МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

ТАВРІЙСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

імені В.І. Вернадського

Кафедра фізичної і аналітичної хімії

Вяткіна О.В.

Методичні вказівки до лабораторного практикуму

з дисципліни

«Колоїдна хімія»

для студентів 4 курсу денної форми навчання

та 4-5 курсів заочної форми навчання

освітньо-кваліфікаційного рівня «бакалавр»

професійного напряму підготовки

6.040101 «Хімія»

галузі знань 0401 – природничі науки

Сімферополь 2012

Рекомендовано к печати заседанием кафедры

От 05.06.2012

протокол №12

Рекомендовано к печати научно-методическим советом ТНУ

от

протокол №

Данное учебное пособие содержит описание лабораторных работ, составляющих основное содержание практикума по курсу коллоидной химии на 4 курсе дневного отделения и 5 курсе заочного отделения химического факультета. В пособии описаны методики выполнения работ по изучению основных свойств дисперсных систем и поверхностных явлении, а также вопросы для подготовки к лабораторным работам. Каждой работе предпослано краткое теоретическое введение, дающее минимальный объем информации, необходимой для понимания изучаемого вопроса.

Вопросы к лабораторным работам

На модуль I

1.Характеристика поверхностных явлений и дисперсных систем

Признаки объектов коллоидной химии

Классификация поверхностных явлений.

Классификация дисперсных систем

Методы получения и очистки дисперсных систем.

Строение коллоидных мицелл.

2. Адсорбция на границе жидкость - газ

Равновесие поверхностного слоя с объемными фазами.

Фундаментальные уравнения для поверхностного слоя. Уравнение полной поверхностной энергии (Е_пов.).

Поверхностное натяжение (σ). Зависимость σ и Е_пов. от температуры.

Методы определения поверхностного натяжения.

Фундаментальное адсорбционное уравнение Гиббса.

Адсорбционное уравнение Гиббса. Поверхность раздела раствор-газ.

Поверхностно – активные вещества (ПАВ). Поверхностная активность. Правило Дюкло – Траубе.

Изотерма поверхностного натяжения. Изотерма адсорбции. Уравнения Шишковского и Ленгмюра.

Строение адсорбционного слоя. Поверхностные монослои ПАВ

Смачивание. Уравнение Юнга.

3. Адсорбция на границе твердое тело – газ и твердое тело - жидкость

Природа адсорбционных сил.

Зависимость адсорбции от температуры. Активированная адсорбция.

Теории мономолекулярной адсорбции (Ленгмюр, Фрейндлих, Генри), границы применимости.

Теории полимолекулярной адсорбции (БЭТ, Поляни)

Особенности адсорбции из растворов: молекулярная адсорбция, адсорбция ПАВ (Правило Ребиндера, обратимость правила Дюкло-Траубе), ионная адсорбция.

Ионный обмен: классификация ионообменников, равновесие ионного обмена

4. Электрокинетические свойства коллоидных систем

Строение двойного электрического слоя (ДЭС) (модели Гельмгольца, Гуи – Чепмена, Штерна)

Факторы, влияющие на потенциал ДЭС: наличие индифферентного и неиндифферентного электролитов, специфическая адсорбция, разбавление, температура.

Электрокапиллярные явления. I и II уравнения Липмана.

Электрофорез и электроосмос. Методы определения ζ-потенциала.

На модуль II

5. Особенности оптических свойств дисперсных систем

Рассеяние света

Поглощение света

Оптические методы исследования коллоидных систем

6. Молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем

Броуновское движение. Диффузия. Осмос.

Седиментационная устойчивость. Седиментационный анализ дисперсных систем.

Седиментационно-диффузионное равновесие. Кинетический и термодинамический подходы

7.Агрегативная устойчивость коллоидных систем

Факторы, влияющие на устойчивость

Теории коагуляции электролитами.

Теория ДЛФО

Кинетика коагуляции.

Структурно-механический фактор.

Возникновение и классификация структур в коллоидных системах.

Свойства коагуляционных структур.

8. Структурно-механические свойства дисперсных систем

Набухание структурированных систем.

Вязкость нормальных жидкостей. Уравнения Ньютона, Пуазейля.

Вязкость коллоидных растворов. Факторы, влияющие на вязкость.

Структурная вязкость. Уравнение Бингама.

Методы определения молекулярного веса высокомолекулярных соединений (ВМС).

Мицелообразование в растворах ПАВ.

Методы определения критической концентрации мицелообразования (ККМ) в растворах ПАВ.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ

В ХИМИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ

ОБЩИЕ ПРАВИЛА

1. В лаборатории разрешается проводить эксперименты, только предусмотренные учебными программами.

2. Перед началом практических занятий в химической лаборатории проверяется исправность всего оборудования. В случае обнаружения каких-либо неисправностей, могущих создать повышенную опасность, работа в химической лаборатории не проводится до устранения этих неисправностей.

3. В химической лаборатории необходимо содержать рабочее место в чистоте и порядке, следить за исправностью аппаратуры и приборов. Перед уходом из лаборатории убрать рабочее место.

4. Перед началом работы необходимо надеть спецодежду и иметь индивидуальные средства защиты, предусмотренные инструкцией.

5. Каждый работающий должен знать, где в лаборатории находятся противопожарные средства и аптечка, содержащая всё необходимое для оказания первой медицинской помощи.

6. В лаборатории категорически запрещается принимать пищу, хранить продукты, пить, курить.

7. Категорически запрещается работать в лаборатории одному.

8. Все опыты с ядовитыми веществами проводятся в вытяжном шкафу.

9. Категорически запрещается держать в лаборатории вещества и растворы в посуде без надписи названия вещества и концентрации.

10. Нельзя выливать в раковины остатки кислот, щелочей, сернистых соединений, огнеопасных жидкостей, а также растворы, полученные после опыта. Эти вещества следует сливать в предназначенные для этой цели склянки.

11. Для нейтрализации пролитых на стол или на пол кислот или щелочей в лаборатории должны стоять склянки с приготовленными заранее нейтрализующими растворами (сода и уксусная кислота).

12. Снимать с плиты сосуды (колбы, стаканы) с жидкостью, нагретой до температуры кипения или близкой к ней, следует осторожно, защитив руки полотенцем.

13. Во время нагревания жидкостей нельзя заглядывать в сосуд сверху, т. к. в случае возможного выброса нагретого вещества могут быть несчастные случаи.

14. По окончании работы следует выключить все электроприборы и водопроводные краны

ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ С КИСЛОТАМИ И ЩЕЛОЧАМИ

Работая с кислотами и едкими щелочами, необходимо помнить, что несоблюдение правил обращения с ними приводит к сильным химическим ожогам. Концентрированные кислоты вызывают обезвоживание кожи и других тканей, причем степень их воздействия зависит в первую очередь от окислительной способности кислоты.

По быстроте действия и скорости разрушения тканей тела, кислоты располагаются в следующем порядке начиная, с наиболее сильных: царская водка (смесь азотной и соляной кислот); азотная кислота; серная кислота; плавиковая кислота; соляная кислота; уксусная кислота.

Очень опасны ожоги хромовой смесью (смесь равных объёмов насыщенного на холоду водного раствора дихромата калия K₂Cr₂O₇ и концентрированной серной кислоты H₂SO₄).

Большой предосторожности требует работа с плавиковой кислотой. Следует помнить, что ее действие на кожу начинает ощущаться только через 5-8 часов. Даже одна капля плавиковой кислоты, попавшая на кожу, вызывает болезненную, трудно поддающуюся лечению рану.

Некоторые из концентрированных кислот, называемых "дымящими" (соляная, азотная кислоты) оказывают сильное раздражение на слизистые оболочки дыхательных путей и глаз.

При воздействии концентрированных растворов едких щелочей образуются очень болезненные и медленно заживающие раны.

При работе с кислотами и щелочами в химической лаборатории выполняют следующие правила:

1. Основные (запасные) количества кислот и других агрессивных жидкостей должны храниться в помещении, специально для этого предназначенном.

2. Разливка концентрированных кислот: азотной, соляной и др. "дымящих" веществ, а также аммиака во избежание отравлений должна проводиться с особой осторожностью, под тягой.

3.Нельзя переносить и даже поднимать склянки с кислотами и др. агрессивными жидкостями, взяв их только за горло сосуда.

4. При разбавлении концентрированных кислот водой нужно лить кислоту в воду, а не наоборот, при постоянном помешивании. Приливание воды к концентрированной кислоте (особенно к серной) сопровождается сильным разогреванием и разбрызгиванием жидкости, что может привести к ожогам.

5. При разбавлении концентрированных кислот, смешивании их друг с другом и при смешивании веществ, сопровождающимся выделением тепла, необходимо пользоваться только тонкостенной стеклянной или фарфоровой химической посудой.

6. Во избежание ожогов полости рта, а также отравления, запрещается набирать растворы кислот, щелочей и др. агрессивных жидкостей в пипетку ртом. При отборе этих веществ, следует пользоваться пипетками с различными ловушками, посредством резиновой груши.

9. При всех операциях с кислотами и щелочами следует обязательно применять резиновые перчатки, защитные очки и другие средства защиты.

10.Отработаные кислоты и щелочи следует собирать раздельно в специально предназначенную посуду и сливать в канализацию только после нейтрализации.

11. В случаях аварий (разбился прибор, склянка с агрессивной жидкостью), когда начинают выделяться значительные количества ядовитых паров и газов, необходимо удалить всех учащихся из помещения и после этого приступить к ликвидации аварийного состояния.

ОКАЗАНИЕ ПЕРВОЙ ПОМОЩИ ПРИ ХИМИЧЕСКИХ ОЖОГАХ.

При химическом ожоге кожи примите следующие меры:

• Немедленно снимите одежду или украшения, на которые попали химические вещества.

• Для устранения причины ожога смойте химические вещества с поверхности кожи, подержав пораженное место под холодной проточной водой не менее 20 минут. Если помощь при химическом ожоге оказывается с некоторым опозданием, продолжительность обмывания увеличивают до 30−40 мин.

• Если агрессивное вещество, вызвавшее ожог имеет порошкообразную структуру, то следует вначале удалить остатки химического вещества и только после этого приступить к обмыванию обожженной поверхности. Исключение составляют случаи, когда вследствие химической природы агента контакт с водой противопоказан.

• После обмывания химического ожога необходимо по возможности нейтрализовать действие химических веществ. Если вы обожглись кислотой – обмойте поврежденный участок кожи мыльной водой или 2-х процентным раствором питьевой соды (это 1 чайная ложка питьевой соды на 2,5 стакана воды), чтобы нейтрализовать кислоту.

• Если вы обожглись щелочью, то обмойте поврежденный участок кожи слабым раствором лимонной кислоты или уксуса. При ожогах известью для нейтрализации применяется 20 % раствор сахара.

• Приложите к пораженному месту холодную влажную ткань или полотенце, чтобы уменьшить боль.

• Затем наложите на обожженную область свободную повязку из сухого стерильного бинта или чистой сухой ткани.

Химические ожоги глаз.

Первая помощь при химических ожогах глаза должна быть оказана немедленно. Основное мероприятие в оказании первой помощи при химических ожогах глаз − немедленное и обильное промывание глаз проточной водой. Следует раздвинуть веки и промывать глаз в течение 10-15 минут слабой струей проточной воды для удаления химического вещества. Не следует терять время на поиск нейтрализатора, так как обильное промывание  глаз проточной водой гораздо эффективнее. При ожогах щелочами для промывания можно использовать молоко. После промывания необходимо наложить сухую повязку (кусок бинта или марли). Но самое главное − во всех случаях химических ожогов глаз как можно раньше обратитесь к врачу.

Химические ожоги пищевода и желудка

Первая помощь при химических ожогах пищевода и желудка состоит в нейтрализации химических агентов. При ожогах щелочами проводят промывание желудка слабым раствором уксусной кислоты, а при ожогах кислотами - раствором питьевой соды. Обязательно промывают желудок большими количествами жидкости, добиваясь полного удаления химического агента, вызвавшего ожог. Пострадавшего с ожогом пищевода или желудка следует как можно скорее направить в медпункт или в больницу

При химическом ожоге обратитесь за неотложной медицинской помощью, если:

• У пострадавшего имеются признаки шока (потеря сознания, бледность, поверхностное дыхание).

• Химический ожог распространился глубже первого слоя кожи и охватывает участок диаметром более 7,5 см.

• Химическим ожогом затронуты глаза, руки, ноги, лицо, область паха, ягодиц или крупного сустава, а также полость рта и пищевод (если пострадавший выпил химическое вещество).

• Пострадавший чувствует сильную боль, которую не удается снять с помощью безрецептурных анальгетиков.

• Отправляясь в отделение неотложной помощи, возьмите с собой емкость с химическим веществом или подробное описание вещества для его идентификации. Известная природа химического вещества дает возможность при оказании помощи в стационаре произвести его нейтрализацию, которую обычно трудно произвести самостоятельно.