Тема 1. Поверхностные явления и поверхностное натяжение

Контрольная работа по коллоидной химии

1. Определите энергию Гиббса поверхности 5 г тумана воды, если поверхностное натяжение капель жидкости составляет 71,96 мДж/м², а дисперсность частиц 60 мкм^-1. плотность воды примите равной 0,997 г/см³.

2. Аэрозоль ртути сконденсировался в виде большой капли объемом 3,5 см³. определите, на сколько уменьшилась поверхностная энергия ртути, если дисперсность аэрозоля составляла 10 мкм^-1. поверхностное натяжение ртути примите равным 0,475 Дж/м².

3. 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 ds/dT = -0,13 мДж/(м²×К).

4. Рассчитайте полную поверхностную энергию 5 г эмульсии бензола в воде с концентрацией 55% (масс.) и дисперсностью 3 мкм^-1 при температуре 313 К. Плотность бензола 0,858 г/см³, межфазное поверхностное натяжение 26,13 мДж/м², температурный коэффициент поверхностного натяжения бензола ds/dT = -0,13 мДж/(м²×К).

5. Рассчитайте избыточное давление внутри капель бензола, равновесных с паром, если удельная поверхность системы составляет 6×10⁸м^-1, а поверхностное натяжение бензола 28,87 мДж/м² при 293 К.

6. Рассчитайте избыточное давление в капле воды (за счет кривизны) с удельной поверхностью 3×10⁶м^-1 при температуре 313 К, если поверхностное натяжение воды при 298 К составляет 71,96 мДж/м², а температурный коэффициент поверхностного натяжения воды ds/dT = -0,16 мДж/(м²×К).

7. Рассчитайте капиллярное давление в капле ртути с дисперсностью 2 мкм^-1, если поверхностное натяжение ртути составляет 0,475 Дж/м².

8. Чтобы встряхнуть ртуть в медицинском термометре, нужно создать ускорение, равное 10g. Рассчитайте диаметр перетяжки в капилляре термометра, если поверхностное натяжение ртути 0,475 Дж/м², длина столбика ртути выше перетяжки 5 см, плотность ртути 13,54 г/см³.

9. 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 0⁰. Сделайте предположение о природе жидкости.

10. Для определения поверхностного натяжения воды взвешивают капли, отрывающиеся от капилляра, и измеряют, диаметр шейки капли в момент ее отрыва. Оказалось, что масса 318 капель воды равна 5 г, а диаметр шейки капли – 0,7 мм. рассчитайте поверхностное натяжение воды.

11. Покажите, чему равна разность h₁ – h₂ воды в двух сообщающихся капиллярах с диаметрами d₁ и d₂. Плотность и поверхностное натяжение жидкости равны соответственно r, s, краевые углы менисков равны нулю.

12. Насколько изменится разность уровней воды в двух сообщающихся капиллярах диаметрами 0,1 и 0,3 мм при нагревании от 293 до 343 К, если поверхностное натяжение при этих температурах равно соответственно 72,75 и 64,0 мДж/м². плотность воды при 293 и 343 К составляет соответственно 0,998 г/см³ и 0,978 г/см³.

13. Поверхностное натяжение жидкости, смачивающей стекло, измеряют, определяя высоту между уровнями двух менисков в U-образной капиллярной трубке; диаметры капилляров колен трубки равны 1 и 10 мм. Рассчитайте поверхностное натяжение жидкости с плотностью 0,998 г/см³, зная, что разность двух уровней менисков в капиллярах составляет 9 мм.

14. На какую высоту поднимается вода между двумя вертикальными стеклянными пластинами, частично погруженными в эту жидкость, если расстояние между ними 0,5 мм? Плотность и поверхностное натяжение воды соответственно равны 0,997 г/см³ и 71,96 мДж/м². Краевой угол q примите равным 0⁰.

15. Вычислите поверхностное натяжение воды, определяемое методом капиллярного поднятия, если при 298 К вода поднялась в капилляре на высоту 35,3 мм. Диаметр капилляра определен путем измерения длины столбика и массы ртути, заполнившей капилляр под давлением: длина столбика ртути составила 8,04 см, масса его 0,565 г. плотность ртути 13,54 г/см³, плотность воды 0,997 г/см³.

16. Между двумя параллельными пластинами находится слой воды толщиной 0,5 мкм. Рассчитайте давление, сжимающее пластины, если угол смачивания q = 0⁰, поверхностное натяжение воды равно 71,96 мДж/м². Определите силу, которую необходимо приложить для отрыва пластин друг от друга, если размер каждой 10х10 см.

17. Капли воды массой 0,1 г введена между двумя параллельными стеклянными пластинами, причем краевой угол q = 0⁰. Какова сила притяжения между пластинами, если они находятся друг от друга на расстоянии 1 мкм. Поверхностное натяжение воды составляет 71,96 мДж/м², плотность воды 0,997 г/см³.

18. С какой силой притягиваются две вертикальные и параллельные стеклянные пластинки, частично погруженные в воду, если расстояние между ними равно 1 мм? Ширина пластинок 15 см, поверхностное натяжение воды 71,96 мДж/м², угол смачивания 0⁰. Высота пластинок такова, что поднявшаяся вода не доходит до их верхних краев. Плотность воды примите равной 0,997 г/см³.

19. Определите, насколько давление паров над каплями воды диаметром 0,2 мкм больше, чем давление паров над плоской поверхностью при температуре 298 К. поверхностное натяжение воды 71,96 мДж/м², мольный объем воды 18,05 см³/моль.

20. Определите, при каком пересыщении давление паров над каплей бензола диаметром 2×10^-2 мкм при 313 К соответствует равновесному. Поверхностное натяжение бензола 26,13 мДж/м², а плотность 0,858 г/см³. что будет происходить, если пересыщение паров станет больше или меньше рассчитанной величины.