Занятие 21. устойчивость и коагуляция золей

Цель занятия:

Научиться оценивать коагулирующую способность и величину порога коагуляции электролита.

Научиться оценивать защитное действие гидрофильных полимеров.

Содержание занятия:

1. Обсуждение теоретических вопросов и решение задач.

2. Выполнение лабораторных работ.

Вопросы, предлагаемые для обсуждения на занятии:

1. Кинетическая и агрегативная устойчивость коллоидных растворов. Факторы, обуславливающие устойчивость коллоидных растворов.

2. Коагуляция. Факторы, влияющие на скорость коагуляции. Кинетика коагуляции. Скрытая и явная коагуляция.

3. Механизм коагулирующего действия электролитов. Правило Шульце-Гарди.

4. Сущность явления коллоидной защиты.

5. Медико-биологическое значение явлений коагуляции, пептизации и коллоидной защиты.

Лабораторная работа 1. Определение знака заряда золей гидроксида железа (III) и берлинской лазури методом капиллярного подъёма.

По капиллярам фильтровальной бумаги, слегка погружён­ной в коллоидный раствор, будут подниматься вверх отрица­тельно заряженные частицы, т.к. они не адсорбируются на бумаге, а положительно заряженные частицы подниматься не будут в результате их адсорбции.

Таким образом, по разности высоты подъёма частиц по бумаге можно сделать вывод о знаке заряда золя (или о характере красителя).

Выполнение работы. Узкую полоску фильтровальной бумаги подвешивают на стеклянной палочке, положенной на край стакана так, чтобы только конец полоски был погружён в раствор (при этом бу­мага не должна касаться стенок стакана). Через 15 мин. из­меряют высоту подъема золей.

Данные занести в таблицу:

Название золя	Высота подъёма, см	Наличие или отсутствие адсорбции	Вывод о знаке заряда коллоидных частиц

Лабораторная работа 2. Взаимная коагуляция золей.

В 5 пробирках смешивают при энергичном встряхивании золи гидроксида железа (III) и берлинской лазури в объёмах, указанных в таблице. Через 1 час по цвету жидкости над осад­ком судят о степени коагуляции: полная — жидкость бесцветна, неполная — жидкость окрашена в цвет одного из золей. Данные занести в таблицу:

№ пробирки						Знак заряда гранул
Объём золя гидроксида железа (III), мл Объём золя берлинской лазури, мл Цвет жидкости над осадком Степень коагуляции - полная, неполная	4,8 0,2	4,0 1,0	2,5 2,5	1,0 4,0	0,2 4,8

Лабораторная работа 3. Зависимость порога коагуляции от заряда иона, вызывающего коагуляцию.

Порогом коагуляции называется наименьшая концентрация электролита в ммолях на 1 л золя, при которой через час после прибавления электролита начинается явная коагуляция (например, помутнение).

В работе определяют порог коагуляции золя гидроксида железа (III), знак заряда которого известен по результатам работы № 1.

Для выполнения работы вначале готовят 3 ряда растворов электролитов с убывающей концентрацией: КСl (6 пробирок), К₂SO₄(6 пробирок) и К₃[Fe(CN)₆] (б пробирок).

1 ряд пробирок готовят следующим образом. В первую пробирку пипеткой отмеряют 1 мл раствора KCl (С = 1 моль/л), в следующие 5 пробирок наливают из бюретки по 1 мл дистиллированной воды. Затем во вторую пробирку пипеткой добав­ляют I мл раствора KCl, содержимое пробирки хорошо перемешивают, опустив пипетку до дна пробирки, продувают воздух, и I мл этого раствора переносят пипеткой в третью пробир­ку. Раствор в третьей пробирке перемешивают, затем 1 мл его переносят в четвёртую пробирку и т.д. Из последней пробирки отбирают 1 мл раствора и выливают его.

Таким же образом готовят ряды пробирок с раствором К₂SO₄ (С = 0.01 моль/л) и раствором К₃[Fе(СN)₆]
(С = 0.001 моль/л). Затем в каждую пробирку добавляют из бю­ретки по 1 мл золя гидроксида железа (III) и перемешивают содержимое пробирок.

Через 20 мин результат работы вносят в таблицу, отме­чая знаком "+" наличие коагуляции (помутнение раствора) и знаком "–" отсутствие коагуляции.

Ф-ла мицеллы золя	Электролит и его исходная концентрация	Ион эл-лита, вызыв. коагуляцию	Налич./отсут.коагул; конц-ия эл-лита, моль/л	Порог коаг., ммоль/л	Коаг. способн. эл-лита
	КCl, С= 1 моль/л
	К2SO4, С= 0,01 моль/л
	К3[Fе(СN)6] С= 0,001ммоль/л

Концентрацию каждого электролита в 1 пробирке рассчи­тывают по формуле:

С_эл = V ∙ С ∙ 500, ммоль/л,

где V = 1 мл — объём раствора электролита в пробирке;

С — молярная концентрация раствора электролита, моль/л;

500 — коэффициент для пересчета числа ммоль электроли­та на 1 л золя.

Концентрация электролита в каждой последующей пробир­ке уменьшается вдвое по сравнению с предыдущей, и рассчи­тывать её следует для тех пробирок, где произошла коагуля­ция.

При оформлении работы привести таблицу, расчёт концентраций электролитов KCl, K₂SO_4, K₃[Fе(СN)₆] в 1 пробирке, сделать вывод о зависимости величины порога коагу­ляции и коагулирующей способности электролитов от заряда иона, вызывающего коагуляцию.

Лабораторная работа 4. Защитное действие гидрофильных высокомолеку­лярных соединений (определение "железного числа" желатина и крахмала).

Железное число выражается минимальным числом мг сухого гидрофильного полимера, которое препятствует коагуляции 10 мл золя гидроксида желеаа (III) при добавлении 1 мл полу­насыщенного раствора КСl.

Железное число рассчитывается по формуле: Ж.Ч. = А∙10 (мг), где А — масса желатина (в мг) или крахмала в по­следней из пробирок, где произошла защита.

Берут два ряда по семь пробирок в каждом. В первую пробирку первого ряда наливают пипеткой 2 мл свежеприготовленного 1%-го раствора желатина. В остальные пробирки вносят из бюретки по 1 мл дистиллированной воды и, хорошо переме­шивая, последовательно переносят по 1 мл раствора из первой пробирки во вторую, из второй в третью и т.д. Получа­ют ряд растворов с убывающей концентрацией желатина. 1 мл раствора из последней пробирки выбрасывают.

Из 5%-го раствора крахмала готовят такой же ряд. В каждую пробирку того и другого ряда добавляют по 1 мл золя гидроксида железа (III), по 1 мл полунасыщенного раствора KCl, на­блюдают, в каких пробирках произошла зашита, и результат вносят в таблицу, отмечая знаком "+" наличие защиты и зна­ком "–" — отсутствие защиты (коагуляция).

При оформлении работы привести таблицу, расчёт массы желатина и крахмала (мг) в 1 пробирке, условно считая плотность взятых растворов же­латина и крахмала равной единице, расчёт "железного числа" для желатина и крахмала, сделать обоснованный вывод: какой из этих гидрофильных полимеров обладает большим защитным действием по отношению к золю Fe(OH)₃.

Высокомолекулярное соединение	Наличие или отсутствие защиты, масса полимера в пробирке, мг

Контрольные вопросы и задачи

1. Золь хлорида серебра получен путем смешивания равных объёмов 0,01 М раствора хлорида калия и 0,015 М раствора нитрата серебра. Какой из электролитов K₃[Fe(CN)₆], K₄[Fe(CN)₆] или MnSO₄ обладает наибольшей коагулирующей способностью. Мотивируйте ответ.

2. Пороги коагуляции электролитов (ммоль/л) для золя сульфида никеля (II) составляют с (NaCl) = 50; с (Na₂SO₄) = 49; с (СаСl) = 0.5. Какой заряд имеет гранула? При избытке какого электролита можно получить такой золь? Приведите уравнение реакции.

3. Напишите формулу мицеллы золя золота, стабилизированного K₃AuO_3. Какой из электролитов: NaCl, BaCl₂, FeCl₃ — имеет наибольший, а какой — наименьший пороги коагуляции по отношению к данному золю.

4. В три колбы налито по 100 мл золя Fe(OH)₃. Для явной коагуляции золя потребовалось добавить:

· в первую колбу 10.5 мл 1 М раствора хлорида калия,

· во вторую — 62.5 мл 0,01 М раствора сульфата натрия,

· в третью — 37.0 мл 0,001 М раствора фосфата натрия.

Вычислите пороги коагуляции и определите знак заряда коллоидных частиц.

5. Серебряное число яичного альбумина равно 1.5 мг. Будет ли наблюдаться коллоидная защита, если к 4 мл золя добавить раствор альбумина, содержащий 0.75 мг сухого полимера?