Примеры решения типовых задач
Задача 1. Пороги коагуляции золя электролитами оказались равными (моль/л): C(NaNO3) = 0,25; C[Fe (NO3)3] = 0,0005; C[Mg(NO3)2] = 0,02. Какие ионы электролитов являются коагулирующими? Как заряжены частицы золя?
Решение: Все применяемые в качестве коагулянтов электролиты содержат нитрат анион. Если коагулирующей способностью обладали бы анионы коагулянта, то пороги коагуляции для всех электролитов должны были быть одинаковыми. Однако, в ряду Na+, Mg2+, Fe3+ значения порогов коагуляции резко уменьшаются. То есть, с ростом заряда катиона коагулянта порог коагуляции падает. Как известно, коагулирующей активностью обладают ионы, противоположно заряженные по отношению к коллоидной частице. Поэтому можно заключить, что коллоидная частица изучаемого золя имеет отрицательный заряд.
Ответ: коагулирующими являются ионы Na+, Mg2+, Fe3+. Коллоидная частица заряжена отрицательно.
Задача 2. Золь кремниевой кислоты Н2SiO3 был получен при взаимодействии растворов К2SiO3 и HCl. Напишите формулу мицеллы золя и определите, какой из электролитов был в избытке, если противоионы диффузного слоя в электрическом поле движутся к катоду?
Решение: Если противоионы диффузного слоя движутся к катоду, то они имеют положительный заряд, а коллоидная частица – отрицательный. Следовательно, потенциал образующими ионами в процессе мицеллообразования оказались отрицательно заряженные анионы SiO32-.
Из сказанного следует, что в избытке была взята кремневая кислота, а мицелла имеет формулу, приведенную ниже:
Ответ: { [n(H2SiO3) m(SiO32-) 2(m-x)K+]2x- 2xK+ }.
Задача 3. Какой объем 0,0025 м КI надо добавить к 0,035 л 0,003 н Рb(NO3)2, чтобы получить золь иодида свинца и при электрофорезе коллоидная частица двигались бы к аноду. Напишите формулу мицеллы золя.
Решение: Так как коллоидная частица двигается к аноду, значит коллоидная частица заряжена отрицательно. Следовательно, при образовании золя в избытке оказался иодид калия, а мицелла имеет формулу:
{ [n(PbI2) mI- (m-x)K+]x- xK-}
Пользуясь законом эквивалентов можно подсчитать объемы реагирующих растворов для полной нейтрализации: V1C1(1/z) = V2C2(1/z).
V(KI)=V[Рb(NO3)2] C[1/zРb(NO3)2]/C(1/zKI) = 0,035 0,003/0,0025=0,042л
где C(1/z) – молярная концентрация эквивалента, моль/л.
Ответ: 0,042 л.
Задача 4. Свежеполученный и очищенный осадок Al(OH)3 разделили на 3 части. К первой добавили небольшое количество растворов, содержащих (перечисление по порядку добавления) Al2(SO4)3, HCl и Н2SO4, соответственно. Во всех трех случаях образовались золи гидроксида алюминия. Напишите формулы мицелл образовавшихся золей. Какой заряд будут иметь гранулы?
Решение. При введении в раствор катионов алюминия, не границе раздела фаз осадок/раствор происходит адсорбция катионов алюминия на рыхлой и активной поверхности гидроксида алюминия. Таким образом, ядро из молекул гидроксида алюминия, заряжается положительно. К этому агломерату притягиваются противоположно заряженные сульфат анионы (в растворе имеются только сульфат анионы), которые формируют слой ионов внутренней обкладки. Таким образом, появляется двойной электрический слой с определенным электрическим потенциалом. При этом, число отрицательных зарядов привнесенные сульфат анионами, в сумме, меньше, чем суммарный положительный заряд катионов алюминия. Поэтому, образованная гранула – коллоидная частица имеет положительный заряд. К положительно заряженной грануле притягиваются противоионы – отрицательные сульфат анионы, которые формируют диффузный слой противоионов. Таким образом, при введении в раствор сульфата алюминия наблюдается частичное растворение осадка с переходом в раствор, где формируется гидрозоль гидроксида алюминия. Это явление называется химическая пептизация.
{[nAl(OH)3
mAl3+
(m-
x)SO42-]3x+
x
(SO42-)}.
Когда к раствору с осадком гидроксида алюминия добавили раствор серной кислоты, то произошла химическая реакция нейтрализации, в результате чего осадок гидроксида алюминия частичен растворяется, а в растворе, над осадком появляются катионы алюминия:
2Al(OH)3 + 3Н2SO4 Al2(SO4)3 + 6Н2O
Наличие в растворе свободных катионов алюминия способствуют процессу химической пептизации (см. выше). В результате пептизации еще некоторая часть осадка гидроксида алюминия переходит в раствор, где формируются гидрозоли гидроксида алюминия точно такой же структуры (см. выше), что и в первом случае.
При введении в раствор соляной кислоты, наблюдаются те же процессы, что и во втором, только здесь в качестве противоионов вступают анионы хлора.
Al(OH)3 + 3НCl AlCl3 + 3Н2O
и далее формируется соответствующий гидрозоль:
{[nAl(OH)3 mAl3+ (m- 3x)Cl-]3x+ 3x Cl-}.
Во всех трех случаях заряд коллоидной частицы положителен, так как во всех случаях потенциал определяющим ионом являются катионы алюминия.
Ответ: 1) {[nAl(OH)3 mAl3+ (m- x)SO42-]3x+ x (SO42-)}.
2) аналогично 1.
3) {[nAl(OH)3 mAl3+ (m- 3x)Cl-]3x+ 3x Cl-}