Практикум_KX_2004

Вычислив значение степени набухания α по формуле (7.3), строят гра-

фик α = f (t) (рис. 7.1), из которого определяют значение αmax . Затем строят

Рисунок 7.4 − Определение константы скорости набухания

2. Определение константы скорости набухания весовым методом

Взвешенную на аналитических весах пластинку полимера (1,5 − 3 г) переносят пинцетом в стакан, содержащий 50 см3 растворителя. Замечают время начала опыта и через определенные промежутки времени (7 − 10 мин) производят взвешивание набухающей пластинки. Перед очередным взвеши-

ванием пластинку полимера достают из стакана с растворителем и осторожно отжимают на фильтровальной бумаге до полного удаления капель раствори-

теля с поверхности. Результаты опытов заносят в табл. 7.2, строят сначала

Величину константы скорости набухания находят по графику (рис. 7.4).

7.1. Задания к лабораторной работе 7

Определить величину константы скорости набухания полимера.

102

Контрольные вопросы

1.Как связаны процессы застудневания и набухания белков с рН среды (привести графики)?

2.Почему излишнее потребление соли в пищу приводит к гипертонии (повышенное артериальное давление)?

3.Каковы особенности обводнения и высушивания глин?

4.Что такое "степень набухания"? Как она определяется?

5.Как зависит давление набухания от концентрации сухого ВМВ и степени набухания?

6.Почему при термообработке мяса рекомендуют использовать соки (яблочный, виноградный и др.)?

7.Как объяснить избирательность процесса набухания?

8.Каков вид зависимости интегральной и дифференциальной теплоты

набухания от степени набухания?

9.Почему верблюд способен выпить за раз около 200 дм3 воды, хотя в желудке у него нет специальной емкости?

10.Как влияют температура и ПАВ на константу скорости набухания?

11.Как и почему изменяется со временем давление набухания?

12.Что такое "контракция"? От чего она зависит?

13.Что означает подчинение кинетики набухания уравнению реакции первого порядка, для какого вида набухания это справедливо?

14.Как зависит явление контракции от степени набухания ВМВ?

15.Почему отекает место укуса пчелой или осой?

16.Какие методы существуют для определения давления набухания в

гелях?

17.Каково влияние различных электролитов на набухание?

18.Как объяснить изотермы ограниченного и неограниченного набуха-

ния?

19.В чем особенности взаимодействия с водой и спиртом агар-агара и силикагеля?

105

20.Какие методы существуют для определения константы скорости

набухания?

21.Как выглядит зависимость между количеством поглощенной жидкости и упругостью пара над образцом?

22.Обратим ли процесс набухания?

23.Как происходит освобождение запасенной верблюдом воды?

24.Что такое "гель"? Каковы его свойства?

25.Какова роль капиллярных явлений в процессе набухания?

26.Какими тепловыми эффектами сопровождается набухание?

27.Почему соль останется сухой при любой влажности воздуха, если добавить к ней 10 % картофельного крахмала?

28.Каково объяснение и практическое применение явления "синерези-

са"?

29.Как связана скорость набухания с теплотой процесса?

30.Почему приготавливая картофельный суп с овощами (огурцы, щавель, помидоры и др.), их следует класть в самом конце?

31.В чем состоит практическое значение явления набухания?

32.Возможно ли полное удаление растворителя из набухшего образца?

33.Почему, чтобы бобовые быстрее сварились, их накануне надо залить холодной водой?

34.Можно ли указать, какой из образцов имеет большую степень набухания, сравнив упругость пара над поверхностью образцов?

35.Что произойдет, если спирт налить на студень желатина?

36.Какова природа явления "тиксотропии"?

37.Как влияют на набухание нейтральные соли?

38.Каков физический смысл константы скорости набухания?

39.Как влияет температура на скорость застудневания гелей?

40.В чем особенность реакций в студнях (кольца Лизеганга)?

41.Как объяснить процесс растворения ВМВ с точки зрения термоди-

намики?

42.В чем особенность набухания студня желатина в изоэлектрической

точке?

106

43.Как определить величину давления набухания?

44.Какова роль почек в живом организме?

45.Как доказать, обратим ли процесс обезвоживания хрупких гелей?

46.В чем причины явления коацервации раствора желатина?

47.Как зависит набухание целлюлозы от концентрации NaOH?

48.Что произойдет, если к набухающему гелю приложить внешнее давление, превышающее давление набухания?

49.Можно ли отличить поглощение жидкости гелем (капиллярное поглощение) и набухание (осмотическое поглощение)?

50.Каков вид графика "скорость набухания − степень набухания" для процесса ограниченного набухания?

51.Что означает, что после охлаждения нагретого студня его объем становится больше первоначального?

52.В чем суть явления гистерезиса при набухании?

53.Что произойдет, если студень желатина, набухший в чистой воде, поместить в разбавленный раствор желатина?

54.Каков вид зависимости степени набухания от рН среды для полики-

слоты?

55.Как повлияет на растворение полярных ВМВ добавление органиче-

ских растворителей к воде?

56.Почему зимующие в почве семена не погибают от морозов?

57.Какой ксерогель набухает сильнее − полученный из разбавленного или концентрированного раствора желатина в H2O?

58.Каков вид зависимости степени набухания от рН среды для полиос-

нования?

59.Какова предельная величина степени набухания при ограниченном

инеограниченном набухании?

60.Что произойдет, если сухой желатин поместить в насыщенный рас-

твор NaCl?

Литература: [l, с. 359−367; 2, с. 442−451; 3, с. 299−303; 4, с. 199−202 5,

c.156]

107

Работа 8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОРОГА КОАГУЛЯЦИИ ЗОЛЯ ЭЛЕКТРОЛИТАМИ

Цель работы − определение порогов коагуляции положительно или отрицательно заряженных золей электролитами, содержащими одно-, двух- и трехвалентные ионы − коагуляторы.

Теоретические сведения

Коагуляция – проявление термодинамической неустойчивости дисперсных систем, вследствие чего система переходит в близкое к равновесному состояние, уменьшается общий запас поверхностной энергии. Различают

следующие стадии коагуляции:

1)потеря агрегативной устойчивости и слипание частиц (скрытая коа-

гуляция);

2)выпадение (или всплывание) образовавшихся агрегатов частиц в оса-

док коагулят (явная коагуляция).

О начальной стадии коагуляции судят по резкому увеличению светорассеяния, по изменению окраски, увеличению вязкости, появлению структурной вязкости и другим признакам. Первая стадия коагуляции не обязательно переходит во вторую. Коагуляция может происходить самопроизвольно (автокоагуляция) под влиянием химических и физических процессов, протекающих в системе во времени (т.н. старение). Но чаще всего коагуляция вызывается внешними воздействиями: добавлением к дисперсионной

среде различных веществ – коагуляторов (электролитов или неэлектролитов),

длительного диализа, электрофореза, повышения температуры, действия све-

та и других высокочастотных электромагнитных колебаний, ультразвуковых колебаний, встряхивания и перемешивания.

Коагуляции препятствуют электрические заряды частиц и сольватация их поверхности, а иногда – адсорбция крупных молекул ПАВ (белков), т.н. "коллоидная защита". Однако иногда добавление высокомолекулярных веществ к лиофобным золям может привести и к уменьшению устойчивости по отношению к электролитам (сенсибилизация), и даже к коагуляции. Сниже-

108

ние величины дзета-потенциала коллоидных частиц и их сольватации (обычно они происходят одновременно) вызывает коагуляцию дисперсной системы.

Скорость коагуляции измеряется числом частиц, слипающихся за единицу времени в единице объема и зависит от природы дисперсной системы и температуры. Величина, обратная скорости коагуляции, служит мерой устойчивости дисперсной системы. Скорость коагуляции определяется соотношением сил притяжения и отталкивания, действующих между частицами на близких расстояниях. Силы притяжения между сближающимися частицами, обусловливающие их слипание, являются результатом межмолекулярных взаимодействий. Силы отталкивания возникают в результате наличия электрокинетического потенциала или сольватных оболочек частиц.

В полидисперсных системах коагуляция происходит значительно быстрее, чем в монодисперсных системах (ортокинетическая коагуляция). Удли-

ненные частицы коагулируют обычно быстрее, чем шарообразные. В золях с

игольчатыми, пластинчатыми частицами коагулят часто приобретает струк-

туру геля, что объясняется локальной ориентацией частиц. Гидрозоли обыч-

но более устойчивы по отношению к коагуляции, чем органозоли.

Коагулирующее действие электролитов обусловлено сжатием диффуз-

ной части двойного электрического слоя (ДЭС), уменьшением электрокине-

тического потенциала и одновременным снижением лиофильности их повер-

хности (поверхностно-активные неэлектролиты иногда способствуют коагуляции, снижая лиофильность частиц).

Наименьшая концентрация электролита, вызывающая коагуляцию за определенный (обычно короткий) промежуток времени, называется порогом коагуляции Pk . Для различных электролитов величины порогов коагуляции могут сильно варьировать даже в одной и той же коагулирующей системе.

Отношения порогов коагуляции в такой коагулирующей системе для одно-, двух- и трехзарядных ионов при прочих равных условиях обратно пропорциональны шестой степени величины заряда (правило ШульцеГарди). Для ионов одинаковой валентности порог коагуляции определяется их положением в лиотропном ряду.

109

В ряду одновалентных и, в меньшей степени, двухвалентных ионов Pk уменьшается с увеличением радиуса ионов. Эти приближенные закономерно-

сти нарушаются, если добавленные электролиты химически взаимодейству-

ют с коллоидными частицами, образуя с ионами коллоидного раствора нерастворимые соединения. При коагуляции смесью электролитов их влияние может складываться (аддитивность), ослабляться (антагонизм) или усиливаться (синергизм). Трех- и четырехвалентные коагулирующие ионы спо-

собны изменять знак заряда ядра коллоидных частиц. При изменении кон-

центрации этих ионов в коллоидном растворе наблюдаются две зоны коагу-

ляции и два порога (неправильные ряды коагуляции), обусловленные дей-

ствием ионов с разным знаком заряда.

Определение порога коагуляции Pk осложняется явлением привыка-

ния, которое состоит в том, что при добавлении электролита небольшими

порциями порог коагуляции выше, чем при внесении всего электролита сра-

зу. Наблюдается и обратное явление, когда порог коагуляции при посте-

пенном введении электролита ниже, чем при быстром добавлении его (отри-

цательное привыкание).

Коагуляция очень распространена в природных и применяемых в технике дисперсных системах. Она играет важную роль в геологических и почвенных процессах, в биологических и метеорологических явлениях.

Коагуляция представляет интерес в связи с вопросами устойчивости многих дисперсных систем, например: почв, коллоидных растворов, суспен-

зий различных веществ, продуктов питания, лекарственных веществ. Коагу-

ляцию широко применяют в разнообразных технологических процессах (деэмульгирование нефти, очистка питьевой воды и воздуха с целью освобождения от взвешенных частиц и бактерий).

Для определения порога коагуляции используют методы нефеломет-

рии или турбидиметрии, в основе которых лежит явление светорассеяния,

называемое эффектом Тиндаля. Если световой поток с интенсивностью J0 проходит через кювету с взвешенными частицами, то часть света рассеивает-

ся поверхностью частиц согласно закону Релея

110