1. Получение золей.

1.1. Получение золя канифоли (физическая конденсация путем замены растворителя).

Ход работы: в пробирку с 10-15 мл дистиллированной воды добавить одну каплю спиртового раствора канифоли. Раствор перемешать. Получается сильно опалесцирующий золь канифоли. Канифоль хорошо растворима в спирте и не растворима в воде. Поэтому при быстрой замене спирта на воду (при разведении) молекулы канифоли объединяются в коллоидные частицы.

2. Получение золя гидроксида железа (Ш) реакцией гидролиза хлорного железа.

Ход работы: в пробирку наливают 2 мл 2% раствора FeC1₃ и 10 мл дистиллированной воды. Раствор перемешивают и нагревают на спиртовке до кипения. Получается красно-бурый прозрачный золь гидроксида железа. Происходит реакция:

FeC1₃ + 3Н₂О = Fe(OH)₃ + 3НС1

Частицы гидроксида железа избирательно адсорбируют ионы Fe³⁺, которые сообщают частицам положительный заряд. Вследствие этого между частицами возникают силы электростатического отталкивания, и система становится устойчивой. Строение образующейся при этом мицеллы можно представить следующим образом:{mFe(OH)₃, nFe³⁺, 3(n  х)С1^¯}^3х+ 3хС1^¯

2. Получение золя берлинской лазури реакцией двойного обмена.

Ход работы: в пробирку к 10 мл 0,1% раствора железистосинеродистого калия К₄[Fe(CN)₆] (желтой кровяной соли)

89

прибавить 2-3 капли 2% раствора FeC1₃. Получается синий золь железистосинеродистого железа (берлинской лазури):

3К₄[Fe(CN)₆] + 4FeC1₃ = Fe₄[Fe(CN)₆]₃ + 12КС1

Частицы золя заряжены отрицательно вследствие адсорбции имеющихся в избытке ионов ферроцианида Fe(CN)^4₆. Строение мицеллы выражается формулой:

{mFe₄[Fe(CN)₆]₃, nFe(CN)₆^4, 4(n  x)K⁺}^4х xK⁺

2. Получение золя двуокиси марганца реакцией восстановления.

Ход работы: в пробирке к 5 мл 0,1% раствора перманганата калия КМn0₄ (марганцовокислого калия) прибавляют 12 капли 1% раствора серноватистокислого натрия Na₂S₂О₃5Н₂О и перемешивают раствор. Образуется вишнево-красный золь двуокиси марганца МnО₂. Марганец в реакции восстанавливается из семивалентного состояния до четырёхвалентного:

8KMnО₄ + 3Na₂S₂О₃ + Н₂О = 8MnО₂ + 3Na₂SО₄ + 3K₂SО₄ + 2КОН

Частицы золя заряжены отрицательно вследствие адсорбции ионов МпО₄^ в избытке находящихся в растворе. Они возникают при диссоциации марганцовокислого калия. Мицелла имеет следующее строение:

{mMnО₂, nMnО₄^, (n  х) К⁺}^х хК⁺

2. Диализ раствора крахмала с йодом

Ход работы: к 2 мл 0,1% раствора крахмала в пробирке добавляют 1 каплю 0,1% раствора йода в 0,2% растворе йодистого калия (раствор Люголя). Аккуратно сгибают целлофановый лист в виде мешочка и выливают в него раствор крахмала с йодом. Мешочек завязывают ниткой и привязывают его за шейку к стеклянной палочке. Мешочек с раствором подвешивают на палочке, погружая его в стакан с водопроводной водой. Уровень воды в стакане должен быть одинаковым с уровнем раствора крахмала в мешочке. Диализ проводят 30-40 минут до обесцвечивания раствора в мешочке.

90

При сливании растворов крахмала и йода происходит физическая адсорбция йода на молекулы крахмала. Образуется комплекс синего цвета.

Целлофан делают из целлюлозы, и он является полупроницаемой мембраной. Величина отверстий в целлофане такова, что через них свободно проходят молекулы йода, но из-за большого размера не проходят молекулы крахмала. При диализе молекулы йода свободно диффундируют через целлофан из раствора в мешочке в воду в стакане, а молекулы крахмала остаются в растворе в мешочке. Концентрация йода в растворе снижается, и адсорбционное равновесие йода на крахмале сдвигается в сторону разрушения синего комплекса. Происходит обесцвечивание раствора крахмала в мешочке. Таким образом, диализ позволяет отделять высокомолекулярные вещества или коллоидные частицы от низкомолекулярных примесей.

Порядок оформления работы: в лабораторном журнале записать название практических работ, ход работы, результаты и выводы.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ

1. По каким признакам Т. Грэм разделил все вещества на кристаллоиды и коллоиды? Что означают эти названия? В чем состоит относительность такого разделения веществ, кто выявил эту относительность?

2. Каковы отличительные признаки коллоидных систем сравнительно с другими дисперсными системами и истинными растворами?

3. Как классифицируют дисперсные и коллоидные системы?

4. Дать общую характеристику методов получения и необходимых условий образования лиофобных коллоидных систем.

5. Почему приходится очищать коллоидные растворы от примесей низкомолекулярных веществ? Дать общую характеристику методов очищения коллоидных систем.

6. Чем обусловлено броуновское движение частиц в коллоидных системах, отчего зависит его интенсивность? Каковы особенности диффузии в коллоидных системах?

91

7. Как проявляется осмотическое давление в коллоидных растворах, чем оно отличается от осмотического давления истинных растворов?

8. Почему и каким образом вязкость коллоидных растворов отличается от вязкости истинных растворов? Привести уравнение Эйнштейна для вязкости коллоидных растворов, указать, для каких случаев оно применимо.

9. Что такое седиментация частиц и седиментационное равновесие в коллоидных растворах? От чего зависит скорость седиментации (уравнение Стокса)? Ультрацентрифугирование и его применение при исследовании коллоидных систем.

10. Чем обусловлено рассеяние света в коллоидных системах, как оно проявляется (явление Фарадея-Тиндаля, опалесценция)? Дать объяснения, привести примеры.

11. В каком случае интенсивность рассеяния света коллоидным раствором будет больше - при освещении синим светом (λ = 410 нм) или красным светом (λ = 630 нм)? Обосновать ответ.

12. Что такое ультрамикроскопия и нефелометрия? Какие характеристики коллоидных систем могут быть определены этими методами?

Образец билета тестированного контроля по теме «Дисперсные системы»

1. Какой из признаков характерен для коллоидных систем?

а) образуют кристаллические осадки в растворе

б) большая скорость диффузии растворенного вещества

в) рассеяние света

г) способность частиц растворенного вещества проходить через полу-проницаемые мембраны

2. Коллоидную систему можно получить:

а) методом пептизации б) методом взаимной коагуляции

в) методом ультрацентрифугирования г) методом элюции

3. Диализ  это метод:

а) осаждения коллоидных частиц из раствора

92

б) очищения коллоидных растворов путем диффузии низкомолекулярных примесей через полупроницаемую мембрану

в) очищения коллоидных растворов от низкомолекулярных примесей путем фильтрации через ультрафильтры с отверстиями молекулярного размера

г) очищения коллоидных растворов от низкомолекулярных примесей с помощью электрофореза

4. Лучи, какого цвета наиболее сильно рассеиваются в коллоидных системах?

а) синие   380 – 500 нм) б) зеленые   510 – 550 нм)

в) желтые   560 – 580 нм) г) красные   620 – 760 нм)

5. Что представляет собой опалесценция?

а) метод очищения коллоидных систем

б) метод осаждения частиц из раствора

в) оптический метод определения коллоидных частиц

г) оптическое явление в коллоидной системе

Ответы на задания образца билета ТК:

Номер вопроса	1	2	3	4	5
Код ответа	в	а	б	а	г

Оценка задания. Число правильных ответов:

1, 2. 6 баллов (неудовлетворительно)

3. 7 баллов (удовлетворительно)

4. 8 баллов (хорошо)

5. 9 баллов (отлично)

6.2 Электрические свойства коллоидных систем

Возможность возникновения заряда на коллоидных частицах определяет наличие электрических явлений в коллоидных системах – электрофореза и электроосмоса. Электрофорезом называется движение заряженных коллоидных частиц под действием внешнего электрического поля. Электроосмосом называется течение нейтральной дисперсионной среды (растворителя), вызываемое движением

93

находящихся в ней ионов под действием внешнего электрического поля. Электрофорез и электроосмос применяются в медико-биологических исследованиях. Методом электрофореза разделяют белки, нуклеиновые кислоты, антибиотики, смеси лекарственных веществ, очищают от примесей лекарственные сыворотки, определяют белковые фракции в сыворотке крови. Электрофорез также используется при диагностике ряда заболеваний и для контроля эффективности лечения путем сравнения фракционного состава нормальных и патологических жидкостей.

Электрофорез и электроосмос происходят при прохождении тока через ткани живых организмов. На поверхности биологических мембран находятся заряженные группы, что обусловливает образование двойного электрического слоя, в котором фиксированный отрицательный заряд клеточной поверхности уравновешивается положительным зарядом, создаваемым ионами межклеточной среды. Поэтому метод электрофореза позволяет определить величину электрокинетического потенциала, а, следовательно, и заряд эритроцитов, тромбоцитов, лейкоцитов и других элементов крови, который меняется при различных патологических состояниях.

Электрофорез является одним из методов введения лекарственных препаратов в организм человека, имеющий ряд преимуществ по сравнению с другими способами введения лекарства. При электрофорезе лекарственное средство поступает непосредственно в ткани зоны воздействия и действует медленнее, но продолжительнее.

Цель изучения: приобрести знания об электрокинетических явлениях, наблюдаемых в дисперсных системах и значении этих явлений для медицинской практики.

Студент должен знать:

- строение мицелл в коллоидных системах;

-электрокинетические явления и их практическое использование;

- способы определения заряда коллоидных частиц.

Студент должен уметь:

- определять знак заряда коллоидных частиц;

-объяснять результаты, полученные при использовании электрофореза.

94

Частицы дисперсной фазы в коллоидных системах вследствие адсорбции ионов из окружающей среды приобретают заряд. Ионы образуют на поверхности частиц двойной электрический слой. Он состоит из потенциал-определяющих ионов, непосредственно связанных с поверхностью частиц, и притянутых к ним ионов противоположного заряда - противоионов. Часть противоионов удерживается слабо и при движении частицы может отрываться от нее. Поэтому частицы при движении проявляют некоторый свободный заряд, хотя весь коллоидный раствор в целом остается электронейтральным.

Наличие двойного электрического слоя у коллоидных частиц или на поверхности капилляров пористых сред является причиной возникновения в коллоидных системах и вообще в дисперсных системах электрокинетических явлений. Это перемещение дисперсной фазы и дисперсионной среды относительно друг друга, вызванное внешним электрическим полем или приводящее к возникновению электрического поля. В первом случае возникают прямые электрокинетические явления (электрофорез и электроосмос), а во втором - обратные (потенциалы протекания и оседания).

Лабораторная работа: Определение знака заряда коллоидных частиц окрашенного золя методом капиллярного поднятия.

Цель работы: Научиться устанавливать знак заряда коллоидных частиц.

Метод основан на нейтрализации заряда коллоидных частиц на стенках капилляров бумаги. Бумага состоит из высокомолекулярного вещества - целлюлозы. В молекулах целлюлозы есть небольшое количество карбоксильных групп. В воде они диссоциируют и придают стенкам капилляров бумаги отрицательный заряд. Когда под действием сил поверхностного натяжения коллоидный раствор поднимается вверх по капиллярам, возникает электростатическое взаимодействие между заряженными стенками капилляров и коллоидными частицами. Если частицы заряжены отрицательно, они отталкиваются от стенок

95

капилляров и движутся вверх вместе с водой, окрашивая бумагу. Если же частицы золя заряжены положительно, то они притягиваются к стенкам капилляров, их заряд нейтрализуется, и они образуют в капиллярах осадок. В этом случае в бумагу всасывается только вода. Таким образом, по поднятию или неподнятию уровня окрашивания по фильтровальной бумаге можно судить о знаке заряда частиц в коллоидном растворе.

Ход работы: золи гидроксида железа и конго красного разливают в соответствующие стаканчики на высоту 0,5  1,0 см. В растворы на глубину 23 мм опускают одинаковые полоски фильтровальной бумаги так, чтобы они не касались стенок стаканчиков. Верхние концы полосок закрепляют на стеклянных палочках, опирающихся на стенки стаканчиков. Через 1015 мин полоски фильтровальной бумаги вынимают и делают вывод о заряде коллоидных частиц.

Порядок оформления работы: записать суть определения заряда коллоидных частиц методом капиллярного поднятия. Выполнить работу, зарисовать стаканчики с полосками бумаги и сформулировать вывод о заряде коллоидных частиц.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ

1. Какое строение имеют лиофобные коллоидные частицы? Дать объяснения, привести пример.

2. Рассмотреть строение коллоидных частиц AgCI, полученных при смешивании равных объемов 0,01 М раствора AgNО₃ и 0,005 М раствора КС1.

3. Рассмотреть строение коллоидных частиц AgCI, полученных при смешивании равных объемов 0,005 М раствора AgNО₃ и 0,01 М раствора КС1.

4. Осадок гидроксида железа (III) обрабатывали небольшим количеством соляной кислоты, вследствие чего произошло растворение осадка и образование коллоидного раствора Fe(OH)₃. Указать, каким методом получен золь, какие ионы являются потенциал-определяющими, а какие противоионами, привести формулу мицеллы?

96

5. Какие электрические потенциалы возникают у коллоидных частиц? Объяснить и показать на схеме мицеллы. Что они характеризуют и от чего зависят?

6. Каким образом метод капиллярного поднятия позволяет определить знак заряда коллоидных частиц?

7. Что представляют явления электрофореза и электроосмоса в коллоидных системах, каков их механизм, где и как они используются?

Образец билета тестированного контроля по теме «Электрические явления в коллоидных системах»

1. Что представляет собой коллоидная мицелла?

а) скопление молекул труднорастворимого вещества

б) скопление молекул труднорастворимого вещества вместе с адсорбированным на нем слоем потенциал-определяющих ионов

в) скопление молекул труднорастворимого вещества вместе с адсорбированным слоем ионов

г) скопление молекул труднорастворимого вещества с двойным электрическим слоем адсорбированных ионов

2. Строение мицеллы хлорида серебра, полученного при взаимодействии избытка нитрата серебра и хлорида калия, выражается формулой:

а){mAgCl^.nAg^+.(nx)NO₃^}⁺xNO₃^б){mAgCl^.nAg^+.(nx)С1^}⁺x С1^

в) {mAgCl^.nCl^.(nx)К⁺}^ xК⁺ г) {mAgCl^.nК^+.(nx)Cl^}⁺xС1^

3. От чего зависит электрокинетический потенциал коллоидных частиц?

а) от количества потенциал-определяющих ионов на поверхности ядра частицы

б) от количества противоионов в адсорбционном слое коллоидной частицы

в) от соотношения потенциал-определяющих и противоионов в адсорбционном слое коллоидной частицы

г) от количества противоионов в диффузном слое коллоидной частицы

4. Электроосмос в коллоидных системах обусловлен:

97

а) движением молекул растворителя в электрическом поле

б) движением гранулы коллоидной частицы в электрическом поле

в) движением потенциалопределяющих ионов адсорбционного слоя коллоидной частицы в электрическом поле

г) движением противоионов диффузного слоя коллоидной частицы

5. Методом капиллярного поднятия определяют:

а) скорость седиментации б) знак заряда гранулы коллоидной частицы

в) вязкость коллоидных растворов г) осмотическое давление коллоидных растворов

Ответы на задания образца билета ТК:

-14 Номер вопроса	1	2	3	4	5
Код ответа	г	а	в	г	б

Оценка задания. Число правильных ответов:

1, 2 6 баллов (неудов.)

3 7 баллов (удовл.)

4 8 баллов (хорошо)

5 9 баллов (отлично)

6.3 Коагуляция в коллоидных растворах

Коагуляция лежит в основе многих процессов наблюдаемых в природе и в биологических системах. Электролитная коагуляция взвешенных и коллоидно-растворенных веществ происходит при образовании почвы, торфа, речных отмелей. В организме растворимость и устойчивость трудно растворимых солей фосфорной, мочевой, желчных кислот, холестерина повышена белками. Снижение их устойчивости может привести к выпадению кристаллов мочевой кислоты в тканях (при подагре), к коагуляционному образованию камней в желчевыводящих и мочевыводящих путях, к отложению холестерина в стенках сосудов при атеросклерозе, возникновению зубных камней.

98

Коагуляция и стабилизация коллоидных систем широко используется в производстве промышленных изделий и продуктов питания, в сельском хозяйстве и биологии. На использовании процессов коагуляции основано, например, получение каучука, мыла, выделка кож, приготовление строительных растворов, бетона и др. Взаимную коагуляцию коллоидов используют для очищения питьевой воды на водоочистительных станциях.

Кроме того, возможность возникновения коагуляционных процессов нужно учитывать при использовании различных лекарственных средств. Некоторые чужеродные для организма вещества (ксенобиотики) вызывают коагуляцию протоплазмы клеток. Например, арсин AsH₃ в крови быстро окисляется оксигемоглобином до элементного мышьяка, который вызывает коагуляцию коллоидов протоплазмы эритроцитов, что приводит к гемолизу.

Цель изучения: приобрести знания о процессе коагуляции и значения ее для жизнедеятельности.

Студент должен знать:

- типы устойчивости коллоидных систем и факторы, обеспечивающие эти устойчивости;

- воздействия, приводящие к коагуляции;

- молекулярно-кинетический механизм коагуляции;

- определение показателей устойчивости коллоидных систем.

Студент должен уметь:

- рассчитывать порог коагуляции золей электролитами.

Коллоидные системы из-за большой удельной поверхности на границе раздела фаз имеют избыток поверхностной энергии и поэтому термодинамически неустойчивы. Коллоидные частицы склонны объединяться и выпадать в осадок, в результате чего коллоидная система разрушается. Процесс самопроизвольного объединения и укрупнения коллоидных частиц с последующим выпадением агрегатов в осадок называется коагуляцией. Вместе с тем, когда достаточно эффективно действуют особые факторы устойчивости, коллоидные системы могут существовать длительное время без видимых изменений.

99

Различают кинетическую и агрегативную устойчивость коллоидных систем.

Агрегативная устойчивость - это устойчивость коллоидной системы к процессу объединения (агрегации) частиц. Факторами агрегативной устойчивости являются наличие у частиц одноименного заряда и сольватной оболочки из молекул растворителя. Одноименно заряженные частицы взаимно отталкиваются и тем самым удерживаются в дисперсионной среде. Сольватные оболочки препятствуют объединению частиц благодаря своей упругости и повышенной вязкости.

Кинетическая или седиментационная устойчивость - это устойчивость коллоидных систем против потери однородности вследствие оседания частиц. При оседании частиц система разрушается вследствие разделения на дисперсионную среду (растворитель) и осадок частиц. Фактором кинетической устойчивости является степень дисперсности системы, другими словами степень измельченности частиц. Чем меньше радиус частиц, тем медленнее они оседают и тем более устойчива коллоидная система.

Коагуляцию вызывают различные воздействия - механическое перемешивание коллоидного раствора, изменение температуры, добавление электролитов и др.

Объединение коллоидных частиц при коагуляции происходит под действием сил межмолекулярного притяжения. Они действуют только на очень малом расстоянии, равном примерно 0,01-0,1 радиуса самих частиц. Сближение частиц на такое расстояние возможно при их столкновениях в ходе броуновского движения, если только этому не препятствуют факторы агрегативной устойчивости частиц. Поэтому в основе механизма коагуляции лежит преодоление электростатического отталкивания частиц и барьерного эффекта их сольватных оболочек. Этому способствуют воздействия, увеличивающие скорость движения и число столкновений частиц (перемешивание коллоидного раствора, увеличение его концентрации). Однако чаще всего этого недостаточно. Почти всегда необходима предварительная нейтрализация заряда частиц. Она обеспечивается ионами электролитов. Таким образом, коагуляция происходит в основном под действием электролитов.

100

Коагуляция частиц начинается только при определенной минимальной концентрации электролита в золе. Минимальная концентрация электролита в миллимолях на литр золя (мМ/л), необходимая для того, чтобы вызвать его явную коагуляцию, называется порогом коагуляции - С_п. Электролиты обладают разной коагулирующей способностью - α. Коагулирующая способность  это величина, обратная порогу коагуляции: α = 1/С_п. Чем выше коагулирующая способность электролита, тем меньше его нужно, чтобы вызвать коагуляцию и, следовательно, тем меньше его порог коагуляции.

Закономерности коагулирующего действия электролитов Шульце и Гарди сформулировали в виде следующего двойного правила:

1. Коагулирующим действием обладают те ионы данного электролита, заряд которых противоположен заряду коллоидных частиц;

2. Коагулирующая способность ионов возрастает с увеличением их заряда (валентности) в геометрической прогрессии.

Оказалось, что коагулирующие способности ионов соотносятся примерно как шестые степени их зарядов: α₁ : α₂ : α₃ = I⁶ : 2⁶ : 3⁶. Таким образом, коагулирующее действие двухзарядных ионов в десятки раз, а трехзарядных в сотни раз больше, чем у однозарядных ионов. Это объясняется тем, что многозарядные ионы легче проникают в адсорбционный слой частиц и нейтрализуют их заряд. Кроме того, коагулирующая способность ионов зависит от их массы (радиуса) и степени гидратации. При одинаковом заряде, чем больше масса ионов, тем меньше их степень гидратации и тем сильнее их коагулирующее действие. Таким образом, наибольшей коагулирующей способностью обладают многозарядные массивные ионы.

При концентрациях ниже порога коагуляции электролиты не оказывают на золь видимого влияния, так как его ионов недостаточно для существенной нейтрализации и снижения заряда частиц. При этом объединяются лишь отдельные, наиболее быстрые частицы и поэтому коагуляция незаметна на глаз. Этот вид коагуляции называется скрытой коагуляцией. Повышение концентрации электролита обусловливает последовательное снижение заряда частиц вплоть до полной его

101

нейтрализации, что влечет повышение скорости коагуляции. Пороговая концентрация электролита вызывает переход к коагуляции заметной на глаз - явной коагуляции. Она может быть медленной (когда заряд частиц мал, но еще не равен нулю) и быстрой (когда заряд частиц нейтрализован до нуля). О наступившей коагуляции можно судить по изменению окраски золя, увеличению светорассеяния, появлению крупных хлопьев частиц и их осаждению.

Лабораторная работа: Определение зависимости коагулирующей способности электролитов от заряда коагулирующего иона.

Цель работы: Научиться определять порог коагуляции электролитов по отношению к данному золю, а также знак заряда частиц золя по определенным значениям пороговой концентрации электролитов.

В работе используются электролиты с последовательно возрастающим зарядом ионов, способным вызвать коагуляцию положительно заряженных частиц гидроксида железа  Fe(OH)₃: 1,0 М NaCl - раствор хлористого натрия; 0,1 М Na₂СО₃ - раствор углекислого натрия; 0,002 М Na₃С₆Н₅О₇ - раствор лимоннокислого натрия. Мицелла гидроксида железа имеет следующую структуру:

[mFe(OH)₃, nFeO⁺, (n  х)С1^]^х+ хС1^

Необходимо определить пороги коагуляции электролитов и рассчитать их соотношение в виде чисел значности, выражающих коагулирующую способность электролитов.

Ход работы: подготовить три ряда пробирок, по 6 пробирок в каждом ряде. Первый ряд пробирок для растворов хлористого натрия, второй - для растворов углекислого натрия, третий - для растворов лимоннокислого натрия. В 5 пробирок каждого ряда, со 2-й по 6-ю пипеткой приливают по 2 мл воды. Далее в 1-ю и 2-ю пробирки каждого ряда приливают по 2 мл раствора соответствующего электролита. Раствор во 2-й пробирке перемешивают и 2 мл его переносят в следующую 3-ю пробирку. Раствор в третьей пробирке тоже перемешивают и 2 мл его переносят в 4-ю пробирку.

Так разводят раствор во всех пробирках. Из последней 6-й пробирки отбирают 2 мл раствора и выливают. Таким образом, в каждой пробирке всех трех рядов оказывается по 2 мл растворов

102

электролитов, разведенных по сравнению с исходным раствором в следующее число раз: 1-я  1, 2-я  2, 3-я  4, 4-я  8, 5-я  16, 6-я  32. Затем в каждую пробирку всех трех рядов добавляют по 2 мл золя гидроксида железа. Перемешивают раствор в каждой пробирке. В каждом ряду электролитов определяют последнюю пробирку, начиная с 1-й, в которой еще наблюдается коагуляция золя. Записывают в таблицу результаты опытов, отмечая знаком "+" наличие и знаком "" отсутствие коагуляции. Зная исходную молярную концентрацию раствора электролита – C и разведение его в последней пробирке, где еще происходит коагуляция  n, рассчитывают порог коагуляции каждого электролита, в миллимоль электролита на литр золя:

ПК = VC 1000/n(V₀+V),

где V – объем добавленного к золю раствора электролита в литрах, С – концентрация электролита, моль/л; V₀ – объем золя в литрах.

Далее определяют число значности N каждого электролита по отношению к одновалентному электролиту NaC1:

N = ПK_NaCl/ ПК_эл-та

Результаты записывают в таблицу:

Концентрация электролита, моль/л	Коагулирующий ион	Разведение электролитов № пробирок 1 2 3 4 5 6 Разведения 1 2 4 8 16 32	Порог коагуляции ммоль/л	Число значности
l,0 M NaCl	C1			1
0,1 М Na2СО3	СО32¯
0,002 М Na3С6Н5О7	С6Н5О73¯

Порядок оформления работы: дать определение коагуляции, записать ход работы и результаты, определить пороги коагуляции сравниваемых электролитов. Рассчитать числа значности для одно-, двух- и трехзарядных ионов. Сделать вывод о том, как выполняется правило

103

Шульце-Гарди и как величина заряда коагулирующих ионов влияет на порог коагуляции.

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Задача 1. Золь хромата серебра получен путем смешивания равных объемов 0,005 М раствора К₂СrO₄ и 0,012 M раствора АgС1. Напишите схему строения мицеллы золя, укажите знак заряда ее гранул.

Решение: Составляем уравнение реакции, лежащей в основе получения золя:

К₂СrO₄ + 2АgС1 → Аg₂СrO₄↓ + 2КС1

С(АgС1) > С(К₂СrO₄) и при равных объемах растворов количества АgС1 больше К₂СrO₄. Агрегат или ядро мицеллы золя образует микрокристаллы плохо растворимого Аg₂СrO₄. По правилу Панета-Фаянса на поверхности агрегата будут адсорбироваться потенциал-определяющие ионы, соответствующие веществу агрегата и находящиеся в растворе в избытке – это nАg⁺. Затем будут адсорбироваться противоионы С1^, которые также находятся в избытке и распределяются следующим образом: (2nx)C1^ в адсорбционном слое, а остальные хС1^  в диффузном. Следовательно, строение мицеллы будет иметь следующий вид:

{[mAg₂СrO₄], nAg⁺, (2nx)C1^}^x+· хС1^

Гранула мицеллы, заключенная в фигурные скобки, имеет положительный заряд x^, т.е. знак заряда потенциалопределяющих ионов.

Задача 2. Гранулы золя иодида серебра, полученного путем смешивания растворов AgNО₃ и КI, имеют отрицательный заряд. Какой из данных электролитов взят в избытке? Напишите формулу мицеллы.

Решение: Золь получен в ходе реакции:

AgNО₃ + КI → AgI↓ + КNО₃

Следовательно, агрегатом является малорастворимый иодид серебра. Так как гранула имеет отрицательный заряд, то потенциалопределяющими ионами, по правилу Панета-Фаянса, будут

104

отрицательно заряженные ионы, входящие в состав агрегата, т.е. ионы йода. Поэтому в избытке взят раствор КI, содержащий эти ионы.

Формула мицеллы имеет следующий вид:

{[mAgI], nI^, (nx)K⁺}^x хK⁺

Задача 3. Заряд частиц золя гидроксида железа (III) положительный. Какой из электролитов: KI, Fe₂(SO₄)₃, Ca(NO₃)₂, AlC1₃ будет иметь наименьший порог коагуляции по отношению к данному золю?

Решение: Так как частицы имеют положительный заряд, то в соответствии с правилом Шульце-Гарди коагуляцию золя будут вызывать ионы, имеющие противоположный знак заряда, т.е. анионы электролитов. И чем выше величина заряда иона-коагулятора, тем сильнее коагулирующее действие электролита, а порог коагуляции меньше.

Следовательно, наименьший порог коагуляции будет у Fe₂(SO₄)₃, так как заряд сульфат-иона выше заряда других анионов.

Задача 4. Электролиты NaC1, K₂SO₄, K₃PO₄ по отношению к золю гидроксида железа (III) имеют следующие пороги коагуляции: 7,1, 0,099 и 0,01 ммоль/л. Какой знак заряда имеют частицы золя?

Решение: Пороги коагуляции электролитов NaC1, K₂SO₄, K₃PO₄ относятся следующим образом: γ₁ : γ₂ : γ₃ = 7,1 : 0,099 : 0,01 = 740 : 10 : 1. Следовательно, коагуляцию вызывают ионы одного знака, но разной величины заряда. В нашем случае – это C1^, SO₄^2, PO₄^3. Поскольку коагуляцию вызывают анионы, то знак заряда частиц золя положительный.

Задача 5. Какие золи: гидроксида железа, иодида серебра (получен при избытке AgNО₃), иодида серебра (получен при избытке КI) следует смешать, чтобы произошла взаимная коагуляция?

Решение: Взаимная коагуляция золей возможна при смешивании золей с противоположными знаками заряда коллоидных частиц. Коллоидные частицы золя гидроксида железа (Ш) заряжены положительно:

{[mFe(OH)₃], nFe³⁺, 3(nx)C1^}^3x+.

105

Коллоидные частицы золя иодида серебра при избытке AgNО₃ (потенциал-определяющие ионы Ag⁺) заряжены положительно {[mAgI], nAg⁺, (nx)NО₃^}^x+, а при избытке КI (потенциал-определяющие ионы I^)  отрицательно{[mAgI], nI^, (n-x)K⁺}^x. Следовательно, взаимная коагуляция возможна при сливании золей: а) гидроксида железа и иодида серебра (при избытке КI); б) иодида серебра (при избытке AgNО₃) и иодида серебра (при избытке КI).

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ

1. Какие типы устойчивости присущи коллоидным системам? Какие факторы обеспечивают устойчивость коллоидных частиц? Что является количественной мерой устойчивости?

2. Что такое коагуляция в коллоидных системах, какие воздействия ее вызывают? Каков общий молекулярно-кинетический механизм коагуляции коллоидных частиц?

3. В чем состоит правило Щульце-Гарди для коагулирующего действия электролитов? Как объясняется различная коагулирующая способность ионов электролитов по современным представлениям?

4. Как и почему скорость коагуляции зависит от концентрации коагулирующего электролита? Какие виды коагуляции различают в зависимости от ее скорости? Что такое порог коагуляции золей электролитами? Для чего нужна эта величина и от чего она зависит?

5. Каким образом ионы электролитов вызывают коагуляцию коллоидных частиц? Рассмотреть теории коагулирующего действия электролитов.

6. Как происходит коагуляция золей смесями электролитов? Дать объяснения, привести графики и примеры.

7. Что представляет собой взаимная коагуляция золей, где она используется?

8. Чтобы вызвать коагуляцию к золю Fe(OH)₃, стабилизированному FeOCl (хлорокисью железа), добавляли электролиты: NaCI, Na₂CО₃, Na₃С₆Н₅О₇ (лимоннокислый натрий). Указать, какой знак заряда имеют частицы данного золя, и какой из электролитов будет иметь наименьший порог коагуляции. Ответ обосновать.

106

9. При исследовании коагуляции к золю золота, стабилизированному КАuО₂ (ауратом калия) добавляли электролиты: NaCl, ВаС1₂, FeC1₃. Указать, какой знак заряда имеют частицы данного золя, и какой из электролитов будет иметь наибольший порог коагуляции. Ответ обосновать.

10. Определите знак заряда частиц в коллоидном растворе по определенным пороговым концентрациям следующих электролитов: ПК NaCI = 200 ммоль/л; ПК К₂SO₄ = 40 ммоль/л; ПК Ca(NO₃)₂ = 120 ммоль/л. Ответ пояснить.

Образец билета тестированного контроля по теме «Коагуляция в коллоидных системах»

1. Что такое коагуляция?

а) осаждение частиц под действием силы тяжести

б) разделение смеси веществ

в) объединение коллоидных частиц

г) очищение коллоидных систем

2. Строение мицеллы выражается формулой {mAu^.nAuO₂^.(nx)K⁺}^¯. xK⁺. Какой из электролитов обладает наибольшей коагулирующей способностью?

а) NaNO₃ б) MgSO₄ в) KС1 г) K₄[Fe(CN)₆]

3. Какая коагуляция наблюдается в коллоидной системе, если концентрация электролита меньше пороговой концентрации?

а) скрытая б) явная в) явная медленная г) явная быстрая

4. Как называют явление, при котором наблюдается усиление коагулирующего действия смеси электролитов на коллоидную систему?

а) аддитивность б) синергизм

в) антагонизм г) быстрая явная коагуляция

5. Какое явление называют взаимной коагуляции?

а) усиление коагулирующего действия смесью электролитов

б) коагуляцию, вызванную добавлением электролита

в) коагуляцию, вызванную добавлением коллоидного раствора с одноименно заряженными частицами

107

г) коагуляцию, вызванную добавлением коллоидного раствора с противоположно заряженными частицами

Ответы на задания образца билета ТК:

Номер вопроса	1	2	3	4	5
Код ответа	в	б	а	б	г

Оценка задания. Число правильных ответов:

1, 2 6 баллов (неудовлетворительно)

3 7 баллов (удовлетворительно)

4 8 баллов (хорошо)

5 9 баллов (отлично)