствие поглощения жидкости набухающей резиной, а затем снова жидкость указанным порядком передавливают в верхний резервуар, поворачивают пробку и закрывают кран. Эти операции повторяют в течение 1-1,5 ч, пока набухание не прекратится, т. е. не перестанет понижаться уровень жидкости в градуированной трубке. По окончании набухания пластинку резины вынимают из прибора, осторожно обсушивают фильтровальной бумагой и тотчас же взвешивают (m) (перед взвешиванием следует снять проволочку, при помощи которой был подвешен образец!). По формуле (1) рассчитать степень набухания полимера.
Определение с помощью прибора ЛГУ проводятся так же, как и с помощью прибора Догадкина, с той лишь разницей, что образец приводят в соприкосновение с жидкостью, перевертывая прибор.
Экспериментальные и расчетные данные записывают в таблицу 1.
Для перевода в миллилитры суммарного количества поглощенной жидкости, выраженного в делениях градуированной трубки, пользуются специальным коэффициентом, определенного для каждого прибора и называемым константой прибора (1 мл растворителя = 3 см по градуированной трубке). При пересчете количества миллилитров поглощенной образцом жидкости Vж в граммы mж следует учитывать плотность растворителя rр (для толуола rт = 0,867 г/см3, для хлороформа rх = 1,480 г/см3).
mж = Vж × rр (11)
По результатам эксперимента строят график a = f(t), выражающий зависимость степени набухания от времени набухания. Для определения константы скорости набухания построить график зависимости ln (a¥ /( a¥ - at)) = f(t) (Рис. 5).
Рис. 5. Графическая зависимость для определения константы скорости набухания.
Зависимость ln (a¥ /( a¥ - at) = f(t) является линейной. Из графика найти тангенс угла наклона прямой. Константа скорости набухания К = tg q [мин-1].
Таблица 1.
Форма записи данных, полученных
при изучении кинетики набухания полимера
Время с начала опыта, мин | Уровень жидкости в градуированной трубке, | Суммарное количество поглощенного растворителя |
|
|
| |||
мм | см | Vж, мл | mж, г (11) | a,% (1¢) | ||||
2 | at1 | |||||||
4 | at2 | |||||||
6 | at3 | |||||||
8 | ||||||||
10 | ||||||||
15 | ||||||||
20 | ||||||||
30 | ||||||||
40 | ||||||||
50 | ||||||||
60 | a¥ |
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
Что такое набухание? Ограниченное и неораниченное набухание. Что такое степень набухания? Скорость и константа скорости набухания. Графическое определение константы скорости набухания. Интегральная и дифференциальная теплоты набухания. Давление набухания. Стадии процесса набухания.ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7
ДИСПЕРСИОННЫЙ АНАЛИЗ НИЗКОДИСПЕРСНЫХ ПОРОШКОВ МЕТОДОМ СЕДИМЕНТАЦИИ
Цель работы
Произвести дисперсионный анализ суспензии методом седиментации.
Задачи работы
1. Получить кривую седиментации для низкодисперсного порошка.
2. Построить интегральную и дифференциальную кривые распределения частиц по радиусам.
ПРИБОРЫ И МАТЕРИАЛЫ
· Стеклянные седиментационные весы Фигуровского.
· Стакан для суспензии.
· Мешалка.
· Секундомер.
· Термометр.
· Суспензия СаСО3 в воде концентрации 10 мас. %.
· Микроскоп.
Теоретическое пояснение
Седиментационно-диффузионное равновесие
Частицы дисперсной фазы в гравитационном поле оседают, если их плотность больше плотности дисперсионной среды, или всплывают, если их плотность меньше плотности дисперсионной среды. Следствием процесса седиментации является возникновение градиента концентрации частиц по высоте сосуда, приводящего к диффузии, направленной в сторону меньшей концентрации.
Сравнение седиментационного (iсед) и диффузного (iдиф) потоков позволяет установить, какой из процессов преобладает в данной дисперсной системе. Для нахождения закона распределения частиц по высоте исходят из равенства потоков диффузии и седиментации (iсед=iдиф), т. е. из условия седиментационно-диффузионного равновесия. Поток седиментации рассчитывают по уравнению:
iсед=uседn, (1)
где uсед – линейная скорость седиментации; n – число частиц в единице объема (частичная концентрация).
Условием равномерного движения частиц является равенство силы тяжести и силы трения; последняя для сферической частицы радиуса r определяется по уравнению Стокса:
F=6phruсед (2)
Скорость седиментации с учетом поправки на потерю в массе по закону Архимеда выразится уравнением:
uсед=(mg/6phr)·(r-r0/r) (3)
где m – масса частицы; g – ускорение свободного падения;
r и r0 – плотность дисперсной фазы и дисперсионной среды.
Диффузионный поток рассчитывают по уравнению Фика:
iдиф= - D · (dn/dH)= -(kT/6phr) · (dn/dH) (4)
где (dn/dH) - градиент концентрации по высоте H; D-коэффициент диффузии.
Приравняв правые части уравнений (3) и (4), получают выражение седиментационно-диффузионного равновесия, называемое уравнением Лапласа-Перрена:
ln(n0/n)=(mgH/kT) · (r-r0/r) (5)
где n и n0 – число частиц на исходном уровне и на высоте Н, соответственно.
Уравнение (5) является частным случаем универсального закона распределения Больцмана:
n=n0e-U/kT (6)
где U-потенциальная энергия.
Для гравитационного поля с учетом поправки по закону Архимеда: U=mgH · (r-r0/r) (7)
Уравнение (5) было получено раньше независимо от закона Больцмана.
Определение размеров частиц может быть проведено двумя методами: по измерению скорости седиментации и на основании исследования распределения частиц по высоте.
Первый метод широко используется для грубодисперсных систем с размерами частиц более 10-6 м. На этом методе основан седиментационный анализ грубодисперсных систем.
Второй метод определения размеров частиц – по седиментационно-диффузионному равновесию – непригоден для грубодисперсных систем (там практически отсутствует поступательное броуновское движение). Для коллоидных систем (размеры частиц 10-7-10-9 м) этот метод в гравитационном поле практически не используется, так как здесь существенно преобладает тепловое движение частиц над седиментацией.
Расчет показывает, что частицы размером 10-7-10-9 м удерживаются тепловым движением во взвешенном состоянии. Их концентрация во всем объеме остается практически постоянной – такие системы седиментационно устойчивы.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
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 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 |
Основные порталы (построено редакторами)