13 Электрические свойства коллоидных систем
13.1 Решение типовой задачи
1) Написать строение мицеллы золя, полученного смешением 10 мл 0,1н раствора AgNO3 и 5 мл 0,01н раствора KCl.
Решение: Уравнение реакции, приводящее к получению золя:
AgNO3 + KCl AgCl + KNO3 + (AgNO3)
остаток
Ядро мицеллы состоит из нерастворимого вещества – AgCl. Хлорид серебра имеет ионную кристаллическую решетку, состоит из ионов Ag+ и Cl-. Состав ядра - m AgCl (m – несколько, некоторое число).
Установим, какое из веществ находится в избытке. В избытке - AgNO3.
Сравним ионы вещества, находящиеся в растворе в избытке, с ионами, входящими в состав ядра.
Ядро Ag +Cl-
Вещество в избытке Ag+NO3-
Одноименные или близкие по химической природе ионы могут быть ионами-стабилизаторами (потенциалопределяющими ионами). Ионы-стабилизаторы в данном случае Ag+. Запишем выделенные две части мицеллы – ядро и слой потенциалопределяющих ионов. В нашем случае это (mAgCl)nAg+.
Заряд образующейся системы – положительный.
Выберем противоионы. Это тоже ионы вещества, находящегося в избытке. В данном случае AgNO3 дает:
Ag+ NO3-
потенциалопределяющие ионы противоионы
Продолжить схему строения мицеллы, записав слой противоионов:
ядро потенциалопределяющие ионы противоионы
mAgCl nAg+ (n-х)NO3-
Число противоионов должно быть столько, сколько их необходимо для полной нейтрализации зарядов потенциалопределяющих ионов. Часть противоионов (n-x) находятся в адсорбционном слое, а другая часть (х) из-за теплового движения и действия молекул растворителя – в диффузионном слое.
Ядро с адсорбционным слоем образуют компактную частицу – гранулу. Обычно, гранула – это заряженная частица.
mAgCl nAg+ (n-х)NO3-
ядро незаряжено положительно отрицательно
заряженный слой заряженный слой
Поскольку n(n-x), то вся система заряжена положительно.
Формула мицеллы будет:
2) Вычислить величину потенциала гидрозоля трехсернистого мышьяка, если градиент внешнего поля при электрофорезе составил 3,5 В/см, а скорость перемещения частиц золя равнялась 0,002 см/с.
Решение: потенциал, связанный с зарядом коллоидной частицы, - важнейшая характеристика устойчивости золя. Величину потенциала находят по данным электрофореза с использованием формулы:
,
где - вязкость, пуазы;
u – скорость перемещения частиц, см/сек;
Н – градиент внешнего поля, В/см;
D – диэлектрическая проницаемость среды.
Подставляя в формулу = 3,14, (для воды) 0,01 пуаз, D=81 и учитывая множитель 3002, получим:
B = 139,55 u/Н.
Подставляя в формулы данные задачи, получим:
B = 139,55 0,002 : 3,5 = 0,0797 В = 79,7 мВ.
13.2 Задачи для контрольной работы
131-140 Напишите формулы мицелл, полученных сливанием равных объемов электролитов указанной ниже концентрации (таблица 20). Приведите названия слоев мицеллы. Укажите место возникновения потенциала.
Таблица 20 Варианты контрольных заданий 131-140
-
№ задачи
Электролиты, нормальность
I
II
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
0,01 н. KI
0,001 н. KI
0,01 н. KCl
0,001 н. KCl
0,03 н. AgNO3
0,001 н. NaBr
0,01 н. LiI
0,05 н. AgNO3
0,01 н. RbBr
0,0004 н. RbBr
0,001 н. AgNO3
0,010 н. AgNO3
0,001 н. AgNO3
0,01 н. AgNO3
0,001 н. KBr
0,01 н. AgNO3
0,005 н. AgNO3
0,001 н. LiI
0,0005 н. AgNO3
0,01 н. AgNO3
141-150 Что такое электрофорез? Как величина скорости электрофореза зависит от величины потенциала? Вычислить величину потенциала указанного ниже золя (таблица 21).
Таблица 21 Варианты контрольных заданий 141-150
№ задачи |
Дисперсная фаза – дисперсионная среда |
Скорость перемещения частиц, см/с |
Градиент внешнего поля, В/см (Н) |
Диэлектрическая проницаемость |
Вязкость, пуаз |
141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 |
Почва-вода Почва-вода Свинец-метанол Кварц-вода Сульфид мышьяка-вода Золото-вода Олово-этанол Висмут-вода Хлорид серебра-вода Платина-вода |
0,8 10-4 1,4 10-3 1,1 10-4 3,0 10-3 1,73 10-3 2,2 10-4 1,8 10-2 1,1 10-3 1 10-3 2,1 10-4 |
1,2 3,2 3,1 10 8 1 5 10 3,2 1,4 |
81 81 34 81 81 81 25,5 81 81 81 |
0,01 0,01 6,1 10-3 0,01 0,01 0,01 0,012 0,01 0,01 0,01 |