5.5. Понятие о коллоидных растворах

При образовании и растворении осадков размер частиц твердой фазы может изменяться. Частицы диаметром 10^-7 – 10^-4 см называются коллоидными и образуют коллоидный раствор. Коллоидный раствор представляет собой гетерогенную систему, состоящую из твердой дисперсной фазы и жидкой дисперсионной среды, в которой распределены частицы дисперсной фазы. Размер частиц дисперсной фазы в коллоидном растворе намного превышает размеры ионов и молекул в обычном растворе. Процесс образования осадка обязательно включает стадию образования коллоидных частиц, т.е. стадию коллоидообразования.

Коллоидные частицы состоят из большого числа молекул твердой фазы. Они проходят через обычные фильтры, применяемые в аналитической химии, и не выпадают в осадок даже при длительном хранении. На поверхности частиц адсорбируются ионы одного и того же знака, поэтому такие частицы не объединяются в более крупные и являются достаточно устойчивыми, образуя микрогетерогенную систему.

Руководствуясь полуэмпирическими правилами, можно предсказать, какие ионы будут адсорбироваться в первую очередь. Обычно сначала адсорбируются те ионы, которые уже входят в состав частицы, а из двух ионов адсорбируется тот, концентрация которого больше. Например, при образовании коллоидного раствора AgCl добавлением NaCl к раствору AgNO₃ частицы вначале будут адсорбировать ионы Ag⁺ и приобретут положительный заряд; затем при избытке NaCl - хлорид-ионы и частицы приобретают отрицательный заряд. Процесс укрупнения коллоидных частиц, завершающийся выпадением вещества в осадок, называется коагуляцией. Вызвать коагуляцию коллоидного раствора можно, прибавив к нему небольшое количество какого-либо электролита, причем коагулирующее действие преимущественно оказывают противоположно заряженные ионы (по отношению к зарядам коллоидных частиц), особенно многовалентные.

В качестве коагулянтов в химическом анализе используются аммонийные соли и кислоты, которые при прокаливании осадков легко улетучиваются. Во многих случаях для более полного выделения осадка осаждение ведут при нагревании, что также способствует коагуляции коллоидного раствора.

Чтобы предупредить образование коллоидных растворов при промывании осадков, последние промывают не чистой водой, а растворами электролитов (обычно применяют хлорид или нитрат аммония).

ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ

1. Какие системы называются гетерогенными? Приведите примеры гетерогенных систем в организме.

2. Укажите значение гетерогенных процессов в медицине и аналитической химии.

3. Укажите различия между термодинамической и концентрационной константами растворимости.

4. Напишите выражение концентрационной константы растворимости для карбоната и фосфата кальция.

5. К каким электролитам применяется понятие константы растворимости?

6. В каких случаях происходит: а) выпадение осадка; б) растворение осадка; в) выпадение осадка прекращается?

7. Какие факторы влияют на образование осадков? Приведите примеры.

8. Какие способы растворения осадков существуют? Приведите примеры.

9. Что такое солевой эффект?

10. К раствору, содержащему ионы. Са²⁺ и Sr²⁺ в равных концентрациях, прибавляли по каплям раствор сульфата натрия. Какой из осадков выпадет в первую очередь?

11. Что такое: а) коллоидные частицы; б) коллоидный раствор?

12. Как предотвратить образование коллоидных растворов при получении осадков?

ЗАДАЧИ

1. Растворимость Мg(ОН)₂ при некоторой температуре равна 0,012 г/л. Определите константу растворимости Мg(ОН)₂.

Ответ. 3,4 • 10^-11.

2. Образуется ли осадок оксалата кальция СаС₂О₄ при смешивании равных объемов 0,01 М растворов хлорида кальция и оксалата натрия? Константа растворимости K_s (CaC₂O₄) равна 2,6 • 10^-9.

Ответ: осадок образуется.

3. В одном литре насыщенного раствора АgIO₃ при комнатной температуре содержится 0,044 г соли. Вычислите константу растворимости йодата серебра.

Ответ. 2,4 • 10^-8.

4. Вычислите массу хлорида серебра в двух литрах насыщенного раствора этой соли, если K_s(AgCl) = 1,8 • 10^-10?

5. Образуется ли осадок, если к 0,02М раствору нитрата серебра прилить равный объем 1М раствора серной кислоты?

Ответ: осадок образуется.

6. Вычислите массу карбоната кальция в 1,2 л насыщенного раствора этой соли, если K_s(CaCO₃) = 5 • 10^-9 .

Ответ. 8,48 • 10^-3 г.

7. Константа растворимости фосфата серебра равна 1,8 • 10^-18 при 20 °С. Вычислите растворимость фосфата серебра в моль/л и г/л.

Ответ: 1,6 • 10^-5 моль/л; 6,7 • 10^-3 г/л.

8. Растворимость карбоната бария при данной температуре равна 8,9 • 10^-5 моль/л. Вычислите: а) растворимость карбоната бария в г/л; б) константу растворимости карбоната бария.

Ответ. 1,76 • 10^-2 г/л; 7,92 • 10^-9.