4.4. Определение параметров адсорбционного слоя

По найденной величине Г определяют площадь молекулы So, зани-

маемую ею в адсорбционно-насыщенном слое, и толщину поверхностно-

го слоя. Обозначая число молекул, покрывающих 1 см1621616 поверхности в

насыщенном адсорбционном слое, через No и зная Г , можно вычислить

So по формуле: 1

No =Г N, So = ----,

Г N

где N-число молекул в одном моле(число Авагадро,равное 6,02 1016231616).

Зная Г , плотность и его молекулярный вес М, вычисляют то-

лщину адсорбционного слоя:

Г М

= ------.

Плотности поверхностно-активных веществ берут из таблицы.

Плотность поверхностно-активных веществ

_________________________________________________________________

Плотность, г/см³

Вещество

Температура 15 оС 20 оС 30 оС

________________________________________________________________

н-бутиловый спирт, С4Н9ОН 0,8133 0,8086 0,8020

изоамиловый спирт, С5Н11ОН 0,8129 0,8073 0,8017

_________________________________________________________________

Сопоставляя вычисленное значение толщины слоя с длиной молекулы, известной из ее строения, можно сделать заключение об ориентации молекул поверхностно-активного вещества в адсорбционном слое.

В большинстве случаев характерна ориентация молекул на границе фаз, тогда толщина адсорбционного слоя совпадет с длиной адсорбированной молекулы.

5. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ РАБОТЫ

Разрешение на выполнение работы дается преподавателем. При работе соблюдать общие меры безопасности работы в химической лаборатории.

6. ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ, РЕКОМЕНДУЕМЫХ ПРИ ПОДГОТОВКЕ К РАБОТЕ

1. Поверхностное натяжение.

2. Понятие о поверхностно-активных веществах.

3. Зависимость поверхностного натяжения от температуры.

4. Уравнение Гиббса.

5. Уравнение Шишковского. Переход к уравнению Ленгмюра.

6. Адсорбция на границе жидкость-газ.

7. Строение адсорбционного слоя на границе жидкость-газ.

ЛИТЕРАТУРА

1. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. - М.: Химия, 1975, с. 114-136.

2. Григоров О.И. Руководство к практическим занятиям по коллоидной химии. -М.: Химия, 1964, с. 86-92, 95-98, 105-115.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ПО ХИМИИ

ИССЛЕДОВАНИЕ КОАГУЛЯЦИИ КОЛЛОИДНЫХ СИСТЕМ

1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОАГУЛЯЦИИ КОЛЛОИДНЫХ СИСТЕМ

Обычные коллоидные системы в отличие от молекулярных растворов вследствии наличия поверхности раздела частиц с дисперсионной средой гетерогенны, большей частью термодинамически неравновесны и агрегативно неустойчивы. Проблема устойчивости поэтому в коллоидной химии является центральной.

Коагуляция систем может происходить под влиянием ряда факторов- старение системы, изменения концентраций дисперсной фазы, изменения температуры, механических воздействий и т.д. Однако наиболее важное теоретическое и практическое значение имеет коагуляции при добавлении электролитов. Коагулирующим действием обладают не все ионы электролита, а только те, которые несут заряд, одноименный с зарядом противоиона мицеллы. Было установлено также, что для начала коагуляции необходимо превысить некоторую минимальную концентрацию электролита в золе. Эта величина, получившая название порога коагуляции, очевидно, отвечает сжатию двойного электрического слоя до той степени, когда он перестает служить энергетическим барьером, предохраняющим частицы от сливания под действием молекулярных сил притяжения. Порог коагуляции подчиняется правилу Шульца-Гарди, т.е. коагулирующая сила иона тем больше, чем больше его валентность.

2. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

1. Изучение коагуляции золей с отрицательно и положительно заряженными частицами.

2. Определение порога коагуляции для различных электролитов.

3. Вывод правила значности.

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Для выполнения работы необходимо иметь бюретки с золем гидрата окиси железа или латекса; исходные одномолярные (1М) растворы электролитов, используемые для коагуляции латекса: Sr(NO3)2, KNO3, Ca(NO3)2, Ba(NO3)2, AI(NO3)3; исходные растворы электролитов, используемые для коагуляции гидрозоля железа: K2SO4 (1 моль ); Na2SO4 (1 моль); KCI (2 моль); NaCI (2 моль); набор пробирок и пипеток.

Работа проводится с одним из указанных золей. Для каждого исходного электролита определяют грубый и точный пороги коагуляции.

При определении грубого порога коагуляции необходимо соблюдать следующую последовательность.

Приготовить контрольную пробу. В чистую пробирку налить 5 мл исследуемого золя и 5 мл дистиллированной воды.

О наличии коагуляции золя при добавке раствора электролита судят по его помутнению по сравнению с контрольной пробой.

Из исходных одномолярных растворов электролитов последовательным разбавлением готовят растворы с концентрацией: 0,1 моль; 0,01 моль; 0,001 моль; 0,00001 моль.

Разбавление проводят следующим образом: в пробирку наливают 1мл исходного 1М раствора электролита, доливают из бюретки 9 мл дистиллированной воды и перемешивают содержимое.

Затем отбирают пипеткой в следующую пробирку 1 мл полученного 0,1 М раствора и добавляют к нему 9 мл дистиллированной воды.

Аналогично приготавливают последующие концентрации.

Разбавление исходных растворов электролитов КСI ( 2 М ) и NaCI ( 2 М) проводят следующим образом: раствор исходного электролита разбавляют вдвое и получают 10 мл 1М раствора; а затем из него по вышеописанной методике приготавливают растворы с концентрацией 0,1; 0,01; 0,001 М.

Подготавливают шесть пробирок, в которые наливают по 5 мл исследуемого золя. В 1 пробирку наливают 5 мл раствора электролита исходной концентрации, а в остальные по 5 мл растворов электролита, полученных разбавлением. Через 10-15 минут наблюдают состояние золя во всех шести пробирках, сравнивая его мутность с мутностью контрольной пробы. Отличие исследуемой системы от контрольной пробы по мутности указывает на наличие коагуляции.

Результаты наблюдений вносят в таблицу, наличие коагуляции отмечают знаком (+), а отсутствие (-).

Отмечают две соседние концентрации электролита: одну, при которой наблюдается коагуляция золя, и другую, при которой коагуляция уже не происходит.

Концентрацию раствора, соответствующую верхнему пределу коагуляции, обозначают через а.

При определении точного порога коагуляции необходимо соблюдать следующую последовательность.

Приготавливают 10 мл раствора электролита концентрации а. Для этого наливают в пробирку 1 мл раствора концентрации 10а, (например, если а=0,001 м, то за исходный берут 0,01 м раствор электролита) и доливают 9 мл дистиллированной воды.

Из вновь полученного раствора электролита концентрации а приготавливают разбавлением растворы следующих концентраций: 0,8а; 0,6а; 0,4а; 0,2а. Для их приготовления отбирают пипеткой в пробирки 4, 3, 2, 1 мл раствора электролита концентрации а и доливают в них соответственно 1, 2, 3, 4 мл дистиллированной воды.

В пробирки с приготовленными растворами вливают по 5 мл золя. Отмечают ту концентрацию электролита, при действии которой наблюдается коагуляция. Результаты наблюдений записывают в таблицу.

Рассчитывают точный порог коагуляции, учитывая, что раствор электролита разбавляется затем вдвое.

Получив значение точного порога коагуляции золя электролитами, имеющими одно-, двух-, трехвалетные ионы, выводят правило значности, для чего сопоставляют экспериментальное соотношение порогов коагуляции ( с) с теоретическими, вычисленными по правилу Ландау и Дерягина.

Кроме того, по коагулирующей способности ионы одинаковой валентности располагают в лиотропные ряды.

Результаты определения порогов коагуляции записывают в таблицу.

Электролиты	Концентрация электролита, моль/л										Порог коагуляции, моль/л
	грубый порог коагуляции						точный порог коагуляции
	1,0	10-1	10-2	10-3	10-4	10-5	0,8а	0,6а	0,4а	0,2а

4. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ РАБОТЫ

Разрешение на выполнение работы дается преподавателем. При работе соблюдать общие меры безопасности работы в химической лаборатории.

5. ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ, РЕКОМЕНДУЕМЫХ ПРИ ПОДГОТОВКЕ К РАБОТЕ

1. Правила коагуляции электролитами.

2. Теория коагуляции электролитами.

3. Значение адсорбционных явлений для коагуляции.

4. Особые явления, наблюдающиеся при коагуляции электролитами.

ЛИТЕРАТУРА

1. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. - М.: Химия, 1975, с. 286-295.

2. Практикум по коллоидной химии и электронной микроскопии.-М.: Химия, 1974, с.104-106.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 6

ВЯЗКОСТЬ КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВЯЗКОСТИ КОЛЛОИДНЫХ СИСТЕМ

Отличие течения золей от течения обычных индивидуальных жидкостей или истинных растворов низкомолекулярных веществ обуславливается тем, что в первых присутствуют во взвешенном состоянии коллоидные частицы, размеры которых значительно превышают размер молекул. Наличие таких частиц изменяет пути отдельных молекул текущей жидкости и способствует перемешиванию отдельных слоев. Именно в результате этого у дисперсных систем наблюдается ранняя турбулентность, т.е. переход ламинарного течения в турбулентное при

меньших числах Рейнольдса, чем для жидкостей, не содержащих взвешенных частиц. Кроме того, коллоидные частицы сужают пространство, занятое самой жидкостью в потоке, и увеличивают, таким образом, средний градиент скорости в направлении, перпендикулярном течению жидкости. Вследствие этого вязкость золя всегда несколько выше вязкости золя всегда несколько выше вязкости дисперсной среды.

Вязкость многих дисперсных систем не является инвариантной характеристикой системы, а зависит от условий ее определения, например, от скорости течения жидкости в вискозиметре, от типа и размеров прибора.

2. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

1. Измерение вязкости коллоидных растворов.

2. Сравнительное изучение вязкости коллоидных систем.

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Для проведения работы необходимо: капиллярный вискозиметр (вискозиметр Оствальда), термостат, конические колбочки, пипетки емкостью 10 и 20 мл, секундомер, раствор агар-агара (0,3%-ный).

В восемь конических колбочек наливают 20 мл теплого раствора агар-агара и добавляют по 10 мл следующих жидкостей: 2N HCI; 1N HCI 0,5N HCI; 0,1N HCI; 0,02N HCI; 0,01N HCI; 0,001N HCI; дистиллированной воды.

В вискозиметр при помощи пипетки наливают 10 мл испытуемой жидкости, начиная с последнего раствора. Вискозиметр помещают в водяной термостат и устанавливают строго вертикально. Выдержав 10-15 минут, жидкость засасывают при помощи резиновой трубки во второе колено вискозиметра настолько, чтобы ее верхний мениск был на 2-3 мм выше верхней метки. Затем дают жидкости свободно течь из расширения, секундомером измеряют время истечения от верхней до нижней метки. Опыт повторяют 2-3 раза. Для расчета берут среднее

значение.

Определив вязкость дистиллированной воды по таблице при данной температуре и зная время истечения воды и раствора, определяют вязкость исследуемого раствора по формуле:

где - вязкость дистиллированной воды;

- время истечения воды;

- время истечения раствора;

- плотность воды;

- плотность раствора.

Для упрощения принимаем воды = раствора

Для каждого из растворов вычисляют рН, учитывая разбавление растворов электролитов раствором агар-агара. Полученные данные заносят в таблицу и изображают в виде графика зависимость от рН.

Таблица для обработки результатов опыта

4. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ РАБОТЫ

Разрешение на выполнение работы дается преподавателем. При работе соблюдать общие меры безопасности работы в химической лаборатории.

5. ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ, РЕКОМЕНДУЕМЫХ ПРИ ПОДГОТОВКЕ К РАБОТЕ

1. Возникновение и особенности структур в коллоидных системах.

2. Вязкость истинных и коллоидных растворов.

3. Зависимость вязкости коллоидных систем от скорости течения.

4. Структурная вязкость.

ЛИТЕРАТУРА

1. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. - М.: Химия, 1975, с. 323-399.

2. Практикум по коллоидной химии и электронной микроскопии. -М.: Химия, 1974, с.136-143.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 7

ПОЛУЧЕНИЕ И УСТОЙЧИВОСТЬ ЭМУЛЬСИЙ

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭМУЛЬСИЯХ

Гетерогенные системы, называемые эмульсиями, широко распространены в природе (молоко, млечный сок растений и т.д.), их легко изготовить также искусственным путем (пропиточные составы для придания тканям водонепроницаемости, смазки,маргарин, косметические кремы и т.д.).

Условия необходимые для образования эмульсий, сходны с теми условиями, которые нужны для получения коллоидных систем с твердой дисперсной фазой и жидкой дисперсной средой. Обе жидкости, образующие эмульсию, должны быть нерастворимы или малорастворимы друг в друге, в системе должен рисутствовать стабилизатор, который в этом случае называют эмульгатором. Эмульсии тем седиментационно устойчивее, чем ближе плотности обеих фаз.

От типичных лиофобных эмульсий следует отличать так называемые критические - лиофильные эмульсии. Критические эмульсии – это системы,образующиеся обычно из двух ограниченно смешивающихся жидкостей (например, анилина и воды, изоамилового спирта и воды) при температурах, весьма близких к критической температуре смешения, когда поверхностное натяжение на границе фаз становится весьма малым (порядка 0,01 эрг/см2) и теплового движения молекул уже достаточно для диспергирования одной жидкости в другой. В результате такого самопроизвольного диспергирования образуется тончайшая эмульсия, в которой коалисценция отдельных капелек уравновешивается стремлением обеих жидкостей равномерно распределиться в объеме.

2. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

1. Ознакомление с получением эмульсии типа "масло в воде".

2. Изучение инверсии фаз при изменении природы эмульгатора.

3. Определение устойчивости эмульсий.

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

3.1. Приготовление и обращение фаз эмульсий

Для выполнения работы требуются: магнитная мешалка, лабораторный микроскоп, 2 стакана на 50 мл, 2 часовых и предметных стекла, 20 мл толуола, 2%-ный раствор олеата натрия, 0,01%-ный раствор хлористого кальция, 10%-ный раствор красителя "Судан-Ш" в толуоле.

25

К хорошим эмульгаторам для получения устойчивой эмульсии типа

"масло в воде", т.е. эмульгаторам, обладающим оптимальным соотношением гидрофильных и гидрофобных свойств, относится олеат натрия. Однако введение в раствор ионов кальция меняет картину на обратную, так как олеат кальция своей углеводородной частью адсорбируется на поверхности толуола и тем самым способствует образованию устойчивой эмульсии типа "вода в масле". Происходит обращение эмульсии. Один из способов практического определения типа эмульсий заключается в добавлении к системе небольшого количества красителя, избирательно растворимого в одной фазе. Тогда под микроскопом

можно видеть либо цветные капли на белом фоне (М/В), либо цветной фон (В/М). Наиболее удобным является краситель "Судан-Ш", хорошо растворимый в толуоле. В работе предлагается получить эмульсию толуола в воде и проследить за ее обращением после замены эмульгатора.

В два стакана по 50 мл наливают по 10 мл толуола. В один из них добавляют 10 мл 2%-ного олеата натрия, в другой - 10 мл дистиллированной воды. В каждый стакан добавляют еще по 2-3 капли 10%-ного раствора красителя "Судан-Ш" в толуоле.

Приготовление эмульсии осуществляется перемешиванием при помощи магнитной мешалки в течении 5-10 минут. Для определения типа эмульсии небольшое количество (2-3 капли) ее из колбы с олеатом натрия нанести на предметное или часовое стекло поместить в поле объектива микроскопа (56 Х). Наблюдаемое явление описать.

Сравнивают устойчивость эмульсии, приготовленной без эмульгатора, с эмульсией, стабилизированной эмульгатором.

Приливают к оставшейся части эмульсии, стабилизированной

эмульгатором , 3-5 мл 0,01%-ного раствора хлористого кальция, тщательно перемешивают, помещают несколько капель в поле зрения объектива и определяют окрашивание эмульсии.

Наблюдаемые эмульсии описывают в отчете и делают выводы.