Практикум_KX_2004

Прибор представляет собой стеклянный цилиндрический сосуд 4, нижняя часть которого оканчивается узкой трубочкой. В боковую стенку этого сосуда впаяна градуированная капиллярная трубка 7, служащая для определения направления и скорости перемещения жидкости при электроосмосе.

Приготавливают несколько суспензий исследуемого грубодисперсного материала в водном растворе заданного электролита. К 3 г порошка приливают 50 см3 воды и определенное, указанное в задании, количество электролита. Полученные суспензии тщательно перемешивают и оставляют отстаиваться на 30 мин для установления равновесия между жидкостью и твердой поверхностью. По истечении этого времени суспензии отфильтровывают на воронке Бюхнера.

Отфильтрованным влажным материалом заполняют трубку 4, создавая пористую диафрагму 6. Очень важно, чтобы диафрагма была достаточно плотной и прочной, не имела трещин и не осыпалась во время опыта.

Верхнюю часть прибора (над диафрагмой) заполняют фильтратом (дисперсионной средой) 5 до краев прибора и плотно закрывают резиновой пробкой с трубкой 3, заполненной агар-агаром с хлоридом калия. При этом необходимо следить за тем, чтобы в приборе не осталось пузырьков воздуха, а также придерживать снизу диафрагму, чтобы не выдавить ее.

Подготовленный прибор погружают нижним концом в стакан 5 с дисперсионной средой (фильтратом) и собирают установку по схеме, изображенной на рис. 5.2.

Подключают электроды 1, погруженные в раствор CuSO4, через миллиамперметр 8 и переключатель 9 к источнику постоянного тока 10.

Измерения начинают через 3 – 5 мин после замыкания электрической цепи (для установления равномерного движения жидкости через диафрагму). В это время, наблюдая за направлением перемещения жидкости в капилляре, определяют знак электрокинетического потенциала.

Затем приступают к измерениям скорости движения жидкости в капилляре 7. С помощью секундомера измеряют время прохождения мениском жидкости в градуированном капилляре одного, двух или любого другого выбранного количества делений шкалы. Измерение времени истечения дисперсионной среды в одном направлении проводят не менее 8 − 10 раз, записывают результаты измерений и обязательно помечают направление движения жидкости.

71

Измеряют скорость перемещения мениска жидкости в одном направлении, изменяют направление тока в цепи с помощью переключателя 9 и измеряют скорость движения жидкости в другом направлении (также не менее

8 − 10 раз).

Измеряют силу тока по шкале прибора 8 и если во время опыта она изменяется, записывают среднее значение. Измеряют удельную электрическую проводимость исследуемого раствора ω с помощью моста переменного тока.

Электрокинетический потенциал определяют по формуле

ξ = η ω q , (5.13)

ε ε0 J

где η − вязкость дисперсионной среды, Па с; ω − удельная электропроводность дисперсионной среды, Ом–1 м–1;

J− сила тока, А;

ε− относительная диэлектрическая проницаемость дисперсионной

среды;

ε0 =8,85 10−12 Ф/м.

Объемная скорость движения жидкости при электроосмосе q , м3/c,

где K − константа прибора (объем одного деления градуированной трубки), определяется предварительно;

tср / n − среднее из всех измерений время прохождения жидкостью од-

ного деления шкалы, с. Экспериментальные данные и вычисленные результаты заносят в табл. 5.2.

По полученным данным строят график зависимости электрокинетического потенциала от концентрации электролита и делают вывод о механизме влияния электролита на величину ξ–потенциала.

5.2. Задания к лабораторной работе 5

Определить зависимость ξ–потенциала частиц в растворителе от кон-

центрации электролита; t − время наблюдения. Знак – означает, что жидкость движется к аноду, а знак + что жидкость движется к катоду.

9. Корундовая диафрагма в водном растворе KCl, T = 293 К

10. Керамическая диафрагма в водном растворе KCl, T = 293 К

Контрольные вопросы

1.В чем отличие строения ДЭС по Штерну и Гуи-Чепмену?

2.Что такое "электрофоретическое торможение" и "поверхностная проводимость"?

3.Возможен ли переход явления электроосмоса в электрофорез и на-

оборот?

4.В чем состоит явление перезарядки частиц дисперсной фазы?

5.Как с помощью фильтровальной бумаги определить знак заряда частиц окрашенных золей?

6.Какова полярность электродов в опыте Квинке?

76

7.Чем определяется и от чего зависит толщина ДЭС?

8.Как определить изоэлектрическую точку золя?

9.Как влияют электролиты на скорость электроосмоса?

10.Какова полярность электродов в опыте Дорна?

11.Изменяется ли ξ –потенциал в процессе диализа золя?

12.Что означает, что скорость движения коллоидных частиц в электрическом поле близка к скорости обычных ионов?

13.Что произойдет, если медную и цинковую пластинки соединить медным проводником и погрузить в золь берлинской лазури?

14.Как заряжена мембрана из коллодия в воде?

15.Как экспериментально определить, что диализ золя завершен?

16.Как должны быть заряжены мембраны при электродиализе, чтобы ускорить этот процесс?

17.Какой вид имеет зависимость ξ = f (C) для индифферентных и не-

индифферентных электролитов?

18.Какие существуют методы определения знака заряда частиц?

19.Имеет ли активированный уголь в воде электрический заряд, как это проверить?

20.Что такое "максимальное электроосмотическое поднятие"?

21.Как распределены катионы и анионы внутри диффузной части ДЭС,

если потенциалопределяющие ионы − катионы?

22.Как с помощью явления электрофореза доказать, что эмульгатор образует пленку вокруг капелек эмульсии?

23.Как измерить поверхностную проводимость капилляров?

24.Как выглядит зависимость "потенциал протекания − давление" для суспензии глины в воде?

25.Как заряжены частицы золя, стабилизированные желатином, в кислой среде?

26.В чем причины возникновения термодинамического и электрокинетического потенциалов, какие факторы на них влияют?

27.Каковы причины образования двойного электрического слоя ДЭС?

28.Золь AgJ получен при добавлении 20 см3 0,01 н раствора AgNO3 к 28 см3 0,005 н раствора KJ. Золь подвергнут ультрафильтрации на фильтре из неглазурованного фаянса. Удачен ли опыт?

77

29.Как изменяются числа переноса ионов (при одном и том же радиусе капилляров) с увеличением ξ–потенциала мембраны?

30.Как влияет полярность жидкости на потенциал протекания?

31.Как заряжена поверхность стекла при соприкосновении с разбавленным раствором NaCl?

32.Что произойдет в опыте при сливании строго эквивалентных растворов AgNO3 и KJ?

33.Изменится ли электропроводность раствора электролита, если в межэлектродное пространство ввести диафрагму, пропитанную раствором той же концентрации?

34.Как изменяются числа переноса в пористых диафрагмах с уменьшением концентрации электролита?

35.Как движутся в плоской стеклянной камере, заполненной водой, частицы суспензии при электрофорезе?

36.Возможно ли применение переменного тока при изучении явления электрофореза?

37.Для каких веществ (органических или неорганических) электроосмотический перенос больше?

38.Какой заряд имеют кристаллы BaSO4, полученные смешением раст-

воров BaCl2 и K2SO4 (K2SO4 − взят в избытке)?

39.Как с помощью электрофореза можно разделить смесь белков на фракции?

40.Отличаются ли ξ–потенциалы типичных золей и суспензий?

41.Как изменяет отрицательно заряженная мембрана числа переноса

ионов?

42.Влияют ли на электрофоретическую подвижность частиц их размеры и форма?

43.От чего зависит объем перенесенной жидкости при электроосмосе?

44.Какова роль ионной адсорбции при образовании ДЭС?

45.Как записать формулу мицеллы золя Fe(OH)3 в изоэлектрическом состоянии?

46.Что такое "ξ–потенциал" и как его определить экспериментально?

78

47.В чем различия между электрофорезом и электролизом?

48.Как определить скорость электрофореза у неокрашенных золей?

49.Каково практическое применение электрокинетических явлений?

50.Какой вид имеет изменение концентрации катионов в ДЭС как функции расстояния от положительного электрода по теории Штерна?

51.Каково соотношение концентраций ионов в ДЭС Гельмгольца и в объеме раствора?

52.Как записать формулу мицеллы золя берлинской лазури?

53.Каково влияние радиуса ионов на величину ξ–потенциала?

54.В чем суть правила Кена?

55.В чем состоит "эффект Доннана" и как он проявляется в различных дисперсных системах?

56.Что такое "потенциал протекания"? Как его определить?

57.Как записать формулу мицеллы активированного угля?

58.Как заряжена поверхность воды при увеличении концентрации бензойнокислого натрия (C6H5COONa)?

59.Как влияют на строение ДЭС ионы, имеющие заряд, одноименный с зарядом частицы (коионы)?

60.Влияет ли электрофорез на скорость седиментации суспензии?

Литературa: [l, с.256−266; 2, с.197−219; 3, с.192−201; 4, с.98−106, 86−96; 5, c.93−101]

Работа 6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВИСКОЗИМЕТРИЧЕСКОЙ КОНСТАНТЫ ХАГГИНСА ПОЛИМЕРНЫХ РАСТВОРОВ

Цель работы − исследование зависимости динамической вязкости от концентрации раствора полимера, определение молекулярной массы полимера и вискозиметрической константы Хаггинса.

Теоретические сведения

Молекулярная масса высокомолекулярных веществ (ВМВ) − важнейшая характеристика, определяющая их физические и технологические свой-

79

ства. Поскольку при синтезе полимеров всегда получается смесь макромолекул с различными массами (разной степени полимеризации), то имеет смысл говорить о средних значениях молекулярной массы; полное описание полимера осуществляется функцией распределения по молекулярным массам.

При экспериментальном определении молекулярной массы находят то или другое среднее значение, в зависимости от выбранного метода измерения. Свойства раствора полимеров могут зависеть как от числа растворенных макромолекул полимера данной молекулярной массы, так и от их весовой концентрации. Если полимер монодисперсный (т.е. макромолекулы не отличаются по молекулярной массе), то масса полимера будет прямо пропорциональна числу макромолекул и средние молекулярные массы, измеренные различными способами, будут иметь всегда одно и то же значение. Для полидисперсного полимера средние значения молекулярной массы не совпадают, они не должны быть одинаковыми во всех случаях.

Вязкость является мерой внутреннего трения жидкостей и характеризует сопротивление их течению при воздействии внешних напряжений. Коэффициент динамической вязкости η определяется тепловым движением в системе, размером и формой молекул и зависит от межмолекулярных сил. В связи с этим вискозиметрические измерения очень часто используются для определения молекулярной массы линейных полимеров, а также для оценки размеров и формы макромолекул в растворе.

Измерения вязкости проводят в разбавленных растворах, когда взаимодействие молекул растворенного вещества не проявляется. В случае растворов полимерных веществ эти условия реализуются только при очень малых концентрациях. Однако вязкость даже таких растворов значительно превосходит вязкость чистого растворителя. Поэтому при вискозиметрических исследованиях растворов полимеров часто определяют не абсолютные значения динамической вязкости η, Па с, а относительную вязкость ηотн , т.е. от-

Относительное приращение вязкости раствора за счет растворенного полимера выражают через удельную вязкость:

80