Лэнгмюр таразысы

Газ тә різді жә не конденсацияланғ ан беттік қ абыршық тардың болуын Лэнгмюр ө зінің арнайы жасағ ан таразысы арқ ылы кө рсеткен болатын. Бұ л таразы арқ ылы қ абыршық болатындай беттік қ ысымды жә не оның қ абыршық тың ауданымен қ андай байланыста болатынын кө рсетуге болады. Лэнгмюр таразысының алғ ашқ ы тү рін сұ лбалық тү рде 2.5-суреттегідей кө рсетуге болады.

2.5-сурет. Лэнгмюр таразысы.

Бұ ндағ ы 1-бетке дейін толтырылып қ ұ йылғ ан ыдыс, 2; 3 - парафин жұ тылғ ан қ ағ аздан жасалғ ан бө гет (тосқ ауыл). Міне осылардың арасына ұ шқ ыш еріткішке ерітілген судың бетінде беттік қ абыршық тү зетін заттың ерітіндісін аздап қ ұ ямыз.

Еріткіш оң ай ұ шып кететіндіктен зат су бетіне жайылып қ абыршық тү зеді. Сол жаң ағ ы тосқ ауылды оң ғ а жылжытсақ, онда қ абыршық алып тұ рғ ан кең істік кішірейе бастайды. Осының нә тижесінде қ абыршық тың беттік қ ысымы кө бейіп, ол 3-ті оң ғ а жылжытады. Сол себепті тепе-тең дікте тұ рып таразының кү йентесі (4) тепе-тең діктен ауытқ ып стрелка басқ а бір шаманы кө рсетеді. Бастапқ ы тепе-тең дік жағ дайды таразығ а ыдысына (5) таразы тастарын салу арқ ылы келтіріп, қ абыршық тың қ ысымын табуғ а болады екен. Бұ л тә жірибелерді бірнеше рет жасай отырып, қ абыршық қ ысымы мен белгілі бір мө лшердегі зерттеп отырғ ан заттардың ауданының арасындағ ы изотерманы алуғ а болады.

2.7 –суретте ә ртү рлі май қ ышқ ылдары ү шін 12, 5-19, 5⁰С-да Адам алғ ан осындай изотермалар кө рсетілген. 1-қ исық лаурин қ ышқ ылына (C₁₁H₂₃COOH), оның радикалы салыстырмалы тү рде қ ысқ алау болғ андық тан ол тек газтө різді беттік қ абыршық тар тү зеді. Бұ л изотерма идеалдық ушө лшемді газдың изотермасын (pV=const)еске тү сіреді. Суреттегі 2-қ исық миристин қ ышқ ылы (C₁₃H₂₇COOH) ү шін алынғ ан, ол газтә різді де, сұ йық тә різді де қ абыршық тар тү зуге бейім. Бұ л жағ дайда қ абыршық ты қ ысу белгілі-бір дә режеге жеткенде (бір молекуланың алатын ауданы мен анық талатын) қ ысым ө спейді де, қ исық абцисса осіне параллель болады. Осындай учаскенің болуы екіө лшемдік газдың конденсациялануына жә не газтә різді қ абыршық тар мен конденсирленген қ абыршық тарын «аралшаларының» тепе-тең дігінің болуына сә йкес келеді.

Қ абыршақ ты одан ары қ ысқ анда «аралшалар» бір-біріне тығ ыз жақ ындап, олардың араасындағ ы екіө лшемдік газдар болмайды. Сондық тан қ ысым қ айтадан кү рт ө седі.

3-қ исық пальмитин қ ышқ ылы C₁₅H₃₁COO бойынша алынғ ан, оның молекулалық масса алғ ашқ ы екеуінен жоғ ары. Бұ л қ ышқ ылдың радикалдары кә дімгі температураның ө зінде кү шті ә рекеттесетін болғ андық тан тек конденсирленген қ абыршақ тар ғ ана тү зеді. Бұ ндай қ абыршақ ты едә уір қ ысқ анда қ ысымның кү рт ө згеруі болады. Ол судың барлық беті конденсирленген қ абыршық пен жабылғ анына сә йкес келеді. Қ абыршық ты одан ә рі қ ысқ анда миристин қ ышқ ылында сияқ ты қ абыршық тың бұ зылуына ә кеп соғ ады.

Беттік қ ысым мен бір молекуланың алатын ауданының арасындағ ы тә уелділікті анық тау БАЗ бен тү зілетін қ абыршақ тың табиғ атының арасындағ ы байланысты ғ ана тауып қ оймай, оғ ан қ осы қ абыршақ қ ұ рылысына температураның ә серін де тү сіндіруге мү мкіндік береді. Жасалғ ан тә жірибелер температура артқ анда алдымен кө мірсутектік радикалдар арасындағ ы молекулалық кү штер ү зіледі де, қ абыршық алдымен созылғ ан қ абыршық қ а, сосын газтә різді қ абыршық қ а айналады.

Беттік керілу мен молекулалық аудан арасындағ ы изотерма бойынша қ арастырып отырғ ан затымыздың бір молекуласының бетте алып жатқ ан ауданын (S₀) табуғ а болады.

Оны барлық заттың алып тұ рғ ан ауданын, оның массасын жә не молекулалық салмағ ын біле отырып есептеуге болады.

Бұ ндағ ы S₀ - 1 моль заттың ауданы;

S - қ абыршақ тың ауданы, ол бө геулердің ара қ ашық тығ ын еніне кө бейткенге тең;

m - алынғ ан заттың массасы, г бойынша;

M - заттың молекулалық салмағ ы;

N_А - Авагадро саны.

Міне осы айтылғ ан тә сіл бойынша S₀ - ды есептеу молекуласында С атомы 14 жә не одан да кө п болатын қ анық қ ан органикалық қ ышқ ылдар ү шін 20, 5 А⁰² болатынын кө рсетті, яғ ни олардың радикалдарының ұ зындығ ына байланыссыз екен. Бұ л БАЗ-дың молекулаларының су бетінде молекулалық қ абат пен орналасатынын кө рсетеді. Рентгенографиялық зерттеулер кристалдағ ы бір-біріне ө те тығ ыз орналасатын кө мірсутектерінде С атомдарының қ имасы 18, 4 А⁰² болатынын кө рсетті. Бұ л шамалар ө те жақ ын. Бұ лардың айырмашылығ ы иә органикалық қ ышқ ылдардағ ы С орналасуы ө те тығ ыз еместігімен, иә олардың су бетінде тек қ ана перпендикуляр болып емес, онымен аздап бұ рыш жасай орналасатындығ ымен тү сіндіруге болады.

Сонымен S₀ радикалдарғ а байланыссыз, ал полярлы топтың табиғ атына байланысты екен. Мысалы S₀ органикалық қ ышқ ылдар ү шін - 20, 5 А⁰², кү рделі эфирлер ү шін - 22 А⁰², ал спирттер ү шін - 21, 6 А⁰² тең екен. Тә жірибелердің нә тижесінде S₀-дің беттік табиғ атына да байланыссыз екені кө рсетілген. Осығ ан сү йене отырып Г_max жә не заттың қ анша мольінің (n) адсорбцияланғ ан біле отырып, адсорбенттің беттік ауданын есептеп табуғ а болады.

S=n_max/ Г_max

Бұ л арқ ылы адсорбенттің меншікті беттік ауданын таба аламыз.

Егер БАЗ бетке перпендикуляр орналасқ ан деп есептесек, онда қ абыршақ тың қ алың дығ ын есептеуге болады. Бірлік аудандағ ы кө лем сол қ абыршақ тың қ алың дығ ына тең болады. Басқ аша кө лемді былай да кө рсетуге болады:

Г_max V_моль (V_моль-мольдік кө лем)

Ендеше:

δ =Г_max V_моль=Г_maxМ/ρ

ρ - тығ ыздық.

Гомологтық қ атарда радикалдардың ө суіне байланысты δ ө суі керек. Шындығ ында да радикал 1 СН₂ -топқ а ө скенде δ 1, 43 А⁰-ге ө сетіні тә жірибе арқ ылы кө рсетілген.