физическая_и_коллоидная_химия
.pdf
|
Сравнвеличиныадсорбциитевеществ |
|
|
вданинтервалеом |
|
|
концентраций. |
|
|
|
|
8. Вычис,восколькоразиитемв нладсорбциичинатся |
|
|
|
||
|
маслянкислизводногоратыйсростомтвк нцентрации |
|
|
|
|
|
поэкспериментальнымданнымТ(=298 |
|
К): |
|
|
|
С 10−2,моль/ |
0,78 |
1,56 |
12,5 |
25,0 |
|
σ,Дн/см |
70,0 |
69,1 |
55,1 |
47,9 |
42
Глава IV
|
|
|
КОЛЛОИДНЫЕСИСТЕМЫ |
|
|
|||
|
|
|
|
Лабораторнаяработа |
4 |
|
||
Полученколлоидныхрастворове |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Краткаятеория: |
|
|
|
|
золем)( |
называетсягетерогенная |
||
Коллоиднойсистемой |
|
|||||||
система,вкоторойоднаизфпредстзмелкимичавленастиц, |
ми |
|
|
|||||
равномернорасп |
ределённымивобъёмедругойоднороднойфазы. |
|
|
|||||
Этоультрамикрогетерогенныеси,стемыостоящиеизчастиц |
|
|
||||||
дисперснойфазы |
|
–совокупнчастицраздробленных,размер |
|
|
||||
которыхлежитвпределах10 |
|
|
|
|
-9 м |
– 10-5 м,инепрерывной |
||
дисперсионнойсреды, |
|
|
вкоторойраспред |
еленыэтичастицы. |
||||
Раздроблдиспфазыхарактеризуетсярснойнность |
|
|
||||||
степеньюдисперсностиδ |
|
|
,котораяявляетсявеличиной,обратной |
|||||
среднемудиаметру( |
|
|
-1): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(4.1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Удельнаяповерхность –этоотношениеобщейплощади поверхностидисперсн ойфазы Sд.ф. кеёобщемуобъёмуиликеё массе:
|
|
,м -1 или |
(4.2) |
|
,м 2/г |
|
|
|
|||
Коллоидноесостояниевещества |
|
|
|||
имеетдваосновных |
|||||
признака – дисперсность игетерогенность .
Дляполученколлорастворовнеобходимоядных:
1)достичьколлодисперсностиойстепе;
2)подобратьисперсисреду,вкотоннуюрой нерастворимовещеди фазыперсный;
3) подобратьтретийкомпонент |
– стабилизатор, |
сообщающийколлоиднойсистемеустойчивость.Вкачестве |
|
стабилизаторовиспользуютвещества, |
препятствующиеагрегации |
(слипанию)коллоидныхчастицвболеекрупныевыпадениюих |
|
осадокнебольш( избытоднреагентовго,йкизкоторых |
|
43
получавещдиетсяфазыперснойтво;ПАВ;белки; |
|
|
|
|
|
|||
полисахариды). |
|
|
|
|
|
|||
|
Восновеклассификацийлежатразличныесвойства |
|
|
|
||||
дисперсныхсистем:разчастицдисперснойф,агрегатноезы |
|
|
|
|||||
состояниедисперфазысперсионнойсреды,характер |
|
|
|
|||||
взаимодействиядисперсн |
|
|
ойфазысдисперсионнойсредойдр. |
|
||||
|
|
Классификацияпоагрегасосфазт. номуоянию |
|
|
||||
Агрегатное состояние дисперсной |
фазы |
Агрегатное состояние дисперсионно йсреды |
|
, обозначение ф/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
Условное |
|
Название |
Примеры |
|
|
|
|
|
|
|
системы |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ж |
|
г |
|
ж/г |
|
аэрозоли |
Туман,слоистыеблака |
|
тв |
|
г |
|
тв/г |
|
Дымы,пыли,перистые |
|
|
|
|
|
|
облака |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
газовые |
Газированнаявода, |
|
|
|
|
|
|
|
мыльнаяпена, |
|
|
г |
|
ж |
|
г/ж |
|
эмульсии, |
|
|
|
|
|
лечебныйкисл |
ородный |
||||
|
|
|
|
|
|
пены |
||
|
|
|
|
|
|
коктейль,пивнаяпена |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ж |
|
ж |
|
ж/ |
|
|
Молоко,масл |
|
|
|
|
эмульсии |
сливочное,маргарин, |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
кремыит.д. |
|
тв |
|
ж |
|
тв/ж |
|
лиозоли, |
Естественныеводоёмы, |
|
|
|
|
краски,красителидля |
|
||||
|
|
|
суспензии |
|
||||
|
|
|
|
|
|
ткани |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пемза,твёрдпен, ые |
|
г |
|
тв |
|
г/тв |
|
|
пенопласт, |
|
|
|
|
твёрдпеные |
активированныйуголь, |
||||
|
|
|
|
|
|
|
пенобетон,хлеб, |
|
|
|
|
|
|
|
|
пористыетелавгазе |
|
|
|
|
|
|
|
|
Водавпарафине, |
|
ж |
|
тв |
|
ж/тв |
|
твёрдые |
природныеминералыс |
|
|
|
|
эмульсии |
жидкимивключениями, |
||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
древесина |
|
тв |
|
тв |
|
тв/ |
|
твёрдыезоли |
Сталь,чугун,цветные |
|
|
|
|
стёкла,драгоценные |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
камни |
|
44
Дисперснойистемы,укоторойдисперснаяфаза |
|
и |
||
дисперсионнаясредаявляютсягазами,несуществует,таккакгазы |
|
|
||
неограниченорастдругвдругеоримы. |
|
|
||
Методыполученияколлоидныхсистем |
|
|
||
Коллоиднпромежуточноесистемзанимаютыположение |
|
|
||
междугрубодисперснымимолекулярнымисистемами,поэтому |
|
|
||
получатьихможнолибдр болееблениемкрупныхчастиц |
|
|
||
(диспергированием),лиобоъёдмолекулииолиневновием |
конденсацией)сприменением |
|||
агрегатыколлоидныхразмеров( |
||||
физическиххимическихметодов. |
|
|
||
1Методы. диспергирования. |
|
ие: |
|
|
1Физ.1) дическоеспергирован |
|
|||
а)механическоеизмельчениеиспользшарованиемых |
|
|
||
коллоидныхмельниц; |
|
|
||
б)эл ектраспыличвеществскоение |
|
−используютдля |
||
получзолметаллов;йния |
|
|
||
в)диспергироультразвукомание |
|
−используютдля |
||
получзолиздвухнесмешивающихсяйнияжидкостей |
|
. |
||
Чтобынедатьобразовачастливсе,цшимпаться |
|
|
||
вышеописанныеспособыдисп ргированияоводят |
|
|
||
присутдисперствииредыстабилизатораонной. |
|
|
||
1.2) Химдиспергированиеческоепептизация( ) |
|
:перевод |
||
коллоидноесосвежеприготовленноготояниеосад |
|
каспомощью |
||
пептизатора. |
|
|
||
2Мето. конденсации. ы |
|
|
|
|
Метоконденсациисвязавыделениемыовойфаиз |
|
|
||
гомогеннойсистемы. |
|
|
||
2Физическаяконденсация.1) : |
|
|
||
а)методзаменырастворителя; |
|
|
||
б)методконденсацииизпаров. |
|
|
||
2Химическая.2) конденсация: |
любаяхимическ |
аяреакция,в |
||
результатекотооб плохоазуеойрастворимоеся |
|
|
||
соединенреакциягидролиза( ,восстановления, |
|
|
||
окисления,нейтрализации.д.) |
. |
|
||
45
Оптичесвойдисперсныхсистемкиетва. |
|
Припадендисперснуюсветана системумогут |
|
наблюслеявледатьсяующие |
ния: |
•прохождениесвета частицдисперснойфазыми (наблюдаетсядляпрозрачныхсистем,вкоторыхчастицы
многоменьшедлиныволныпадающегосвета( |
r<<λ)); |
•преломлениесвета частицдиспфазые(мислиэтрсной частицыпрозрачны);
•отражениесвета частицамидис перснойфазыесли(
|
частицынепрозрачны); |
Преломлениеотражение |
света |
|
наблюдакоторыхядлясист,в ечамсмнтицыб гольше |
|
|
|
длиныволныпадающегосвета( |
r>>λ)Визуально. это |
|
|
явлениевыражаетмутноэтсист.х яеми |
|
|
• |
рассвеяниета |
;наблюдаетсядлясист |
ем,вкоторых |
|
частицыдисперснойфазыме, ьше |
|
соизмеримыс |
|
длинойволныпадающегосвета( |
r≈0, 1λ); |
|
•адсорбция поглощение( )светадисперснойфазой
превращениемсветовойэнергиитепловую. |
|
|
|
|
|
|||||
Вколлоидныхрастворах |
|
|
|
наблюдается рассеяниесвета,.к. |
||||||
частицыдисперснойфазыме, ьше |
|
|
|
|
соизмеримысдлинойволны |
|||||
падающегосвета( |
r≈ |
0,1λ)В.проходящемсветеколлоидные |
|
|
|
|
||||
системыпроз,а бокориачныосвещенрассеиваютом |
|
|
|
|
|
|
|
|||
падающийнанихсвет,поэтомупучоксвколлоиднойетасистеме |
|
|
конусТиндаля |
|
|
|
||||
виденкакяркийсветящий |
|
|
|
сяконус( |
|
–поимени |
||||
ученого,впервыеподробноисследовавшегоэтявление)Теорию. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
светорассеяниясоздаланглфРэлеййсзи.Онвывелкий |
|
|
|
|
|
|
|
|
Iс |
|
уравнение,связывающинтенра ивееянногоностьта |
|
|
I0,длинойвол |
|
|
|
||||
интенсипадающеговетаностью |
|
|
|
|
|
ныпадающего |
||||
света λиразмерамичастицдисперснойфазы |
|
|
r: |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
или |
|
|
|
(4.3) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где V –объёмоднойчастицы, |
|
|
|
ν –частичнаяконцентрациячисло( |
|
|
|
|||
частведиобъёманице), |
|
|
|
λ –длинаволны, |
n1, n0 –показатели |
|||||
преломления частисредыц,соответственно. |
|
|
|
|
|
|||||
УраРелвыпонениеяприслняетсяедующихусловиях: |
|
|
|
|
|
|||||
• частицымалы( |
|
r≤λ)иимеютсферическуюформу; |
|
|
|
|
||||
46
•частицынепроводятэлектрическийток..являются( неметаллическими);
•частицынепоглощаютсвет,..являютсябесцветными;
•коллоидныйрастворявляетсяразбавленнымтакой степени,чторасстоянбольшемеждучастдлиныцами
волныпадающегосвета. |
|
|
|
|
Всем талзоуравлиРэлеяческнепочиняютсянию, е |
|
|
|
|
таккакихчасильнотицы |
поглощаютсвет. |
|
||
Коллоидныйрастворпроходящемрасс |
|
|
|
еянном |
(отраженном)светеимразличнуюетокраску.Этоявление |
|
|
|
|
называется опалесценцией. |
Вслучаеокрашенныхрастворов |
|
||
происхналсобственнойжениедитокраски,вызванной |
дихроизмасвета) |
|
|
|
опалесценциейявление( |
. |
|
||
Строениемицеллы |
|
|
||
Мицеллойлиофобн ой системы называетсягетерогенная |
|
|||
микр, осостоитстематизраямикрокристалладисперсной |
|
|
|
|
фазы,окруженнсольватированнымиионстабго. лизатора |
|
|
|
|
Потенциалопределяющиминазываютсяионы, |
|
|||
адсорбирующиесяна |
поверхностичастичкитвёрдойфазы |
|
|
|
(агрегата) и придейзарядющие |
|
. Агрегатвмес е |
|
|
потенционамиалопределяющимисоставляет |
|
ядромицеллы |
. |
|
Противоионы – ионы, группирующиесявблизиядра |
|
|||
мицеллы. |
|
|
|
|
Расположенротивоионовдисперсионнойср де |
|
|
тепловым |
|
определдвумпротивопяетсяфакт: оложнымирами |
|
|
||
движендиффузией( )электросемпритяжениематическим |
|
|
|
|
Мицелла Коллоиднаячастица
Диффузныйслой
Адсорбционный
слой
47
Противвходящиес плотногоставионы |
|
|
|
адсорбционного |
|
слоя,называются «связанными»вмеядромтеоставляют |
|
||||
коллоиднуючастицуилигран. лу |
|
|
|
Коллоиднаячастицагранула( ) |
|
имеетзаряд,знаккоторогообусловлензнакомзаряда |
|
|
|
|
|
потенциалопределяющихионов |
. |
диффузныйслой |
- п« одвижные» |
||
Противоионы,образущие |
|
||||
илисвободные« » |
. |
|
|
|
|
Рассмотримструктурумицеллызоляйодистогосеребра, полученобмер акциеймежнногойодкалиеистыму азотнокислымсеребрприизбыткей дискалия.Вэтомго случаестроениеобразующихсямицеотражаетлледующая реакция схема:
KJ + AgNO3 (изб) = AgI↓+ KNO3
агрегатпотенциал |
- |
противоионыдиффузный |
|
образующие |
диффузионный) |
( |
|
ионы |
слой |
|
|
ядро
адсорбционныйслой
коллоиднчастицая
мицелла
Правила постромиценияллы
1)Агрегатомявляетсяполучающийсяходереакцииосадок.
2)Потенциалобразующимиионамиявляютсяионы, удовлетвдвумусл:оряющиевиям
а)данныеионыдолжныбывстроенииьвещества,которое |
|
находвреакциивизбыткетсяилявляетсястабилиза |
тором; |
б)данныеионыдолжныбытьподи,находящимсянамбныв |
|
агрегпр(Панетавилоте |
-Фаянса:накристаллической |
48
поверхностиагрегаадсорбируютсятеионы,котм рыегут достеёкрисоиструктуруаллическуюь).
3) Противоионами,образующимидиффуз ионныйслой, являютсяостаионышиещ,котораеснахяводитсяе реакциивизбыткеилявляетсястабилизатором.
4)Коэффициенты m, n, (n-x), xявляютсяпостодлюбойнными мицелопределенычиснеленно.
Цельработы |
|
: Полученколлорастворовразидныхе |
личными |
|
методамиизученоптическихих свойств. |
|
|||
Оборудование:Стеклянныеконичеколбочки,приборские |
|
|||
направлеисточсвета. ннымиком |
|
|||
Реактивы: |
Растворыйодистогокалия0,05 |
Ниазотнокислого |
||
серебра0,05 |
Н, спирто2%растканифоливо, раствор1,5%й |
|
||
пермангкалия, 1%гипнатаств,орсульфитараствор20% |
|
|||
жёлтойкровянойсоли,насыщенныйрастворхлорногожелеза, |
|
|||
0,1 Нрастворщавелевойкисло,дистиллированнаяывода, |
|
|||
фильтровальнаябумага. |
|
|||
Порядокработы |
: |
|
|
|
♦Метоконденсации. ы I. Химическаяконденсация.
1)Методобмр акциинной |
–получениезоляиодида |
|
|
серебра. |
|
|
|
а)вконическуюколбочкуналитьмлраствора8 |
|
||
азотнокислогосеребра |
AgNO3имл10растворайодистогокалия |
|
|
KJ.Записатьреакцию,протекающуювколбе.Написатьформулу |
|
||
образовмицеллы.Записатьвшейся |
окраскузолявотражённоми |
|
|
проходящемсвете.НаблюдатьконусТиндаляприпопнадании |
|
||
раствнаправленногоузкогопучкасвете. |
|
|
|
б)вконическуюколбочкуналитьмл10раствора |
|
||
азотнокислогосеребра |
AgNO3имл8растворайодистогокалия |
KJ. |
|
Записатьреакци |
ю,протекающуювколбе.Написатьформулу |
|
|
образовмицеллы.Записокрвшейсязоляаскутьражённоми |
|
||
проходящемсвете.НаблюдатьконусТиндаляприпопнадании |
|
||
раствнаправленногоузкогопучкасвете. |
|
|
|
2)МетодОВР |
|
–получениезолядвуокисимарганца. |
|
Вко |
лбуналитьмл51,5раствораперманганата% калия |
|
|
49
KMnO4идобави50млдистиллироваьводы.Кполученномуй растворупокаплямдобавитьмл11раств%гипосульфитара
Na2S2O3.Наблюдатьобразованиевишнёво |
-красногозолядвуокиси |
|
|
марганца.Запис т |
ьреакци |
ю,протекающую |
вколбе, |
(коэффициенрасставьсамос): тоятельноы |
|
|
|
KMnO4 + Na2S2O3 + H2O→ MnO2↓+ Na2SO4 + K2SO4 + KOH |
|||
Написатьформумицеллызо.Записуяокрзоляваскуть |
|
|
|
отражённомипроходящемсвете.НаблюдатьконусТиндаляпри |
|
|
|
попнарастворданииуз |
когонаправленногопучкасвете. |
|
|
II.Физическаяконденсация.
1)Методзаменырастворителя –получениезоляканифоли. Вконическуюколбумл50дистиллированнойводы
прилитьмл52спирто%растканифоливовстряхнутьгора.
Записатьнаблюдаемуюокраскуполучи вшегосязоляотражённом ипроходящемсвете.УбналичиедитьсяконусаТиндаляпри попнарастваправленногодаузкнииогопучкасвете.
Отмети,чтоостаткиспиртаявляютсяьстабилизаторомданной коллоиднойсистемы.
♦ Методыдиспергирования. |
–получение |
||||||
|
1)Химическ оедиспергированиепептизация( ) |
|
|||||
|
|
золяберлинскойлазури. |
|
||||
|
|
Вконическуюколбуналить1,5мл20растворажёлтой% |
|
||||
кровянойсолиK |
4[Fe(CN)6]и мл0,5насыщенногораствора |
|
|||||
хлорногожелеза |
FeCl3.Выпавшийосадокберлинскойлазури |
|
|||||
Fe4[Fe(CN)6]3перенес тинафильтр,промытьдистиллированной |
|
||||||
водойизалитьнафильтре0,1Нрастворомщавелевойкислоты |
|
||||||
(СООН) |
2.Врезульпептизацииосчерезтефильтрдкавколбочку |
|
|||||
прохсинийзберлинскойдитльлазу.Запеакцию,сать |
|
||||||
протекающуювколбе.Написатьформул |
|
|
умицеллызоля.Записать |
||||
окраскузолявотражённомипроходящемсвете.Наблюдатьконус |
|
||||||
Тиндаляприпопнарастваправленногодаузкнииогопучка |
|
||||||
свете. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вопросыкработе4 |
|
|
|
1. Предметколлоиднойхимии.Признакисостояниядного |
|
||||||
Определениеколлоиднойси |
|
|
стемы. |
|
|||
50
2.Диспергационныеспособыполученколлосистем. ядных Привестипримеры.
3.Конденсационныеспособыполученколлосистем. ядных Привестипримеры.
4.Какиеусловиян обходимыдляобразованияколлоидного раствора?
5.Строениемицеллы. Какиеионымогутбыть потенциалоопределяющими?
6.Тривидакл ссифколлоидных.стемкации
7.Аэрозоли,лиозоли,пирозоли.
8. |
Написатьформумицеллызо уя |
|
As2S3,естабилизатором |
|
являерастворся |
H2S,которыйдиссппервойциирует |
|
|
ступени. |
|
|
9. |
Напишитеформумицелзо,поуялмеученногоы |
тодом |
|
|
обмре:акциинной |
Na2CO3 |
+ MgCl2 → MgCO3↓+ NaCl в |
|
избытке Na2CO3. |
|
|
10. |
Напишитеформулумицеллы |
|
золясеры,получаемого |
|
реакции |
2H2S(aq) + SO2(g) = 3S↓ + 2H2O |
|
|
|
||
|
сучетомтого,чтостабилизатор |
H2S –двухоки.снлотавная |
|
|
Укажитестроениемицеллы. |
|
|
11. |
Напишитеформусульфатамицеллызо бария, |
|
|
|
полученноговреакциинейтрализациимеждусерной |
кислотой |
|
|
игидроксидомбария: |
|
|
|
а) визбытке |
кислоты, |
|
б) визбытке основания. Укажитестроениемицелл.
12.Каковостроениемицелзоляберлинскойыазури, полученногопеп тизациейосадщавелевойкислотой?Как
|
опредезарядколчастицылоиднойить. |
Au,естабилизатором |
13. |
Написатьформумицеллызо уя |
|
|
являерастворся |
AuCl3. |
14. |
Напмизоляшитецеллу |
берлинскойлазури,полученногов |
|
реакционногообменаиз |
К4Fe(CN)6и FeCl3пр иизбытке |
|
К4Fe(CN)6. |
|
15.Напишитеформмицеллсулцинкаьфидаы,образующихся приполучениизоляследующейреакции:
ZnSO4 + (NH4)2S→ ZnS↓ + (NH4)2SO4
51