Порядок выполнения работы. 1. Получение золя канифоли
1. Получение золя канифоли
К 100 мл дистиллированной воды добавляют при перемешиваниии по каплям 2,5 мл 2 %-ного раствора канифоли в этаноле. Образуется прозрачный опалесцирующий золь. Золь сохраняют для дальнейшей работы.
2. Получение золя серы
К 20 мл дистиллированной воды добавляют при сильном перемешивании несколько капель насыщенного раствора серы в этаноле. Образуется прозрачный золь.
Изучение явления неправильных рядов
Цель работы
1. Наблюдать явление неправильных рядов.
2. Определить зоны устойчивости и неустойчивости золя канифоли.
Реактивы
1. Золь канифоли, 0,05 %-ный.
2. Хлорид алюминия, 0,6 н раствор.
Порядок выполнения работы
Золь, полученный предварительно методом замены растворителя, фильтруют через бумажный фильтр. В первую пробирку наливают 2 мл исходного раствора хлорида алюминия, во вторую – 2 мл раствора электролита и 2 мл дистиллированной воды, получая раствор электролита разбавленный в 2 раза, в третью пробирку наливают 2 мл раствора из второй пробирки и 2 мл воды, получая раствор, разбавленный в 4 раза и т. д. В последнюю пробирку наливают 2 мл дистиллированной воды (контрольная проба). В каждую пробирку добавляют по 4 мл золя. На следующий день регистрируют наличие или отсутствие коагуляции золя в каждой из пробирок. Результаты наблюдений заносят в табл. 1.2 (знаком "+" отмечают наличие коагуляции, знаком "–" – ее отсутствие).
Порог коагуляции рассчитывают по формуле
| γ = СэVэ/(Vэ+Vз) = Сэ×2/(2+4) = Сэ/3 | (1.3) |
где γ – порог коагуляции, моль/л;
Сэ – нормальность электролита, моль/л;
Vэ – объем электролита, достаточный для коагуляции золя, мл;
Vз – объем золя, мл.
Таблица 1.2
Результаты эксперимента
| № п. п. | Условия эксперимента | Результат эксперимента | ||
| Объем электролита, мл | Концентрация электролита, моль/л | +/– | Порог коагуляции, моль/л | |
| … | ||||
| N |
На основании полученных результатов определить следующее:
1. При каких концентрациях электролита-коагулятора золь канифоли
а) устойчив;
б) неустойчив.
2. Определить два порога коагуляции золя канифоли.
3. При каких концентрациях электролита-коагулятора происходит перезарядка коллоидных частиц золя канифоли.
Вопросы для контроля
1. В чем заключается метод замены растворителя?
2. Различные типы классификации дисперсных систем: по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды, по размерам частиц, по концентрации и т. д. Лиофильные и лиофобные дисперсные системы.
3. Диспергационные методы получения дисперсных систем (золей, эмульсий, пен, аэрозолей). Конденсационные способы получения дисперсных систем. Образование золей в процессе химических реакций
4. Что понимают под агрегативной и седиментационной устойчивостью?
5. Какое явление называется коагуляцией? Назовите причины коагуляции.
6. Что такое явление неправильных рядов? Какие электролиты способны вызвать это явление?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
ИССЛЕДОВАНИЕ КОАГУЛИРУЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ ИОНОВ
В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ИХ ЗАРЯДА
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Коагуляция
Коагуляция – слипание частиц в дисперсных системах при их контакте и образование агрегатов из слипшихся частиц.
Агрегативная устойчивость и неустойчивость определяются способностью частиц вступать в контакт, т.е. сблизиться до определенного расстояния. Контакт между частицами – это необходимое условие коагуляции.
Одним из способов изменения агрегативной устойчивости дисперсных систем, особенно золей, является введение электролитов. Электролиты в состоянии изменить структуру двойного электрического слоя (ДЭС) и его диффузный слой, уменьшают или увеличивают z-потенциал (электрокинетический) и электростатическое отталкивание, т. е. способны вызывать или предотвращать коагуляцию.
Коагулирующее действие электролитов, прежде всего, определяется величиной заряда тех ионов, знак которых противоположен знаку заряда коллоидных частиц, т. е. совпадает со знаком противоиона.
Коагуляция зависит от природы и концентрации электролитов. С изменением концентрации электролитов меняется скорость коагуляции. Коагулирующее действие резко возрастает с увеличением заряда коагулирующего иона.
При определенной концентрации электролитов, называемой порогом коагуляции, начинается слипание частиц. Порог коагуляции – это наименьшая концентрация электролита, при которой начинается коагуляция.
При дальнейшем увеличении концентрации электролита выше порога коагуляции скорость коагуляции сначала нарастает (область медленной коагуляции), а затем перестает зависеть от концентрации электролита (область быстрой коагуляции).
Эмпирически была установлена закономерность в отношении порогов коагуляции при добавлении противоионов одинаковой и различной валентности (правило Шульце – Гарди).
Первое правило Шульце – Гарди. Значения порогов коагуляции, вызываемой электролитами с зарядами противоионов 1, 2 и 3, в соответствии с уравнением СZ6= const относится как 1:(1/2)6:(1/3)6 = 1:1/64:1/729 = = 729:11:1. То есть чем выше валентность коагулирующего иона, тем меньше его нужно для коагуляции (концентрация электролита обратно пропорциональна заряду коагулирующего иона в шестой степени).
Второе правило Шульце – Гарди. Порог коагуляции для ионов одинаковой валентности тем ниже, чем выше порядковый номер этого иона в лиотропном ряду.
Рассмотренные правила коагуляции являются полуэмпирическими и соблюдаются при определенных условиях. Прежде всего, дисперсные системы не должны содержать примесей других электролитов. Возможны случаи коагуляции электролитами, которые не подчиняются этим правилам. Некоторые многовалентные ионы, например Fe3+, Al3+, Tl3+, вызывают коагуляцию только в определенном диапазоне концентраций. Это объясняется способностью многовалентных ионов перезаряжать поверхность частицы и изменять значение и знак z-потенциала. После перезарядки поверхности частицы коагуляция прекращается. Многовалентные ионы, обладающие способностью перезаряжать частицы, образуют неправильные ряды ионов.
Для придания частицам устойчивости против слипания – агрегативной устойчивости – необходимо создание на поверхности частиц защитных слоев: двойных электрических слоев (ДЭС), приводящих к возникновению электростатического отталкивания (ионно-электростатический фактор устойчивости), а также сольватных и абсорбционно-сольватных слоев, препятствующих в силу своих особых структурно-механических свойств соприкосновению и слипанию частиц (структурный фактор стабилизации).
Наряду с агрегативной устойчивостью говорят об устойчивости седиментационной, препятствующей оседанию частиц под действием силы тяжести. Препятствует оседанию частиц диффузия, стремящаяся распределить их равномерно во всем объеме системы и выдерживающая достаточно мелкие частицы (размером менее 10–6 м) во взвешенном состоянии.
Приготовление золя берлинской лазури. Берлинскую лазурь (гексацианоферрат (II) железа (III)) получают в результате химической реакции:
3К4[Fe(CN)6] + 4 FeCl3 = Fe4[Fe(CN)6]3↓ + 12 KCl
Для того чтобы берлинскую лазурь получить не в виде осадка, так как она не растворима в воде, а в коллоидном состоянии, исходные компоненты необходимо взять в неэквивалентных количествах. Вещество, взятое в избытке, будет образовывать двойной электрический слой мицеллы и определять знак заряда коллоидной частицы.
Необходимо соблюдать порядок в смешивании растворов исходных веществ: к разбавленному раствору вещества, которое будет в избытке, по каплям при интенсивном перемешивании добавляется раствор вещества, которое будет в недостатке.
Мицелла золя берлинской лазури, стабилизированного К4[Fe(CN)6], имеет вид: {m[Fe4[Fe(CN)6]3∙n[Fe(CN)6]4–∙(4n–x)K+}x–∙xK+.
Мицелла золя берлинской лазури, стабилизированного FeCl3, имеет вид: {m[Fe4[Fe(CN)6]3∙nFe3+∙(3n–x)Cl–}x+∙xCl–.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Получение золя берлинской лазури
Цель работы
Получение золя берлинской лазури.
Реактивы
1. Хлорид железа (III), насыщенный раствор.
2. Гексацианоферрат (II) калия, насыщенный раствор.