Тема 9. Дисперсные системы
Примеры решения задач
Пример 1
Коллоидный раствор получен в результате реакции обмена при
смешении равных объемов растворов:
а) 0,001 н Pb(NO3)2 и 0,0005 н HJ;
б) 0,01 н Pb(NO3)2 и 0,02 н HJ.
Определить, какой из двух электролитов (K2SO4 или CaCl2) будет иметь меньший порог коагуляции.
Решение:
1. Пишем уравнение реакции:
Pb(NO3)2 +2HJ = PbJ2 ↓+2HNO3 .
При заданных концентрациях будет избыток Pb(NO )3 . В результате реакции в растворе останутся следующие ионы: Pb2+, H+ , NO3-.
Твердые частицы PbJ2 будут составлять ядро мицеллы золя. Поскольку неизвестно, сколько молекул PbJ2 составят ядро, то ставят
коэффициент m. Таким образом, ядро – m PbJ2 .
В соответствии с правилом избирательной адсорбции ионов Пескова-Фаянса на поверхности ядра будут адсорбироваться ионы Pb2+. Сколько – неизвестно, поэтому ставят коэффициент n.
Поэтому адсорбционный слой состоит из n Pb+2 . В результате адсорбции ядро приобретает положительный заряд (равный +2n). За счет
электрического взаимодействияк положительно заряженному ядру будут
притягиваться отрицательно заряженныеионы, т.е. NO3−; образуется слой
противоионов. Известно (см. учебник), что полной компенсации заряда ядра в слое противоионов не происходит. Поэтому ставят коэффициент 2(n-x).
Впереди коэффициент 2, так как для нейтрализации одного иона Pb2+ необходимо два иона NO3 −.
Слой противоионов 2 (n-x) NO3−.
Сумма зарядов адсорбционного слоя и слоя противоионов будет составлять заряд гранулы:
(+2)· n + (-1) · (2) · (n - x) = +2n - 2n + 2x = +2x.
Окончательная нейтрализация заряда адсорбционного слоя ионов
происходит в диффузионном слое ионов. Поскольку заряд гранулы +2х, то
для нейтрализации понадобится 2·х отрицательно заряженных ионов NO3 −.
В итоге диффузионный слой 2x NO3-. Составляем формулу мицеллы золя:
+2x⋅
2x
NO3
ядро аддсоб. слой слой протовоионов диф. слой
+2
- гранула
ядро аддсоб. слой слой протовоионов
В соответствии с правилом Шульце-Гарди:
1) коагулирующий ион должен иметь заряд, противоположный заряду гранулы;
2) чем выше заряд иона, тем выше его коагулирующая способность.
Коагулировать этот золь будут отрицательно заряженные ионы.
Выше заряд у ионов SO2−. Поэтому меньший порог коагуляции будет иметь K2SO4 .
2. В результате реакции при заданных концентрациях, в растворе
останутся ионы: H+, J-, NO3- .
Ядро – mPbJ2 .
В соответствии с правилом Пескова-Фаянса будут адсорбироваться ионы J-.
Адсорбционный слой - n J- .
Слой противоионов (n -x)H+.
Заряд гранулы (-1) · n + (+1)(n - x) = -x.
Диффузионный слой х · Н+.
Составим схему строения мицеллы золя:
{ mPbJ2 nJ- (n −x)H+}-2 xH+
В соответствии с правилом Шульце – Гарди этот золь будут коагулировать положительно заряженныеионы. Выше заряд у иона Са2+. Поэтому меньше порог коагуляции будет иметь СаСl2.