Величина pH дает количественную оценку только активной кислотности раствора.

Один из способов определения pH основан на свойстве некоторых веществ называемых индикаторами, изменять свою окраску в зависимости от степени активной кислотности. Такой метод называют колориметрическим. В настоящее время используются универсальные индикаторы в виде раствора и в виде индикаторной бумаги, по изменению окраски которых сразу определяют pH среды.

Определение pH в мутных и окрашенных растворах при помощи индикаторов невозможно, поэтому в этих случаях пользуются специальными электрическими приборами pH - метрами.

На практике часто возникает необходимость иметь растворы с устойчивым значением pH, не зависящим от разведения раствора и незначительно изменяющимся от добавления незначительных количеств сильной кислоты или щелочи. Такие растворы называют буферными. Они чаще всего состоят из смеси слабых оснований с их солью. Например:

СН₃СООН + СН₃СООNa – ацетатный буферный раствор,

H₂CO₃ + NaHCO3 – бикарбонатный буферный раствор,

NH₄OH+NH₄Cl – аммиачный буферный раствор.

Способность буферных растворов противостоять изменению pH при добавлении кислоты или щелочи называется буферным действием.

Экспериментальная часть

Задание 1. Определение характера среды растворов с помощью растворов индикаторов

В шесть пробирок последовательно поместить растворы Н₂О (дистилл.), NaCI, HCI, NH₄CI, NaOH, Na₂CO₃. В каждую добавить 2-3 капли раствора индикатора метилоранжа. Отметить цвет окраски индикатора в этих растворах. Данные опыта записать в таблицу 1.

Повторить опыт с этими же исходными растворами, но взять индикатор фенолфталеин.

Таблица 1

Исследуемый раствор	Окраска индикатора	Характер среды (кислая, щелочная, нейтральная)
метилоранж	фенолфталеин
Н2О
NaCI
HCI
NH4CI
NaOH
Na2CO3

Задание 2. Определение рН растворов с ионами универсальной индикаторной бумаги

Полоску универсальной индикаторной бумаги последовательно поместить в исследуемые растворы Н₂О, NaCI, HCI, NH₄CI, NaOH, Na₂CO₃ и быстро сравнить окраску полоски с эталонной шкалой. Значения рН записать в таблицу 2.

Таблица 2

Исследуемый раствор	Значение рН	Характер среды (кислая, щелочная, нейтральная)
Н2О
NaCI
HCI
NH4CI
NaOH
Na2CO3

Задание 3. Определение рН растворов с помощью прибора рН-метра-милливольметра

Измерить значения рН каждого исследуемых растворов на приборе рН-метре-милливольтметре. Для этого перед началом измерения включают прибор в сеть, дают некоторое время прибору нагреться. Затем электроды прибора осторожно вынимают из стаканчика с дистиллированной водой, промокают фильтровальной бумагой. в стаканчик наливают исследуемый раствор и погружают в него электроды прибора. По отклонению стрелки прибора по шкале рН снимают показания, и значение рН записывают в таблицу. Перед измерением рН другого раствора тщательно промывают электроды дистиллированной водой и промакают их фильтровальной бумагой. Так последовательно измеряют значение рН каждого из представленных растворов. Результаты записывают в таблицу 3 и делают вывод о характере среды каждого раствора.

Таблица 3

Исследуемый раствор	Значение рН	Характер среды (кислая, щелочная, нейтральная)
Н2О
NaCI
HCI
NH4CI
NaOH
Na2CO3

По окончании работы электроды прибора тщательно промывают дистиллированной водой, помещают их в стаканчик с дистиллированной водой и выключают рН-метр.

Контрольные вопросы

1. Что такое рН растворов?

2. Какие существуют методы определения характера среды растворов, и какие из этих методов самые точные?

3. Что называется ионным произведением воды?

Лабораторная работа № 24

Получение коллоидных растворов

Цель работы: изучить основные методы получения коллоидных растворов.

Оборудование и реактивы:

· пробирки, пипетки, воронки, стаканчики,

· фильтровальная бумага,

· спиртовки,

· растворы H₃PO₄ – в 50 раз разбавленный, FеCI₃ – 2%, K₄[Fe(CN)₆] – 0,01н и насыщенный, Na₂S₂O₃ – 0,05н, Н₂С₂О₄ – 0,01н, CuSO₄ – 1%,

· дистиллированная вода.

Теоретическое введение

Коллоидные раствора получают методами диспергирования (дробления) и конденсации (укрупнения). Для того, чтобы полученные коллоидный раствор (золь) был агрегативно устойчивым, в него вводят специальные вещества – стабилизаторы, которые, образуя вокруг частиц защитный адсорбционный слой, не дают слипаться частицам.

К методам диспергирования условно относят метод пептизации. Он заключается в том, что к свежеприготовленному рыхлому осадку диспергируемого вещества прибавляют раствор электролита (стабилизатора) благодаря действию которого частицы осадка отделяются друг от друга и переходят во взвешенное состояние, образуя золь. В принципе, процесс дробления в этом методе нет, так как частицы осадка уже должны иметь коллоидную дисперсность, а прибавленный электролит – стабилизатор только придает системе агрегативную устойчивость.

Любой коллоидный раствор состоит из дисперсной фазы и дисперсионной среды. В гидрозолях дисперсионной средой является вода, а дисперсионной фазой – твердые частицы коллоидной дисперсности – мицеллы. Основную часть мицеллы составляет агрегат, состоящий из большого числа (m) молекул нерастворимого в воде вещества и имеющий кристаллическое строение.

На поверхности твердого агрегата адсорбируются родственные ионы стабилизатора (n), которые способны достраивать кристаллическую решетку агрегата, их называют потенциалопределяющими ионами.Эта часть мицеллы называется ядром. Вокруг ядра располагается часть противоионов стабилизатора (х) – адсорбционный слой. Ядро вместе с адсорбционным слоем противоионов составляет коллоидную частицу. Она всегда имеет заряд, соответствующий заряду потенциалопределяющих ионов. Остальные противоионы (n-x) образуют диффузный слой мицеллы.

Например, строение мицеллы гидрозоля иодида серебра, полученного в результате реакции:

AgNO₃(p) + KI(p) = AgI(m) + KNO₃(p)

стабилизатор AgNO₃,

его диссоциация: AgNO₃ = Ag⁺ + NO₃^-

₊

{ [ (m AgI) n Ag⁺] xNO₃^-} (n-x)NO₃^-

агрегат

ядро

коллоидная частица

мицелла

Экспериментальная часть

Задание 1.Получить золь берлинской лазури Fe₄ [Fe(CN)₆ ] реакцией обмена

К 10 мл 0,01н раствора K₄[Fe(CN)₆] прибавить 2-3 капли 2% раствора FeCI₃. Получается золь синего цвета. Написать уравнение реакции получения золя и строение мицеллы берлинской лазури.

Задание 2. Получить золь берлинской лазури Fe₄ [Fe(CN)₆] методом пептизации

К 10 мл раствора FeCI₃ прибавить 1 мл насыщенного раствора K₄[Fe(CN)₆],

отфильтровать и промыть осадок дистиллированной водой. Обработать осадок на фильтре 0,01н раствором щавелевой кислоты Н₂С₂О₄ (пептизатор), при этом фильтруется синий золь берлинской лазури. диссоциация пептизатора:

Н₂С₂О₄ = 2Н⁺ + С₂О₄^2-

Структура мицеллы:

{ [ ( m Fe₄[Fe(CN)₆]₃ ) n С₂О₄^2-] 2x H⁺ }^- 2(n-x) H⁺

Сравните строение мицелл золя берлинской лазури в заданиях 1 и 2.

Задание 3. Получить золь Cu₂[Fe(CN)₆ ] реакцией обмена

К 10 мл 0,01н раствора K₄[Fe(CN)₆] прибавить 2-3 капли 2% раствора CuSO₄. Получается раствор красно-коричневого золя Cu₂[Fe(CN)₆ ]. Написать уравнение реакции получения золя и строение мицеллы.

Задание 4. Получить золь Fe(ОН)₃ реакцией гидролиза

В пробирку налить 1 мл 2% раствора FeCI₃ и 10 мл дистиллированной воды, взболтать смесь и нагреть ее до кипения. Получается красно-бурый прозрачный золь Fe(ОН)₃ .

FeCI₃ + НОН = FeOHCI + HCI

FeOCI HCI

FeOHCI – стабилизатор

FeOHCI = FeO⁺ + CI^-

Одним из продуктов гидролиза по III ступени является Fe(ОН)₃ – твердая фаза. Написать структуру мицеллы золя Fe(ОН)₃ установить заряд коллоидной частицы.

Задание 5. Получить золь серы

В стаканчик поместить 15 мл 0,05н раствора Na₂S₂O₃ и 5 мл разбавленной в 50 раз ортофосфорной кислоты H₃PO₄. При этом идет химическая реакция по уравнению:

3 Na₂S₂O₃ (p) + 2H₃PO₄.(p) = 4S(т) + 2H₂SO₄(p) + 3Na₃PO₄(p) + H₂O(ж)

При толщине слоя в 1 см цвет золя серы в проходящем (интенсивном освещении) свете вследствие уменьшения дисперсности в течение 20 минут изменяется от темного через оранжевый, красный, фиолетовый до голубого, иногда с зеленоватым оттенком, после чего золь коагулирует. Напишите структуру мицеллы золя серы, установите заряд коллоидной частицы.

Контрольные вопросы

1. Какие существуют методы получения золей?

2. К какому электроду (катоду или аноду) будут двигаться коллоидные частицы золя СаСО₃, если стабилизатор Na₂СО₃?

Лабораторная работа № 25

Свойства коллоидных растворов

Цель работы: изучить основные свойства коллоидных систем

Оборудование реактивы:

· мерные стаканы на 50-100мл,

· полоски фильтровальной бумаги,

· р-р FeCl₃, К₄ [Fе(СN)₃], H₂O дистиллированная;

· водные растворы красителей эозина, фуксина, малахитового зеленого,

· спиртовка.

Теоретическое введение

Основными свойствами коллоидных систем являются молекулярно-кинетические, оптические, электрокинетические. К молекулярно-кинетическим свойствам относятся броуновские движения, диффузия, осмос и другие.

Броуновское движение –выражается в том, что частицы дисперсной фазы под влиянием ударов молекул дисперсной среды находятся в состоянии непрерывного хаотического движения. Броуновское движение является причиной диффузии частиц в коллоидных системах.

Диффузией – называют процесс самопроизвольного выравнивания концентрации частиц дисперсной фазы в объеме дистиллированной воды вследствие их теплового (броуновского) движения.

Осмосом –называют одностороннюю диффузию дисперсной среды. Осмос можно наблюдать тогда, когда коллоидный раствор и дисперсионная среда отдельны друг от друга полупроницаемой перегородкой, пропускающей молекулы дисперсной среды. Таким образом, молекулы дисперсной среды свободно проходят через полупроницаемую перегородку, а частицы дисперсной фазы, встречая такую перегородку на своем пути, производит на нее давление, называемое осмотическим. Осмотическое давление качественно можно наблюдать по деформации полупроницаемой перегородки (мембраны) (рис. 1)

Рис. 1. Осмотическое давление в коллоидных растворах.

Наиболее характерными оптическими свойствами коллоидных растворов являются светорассеяние (эффект Фарадея-Тиндаля), опалесценция и другие. В основе этих свойств может рассеяние и поглощения света коллоидными частицами. Эффект Фарадея-Тиндаля заключается в том, что если световой луч пропустишь через прозрачный коллоидный раствор, находящийся в темноте, то в золе будет заметен светящийся след светового луча в виде конуса (рис.2.)

Рис.2. Эффект Фарадея-Тиндаля

Рис 2.Эффект Тиндаля

В истинных растворах или чистых жидкостях это явление не наблюдается, поэтому эффектом Фарадея-Тиндаля часто используется для того, чтобы решать вопрос о том относится ли данная система к коллоидам.

Явление опалесценции выражается в появлении некоторой мутноватости и в изменении окраски золя в происходящем и отраженном свете. Цвет опалесценции золей преимущественно голубой (голубой цвет разбавленного водой молока, синий цвет морской волны, табачного дыма). Объясняется это тем, что желтые и красные лучи (с большей длинной волны) мало рассеиваются и проходят через систему, а голубые и синие (с меньшей длиной волны) хорошо рассеиваются.

Во всех коллоидных системах, особенно в тех, где дисперсионной средой является вода, большую роль играет электрический заряд на поверхности частиц. Свойства коллоидных растворов, связанные с зарядом частиц, называют электрокинетическими. Из этих свойств наибольшее значение имеют электрофорез и электроосмос.

Электрофорез – движение коллоидных частиц в воде под действием электрического поля. Причиной всех электрокинетических свойств является образование двойного электрического слоя на границе раздела двух фаз, который может образоваться в результате различных причин (обмен ионами между фазами, преимущественной адсорбцией ионов одного знака на поверхности раздела, адсорбционной ориентацией полярных молекул и т.д.) Строение двойного электрического слоя объясняется адсорбционной теорией Штерна, которую иллюстрирует рисунок 3.

Рис.3

1 2 3

Рис. 3.Строение двойного электрического слоя

1-потенциалопределяющие ионы

2- адсорбционный слой противоионов

3- диффузный слой противоионов.

Двойной электрический слой состоит из двух частей плотного слоя - адсорбционного и размытого слоя диффузного. Диффузный слой подвижен, а адсорбционный - нет. Разность потенциалов между адсорбционным и диффузным слоями называется электрокинетическим или дзета потенциалом (потенциал). Теория строения двойного электрического слоя лежит в основе строения мицелл - твердых частиц дисперсной фазы коллоидной дисперсности.

Основную часть мицеллы составляет агрегат, состоящей из большого числа атомов, ионов или молекул не растворимого в воде вещества и имеющий кристаллическое строение.

На поверхности твердого агрегата адсорбируются ионы стабилизатора, которые определяют знак и величину термодинамического потенциала (потенциалопределяющие ионы). Эта часть мицеллы называется ядром. Вокруг ядра располагается часть противоионов стабилизатора - адсорбционный слой. Ядро вместе с адсорбционным слоем противоионов составляет коллоидную частицу. Она всегда имеет заряд, соответствующий знаку заряда потенциалопределяющих ионов. Остальные противоионы образует диффузный слой мицеллы. В целом, мицеллы электронейтральные.

Для примера рассмотрим строение мицеллы гидрозоля иодида серебра AgI, полученного в результате реакции: AgNОз(р)+КI(р)=АgI(т) + КNOз(р),

Стабилизатор АgNОз Аg ⁺+ NОз ^-

₊

{ [ (m AgI) n Ag⁺] xNO₃^-} (n-x)NO₃^-

агрегат

ядро

коллоидная частица

мицелла

При электрофорезе под действием электрического поля коллоидные частицы перемещаются к катоду (заряжен отрицательно), а ионы диффузного слоя - к аноду (заряжен положительно)

Экспериментальная часть