Определение молекулярной массы поверхностно-активных веществ методом эбулиоскопии

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Федеральное государственное автономное образовательноеучреждение высшего образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт Химии

Кафедра экологической и органической химии

Определение молекулярной массы поверхностно-активных веществ методом эбулиоскопии

Выполнил:

студентка группы 30х161

Тургуналиева Д.М.

Научный руководитель:

к.х.н., Лебедева Н.Н.

Тюмень - 2019



Введение

За последние годы мировая химическая промышленность шагнула далеко вперед, поэтому на данный момент очень важным вопросом является создание новых соединений с улучшенным свойствами и с более широким спектром применением. Именно такими соединениями являются поверхностно-активные вещества. эбулиоскопия молекулярный композиция

Наиболее эффективны композиции ПАВ, образующие среднюю фазу микроэмульсии в условиях пласта, поскольку для них характерно наиболее низкое межфазное натяжение (IFT). В последнее время появилось много новых данных о перспективных ПАВ, так называемых ПАВ нового поколения или «extendedsurfactants», то есть ПАВ, структура которых «удлинена» за счет включения цепочек из оксипропильных (РО) и оксиэтильных (ЕО) групп. В работе планируется исследовать именно такие поверхностно-активные вещества.

Обычно, полученные на производствах промышленные ПАВы не имеют точного значения молекулярной массы, поэтому очень важной задачей химиков является создание достаточно точной экспресс методики определения молекулярной массы промышленных ПАВов.

В связи с этим цель работы можно представить в виде вопроса: является ли метод эбулиоскопии подходящим для определения молекулярной массы промышленных ПАВов.

Задачи:

1) Определить температуру кипения чистого растворителя;

2) Определить температуры начала кипения растворов неэлектролитов различной моляльной концентрации;

3) Рассчитать молярные массы стандартных веществ и исследуемых образцов ПАВов;

4) На основании полученных данных сделать предположение о возможной структуре соединений;

5) Вычислить относительную ошибку определения молекулярной массы исследуемого вещества.



1. Обзор литературы

1.1 Поверхностно-активные вещества

ПАВ - поверхностно-активные амфифильные (т.е. содержащие гидрофильную и гидрофобную часть) соединения, самоорганизующиеся в воде и других растворителях в микроструктуры (например, мицеллы и бислои). Гидрофобную часть подобных молекул принято называть «хвостом», в то время как гидрофильную - «головой». В ПАВ гидрофобная часть представлена в основном углеводородными радикалами с разной степенью разветвленности и длиной от единиц атомов углерода до двух десятков. [1] В то время как гидрофильная (или, в общем случае, лиофильная) часть может служить источником классификации. Выделяют анионные ПАВ, где «головой» являются наиболее важные анионные группы: карбоксильную, сульфо и сульфоновую, а также фосфатные моно- и дианионы. Наиболее распространенными катионными ПАВ являются ЧАС, содержащие как моноалкиламмониевую, так и тетраалкиламмониевую группу. Комбинирование анионной и катионной группы в пределах одной молекулы привести к появлению амфотерных свойств и образованию цвиттерионного ПАВ. Не менее важными являются неионогеные ПАВ, содержащие в себе также полярные группы, обеспечивающие сродство к полярным растворителям, но не диссоциирующие в них. К таким относятся длинноцепочечные спирты, олигомеры оксида этилена/пропилена, а также простые не модифицированные моно- и дисахариды - глюкоза и сахароза. [2]

Из выше сказанного видно, что для проявления своих свойств, система должна иметь границу раздела фаз.

Также, необходимым условием для проявления поверхностной активности вещества является более низкое значение его собственного поверхностного натяжения, чем у растворителя/дисперсионной среды.

Удобной на практике является классификация всех ПАВ по физико-химическому воздействию на поверхность раздела. По этому признаку выделяют: смачиватели и пенообразователи, обладающие умеренным снижением поверхностного натяжения на границе жидкость-газ; диспергаторы, способные одинаково эффективно адсорбироваться на любых границах разделов и таким образом, например, увеличивающие степень дисперсности твердой дисперсной фазы; стабилизаторы, чаще ВМС с полярными группами, создающие механический барьер на поверхностях раздела фаз; детергенты, способные солюбилизировать (растворять в себе) органические загрязнения за счет образования мицелл. [4]

Из-за гидрофобных взаимодействий молекулы ПАВ легко адсорбируются в первую очередь на всевозможных границах разделов фаз даже при предельно низких значениях концентрации. При более высоких значениях из находящихся в растворе (дисперсионной среде) молекул образуются молекулярные агрегаты. Эти значения имеют название критической концентрации мицеллообразования (ККМ). ККМ обратно пропорционально молекулярной массе гидрофобной части молекулы, температуре и концентрации дополнительных электролитов.

Для молекул наиболее энергетически выгодным является образование межмолекулярных связей между группами с одинаковой полярностью. Таким образом, гидрофобные группы образуют физические связи преимущественно друг с другом, в то время как, вокруг углеводородных радикалов образуются кластеры молекул воды («айсберги»), стремящиеся объединиться друг с другом. Подобное сочетание двух противоположных эффектов приводит к образованию надмолекулярныхструктур, в которые входят 50-100 молекул. В итоге образуются нанокапли ПАВ, преимущественно сферической формы, поверхность которых покрыта гидрофильными группами в случае прямых мицелл или «хвостиками» углеводородных радикалов в случае обратных мицелл при смене типа растворителя. [5,6]



Рисунок 1.1- Возможные структуры мицелл ПАВ в водных растворах. (a) - перекрывающиеся хвосты молекул в центре, (b) - молекулы воды находятся между звеньев, (c) - звенья молекул выступают и изгибаются.

Поведение реальных систем, на самом деле, оказывается несколько сложнее: при смешении различных по химическому и компонентному составу органических и водных фазы с добавлением ПАВ получаются не только, в зависимости от избытка реагента, системы, состоящие из эмульсии масло/вода или вода/масло с одной границей раздела фаз, но и системы с третьей фазой, имеющие две границы раздела фаз - с водным слоем и органическим, а также, системы, не содержащие границы раздела жидкость-жидкость. Лучше всегоописать равновесия в подобных системах получилось у Винзора в его работе [7].



Рисунок 1.2- Выделенные в работах Винзора гетерогенные системы

На представленном рисунке явно выделяются выше перечисленные системы: Тип I (TypeI), где органическая фаза находится в равновесии с водным раствором ПАВ, солюбилизирующего часть органической вазы, Тип II (TypeII), с водой (или раствором соли), находящейся в равновесии с органической фазой, содержащей ПАВ и эмульгированную воду, Тип III (TypeIII), состоящий из свободной органической и водной фазой, а также, разделяющей их третьей фазой, содержащей все компоненты, и, наконец, Тип IV (TypeIV), представляющий из себя взаимосолюбилизированные компоненты системы.

Такой подход позволил определить генетическую взаимосвязь между Типом I-IV-II:

Рисунок 1.3- Равновесие между системами с эмульсиями Типа I-IV-II.



Как видно на рисунке, числовую характеристику стало возможно получать не только для равновесных систем (Тип I, II и IV (G)), но и для метастабильных систем, содержащих золи (S_i), затем конденсирующиеся в отдельные фазы. Зная наиболее вероятные структуры мицелл, для третьей фазы Типа III (или геля Типа IV), были предложены структуры, наиболее полно отвечающие теоретическим воззрениям и экспериментальным данным:

Рисунок 1.4- Структуры микроэмульсии (Тип III по Винзору).a) ламеллярные мицеллы, b) - губчатые мицеллы.

Подобные надмолекулярные структуры могут выступать в качестве стабилизирующей пленки для несмешивающихся соединений с образованием оптически изотропной фазы - микроэмульсией. Упомянутое выше моющее действие некоторых ПАВ основывается на подобной стабилизации неустойчивых эмульсий. Помимо очевидного применения в нефтехимии, эмульсии Типа III могут быть адаптированы для широкого спектра задач. [8]

На рынке хорошо зарекомендовали себя б-олефин- (AOS), внутренние олефинсульфонаты (IOS) и алкиларилсульфонаты. Они образуют стабильные эмульсии, в отличие от неиногенных ПАВ, не связываются химически с песками как катионные или амфотерные ПАВ. При этом термически стабильны при температурах в 200^оС, тогда как этоксисульфатыгидролизуются уже при 100^оС. [11]

1.2 Метод эбулиоскопии

Коллигативными называют свойства разбавленных растворов, которые при данных условиях оказываются равными и независимыми от химической природы растворенного вещества, а зависят только от количества его частиц в растворе и природы растворителя. Понятие «коллигативные свойства» растворов введено В. Оствальдом по предложению Вундта.

К коллигативным свойствам разбавленных растворов относят:

- понижение давления насыщенного пара над раствором;

- относительное понижение температуры замерзания раствора;

- относительное повышение температуры кипения раствора;

- осмотическое давление.

Закон Рауля

Исследуя смеси близких по свойствам жидкостей (бензола и толуола идр.), французский? химик Франсуа Рауль в 1887 году обобщил экспериментально полученные закономерности: «Отношение парциального давления пара растворителя над раствором заданного состава к давлению пара индивидуального вещества(p/ p₀) приблизительно равно его мольной доле в жидкой смеси 11(х1)». Это обобщение называется первым законом Рауля: «При постоянной температуре парциальное давление летучего компонента (рi) пропорционально его концентрации в растворе x1»:

рi = pio хi, (2)

где р_i парциальное давление компонента; pi^o давление (упругость) насыщенного пара чистого компонента; х_i мольная доля компонента.

Закон Рауля отражает связь давления насыщенного пара над раствором с его составом. Условимся, что в растворах параметры растворителя помечаются нижним индексом 1 (х₁, p_1o, g₁, М₁ и др.), а растворенного вещества индексом 2 (х2, p2o, g2, М2 и др.). Для раствора, состоящего из двух летучих жидкостей, закон можно графически представить зависимостями, приведенными на рисунке 3 и с учетом закона Дальтона записать:

где р1 и р2 парциальные давления компонентов; p1^o и p2^o давления (упругость) насыщенного пара компонентов; х1 и х2 мольные доли компонентов.

Рис. 2. Зависимости общего и парциальных давлении? паров идеального бинарного раствора. Общее давление паров показано сплошной линией, а давление пара отдельных компонентов - пунктирной.



Из уравнения (3) и зависимостей (рис. 2) следует, что изменение концентрации любого компонента в растворе приводит к пропорциональному изменению его парциального давления над раствором

Для описания коллигативных свойств растворов твердых веществ в жидкостях вводят следующие допущения.

Раствор по типу предельно разбавленный (ПРР) растворитель подчиняется закону Рауля.

Растворенное вещество является нелетучим и не влияет на общее давление (р) над раствором.

Растворенное вещество является неэлектролитом и не подвергается процессам диссоциации или ассоциации.

Растворенное вещество не образует твердого раствора с растворителем, и при замерзании из него выделяется чистый растворитель. Это допущение достаточно жесткое, но оно действительно выполняется для многих систем и позволяет упростить алгебраические выражения, связывающие состав раствора с его свойством.

С учетом этих допущении? в выражении (3) не должны присутствовать параметры растворенного вещества, то есть имеющие нижний индекс 2 (р₂ и p₂^o). Величину х₁ для бинарного раствора можно заменить на величину (1 х₂), так как сумма мольных долей в бинарном растворе равна единице (1 = х₁ + х₂). После раскрытия скобок, группировки свободных членов и деления обеих частей на pl^o получим другую форму записи первого закона Рауля:



Выражение (4) означает: «относительное понижение парциального давления пара растворителя над раствором не зависит от природы растворенноговещества и равно его мольной доле в растворе». Эта формулировка отражает одно из коллигативных свойств ПРР неэлектролитов.

Из первого закона Рауля вытекают два следствия, полученные также экспериментально, которые в объединенном виде известны как второй закон Рауля (1887 г.). Закон отражает повышение температуры кипения раствора (понижение температуры замерзания раствора), по сравнению с температурои? кипения (замерзания) чистого растворителя, которое пропорционально моляльности раствора:

Др-раТкип/зам = Kэб/кр· mр-ра, (5)

где m_р-ра- моляльная концентрация растворе?нного вещества; K_эб/кр - соответственно эбулиоскопическая и криоскопическая константы, зависящие от природы растворителя, которые определяют его поведение.

Второи? закон Рауля можно проиллюстрировать графически на примере фазовои? диаграммы чистои? воды, которая (рис. 3) представлена в че?рном цвете, и водного предельно разбавленного раствора (экспонента красного цвета). При давлении 1 атм (1 атм = 0,998 бар ? 1, 013•105 Па) вода кипит при Т = 100 ^оС. После растворения в воде нелетучего неэлектролита в количестве х2, на основе формулы (3) экспонента, описывающая процесс испарения растворителя из раствора, будет расположена ниже она окрашена в красныи? цвет. Раствор будет кипеть при температуре (Ткип р-ра), которая выше температуры кипения чистого растворителя (Ткип р-ра>Ткип р-ля).



Рис. 3. Зависимость давления насыщенного пара над чистым растворителем и над раствором.

Если при р =1 атм провести изобару до пересечения с экспонентами чистои? воды и раствора, и из точек пересечения опустить перпендикуляры на ось абсцисс, то получится, что раствор закипит при температуре: Ткип р-ра = 373 + ?tкип, а его кристаллизация начнется при температуре Тзам р-ра = 273 - ?tзам.

Разница между температурои? замерзания (кипения) чистого растворителя (Т^озам/кип) и температурои? начала кристаллизации (кипения) раствора (Тр-ра зам/кип) называется относительным понижением(повышением) температуры замерзания (кипения) раствора и обозначается р-раТзам/кип.

Термодинамическое обоснование коллигативныхсвои?ств ПРР. Причинои? проявления у растворов коллигативныхсвои?ств является уменьшение химического потенциала жидкого растворителя в присутствиирастворе?нного вещества (рис. 4).

Обозначим химическии? потенциал чистои? жидкости - растворителя 1о. При растворении в жидкости тве?рдого вещества (х2) ее? химическии? потенциал уменьшиться: о R T ln x.



Рис. 4. Зависимость химического потенциала растворителя в присутствии растворенного вещества

Если мольная доля растворителя в растворе меньше единицы (х1 1), то и величина логарифма будет меньше нуля (lnх1 0).

Уменьшение химического потенциала растворителя нельзя объяснить только разницеи? в энергии взаимодеи?ствующих молекул растворителя и растворе?нного вещества, так как коллигативнымисвои?ствами обладают и идеальные растворы, энтальпии смешения которых равны нулю.

Такие закономерности связаны с энтропиеи?. Энтропия чистого жидкого растворителя отражает степень упорядочения его молекул, а давление пара стремление раствора переи?ти в состояние с большеи? энтропиеи?, что происходит при испарении жидкости с образованием менее упорядоченнои? газовои? фазы.

Растворение нелетучего неэлектролита оказывает дополнительное влияние на энтропию жидкои? фазы. Так как энтропия растворителя в растворе (по сравнению с чистым растворителем) возрастает, тенденция к переходу молекул растворителя в газовую фазу должна уменьшиться. Таким образом, в присутствии растворе?нного вещества давление пара растворителя понижается, следовательно, температура кипения раствора возрастает. Уменьшение же химического потенциала растворителя сильнее проявляется на изменении температуры замерзания раствора, чем на его температуре кипения (это определяется энтропиями фаз), из- за различия в величине углов, под которыми пересекаются линии (рис. 4).

Относительное повышение температуры кипения растворов пропорционально понижению давления насыщенного пара над ними.

Вывод уравнения эбулиоскопии:

Выражение,стоящее перед моляльностью раствора в (7) зависит только от природы растворителя и является его эбулиоскопическои? постояннои? (Кэб) или моляльнои? константои? повышения температуры кипения раствора.

Константа объединяет энтальпию кипения (?кипН1), температуру кипения (T^о) и молярную массу чистого растворителя(М1). С физическии? точки зрения, она отражает повышение температуры кипения раствора, которыи? содержит 1 моль растворе?нного вещества в 1000 г данного растворителя. Зная эбулиоскопические константы растворителеи? (Кэб) и моляльность растворов, можно рассчитать относительное повышение температуры кипения растворов ?р-раТкип:

(8)



Размерности констант Ккр и Кэб одинаковые и равны [K•кг/моль] . Для воды Ккр и Кэб равны, соответственно, 1,86 и 0,52 K·моль?1·кг. Значения констант Ккр и Кэб для растворителеи? определяют на основе экспериментальных данных по значениям ?р-раТзам и ?р-раТкип для растворов с известнои? моляльнои? концентрациеи?. Для некоторых растворителеи? Ккр и Кэб приведены в табл. 1. Величины ?р-раТзам и ?р-раТкип для разбавленных растворов невелики.

Используя выражение и значения констант Кэб растворителей,можно( по опытным данным) рассчитать молекулярную массу растворенного вещества(М2):

Эбулиоскопия (от лат. ebulio -- вскипаю и греч. укпрЭщ -- смотрю) -- метод исследования растворов, основанный на измерении повышения их температуры кипения по сравнению с чистым растворителем.

Рис. 5. Температурные зависимости давления насыщенного пара над чистым растворителем и раствором



Индивидуальные жидкости кипят при постоянных температурах, в зависимости от внешнего давления. Температура кипения жидкости - при которои? давление насыщенного пара над неи? равно внешнему давлению (рис. 5). Так, чистая вода при давлении 1 атм кипит при 100С, бензол при 80,2С. Эти температуры сохраняются неизменными до тех пор, пока вся жидкость не превратится в пар.

Иначе обстоят дела с растворами. Температуры кипения растворов зависят от природы растворителя, концентрации растворе?нного вещества и внешнего давления.

Разность между температурои? кипения раствора (Т₁) и чистого растворителя (T₁^о) при данном постоянном давлении называется повышением температуры кипения раствора и подчиняется уравнению:

На рисунке 5 кривая ОА отражает зависимость давления пара над чистым растворителем, а кривая СВ - над раствором с определе?ннои? концентрациеи? растворе?нного вещества. Перпендикуляры, опущенные из точек пересечения изобары (р=1атм) с кривыми ОА и СВ на ось абсцисс, будут показывать значения температуры кипения чистого растворителя и раствора.[16]

Эбулиоскопия (от лат. ebulio -- вскипаю и греч. укпрЭщ -- смотрю) -- метод исследования растворов, основанный на измерении повышения их температуры кипения по сравнению с чистым растворителем.[17]

Преимущества метода:

1) Простота экспериментальной установки и проведения эксперимента;

2) При соблюдении определенных условий эбулиоскопическим методом можно определить значение молекулярной массы до 50000 г/моль с точностью (3-10%).

3) Простота расчетов и обработки экспериментальных кривых.

Недостатки метода:

1) Возможность перегрева раствора;

2) Зависимость температуры кипения от колебаний атмосферного давления;

3) Образование пены при кипении раствора;

4) Разные скорости кипения и конденсации растворителя, которые приводят к ошибкам при измерении.

Область применения:

1) Определение молекулярной массы растворенного вещества;

2) Определение активности растворителя;

3) Определение степени диссоциации;

4) Определение изотонического коэффициента.[18]



2. Экспериментальная часть

2.1 Определение молекулярной массы растворенного вещества эбулиоскопическим методом.

Приборы и реактивы:

1. Установкадля эбуллиоскопии (рис. 6).

2. Аналитические весы, барометр.

3. Реактивы: жидкие растворители (вода) и нелетучиенеэлектролиты(сахароза, глюкоза,глицерин,ГС25Р8Е14, ГС25Р8Е18, ГС25Р8Е24).

Схема экспериментальной установки:

Для эбулиоскопических измерении? применяют установку, схематично изображенную на рис. 6. Эбулиоскоп представляет собои? трехгорлую круглодонную колбу 1 из термостои?кого боросиликатного или молибденового стекла, помеще?нную на водяную баню 2 для равномерного нагрева содержимого колбы. Баню подогревают до температуры, незначительно превосходящую температуру кипения растворителя. Широкое центральное горло колбы 3 служит для быстрого внесения навесок исследуемого вещества. Эбулиоскопснабже?н карманом для датчика температуры 4, сигнал которого передае?тся на цифровои? термометр. Для предотвращения потерь растворителя при нагревании колба оснащена обратным холодильником 4 с гидрозатвором 5.

Во избежание резкого закипания жидкости, толчков, ее? перегрева и равномерного кипения в эбулиоскоп помещают кипелки (от болгарс. - kipelki). В качестве кипелок 7 используют кусочки пористых тел: кирпича, маленькие осколки неглазурованнои? фарфоровои? или глинянои? посуды, переломанные стеклянные капилляры, частично пемзы, гранул цеолита, прозрачного стекляруса без красителеи? и напыления. При нагревании жидкости пористые тела выделяют пузырьки воздуха, становятся центрами кипения, обеспечивают равномерность нагрева.

Рис. 6. Установка для определения молекулярнои? массы веществ методом эбулиоскопии

2.2 Порядок выполнения работы

1. В эбулиоскоп помещаемопределенныи? объе?м предварительно взвешенного на лабораторных весах (с точностью до 0,01 грамма) растворителя (g1):50 и 100 г воды. Этот объе?м должен быть таким, чтобы термопара полностью погрузилась в жидкость (рис. 6). Для расче?тамолекулярнои? массы исследуемого вещества величина g1 значима, и количество навески растворителя необходимо соблюдать.

2. Включаемнагревательныи? элемент. Воду (глицерин) водянои? бани нагреваем на 4-5 градусов выше температуры кипения растворителя (ТкипH₂O = 100°С). Включаем циркуляцию воды в обратном холодильнике.

5.На аналитических весах берем навески исследуемого вещества приблизительно по 0,35-0,38 г.

6. Определяем по барометру давление в лаборатории, и с уче?том его значения по таблицам находим температуру кипения чистой воды. Но лучше определить ее? экспериментально (по двум экспериментам), так как термопары необходимо перед экспериментом калибровать. Последовательно проведим 3-4 эксперимента по определению температур кипения растворителя и раствора.

7. Дождаемся постоянства температуры, ее? колебания должны быть не более 0,1 °С.

8. Далее пошагово вносим в колбу эбулиоскопа навески исследуемых веществ. Новые навески можно добавлять в начальныи? раствор, учитывая, что при расче?темолекулярнои? массы его моляльность будет возрастать и адекватно сумме всех вносимых навесок. Следим за полученнои? зависимостью, каждыи? раз дожидаясьпостояннои? температуры.

9.Расчитываем молекулярную массу каждого растворенного вещества.

Молярная масса растворе?нного вещества вычисляется по уравнению:

где g1 - масса растворителя; g2 - масса растворе?нного вещества.

10.Полученную молярную массу неэлектролита сравниваем с табличным значением, рассчитываем относительную погрешность определения молекулярнои? массы. [16]



3. Результаты и их обсуждение

Для оценки применимости метода эбулиоскопии для определения молекулярных масс промышленных ПАВ были предварительно взяты стандартные вещества:

Таблица 1. Значения температуры кипения водного раствора глюкозы (объем растворителя 50 мл).

Исследуемая система	№ навески	m, г	Т,С	Т, С	M, г/моль	M(ист.), г/моль	,%
Вода	1	50	100	0	18	18	0
Глюкоза	1	0,35	100,019	0,019	191,58	180,156	6,3
	2	0,55	100,051	0,051	183,529	180,156	1,9
	3	0,75	100,092	0,092	186,522	180,156	3,5
	4	0,95	100,14	0,14	191,77	180,156	6,4
	5	1,15	100,19	0,19	205,263	180,156	13,9

Таблица 2. Значения температуры кипения водного раствора глюкозы(объем растворителя 100 мл).

Исследуемая система	№ навески	m, г	Т,С	Т, С	M, г/моль	M(ист.), г/моль	,%
Вода	1	100	100	0	18	18	0
Глюкоза	1	0,7	100,02	0,02	182	180,156	1,02
	2	1,1	100,051	0,051	183,529	180,156	1,87
	3	1,5	100,095	0,095	180,631	180,156	0,26
	4	1,9	100,145	0,145	186,48	180,156	3,5
	5	2,3	100,206	0,206	189,32	180,156	5,1



Таблица 3. Значения температуры кипения водного раствора сахарозы (объем растворителя 50 мл).

Исследуемая система	№ навески	m, г	Т,С	Т, С	M, г/моль	M(ист.), г/моль	,%
Вода	1	50	100	0	18	18	0
Сахароза	1	0,35	100,01	0,01	364	342,3	6,3
	2	0,55	100,027	0,027	346,667	342,3	1,3
	3	0,75	100,049	0,049	350,204	342,3	2,3
	4	0,95	100,071	0,071	380,845	342,3	11,3
	5	1,15	100,11	0,11	354,545	342,3	3,6

Рисунок 7. Температурная зависимость раствора сахарозы(50 мл H₂O).

Таблица 4. Значения температуры кипения водного раствора сахарозы (объем растворителя 100 мл).

Исследуемая система	№ навески	m, г	Т,С	Т, С	M, г/моль	M(ист.), г/моль	,%
Вода	1	100	100	0	18	18	0
Сахароза	1	0,7	100,011	0,011	330,91	342,3	3,3
	2	1,1	100,026	0,026	360	342,3	5,1
	3	1,5	100,049	0,049	350,204	342,3	2,3
	4	1,9	100,078	0,078	346,666	342,3	1,2
	5	2,3	100,12	0,12	325	342,3	5,0

Рисунок 8. Температурная зависимость раствора сахарозы(100 мл H₂O).

Таблица 5. Значения температуры кипения водного раствора глицерина (объем растворителя 50 мл).

Исследуемая система	№ навески	m, г	Т,С	Т, С	M, г/моль	M(ист.), г/моль	,%
Вода	1	50	100	0	18	18	0
Глицерин	1	0,2	100,022	0,022	94,545	94,092	0,48
	2	0,4	100,066	0,066	94,545	94,092	0,48
	3	0,6	100,13	0,13	96	94,092	2,03
	4	0,8	100,22	0,22	94,546	94,092	0,48
	5	1	100,33	0,33	97,5	94,092	3,6



Рисунок 9. Температурная зависимость раствора глицерина(50 мл H₂O).

Таблица 6.Значения температуры кипения водного раствора глицерина(объем растворителя 100 мл).

Исследуемая система	№ навески	m, г	Т,С	Т, С	M, г/моль	M(ист.), г/моль	,%
Вода	1	100	100	0	18	18	0
Глицерин	1	0,4	100,023	0,023	90,435	94,092	3,88
	2	0,8	100,067	0,067	93,134	94,092	1,02
	3	1,2	100,14	0,14	89,143	94,092	5,26
	4	1,6	100,2	0,2	104	94,092	10,5
	5	2	100,31	0,31	100,645	94,092	6,9



Рисунок 10. Температурная зависимость раствора глицерина(100 мл H₂O).

Как видно из представленных данных, эбулиоскопический метод определения молекулярной массы является подходящим для определения молекулярной массы ПАВов.

Таблица 7.Значения температуры кипения водного раствора ГС25Р8Е14 (объем растворителя 50 мл)

Исследуемая система	№ навески	m, г	Т,С	Т, С	M, г/моль	M(ист.), г/моль	,%
Е	1	50	100	0	18	18	0
ГС-25Р8Е14	1	0,35	100,0027	0,0027	1348,14	1336	0,91
	2	0,55	100,007	0,007	1337,142	1336	0.085
	3	0,75	100,001	0,001	1430	1336	7



Рисунок 11. Температурная зависимость раствора ГС25Р8Е14(50 мл H₂O).

Таблица 8.Значения температуры кипения водного раствора ГС25Р8Е18(объем растворителя 50 мл)

Исследуемая система	№ навески	m, г	Т,С	Т, С	M, г/моль	M(ист.), г/моль	,%
Вода	1	50	100	0	18	18	0
ГС-25Р8Е18	1	0,35	100,0017	0,0017	2141,176	1952	9,6
	2	0,55	100,0047	0,0047	1991,489	1952	2,02
	3	0,75	100,0085	0,0085	2018,824	1952	3,4



Рисунок 12. Температурная зависимость раствора ГС25Р8Е18(50 мл H₂O).

Таблица 9. Значения температуры кипения водного раствора ГС25Р8Е24(объем растворителя 50 мл)

Исследуемая система	№ навески	m, г	Т,С	Т, С	M, г/моль	M(ист.), г/моль	,%
Вода	1	50	100	0	18	18	0
ГС-25Р8Е24	1	0,35	100,0016	0,0016	2275	2216	2,66
	2	0,55	100,004	0,004	2340	2216	5,59
	3	0,75	100,0077	0,0077	2228,571	2216	0,57



Рисунок 13. Температурная зависимость раствора ГС25Р8Е24(50 мл H₂O).

На основе полученных данных молекулярной массыпромышленных ПАВовмы можем сделать предположение о структуре данных образцов.

ГС25P8E14 (n=8; m=14; R=C15H31);

ГC25P8E18 (n=8; m=18; R=C15H31);

ГC25P8E24 (n=8; m=24; R=C15H31)

Рисунок 15. Предположительная структура ПАВов(ГС25Р8Е14,ГС25Р8Е18,ГС25Р8Е24).



Заключение

Была изучена методика определения молекулярной массы на стандартных веществах(глицерин, сахароза, глюкоза) с известными молекулярными массами, а также на образцах(ГС25Р8Е14, ГС25Р8Е18, ГС25Р8Е24) с неизвестной молекулярной массой методом эбулиоскопии. Были определены молекулярные массы, как стандартных веществ, так и образцов с неизвестной молекулярной массой и на основании полученных данных была предложена структура образцов. В ходе работы были учтены условия, которые по литературным данным, могли привести к ошибкам определения молекулярной массы. Так же, были изучены зависимости температуры от времени в ходе протекания эксперимента, что наглядно показывает правильность выполнения работы, так как они согласуются с литературными данными. Для стандартных образцов ошибка определения составляет меньшее значение, чем для образцов промышленных ПАВов. Так как одним из условий обусловливающих ошибки при определении молекулярной массы методом эбулиоскопии является образование пены при кипении растворов, мы можем предположить, что более высокое значение ошибки определения молекулярной массы ПАВов по сравнению с ошибкой определения стандартных веществ является образование пены при кипении растворов образцов ПАВов. Из вышесказанного мы можем сделать вывод, что метод эбулиоскопии вполне подходит для определения молекулярной массы промышленных ПАВов, но для более точного определения для каждого вещества стоит подбирать индивидуальные условия проведения эксперимента.



Список литературы

1. Myers, D. Surfactant Science and technology. / D. Myers, //JohnWiley&Sons. - 2005 - 448 P;

2. Лаше, К. Р. Поверхностно-активные вещества: синтез, свойства, анализ, применение / К. Р. Лаше; под редакцией Л.П. Зайченко. - СПб.: профессия. - 2007 - 240 с., ил.;

3. Щукин, Е. Д. Коллоидная химия: Учеб. для университетов и химико-технолог. вузов / Е. Д. Щукин, А. В. Перцов, Е. А. Амелина. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк. - 2004. - 445с., ил.;

4. Сумм Б. Д. Основы коллоидной химии: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений/ Б. Д. Сумм - 2-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия». - 2007. - 240с;

5. Фридрихберг Д. А. Курс коллоидной химии. Учеб. для вузов. - 2-е изд. Перераб. и доп. / Д. А. Фридрихберг - Л.: Химия. - 1984. 368с., ил.;

6. Sehram, L. L. Surfactants: fundamentals and applications in the petroleum industry / L. L. Sehram. - Cambridge university press. - 2009 - 622 P.;

7. Winsor, P.A. Hydrotropy, solubilisation and related emulsification processes / P.A. Winsor // TransactionsoftheFaradaySociety. - l 948. № 44. - P. 376-398;

8. Rio, J.A.G. Protein Extraction by Winsor-III Microemulsion Systems / J. A. G. Rio, D.G. Hayers // American Institute of Chemical Engineers. - 2011. №27. - P. 1091-1100;

9. Холмберг, К. Поверхностно-активные вещества и полмеры в водных растворах / К. Холмберг [и др.]; пер. с англ. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. - 532с;

10. Гольдфельд М. Г. Мицеллообразование, солюбилизация и микроэмульсии / под общ. ред. К. Миттeла; перевод с англ. М.Г. Гольдфельда. - М.: Мир, 1980;

11. Muijs, H. M. Keizer, P. P. M. Wiersma, R. J. Surfactants for mobility control in high-temperature steam-foam applications. / H. M. Muijs, P. P. M. Keizer, R. J. Wiersma // SPE Journal. April 1988, P. 905-910;

12. Seavland, D. Solubilization at medium-chained alcohols in some ENORDET^TM O series surfactants. / D. Seavland // Department of Chemistry University of Bergen, 2013;

13. Solairaj, S. New Method of Predicting Optimum Surfactant Structure for EOR. / S. Solairaj, B. Tech // Thesis Presented to the Faculty of the Graduate School of The University of Texas at Austin in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Science in Engineering. The University of Texas at Austin, December, 2011;

14. Hirasaki, G. J. Miller, C.A. and Puerto, M. Recent Advances in Surfactant. / G. J. Hirasaki, C.A. Miller, and M. Puerto // SPE Journal. December2011. SPE-115386-PA, P. 889-907;

15. Levitt, D. B. Identification and Evaluation of High-Performance EOR Surfactants. / D. B. Levitt, A. C. Jackson, C. Heinsen [etc] // SPE Reservoir Evaluation and Engineering 12(2), P. 243-253, 2009;

16. Н.А. Сваровская, И.М. Колесников, В.А. Винокуров. Термохимические исследования физико-химических процессов: Методические указания к лабораторному практикуму//Москва 2008.;

17. Патров Б. В., Сладков И. Б. Физическая химия. Ч. 1 : учеб. пособие. -- СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2009. -- 127 с;

18. Краснов К. С., Воробьев Н. К., Годнев И. Н. и др. Физическая химия. В 2 кн. Кн. 1. Строение вещества. Термодинамика: Учеб. для вузов. -- 2-е изд., перераб. и доп. -- М. : Высш. шк., 1995. -- 512 с..

Размещено на Allbest.ru