2.2.2 Порядок виконання роботи

У чисту та просушену комірку 1 за допомогою чистої та сухої мірної піпетки наливають точно 1 см³ розчину поверхнево-активної речовини , що досліджується (завдання дає викладач).

Комірку 1 з розчином щільно закривають резиновою пробкою (корисно злегка змочити пробку чистою водою). Капіляр 2, повертаючи в пробці, обережно переміщують так, щоб капілярний кінець тільки стикався з розчином, але не занурювався в нього (відсутність занурювання обов’язкова).

Щоб запобігти попаданню жирових забруднень в розчин, не можна доторкатися пальцями кінця капілярної трубочки.

При відкритому крані 5 відмічають з похибкою не більш, як 0,5 мм, та записують значення рівня рідини в одному з колін манометра (умовна точка відліку), яке зазвичай не співпадає з нульовою точкою шкали. Далі всі виміри проводять по одному і тому ж коліну манометра.

Приєднавши комірку 1 до системи, випробують її на герметичність. Для цього закривають кран 5 і відкривають кран 6, випускають невелику кількість рідини з аспіратора 4, створюючи у системі деяке розрідження. Потім кран 6 закривають. Якщо різниця рівнів на манометрі 3 не зменшується протягом 2-3 хвилин, то система достатньо герметична, і це дозволяє приступити до вимірювань. В іншому випадку перевіряють щільність з'єднань резинових пробок та трубок зі склом.

Упевнившись в герметичності приладу, повільно збільшують розрідження у системі, для чого при закритому крані 5 по краплям випускають воду з крана 6. Під впливом різниці тиску, атмосферного та в середині системи на капілярному кінці, який торкається рідини, створюється пухирець повітря, який з часом відривається. Швидкість створення та відриву пухирця регулюють зміною швидкості витікання води з крана 6 з таким розрахунком, щоб створення пухирця проходило за 5-10 секунд. Це необхідно для встановлення адсорбційної рівноваги на поверхні пухирця. Часу відриву пухирця відповідає деяке максимальне розрідження у системі, яке вимірюється за висотою Н стовпчика рідини у одному з колін манометра. (похибка не більш ніж 0,5 мм). Оскільки тиск повітря пухирця більший за тиск у системі, то у момент відриву та розпаду пухирця розрідження у колбі зменшується і відбувається деяке падіння стовпа манометричної рідини. Потім розрідження знову нарощується, формується та відривається новий пухирець повітря і т.д. Таким чином, періодично (через 5-10 сек.) різниця тиску досягає максимуму, а потім падає і т.д.

Відмічають декілька значень максимальної висоти Н, відкривають кран 5 і ждуть відновлення початкового рівня манометричної рідини.

Вносять в отримане значення Н поправку на початковий рівень рідини у манометрі і записують одержаний результат у таблицю 2 (1-й вимір). Таким же шляхом проводять не менше 5 вимірів з одним розчином.

Різниця між паралельними вимірами не повинна перевищувати 1 мм. Слід пам’ятати, що відлік максимальної висоти стовпчика Н з всіма розчинами потрібно вести в одному і тому же коліні манометра 3.

Таблиця 2.2 - Результати вимірювань висоти стовпчика рідини

Об’єм води для розбавлення, см3	0	1	2	4	8	18	32	Чиста вода
Концентрація розчину С, кмоль/м3 Н · 103, м
1-й вимір
2-й вимір
3-й вимір
4-й вимір
5-й вимір
Н серед. 103, м								Н=
σ · 103, Дж/м2								σ0=72,75

Вийнявши пробку з комірки 1, підливають до розчину 1 см³ води з бюретки, розводячи тим самим розчин удвічі. Щільно закривають колбу пробкою з капіляром. Перемішують розчин круговими обертами колби. Потім ретельно промивають кінчик капіляра розчином, обережно набирають та видавлюють з кінчика капіляра рідину за допомогою резинової трубочки, яка надіта другий кінець капіляра.

Як і в першому випадку, регулюють висоту капіляра, щоб його кінець стинався з поверхнею рідини, та вимірюють висоту Н по манометру для розбавленого удвічі розчину описаним вище способом.

Розбавляють розчин, який є в колбі знову вдвічі, для цього у колбу з бюретки додають 2 см³ води і повторюють усі описані операції та вимірюють Н. Потім до розчину добавляють послідовно 4, 8, 16 і 32 см³ води (6 разів послідовно розбавляють розчин вдвічі). Для кожного розчину вимірюють висоту Н, попередньо промивши кінчик капіляру.

Усі результати вимірів заносять у таблицю 2.2.

Закінчивши вимір поверхневого натягу розчинів, комірку споліскують дистильованою водою, а потім наливають в неї 1см³ води та замірюють максимальну висоту стовпа Н(н₂о).

2.3 Обробка результатів вимірювань

Якщо температура досліду відрізняється від 298 К, то поверхневий натяг води розраховують за формулою:

σ (н₂о) т = σ₂₉₈ + (2.11)

де = -0,163·10^-3 - температурний коефіцієнт поверхневого натягу. Отримане значення використовують для визначення коефіцієнта К за рівнянням (2.1).

Поверхневий натяг розчинів розраховують за рівнянням (2.2).

За отриманими значеннями поверхневого натягу на міліметровому папері будують залежність σ = f(с) та обробляють її описаним вище способом.

Результати розрахунків заносять у таблицю 3, на підставі якої будують залежність Г = f(с) та с/Г= f(с).

Таблиця 2.3 - Результати обробки ізотерми поверхневого натягу

Концентрація розчину ПАР кмоль/м3	0,500*)	0,250	0,125	0,062	0,030
z ∙ 103, Н/м
Г ∙ 109 кмоль/м2
(с/Г) ∙ 106, м-1

*) Концентрації, для яких визначають z і Г можуть бути і іншими.

На підставі останньої залежності визначають граничну адсорбцію Г_∞ і характеристики молекул ПАР.

Обробку лінійної залежності рекомендується проводити методом найменших квадратів.

Контрольні питання

1 Що таке поверхнева активність? Які речовини називають поверхнево-активними?

2 Визначте поверхневу активність речовини, з якою працювали?

3 Як розрахувати товщину поверхневого шару? Від чого вона залежить?

4 Чім визначається величина граничної адсорбції?

5 Які фактори впливають на агрегатний стан ПАР у поверхневому шарі?

6 Розкажіть про орієнтацію молекул ПАР у поверхневому шарі.

7 Сформуйте правило Дюкло-Траубе. Які причини можуть привести до порушення правила Траубе?

Література

1 Фролов Ю.Г.Курс коллоидной химии.-М.:Химия,1989,с.39-45,184-191

2 Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии – Под ред.

Ю.Г. Фролова.-М.:Химия.1986, с.11-17.

Лабораторна робота 3

Дослідження адсорбції органічних кислот на поверхні

активованого вугілля

Ціль роботи:

• побудувати ізотерму адсорбції розчиненої речовини на твердому адсорбенті;

• визначити константи в рівнянні ізотерми адсорбції Фрейндліха.

3.1 Обґрунтування запропонованої методики експерименту

Для твердих пористих адсорбентів у межах середніх концентрацій ізотерма адсорбції може бути задовільно описана емпіричним рівнянням Фрейндліха:

а = х/m = К ∙ с_рівн.^{1/ n} , (3.1)

де а – адсорбція у мілімолях на 1 грам адсорбенту, тобто кількість речовини, яка адсорбується одиницею маси адсорбенту;

К – адсорбційна стала, яка залежить від природи адсорбенту та адсорбату і дорівнює величині адсорбції при С_різн. = 1 моль/дм³ ;

с_рівн. – рівноважна концентрація розчиненої речовини, моль/дм³;

1/n - константа, яка враховує відхилення ізотерми адсорбції від лінійної залежності.

При логарифмуванні рівняння Фрейндліха одержують залежність

In a = In ∙ K + 1/n In с_{рівн. ,} (3.2)

яку наведену на рисунку 3.1 і яку використовують для визначення констант рівняння.

Тангенс кута нахилу прямої до осі абсцис дорівнює 1/n , а відрізок, який відтинається на осі ординат дорівнює InK.

ln а



ln K

ln C_рівн.

Рисунок 3.1 - Ізотерма адсорбції Фрейндліха в координатах лінійної форми рівняння

Величину адсорбції зазвичай вираховують за концентрацію розчину до та після адсорбції. При адсорбції слабких органічних кислот, рівноважну с_рівн (та початкову с_поч) концентрацію можна визначити методом титрування, розчином NaOH. А величину адсорбції розрахувати за формулою:

а = х/m =(с_поч. - с_рівн)/m · V (3.3)

де: m – маса навісу адсорбенту (вугілля), г;

V – об’єм розчину, в якому відбувається адсорбція, дм³.

4.2 Виконання роботи

Для виконання роботи потрібні:

набір конічних колб місткістю 250 см³ – 12 шт;

бюретка для титрування;

стаканчики, колба для титрування, фільтрувальний папер;

розчин органічної кислоти;

титрований розчин NaOH;

розчин індикатора (фенолфталеїну);

активоване вугілля;

технічні терези, рівноваги;

лійки для фільтрування;

піпетки на 10см³ та 20см³;

мірні циліндри

Перш за все, визначають концентрацію, взятої для досліду кислоти, методом титрування розчином NaOH, в присутності індикатора фенолфталеїну. Концентрацію кислоти вираховують за законом еквівалентів

Nк · Vк = N_л · V_{л ,} (3.4)

де Nк, N_л - концентрація досліджуваної кислоти та концентрація розчину NaOH у моль-екв/дм³;

Vк та V_л - об’єм взятої кислоти і об’єм розчину лугів, який використали на титрування.

Результати титрування заносять у таблицю 3.1.

З вихідного розчину кислоти готують декілька розчинів різної концентрації шляхом розбавлення удвічі. Для цього у першу колбу вносять 50 см³ кислоти вихідної концентрації. У другу колбу вносять 50см³ кислоти вихідної концентрації і 50 см³ води. Після перемішування отриманого розчину 50 см³ його з цієї колби, переносять у третю колбу та розбавляють водою у кількості 50 см³ і т.д.

У шостій колбі після розбавлення повинно бути 100 см³ розчину. Для того, щоб розрахунок і в цьому випадку вести на 50 см³ розчину, необхідно 50 см³ розчину з цієї колби надібрати та вилити у злив.

Таблиця 3.1 - Результати титрування

Проба	Об’єм проби, см3	Об’єм розчину NaOH для титрування, см3	Середнє значення
Вихідна кислота
Проба 1	10
Проба 2	10
Проба 3	10
Після адсорбції
Ко ба 1
Проба 1
Проба 2
Проба 3 і т.д.

Як адсорбент використовують активоване вугілля.

До 50 см³ кожного з шести приготовлених розчинів додають по 1г вугілля. Процес адсорбції проходить зазвичай швидко, але дифузія розчиненої речовини у розчинах, під впливом якої поповнюється втрачена концентрація на поверхні адсорбенту, проходить повільно і затримує встановлення адсорбційної рівноваги. Для більш прискореного встановлення рівноваги рекомендується перемішувати або струшувати розчини з адсорбентом протягом декількох хвилин. Після чого одфільтровують розчин, відокремлюючи перші порції фільтрату. Рештку фільтрату використовують для титрування, відбираючи проби по 10 см³ .

Отримані результати титрування проб після адсорбції, як і результати титруванні вихідного розчину, записують в таблицю 3.1.

За результатами титрування вираховують кількість речовини (у мілімолях), яка знаходиться у 50 см³ розчину до та після адсорбції.

Слід замітити, що до адсорбції титрують тільки вихідний розчин, а вміст речовини в більш розведених розчинах вираховують зменшенням у два рази кількості речовини, яка міститься у 50 см³ попереднього розчину.

Отримані дані заносять до таблиці 3.2

Таблиця 3.2 - Визначення кількості адсорбованої речовини

Кількість речовини у 50 см3 розчину до адсорбції, n0 ммоль	Маса вугілля m, г	Кількість речовини у фільтраті		Кількість речовини, яка сорбована 1 г вугілля, x/m=(n0-n)/m
		Рівноважна концентрація с, моль/дм3	У 50 см3 розчину n, ммоль

3.3 Обробка результатів вимірювань

Дані таблиці 3.2 використовують для побудови ізотерми адсорбції. По осі абсцис відкладають значення рівноважної концентрації, а по осі ординат – кількість речовини, яка була адсорбована одним грамом вугілля, тобто величину адсорбції.

Для визначення константи К і 1/n у рівнянні Фрейндліха будують графік у координатах In x/m – In С. Вихідні дані для нього заносять у таблицю 3.3.

Таблиця 3.3 - Визначення констант у рівнянні Фрейндліха

№ досліду	In x/m	In с

Константи визначають, як вказано в пункті 3.1. При обробці результатів рекомендується використовувати метод найменших квадратів. Після того, як знайдено константи, слід записати рівняння Фрейнліха. За цим рівнянням розраховують величину адсорбції при декількох концентраціях (в інтервалі досліджених) та наносять отримані значення на графік для оцінки коректності отриманого рівняння.

Контрольні питання

1 Чим можна пояснити вигляд одержаної ізотерми адсорбції?

2 Який вигляд матиме ізотерма адсорбції, якщо процес проводити при більш високій температурі?

3 Як впливає розчинник на адсорбцію розчиненої речовини?

4 Які властивості адсорбенту слід враховувати при використанні адсорбції для процесів очистки та витягнення з розчинів?

5 Що таке іонообмінна адсорбція? им вона відрізняється від молекулярної?

Література

1. Фролов Ю.Г Курс коллоидной химии.- М.:Химия,1989,с.174-183,198-208.

2. Практикум по коллоидной химии и электронной микроскопии / Под ред. Воюцкого С. С.М.:Химия,1974,- с.83-87

Лабораторна робота 4

Визначення розмірів частинок дисперсних систем

турбідиметричним методом

Ціль роботи:

• визначити розмір частинок високодисперсних систем.

4.1 Обґрунтування запропонованої методики експерименту

Визначення розмірів частинок засновано на розсіюванні світла незабарвленими дисперсними системами.

Світлорозсіювання, або опалесценція, належить до дифракційних явищ, які зумовлені неоднорідностями, розміри яких менші довжини хвилі падаючого світла. Такі неоднорідності розсіюють світло у всіх напрямках. В основі теорії світлорозсіювання (опалесценції), розробленої Релеєм, лежить рівняння для інтенсивності світла I_p, розсіяного одиницею об’єму дисперсної системи із сферичними діелектричними частинками, значно меншими за довжину хвилі падаючого світла:

I_p = I₀ [ Fv² · ν / (λ⁴ )] (4.1)

де: I₀ - інтенсивність світла, яке направлене на дисперсну систему;

F – функція показника переломлення дисперсної фази та дисперсійного середовища;

ν – кількість частинок в одиниці об’єму системи (частинкова концентрація);

v– об’єм окремої частинки;

λ – довжина хвилі світла, направленого на дисперсну систему ;

Функція F визначається співвідношенням

F = 24π³ (4.2)

де: n₁ і n₀ - показник переломлення світла речовини дисперсної фази та дисперсійного середовища відповідно.

На підставі рівняння Релея ґрунтуються оптичні методи визначення розмірів часток і концентрації дисперсної фази: ультрамікроскопія, нефелометрія та турбідиметрія.

Турбідиметрія заснована на вимірі оптичної густини. Інтенсивність світла, направленого на дисперсну систему, зменшується внаслідок його розсіювання. Розсіяне світло можна вважати фіктивно поглинутим і, таким чином, є усі підстави прийняти, що закономірності розсіювання світла підчиняються рівнянню, аналогічному закону Бугера-Ламберта-Бера:

I_П = Io · e^-τI

або – ln ; (4.3)

де: ₀, I_П – інтенсивність світла, направленого на дисперсну систему, та світла, яке пройшло через систему;

D – оптична густина; D = Ig I₀/I_П;

τ – мутність дисперсної системи;

l – товщина шару дисперсної системи.

Інтенсивність випромінювання, яке пройшло через дисперсну систему можна представити у вигляді різниці:

I_П = I₀ - Ip ^I (4.4)

де: Ip ^l – інтенсивність світла, яке розсіялося зразком довжиною 1.

Після ділення на I₀ та логарифмування отримуємо:

-2,3 D = In (1 – I_p¹/I₀) (4.5)

Взявши до уваги, що Ip¹<< I₀, розкладуючи у ряд логарифм і зневажаючи безкінечно малими величинами другого порядку, отримаємо:

2,3 D ≈ I_p^l/I₀ = Ip ∙ 1/I₀ = τ ·l (4.6)

У цьому рівнянні, τ – мутність, яка висловлюється відношенням інтенсивностей розсіяного та падаючого світла, віднесеним до одиниці довжини зразку τ = Ip/I₀.

Мутність_, а звідси оптична густина D відповідно до рівнянь (4.1 і 4.6) пропорційна концентрації та квадрату об’єму частинки. Це дозволяє визначити розміри частинок та їх концентрацію за оптичною густиною дисперсної системи методом порівняння зі стандартними системами за допомогою фотоелектроколориметру.

Рівняння Релея може використовуватися для визначення розміру частинок сферичної форми, якщо їх радіус r не перевищує 1/20 від довжини хвилі λ падаючого світла. Згідно з рівнянням (4.1) та 4.3) радіус таких частинок дорівнює:

r = (3τλ⁴/ 4π с F) ^1/3 (4.7)

де: с = ν·v – об’ємна концентрація дисперсної фази.

Необхідною умовою використання рівнянь (4.1) і (4.7) є відсутність поглинання світла, а також вторинного світорозсіювання. Тому рівняння Релея використовується тільки для незабарвлених, так званих «білих золів», тобто таких, які не поглинають світло, та при малих концентраціях дисперсної фази.

Збільшення розмірів частинок порушує закон Релея і інтенсивність розсіяного світла становиться зворотно пропорційною довжині хвилі в меншій ступені, ніж четверта. В цьому випадку використовують рівняння, які випливають із загальної теорії світлорозсіювання, або емпіричні співвідношення. Зокрема, якщо розмір (діаметр) частинок лежить у межах від 1/10 до 1/3 від довжини світлової хвилі і показники переломлення світла частинками дисперсної фази та середовищем не особливо відрізняються, для опису світлорозсіювання дисперсною системою можна скористатися емпіричними рівняннями, запропонованими Геллером:

D = kλ^-n та τ = k^' · λ^-n (4.8)

де: k і k^' - константи, які не залежать від довжини хвилі.

Залежність InD (або In τ) від Inλ відповідно до рівняння 4.8) являє собою пряму лінію, тангенс кута нахилу якої до осі Inλ дорівнює показнику ступені n з негативним знаком. Значення показника ступені n у цих рівняннях залежить від співвідношення між розміром частинки та довжиною хвилі падаючого світла, яке характеризується параметром Z:

Z = 8πr /λ (4.9)

Зі збільшенням Z значення n зменшується, добігаючи 2, для частинок, радіус яких більший довжини хвилі. При менших значеннях Z виконується рівняння Релея і n = 4. Значення n для різних значень параметра Z наведені у таблиці 4.1.

Показник ступеню n у рівнянні (4.8) знаходять на підставі турбодіметричних вимірювань оптичної густини розчинів на різних довжинах хвиль і графічної обробки рівняння Геллера.

Слід підкреслити, що цей метод, як і рівняння Релея, використовується тільки для незабарвлених дисперсних систем (метод базується тільки на світлорозсіюванні).

Таблиця 4.1 - Показник ступені n у рівнянні Геллера в залежності від параметру Z.

n	Z	n	Z
3,812	2,0	2,807	5,5
3,686	2,5	2,657	6,0
3,573	3,0	2,533	6,5
3,436	3,5	2,457	7,0
3,284	4,0	2,379	7,5
3,121	4,5	2,329	8,0
3,060	5,0

4.2 Виконання роботи

Для виконання роботи потрібні:

фотоелектричний концентраційний калориметр КФК-2;

набір латексів;

піпетки

4.2.1 Опис приладу

Оптичну густину золю можна вимірювати за допомогою фотоелектричного концентраційного калориметра КФК-2, оптична схема якого наведена на рисунку 4.1.

Нитка лампи 1 конденсором 2 відображається у площині діафрагми (3) d = 2 мм. Це відображення об’єктивами 4,5 переноситься в площину, яка віддалена від об’єктиву на відстані 300 мм, зі збільшенням у 10^х . Кювета 10 з розчином, що досліджується, вводиться у світловий пучок між захисним склом 9,11. Для виділення вузьких ділянок із суцільного спектру випромінювання лампи у калориметрі передбачено кольорові світлофільтри 8.

Рисунок 4.1 - Принципова оптична схема приладу КФК-2

(пояснення у тексті)

Теплозахисний світлофільтр 6, уведений у світловий пучок для роботи у видимій області спектру (400-590 нм). Для ослаблення світлового потоку при роботі у спектральному діапазоні 400-500 нм встановлені нейтральні світофільтри 7.

Фотоприймачі у різних областях спектру:

Фотоелемент Ф-2617 у області спектру 315-540 нм;

Фотоцид ФД-24К 12 – у області 590-980 нм.

Пластина 15 розділяє світловий потік на два: ≈ 10% світлового потоку направляється на фотодіод ФД-24К і ≈ 90% - на фотоелементФ-26.

Для зрівняння фотострумів, які знімають з фотоприймачів ФД-24К при роботі з різними кольоровими світлофільтрами, перед ним встановлений світлофільтр 14 із кольорового скла СЗС-16.

4.2.2 Підготовка приладу до роботи

1) Включити прилад у сіть. Тумблер на задній панелі в положення “сіть”.

2. Обертанням ручки “світлофільтр” встановити потрібний світлофільтр.

3) Ручка «чутливість» при роботі із світлофільтрами, які відповідають λ < 540 нм, повинна бути встановлена на шкалі з чорними поділками; при роботі із світлофільтрами, відповідними λ > 540 нм, ручка «чутливість» встановлюється на шкалі з червоними поділками.

4.2.3 Установка нуля

1) Відкрити кришку кюветного простору. Встановити кювету з розчинником (дисперсійна середа) на шляху “світлового променю” переміщенням ліворуч ручки на передній панелі приладу.

2) Кювету з золем, що досліджують встановити у другий кюветоутримувач.

2. Закрити кришку. Ручкою “установка 100” встановити стрілку приладу на ділення “нуль” по шкалі “Д”.

2.2.4 Вимір оптичної густини

1) Переміщенням ручки праворуч встановити кювету з золем на шляху світлового променю.

2)Прочитати та записати значення оптичної густини розчину по шкалі “Д”.

Значення довжини хвилі, які відповідають світлофільтрам приладу КФК-2, і становлять:

№ світлофільтру	3	4	5	6	7	8	9
λвак, нм	400	440	490	590	640	670	750

4.2.5 Визначення розмірів частинок дисперсних систем, які не підчиняються рівнянню Релея

Спочатку вимірюють оптичну густину золю (латексу) за допомогою фотоелектроколориметру, використовуючи світлофільтр № 3. Значення оптичної густини латексу повинно бути в межах 0,70-0,95. Якщо значення оптичної густини зразку менше чи більше вказаного, то слід відповідно зменшити або збільшити концентрацію дисперсної фази у латексі. Для досягання потрібного результату можна також варіювати товщину кювету. Потім визначають оптичну густину зразку латексу при других довжинах хвиль падаючого світла (використовують світлофільтри № 3-9). На кожній довжині хвилі оптичну густину вимірюють три рази та визначають середнє значення.

Отримані результати записують у таблицю 4.2.

Таблиця 4.2 - Дослідні дані для розрахунку розмірів частинок

№ світлофільтру	λвак,нм	In λвак	D	Dсер	InDсер	n	Z

4.3 Обробка результатів вимірювань

Знаходять значення Inλ_вак. та InD_ср і будують графік у координатах InD_сер – In λ_ВАК. За допомогою графіка визначають показник ступеню n у рівнянні (4.8), як показано у пункті 4.1.

За даними таблиці 4.1 будують графік у координатах Z – n, який використовують для визначення параметру Z, відповідного визначеному раніше показнику ступеню n у рівнянні (4.8).

На підставі рівняння (4.9) розраховують радіус частинок латексу. Слід зауважити, що при розрахунку радіусу r на підставі рівняння (4.9) потрібно використсовувати середнє значення довжини хвилі λ_сер у тому інтервалі, в якому визначаємо показник ступеню n. Величину λсер находять за співвідношенням

λ_сер= (4.10)

Знайдене значення r відповідає середньому радіусу частинок латексу.

Контрольні питання

1. Які оптичні явища спостерігаються при проходженні світла через дисперсну систему? Які методи дослідження дисперсних систем засновані на цих явищах?

2. Які оптичні методи використовують для визначення розмірів частинок дисперсної фази? Укажіть межі використання (за дисперсністю частинок) цих методів.

3. Чим обумовлене світлорозсіювання в дисперсних системах та істинних розчинах?

4. Які золі називають «білими»? Який зв’язок між оптичною густиною та мутністю «білих» золів?

5. Для яких дисперсних систем придатне рівняння Релея?

6. Як впливають розміри частинок на залежність оптичної густини “білих» золів від довжини хвилі падаючого світла?

7. Чім відрізняються нефелометричний і турбодіметричний метод визначення розміру частинок? Які рівняння використовують для опису розсіювання світла в цих випадках?

8. Вирішіть задачу.

Література

1 Фролов Ю.Г Курс коллоидной химии. – М.:Химия,1989,с.288-310

2 Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии.-Под ред. Ю.Г. Фролова.-М.:Химия.1986,с.111-117.

Лабораторна робота 5

Визначення електрокінетичного потенціалу

за швидкістю електрофорезу.

Ціль роботи:

• визначити величину електрокінетичного потенціалу частинки золю при різних концентраціях електроліту;

• побудувати залежність ξ – потенціалу від концентрації електроліту та пояснити її.

5.1 Обґрунтування запропонованої методики експерименту

Електрофорезом називають рух частинок дисперсної фази відносно дисперсійного середовища під дією постійного зовнішнього електричного поля.

Причиною електрофорезу є наявність подвійного електричного шару на поверхні частинок дисперсної фази. Колоїдна частинка, яка має за рахунок іонів внутрішньої обкладки подвійного електричного шару надлишковий електричний заряд, переміщується до протилежно зарядженого електроду. Протиіони дифузійного шару, рухаються до протилежного електроду. Зміщення дисперсної фази відносно дисперсійного середовища відбувається по поверхні сковзання. Напрямок руху частинок дисперсної фази визначається знаком заряду їх поверхні. Наближаючись до відповідного електроду, частинки злипаються, утворюючи видимі оком агрегати або прилипають до електроду. Так явище електрофорезу можна спостерігати візуально. Одночасно границя розділу колоїдний розчин – дисперсійне середовище зміщується до того ж електроду. Вимірявши лінійну швидкість руху межі розділу під впливом градієнту потенціалу відповідного зовнішнього постійного електричного поля, можна розрахувати потенціал на поверхні сковзання, так званий електрокінетичний потенціал за рівнянням Смолуховського:

ξ = η U/(E· ε · ε₀) (5.1)

де: ξ – електрокінетичний потенціал, В;

η – в’язкість дисперсійного середовища, Па ·с;

U – лінійна швидкість руху частинки, м/с;

Е – напруженість електричного поля (градієнт потенціалу), В/м;

ε – відносна діелектрична проникність середовища;

ε₀ –діелектрична проникність вакууму, Ф/м.

Рівняння (1) було виведене у припущенні стаціонарного режиму і не враховує електрофоретичне гальмування та електричну релаксацію.

5.2 Виконання роботи

Для виконання роботи потрібні:

прилад для виміру швидкості руху межі розділу колоїдний розчин – дисперсійне середовище;

1%-ний розчин FeCI_3;

0,1%-ний розчин K₄ [Fe(CN)₆];

47%-ний розчин FeCI₃;

розчини Cl та Al(NO₃) з концентрацією 0,1М;

колби місткістю 250, 200, 150 см³, піпетки.

5.2.1 Приготування золів

Готують колоїдний розчин (за завданням), використовуючи один з наведених способів.

а) золь берлінської лазурі (заряд позитивний).

6 см³ 1%-ного розчину FeCI₃ розводять водою до 200 см³ і добавляють

17 см³ 0,1%-ного розчину K₄ [Fe(CN)₆].

б) золь берлінської лазурі (заряд негативний).

50 см³ 0,1%-ного розчину K₄ [Fe(CN)₆] розводять водою до 250 см³, а потім добавляють по краплям перемішуючи 1,7 cм³ 47%-ного розчину FeCI₃.

в) золь гідроокису заліза (Ш).

До 200см³ води, яка кипить, добавляють 5-6 крапель насиченого розчину FeCI₃ (47%).

При цьому хлорид заліза (Ш) гідролізується з утворенням колоїдного розчину гідроксиду заліза (Ш).

Отриманий розчин розливають у три колби по 70см³. Розраховують об’єм електроліту, який слід додати до двох із цих колб для отримання указаної викладачем концентрації електроліту за формулою:

 = (5.2)

де С – задана концентрація електроліту, моль/ л;

С₀ – вихідна концентрація використаного електроліту;

 - об’єм розчину електроліту, який необхідно добавити до 70 см³ золю, см³.

Електроліт добавляють до золю безпосередньо перед виміром швидкості електрофорезу, щоб запобігти коагуляції.

5.2.2 Опис приладу та приготування до роботи.

Для виміру швидкості руху межі розділу колоїдний розчин – дисперсійне середовище (метод рухомої границі) можна використовувати прилад, зображений на рисунку 5.1.

1 - електрофоретична трубка; 2 - крани; 3 - електропроводи; 4 - гайки кріплення; 5 - сосуд; 6- затискувач; 7 - резиновий шланг

Рисунок 5.1 - Схема приладу для проведення електрофорезу:

Прилад має вигляд U – подібної трубки, обидва коліна якої градуйовані (в одиницях довжини). До неї припаяна вузька скляна трубочка з лійкою та краном.

U–подібну трубку, яку промили дистильованою водою, при відкритих кранах заливають дисперсійним середовищем (приготовленим раніше ультрафільтратом) приблизно на 1/3 висоти трубки. Крани 2 при цьому слід перекрити, як тільки їх отвір заповниться розчином. В обидва коліна U – подібної трубки поміщають електроди (попередньо ретельно промиті водою) так, щоб їх нижній кінець знаходився приблизно на відстані третини довжини градуйованої трубки від її верху. Заливають лійку золем та обережно відкривають кран 6, щоб золь міг дуже повільно поступати у нижню частину приладу ( лійка в цей час повинна бути заповнена розчином). Золь слід вводити дуже обережно, щоб отримати чітку межу розділу: забарвлений колоїдний розчин – дисперсійне середовище. Коли межа розділу буде на відстані 3-4 см від електродів, кран закривають.