Лабораторная работа № 5 коагуляция коллоидов

Цель работы: Определение порога коагуляции электролита.

Принадлежности к работе: 12 пробирок, мерный цилиндр на 10 мл, дистиллированная вода, растворы электролитов (2 % FeCl₃, 1 н. КС1; 0,01 н. K₂SO₄; 0,001 н. K₃Fe(CN)₆.).

Теоретическая часть

Коллоидные растворы обладают большим запасом свободной энергии, поэтому термодинамически неустойчивы. Огромная удельная поверхность дисперсной фазы создает избыток поверхностной энергии, которая, согласно 2-му закону термодинамики, стремится к минимуму, а это связано с уменьшением поверхности раздела, поэтому частицы соединяются, сцепляясь в агрегаты. В одних коллоидах объединение идет быстро, в других - сравнительно медленно с выделением осадка дисперсной фазы. Поэтому принято говорить лишь об относительной устойчивости коллоидов.

Нарушение агрегативной устойчивости коллоидной системы в сторону укрупнения частиц за счет их слипания под влиянием молекулярных сил притяжения называется коагуляцией.

Коагуляцию коллоидов могут вызывать электролиты, изменения температуры, механические воздействия, изменение состава дисперсионной среды, электрический ток и др.

Электролитная коагуляция

Лиофобные золи крайне чувствительно относятся к небольшим добавкам электролитов - они быстро и полно коагулируют. Минимальная концентрация электролита, вызывающая быструю коагуляцию, называется порогом коагуляции. Он выражается обычно в миллимолях на литр коллоидного раствора.

Коагулирующая способность электролита связана с зарядом ионов. Коагулирующий ион должен иметь заряд, противоположный заряду частиц. Чем выше его заряд, тем меньшая концентрация электролита соответствует порогу коагуляции. Это правило Шульце-Гарди. В результате экспериментальной проверки и уточнения этого правила можно сделать следующий вывод. Значения порогов коагуляции, выраженные в миллимолях электролита на литр раствора, дают значительные колебания: для однозарядных ионов - между 25 и 150, для двухзарядных - 0,5 и 2, для трехзарядных - в пределах 0,01 - 0,1. Несмотря на большие отклонения в значениях, существует общая закономерность: с повышением заряда иона уменьшается концентрация добавляемого коагулирующего электролита, а соотношение порогов коагуляции для одно-, двух-, трехзарядных ионов соответствует соотношению чисел: сотен, десятков и единиц.

Согласно правилу Шульце-Гарди, порог коагуляции (g_с) изменяется обратно пропорционально 6-ой степени заряда иона (в предельном случае).

g_с = k

где: k - коэффициент.

Иначе говоря, значения порогов коагуляции для одно-, двух- и трехзарядных ионов относятся как 1:(1/2)⁶:(1/3)⁶ = 1:1/64:1/729 = = 729:11:1.

Коагулирующая способность ионов одного и того же заряда может быть выражена рядом, в котором ионы расположены по их убывающей или возрастающей коагулирующей активности. Эти ряды совпадают с так называемыми лиотропными рядами, в которых ионы располагаются по изменению их адсорбционной активности.

Лиотропные ряды катионов

	1-зарядных	2-зарядных
	Li +<Na+ <K+ <Rb+	Са2+ <Sr2+ <Ba2+
порог коагуляции для отрицательного золя AgI	165 140 136 126	2,4 2,36 2,26

Лиотропные ряды анионов

	1-зарядных	2-зарядных
	Сl–> Вr– > NO >I–	SO > Сr2О > СrO
порог коагуляции для положительного золя Fe(OH)3	9 12,5 12 16	0,21 – 0,195

Из правила Шульце-Гарди имеются исключения, когда происходит специфическая адсорбция ионов, пептизация осадка, или химическое взаимодействие с ионами двойного электрического слоя мицеллы.

Существует несколько теорий коагуляции.