Μελέτη προσρόφησης και σχηματισμού υμενίων, τασενεργών ουσιών ή/και μιγμάτων τους, στη διεπιφάνεια υδραργύρου/ηλεκτρολυτικoύ διαλύματος

Abstract

We study the phenomena observed during surfactant adsorption on mercury drop. Condensed films with low capacitance values and in some cases hemicylindrical and hemispherical surface micelles are formed at the interface. Inhomogeneous structures are also observed. This inhomogeneity expresses the transformation of the interfacial geometry from Euclidian to fractal. Criterion for this transformation is the value of fractal dimension D. The size scaling method of the hanging mercury drop electrode (HMDE) is used to determinate the fractal properties of the adsorbed layer and is related to the basic property of fractal objects to possess a statistically scale–invariant structure. In the first chapter there is information about the studied surfactants. In the second chapter the experimental process which is followed is given. In the third chapter, the results of surface tension and differential capacitance measurements are given. The surface tension measurements allowed us to calculate the critical micelles concentration (cmc) of the surfactants. The surface tension measurement is based on Wilhelmy plate method. Capacitance measurements on HMDE are obtained, under various conditions, which can be separated in the following categories: a) In first category are given measurements after the drop transformation from surfactant solution (called solution I) to background electrolyte (called solution ΙΙ). The surfactants are not removed from the mercury/electrolyte solution and the capacitance measurements differ, depending on the substance and the temperature. b) In second category are given capacitance measurements after drop transformation from solution I to solution II that is either a surfactant solution or a mixture of surfactants. The first surfactant is adsorbed. The adsorption of the second one does not remove away the first one from the mercury. c) In third category capacitance measurements of varying drop area in surfactant solution (called solution Ι) as well as measurements obtained after transformation and expansion of drop in background electrolyte or other surfactant solution (called solution ΙΙ) are given. After expanding, the first adsorbed surfactant remains on the mercury drop or close to the interface is not removed and contributes to capacitance. These measurements combine two parameters (a) the area of the mercury droplet and (b) the applied potential.

Στην παρούσα εργασία πραγματοποιείται μία σειρά πειραμάτων η οποία βασίζεται στην παρατήρηση φαινομένων κατά την προσρόφηση τασενεργών ουσιών πάνω στη σταγόνα του υδραργύρου. Αποτέλεσμα της προσρόφησης αυτής είναι ο σχηματισμός συμπαγών στοιβάδων με χαμηλή τιμή χωρητικότητας καθώς επίσης και μικκυλίων με συγκεκριμένο γεωμετρικό σχήμα (ημικυλινδρικά και ημισφαιρικά) στη διεπιφάνεια. Κάποιες φορές επίσης παρατηρείται και σχηματισμός ανομοιογενών δομών. Η ανομοιογένεια αυτή εκφράζει τη μετάβαση από Ευκλείδεια σε fractal δομή. Κριτήριο για τη μετάβαση αυτή είναι η τιμή της γεωμετρικής διάστασης D. Ο υπολογισμός της γίνεται με τη μέθοδο της «κλιμάκωσης μεγέθους» (size scaling) στο ηλεκτρόδιο της κρεμασμένης σταγόνας υδραργύρου (HMDE) και βασίζεται στην ιδιότητα των δομών fractal που είναι γνωστή ως “αμεταβλησία της κλίμακας” (scale invariance).Στο πρώτο κεφάλαιο δίνονται οι βασικές αρχές της διπλοστοιβάδας καθώς και πληροφορίες για τις τασενεργές ουσίες που μελετώνται. Στο δεύτερο κεφάλαιο αποτυπώνεται λεπτομερώς η πειραματική διαδικασία που ακολουθείται. Στο τρίτο κεφάλαιο παρατίθενται αναλυτικά τα αποτελέσματα που λαμβάνονται. Αρχικά δίνονται οι μετρήσεις των επιφανειακών τάσεων από τις οποίες υπολογίζεται η cmc των τασενεργών ουσιών που μελετώνται. Η μέτρηση της επιφανειακής τάσης γίνεται με τη μέθοδο της πλάκας Wilhelmy. Στη συνέχεια λαμβάνονται μετρήσεις χωρητικότητας πάνω στο HMDE σε διάφορες συνθήκες, οι οποίες χωρίζονται στις ακόλουθες κατηγορίες: Στην πρώτη κατηγορία λαμβάνονται μετρήσεις μετά τη μεταφορά σταγόνας από διάλυμα τασενεργής ουσίας (διάλυμα Ι) σε διάλυμα φέροντα ηλεκτρολύτη (διάλυμα ΙΙ). Οι τασενεργές δεν απομακρύνονται από τη διεπιφάνεια υδραργύρου/διαλύματος ηλεκτρολύτη και οι μετρήσεις διαφέρουν. Στην δεύτερη κατηγορία λαμβάνονται μετρήσεις μετά τη μεταφορά σταγόνας από διάλυμα τασενεργής ουσίας σε διάλυμα δεύτερης τασενεργής ουσίας ή σε μίγμα τασενεργών ουσιών. Η πρώτη τασενεργή προσροφάται. Η προσρόφηση της δεύτερης τασενεργής δεν απομακρύνει την πρώτη από τον υδράργυρο. Στην τρίτη κατηγορία λαμβάνονται μετρήσεις με αύξηση αρχικά του εμβαδού της σταγόνας μέσα σε διάλυμα τασενεργής ουσίας και κατόπιν με μεταφορά και αύξηση της σταγόνας μέσα σε διάλυμα φέροντα ηλεκτρολύτη ή άλλης τασενεργής ουσίας. Οι μετρήσεις αυτές συνδιάζουν δύο παραμέτρους: (α) το εμβαδόν της σταγόνας του ηλεκτροδίου και (β) το σταθερά εφαρμοζόμενο δυναμικό.