Жпост = Жобщ – Жвр.

Результаты эксперимента и расчетов занесите в табл. 4.

Сделайте вывод о принадлежности воды к определенной группе в зависимости от величины общей жесткости.

Вопросы и задания для защиты лабораторной работы «Определение жесткости воды»

1.Чем определяется жесткость воды? какие единицы измерения для нее приняты?

2.Какие виды жесткости воды вам известны? какие ионы определяют каждый вид жесткости воды?

3.Поясните, почему нежелательно использовать жесткую воду в промышленности и в быту? И

4.Какие есть методы устранения временной жесткости? Какую жесткость можно устранить термическим методомД? Напишите соответствующие уравнения реакций.

5.Какие есть методы устранения временной жесткости? Какую жесткость можно устранить известковымАметодом? Напишите соответствующие уравнения реакций.

6.Какие есть методы устранениябпостоянной жесткости? Какую жесткость можно устранить содовым методом? Напишите соответствующие уравнения реакций. и

7.Какие есть методы устранения общей жесткости? Какую жесткость можно устранитьСфосфатным методом? Напишите соответствующие уравнения реакций.

8.Какие есть методы устранения общей жесткости? Какую жесткость можно устранить ионообменным методом? Напишите соответствующие уравнения реакций.

3. ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ

Гидролизом солей называется реакция ионного обмена между молекулами соли и воды, в результате которой изменяется кислотность среды (рН). Вследствие протекания реакции гидролиза в растворе появляется избыточное количество ионов Н+ или ОН-, сообщающее раствору кислотные или щелочные свойства.

Условия протекания гидролиза:

1. Соль должна быть растворимой в воде (прил. 1).

21

2. В образовании соли должен принимать участие хотя бы один слабый электролит.

Любая соль образована кислотой и основанием.

Сильные основания образованы щелочными и щелочно-земельными металлами (прил. 2), элементами 1-й и 2-й групп главных подгрупп, кроме магния и бериллия. Остальные металлы образуют нерастворимые в воде основания, которые являются слабыми электролитами. К слабым электролитам относится и такое основание, как гидроксид аммония.

чают 4 случая гидрол за солей.

Рассмотрим тип чные случаи гидролиза солей.

1. Соль, образованная слабым основанием и сильной кислотой.

Примером такой соли может служить хлорид меди CuCl2. Эта соль образована слабым основанием – гидроксидом меди и сильной хлороводородной кислотой. Равновесие в реакции будет смещено в сторону образования слабого электролита, т.е. гидролиз пойдет по катиону:

Cu2+ + H+OH = CuOH+ + H+.

Врастворе накапливаются ионы водорода, среда становится кислой.

Полное ионное уравнение имеет вид

Cu2+ + 2Cl + H2O = CuOH+ + H+ + 2Cl .

Вмолекулярном виде уравнение гидролиза хлорида меди запишем следующим образом:

CuCl2 + H2O = CuOHCl + HCl.

22

При гидролизе соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой, образуется основная соль, а реакция среды становится кислой

(рН <7).

Ион CuOH+ – еще более слабый, чем ион меди, он тоже может взаимодействовать с водой по реакции CuOH+ + H2O = Cu(OH)2 + H+. Но, по принципу Ле Шателье, ионы водорода, образовавшиеся в ходе первой ступени гидролиза, будут смещать равновесие во второй ступени влево, т.е. в сторону образования гидроксокатиона меди. Таким образом, в обычных условиях реакция гидролиза проходит только по первой ступени и гидроксид меди не образуется.

2. Соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой.

Примером такой соли служит карбонат натрия Na2CO3.

Эта соль образована сильным основанием – гидроксидом натрия и слабой угольной кислотой. Равновесие будет смещено в сторону образования слабого электролита – угольной кислоты (гидролиз идёт по аниону):

CO32 + H+OH = HCO3 + OH .

В растворе накапливаются гидроксил-ионы, среда становится щелоч-

исходит, так как щелочная среда, образовавшаяся на первой ступени гидролиза, смещает равновесие второй ступени влево, в сторону образования исходных веществ.

3. Соль, образованная слабым основанием и слабой кислотой.

Примером такой соли является ацетат алюминия Al(CH3COO)3.

Эта соль образована слабым основанием – гидроксидом алюминия и слабой уксусной кислотой. Уксусная кислота имеет константу диссоциации, равную 1,74·10-5, а константа диссоциации гидроксида алюминия равна 1,38·10-9, т.е. он меньше распадается на ионы, поэтому равновесие будет смещено в сторону образования гидроксокатиона алюминия.

Al3+ + H+OH = AlOH2+ + H+.

23

В растворе накапливаются ионы водорода, поэтому образование дигидроксокатиона алюминия Al(OH)2+ и тем более гидроксида алюминия не происходит.

Полное ионное уравнение имеет вид

Al3+ + 3CH3COO + H2O = AlOH2+ + H+ + 3CH3COO .

Молекулярное уравнение гидролиза

Al(CH3COO)3 + H2O = AlOH(CH3COO)2 + CH3COOH.

При гидролизе соли, образованной слабым основанием и слабой кислотой, образуются основная соль и слабокислая среда.

Если же соль образована слабым нерастворимым основанием и слабой летучей или нестойкой кислотой, то в водном растворе такая соль будет подвергаться полному гидролизу. Нерастворимое основание будет выпадать в осадок, а кислота разлагаться на воду и летучий оксид (например, угольная кислота будет распадаться на воду и углекислый газ) или сама в виде газообразного соединения удаляться из раствора (например, сероводородная кислота). Из-за постоянного удаления продуктов реакции равновесие будет смещено в сторону прямой реакции – гидролиз таких солей будет идти до

2Cr3+ + 3S2 +А6H2O = 2Cr(OH)3↓+ 3H2S↑.

4. Соли, образованные с льным основанием и сильной кислотой, гидро-

реакции с водой полностью смещается влево, ни основные, ни кислые соли не образуются, реакция среды остаётся нейтральной.

Факторы, влияющие на глубину протекания гидролиза:

1. Температура. При нагревании раствора скорость движения ионов увеличивается, возрастает внутренняя энергия частиц. Столкновение частиц становится более вероятным, т.е. гидролиз усиливается.

2. Концентрация соли. При уменьшении концентрации (разбавлении) гидролиз усиливается.

Например, гидролиз нитрата висмута протекает по уравнению

Bi(NO3)3 + H2O = BiOH(NO3)2 + HNO3.

При разбавлении гидроксокатион висмута взаимодействует с молекулами воды и гидролиз идет по второй ступени:

BiOH(NO3)2 + H2O = Bi(OH)2NO3 + HNO3.

24

Дигидроксонитрат висмута – неустойчивая соль, она распадается на нерастворимый оксонитрат висмута и воду:

Bi(OH)2NO3 = BiONO3↓+ H2O.

3. Сила электролита, образующего соль. Чем слабее электролит, обра-

зующий соль, тем сильнее эта соль подвергается гидролизу.

Рассмотрим гидролиз карбоната калия и сульфита калия. Константа диссоциации угольной кислоты равна 4,5 10 7, а константа диссоциации сернистой кислоты равна 1,7 10 2. При гидролизе карбоната калия ионы НСО3- будут сильнее связываться в молекулы угольной кислоты, чем ионы HSO3- при гидролизе сульфита. При уменьшении концентрации продуктов реакции по принципу Ле Шателье равновесие будет смещаться в сторону прямой реакции.

4. Наличие посторонних ионов может как усиливать, так и подавлять

да меди. В растворе хлорид меди подвергается гидролизу по катиону с образованием кислой среды:

CuCl2 + H2O = CuOHCl + HCl.

а) если добавить ионы водорода, то увеличится концентрация продук-

ваться с ними в молекулы водыб, чтоАприведет к снижению их концентрации в растворе, а это вызовет смещен е равновесия в сторону прямой реакции. Гидролиз будет усил ваться;

тов реакции, и по принципу Ле Шателье равновесие сместится в сторону обратной реакции, т.е. кислота будет подавлять гидролиз соли такого типа;

протекает до концаСв случаеи, если одна из солей образована слабым основанием, а другая слабой кислотой. Например, если к раствору хлорида меди добавить немного сульфата алюминия – соли, которая гидролизуется по катиону и способствует увеличению концентрации ионов водорода, это приведет к подавлению гидролиза. Если же к раствору хлорида меди добавить карбонат натрия (соль гидролизуется по аниону), то гидролиз усилится.

в) если добавить посторонн е ионы (соли), то гидролиз усиливается и

Na2CO3 + H2O = NaHCO3 + NaOH.

При гидролизе этой соли среда обогащается ионами ОН–, которые связывают ионы водорода. В общем виде реакция совместного гидролиза этих солей будет такая:

CuCl2 + Na2CO3 + H2O = Cu(OH)2 + CO2 + 2NaCl.

Гидролиз солей будет протекать полностью. Нерастворимый гидроксид будет выпадать в осадок, а нестойкая кислота распадаться на воду и углекислый газ.

25

Лабораторная работа №4

Гидролиз солей

Опыт 1. Внешние проявления гидролиза солей.

В стакане емкостью 50 см3 приготовьте нейтральный раствор лакмуса. Для этого налейте дистиллированную воду и добавьте несколько капель индикатора лакмуса до получения фиолетовой окраски. Разлейте воду в 10 пробирок. Дальше добавьте в каждую пробирку по нескольку кристаллов указанных солей (прил. 3): в первую – сульфит натрия Na2SO3, во вторую – хлорид алюминия AlCl3, в третью – силикат натрия Na2SiO3, в четвертую – хлорид калия KCl, в пятую – сульфат железа (II) FeSO4, в шестую – роданид

(прил. 4)? Какая реакция среды характеризуется получившимся цветом лакмуса? Результаты своих наблюдений запишите в табл. 5.

В результате какого процесса могли появиться избыточные ионы Н+ или ОН- в водном растворе средних солей?

Сделайте вывод, по какому иону (катиону или аниону) протекает гидролиз и как изменяется реакция среды, если соль образована:

а) сильным основанием и сильной кислотой; б) слабым основанием и сильной кислотой;

26

в) сильным основанием и слабой кислотой.

Опыт 2. Образование основных и кислых солей при ступенчатом

гидролизе.

а) Гидролиз ацетата алюминия.

Налейте в пробирку по 1 см3 растворов сульфата алюминия и ацетата натрия. Напишите молекулярное уравнение образования в растворе ацетата алюминия. Содержимое пробирки слегка подогрейте. Наблюдайте образование осадка основной соли алюминия. Продуктом какой ступени гидролиза является образовавшаяся основная соль? Напишите молекулярные и ионные уравнения по ступеням. На какой ступени степень гидролиза больше? Почему? Результатом гидролиза каких солей являются основные соли?

несколько кристаллов карбоната натрия. Содержимое пробирки размешайте легким встряхиванием. В какой цвет окрасился раствор лакмуса? В результате какого процесса эти ионы появились? Отсутствие выделения диоксида углерода указывает на то, что непрочная угольная кислота при этом почти не образуется, следовательно, гидролиз протекает практически лишь по пер-

же объем раствора карбоната натрия. Наблюдайте выпадение осадка гидроксида алюминия, сопровождающееся выделением пузырьков диоксида углерода. Напишите молекулярное и ионное уравнения реакции. Почему в реакции не образовался карбонат алюминия?

Опыт 4. Исследование факторов, влияющих на степень гидролиза солей.

а) Влияние силы кислоты и основания, образующих соль, на степень гидролиза.

В две пробирки налейте на 1/2 объема дистиллированной воды. В одну пробирку добавьте немного кристаллического сульфита натрия, в другую – карбоната натрия. По отсутствию выделения СО2 и SO2 убедитесь, что гидролиз протекает лишь по первой ступени. Напишите уравнения реакций гидролиза обеих солей.

27

В каждую пробирку добавьте 1…2 капли фенолфталеина. В растворе какой соли окраска фенолфталеина интенсивнее? В каком случае концентрация ионов ОН- более высока и, следовательно, степень гидролиза больше? Объясните наблюдаемое явление, сравнив константы диссоциации угольной и сернистой кислот. Ион SO32- или ион CO32- сильнее связывает ионы Н+ и вызывает большее накопление ионов ОН-.

Степень гидролиза какой соли: хлорида алюминия (Кb(Al(OH)3) = 1,38·10-9) или хлорида магния (Кb(Mg(OH)2) = 2,5·10-3) при одинаковых концентрациях и температуре должна быть больше? Напишите уравнение реакции по первой ступени и решите, в каком случае концентрация ионов H+ должна быть выше. Проверьте своё заключение, определив при помощи лакмусовой бумажки приближенное значение рH в растворах этих солей.

Налейте в пробирку до половины её объема дистиллированной воды и внесите в неё немного кристаллического ацетата натрия. Напишите ионное

уравнение гидролиза этой соли. Кислая или щелочная среда должна быть в

для сравнения, а пробирку с оставшимсяАраствором осторожно подогрейте на пламени спиртовки.иКак зменяется окраска раствора при нагревании? Какой вывод об изменен концентрации ионов ОН- в растворе можно сделать на основанииСизменен я окраски фенолфталеина? В каком направлении сместилось равновес е г дрол за? Укажите причину увеличения степени гидролиза соли с повышением температуры раствора.

растворе этой соли? Добавьте к раствору каплю фенолфталеина. Наблюдайте очень слабую розовую окраску раствора.

Половину полученногобраствора отлейте в другую пробирку и оставьте

в) Влияние разбавления раствора на степень гидролиза солей.

В пробирку внесите 2…3 капли раствора нитрата трехвалентного висмута и постепенно по каплям прибавляйте воду до выпадения белого осадка дигидроксонитрата висмута. Этот осадок образуется на второй ступени гидролиза. Напишите ионные уравнения первой и второй ступеней гидролиза нитрата трехвалентного висмута. Напишите формулу для вычисления константы гидролиза нитрата висмута по первой ступени. При помощи этого выражения покажите, как меняется степень гидролиза соли с разбавлением раствора.

28

Вопросы и задания для защиты лабораторной работы «Гидролиз солей»

1.Какой процесс называется гидролизом?

2.В каком случае соль будет подвергаться гидролизу?

3.Что такое «степень гидролиза» и «константа гидролиза»? от каких факторов зависит их величина?

4.Приведите пример уравнения реакции гидролиза соли, образованной сильным основанием и слабой кислотой.

5.Приведите пример уравнения реакции гидролиза соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой.

6.Приведите пример уравнения реакции гидролиза соли, образованной слабым основанием и слабой кислотой.

7.Какой процесс называется полным гидролизомИ? Какие соли могут подвергаться полному гидролизу? Приведите пример.Дисперсная система – это гетерогеннаяДсистема, в которой одно веще-

нии, называют дисперсной фазой.АСплошная среда, в которой равномерно распределена дисперснаяифаза, называется дисперсионной средой.

ство находится в мелкораздробленном состоянии и равномерно распределено в другом. Вещество, котороебнаходится в мелкораздробленном состоя-

Фаза считается д сперсной, если вещество раздроблено хотя бы в одном направленииС. Вещество, раздробленное по высоте, образует пленки. Вещество, раздробленное по высоте и ширине, образует нити, волокна, капилляры. Вещество, раздробленное по всем трем направлениям пространства, состоит из мелких дискретных частиц.

Классификация дисперсных систем:

1. По размеру частиц дисперсной фазы различают:

–грубодисперсные системы – размер частиц более 10−3см;

–микрогетерогенные системы – размер частиц составляет от 10−5 до

10−3см;

–тонкодисперсные системы (коллоидные растворы) – размер частиц от 10−7 до 10−5см.

В истинных растворах размер частиц (молекул, ионов) не превышает 10−7см, такие системы являются гомогенными и к дисперсным системам не относятся.

29

2. В зависимости от агрегатного состояния дисперсной фазы и дисперсионной среды различают следующие дисперсные системы (табл. 6).

Таблица 6

Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды

3.По межфазному взаимодействию дисперсныеИсистемы делятся на лиофобные и лиофильные.

В лиофобных системах дисперсная фаза не способна взаимодействовать с дисперсионной средой. Это неустойчивыеД, необратимые дисперсные системы. Из-за стремления системы к снижению общей энергии мелкие частицы стремятся соединиться в болееАкрупные, поэтому такая система не может долго существовать без добавления специальных веществ, называемых стабилизаторами. Если лиофобнаябсистема была разрушена, т.е. дисперсная фаза отделена от дисперсионной среды, то нельзя получить вновь дисперсную систему смешиваниемичастиц дисперсной фазы и дисперсионной среды. Поэтому лиофобные с стемы являются необратимыми.

В лиофильныхСс стемах д сперсионная среда взаимодействует с дисперсной фазой, поэтому так е с стемы образуются самопроизвольно (они обратимы) и являются устойчивыми во времени. Избыточная энергия, обусловленная большой межфазной поверхностью, компенсируется энергией, выделяющейся при взаимодействии дисперсной фазы и дисперсионной среды.

4.В зависимости от способности фаз свободно перемещаться друг относительно друга дисперсные системы делятся на свободнодисперсные и связнодисперсные.

В свободнодисперсных системах отсутствует структура, частицы дисперсной фазы не связаны между собой и способны свободно перемещаться в дисперсионной среде.

В связнодисперсной системе частицы дисперсной фазы связаны друг с другом за счет межмолекулярных сил, образуя пространственную сетку (структуру). В таких системах частицы дисперсной фазы не могут свободно

30

перемещаться относительно дисперсионной среды, а только совершают колебательные движения.

Коллоидными растворами, или золями, называют тонкодисперсную систему, в которой твердые частицы размером от 10−7 до 10−5см равномерно распределены в жидкой дисперсионной среде.

Взависимости от образующих их веществ золи подразделяются на три вида: суспензоиды, ассоциативно-мицеллярные и молекулярные коллоидные растворы.

Суспензоиды – это лиофобные (т.е. плохо взаимодействующие с растворителем) необратимые коллоидные растворы, образованные металлами, оксидами, гидроксидами и солями, нерастворимыми в дисперсионной среде. Они похожи на суспензии, только размер частиц дисперсной фазы меньше.

Примерами могут служить золь гидроксида железа и золь иодида серебра.

Ассоциативно-мицеллярные коллоидные Ирастворы образованы моле-

кулами поверхностно-активных веществ (ПАВ). Молекулы ПАВ образуют в дисперсионной среде ассоциаты, или мицеллыД. Такие золи лиофильные (хорошо взаимодействуют с растворителем) и обратимые, т.е. могут быть полу-

чены вновь после разделения дисперсной фазы и дисперсионной среды.

Молекулярные коллоидные растворыАполучают растворением молекул высокомолекулярных веществ (ВМС). По своей сути это истинный раствор, но по размерам частиц дисперснойбфазы его можно отнести к золям.

Получение дисперсных систем. Дисперсные системы можно получать диспергационными и конденсационными методами.

Диспергационные методы заключаются в измельчении крупных частиц. Измельчать можноСмехан ческим методом – в шаровых и коллоидных мельницах, с помощью ультразвука, а также электрическим методом (распыление металла в вольтовой дуге).

Конденсационные методы заключаются в создании условий для укрупнения ионов и молекул до коллоидных размеров. К конденсационным методам относятся прямая конденсация (конденсация из паров), метод замены растворителя и химическая конденсация.

Входе реакций гидролиза, ионного обмена и окисления– восстановления образуются частицы коллоидных размеров. Чтобы полученные золи (коллоидные растворы) были устойчивы, добавляют стабилизаторы – поверхностно-активные вещества или электролиты.

Примером реакций, в которых получают коллоидные растворы, явля-

ются:

1. Окислительно-восстановительная реакция

2H2S + SO2 = 3S (золь) + Н2О.

31

2. Реакция гидролиза

FeCl3 + 3H2O = (100 оC) Fe(OH)3 (золь) + 3HCl. 3. Реакция ионного обмена

AgNO3 + KI = AgI (золь) + KNO3.

Некоторые коллоидные растворы можно получать методом пептизации – осадок, состоящий из частиц коллоидного размера, промывают небольшим количеством раствора, содержащего специальное вещество – пептизатор. При пептизации происходит нарушение связей между слипшимися частицами. Получать коллоидные растворы методом пептизации можно только из рыхлых, студенистых осадков. Плотные, тяжелые осадки пептизации не поддаются.

Строение мицелл коллоидных растворов. Мицеллой называется кол-

лоидная частица с прилегающим к ней слоем противоионов диффузного слоя. Мицелла в целом электронейтральна, а коллоиднаяИ частица заряжена. Формироваться мицелла может по одному из двух механизмов.

ных ионов.

1. Образование мицеллы за счет избирательнойД адсорбции избыточ-

При получении золей с помощью химических реакций один из электро-

гией. На такой поверхности удет Алегко проходить адсорбция, причем в первую очередь адсорбироватьсяи(пр тягиваться из раствора и удерживаться на поверхности) будут избыточные оны, одноименные с ионами, входящими в состав ядра. ТакимСобразом, мельчайшие нерастворимые частицы оказываются окруженными слоем онов. Эти ионы называются потенциалопределяющими (ПОИ). К слою потенциалопределяющих ионов будут притягиваться ионы противоположного заряда – противоионы (ПИ). На поверхности нерастворимой частицы формируется двойной электрический слой (ДЭС). Но из-за теплового движения ионов в растворе под действием диффузии часть противоионов переходит в раствор. Заряд потенциалопределяющих ионов оказывается не полностью скомпенсирован зарядом противоионов, коллоидная частица приобретает заряд. Этот заряд коллоидной частицы называется электрокинетическим потенциалом. Противоионы, ушедшие в раствор под действием диффузионных сил, образуют вокруг коллоидной частицы диффузный слой. Суммарный заряд ионов диффузного слоя равен по величине и противоположен по знаку заряду коллоидной частицы.

литов обязательно должен быть в избытке (ионы этого электролита будут

стабилизаторами). Нерастворимые частицы, образующиеся в ходе реакции, обладают большой поверхностьюб, следовательно, большой избыточной энер-

Рассмотрим строение мицеллы золя AgI. Золь образуется в ходе реакции

AgNO3 + KI = AgI + KNO3 .

32

Если в избытке взять раствор KI, то на поверхности ядра мицеллы AgI будут адсорбироваться одноименные с ионами, входящими в состав ядра, избыточные ионы I−. К образовавшемуся слою отрицательно заряженных ионов будут притягиваться противоположно заряженные ионы К+. Диффузный слой будет состоять тоже из ионов К+, а заряд коллоидной частицы будет определяться зарядом потенциалопределяющих ионов и равен (–x).

[m(AgI) nI− (n–x) K+]−x xK+.

Если в избытке взять раствор AgNO3, то на поверхности ядра будут адсорбироваться ионы серебра, а слой противоионов образуют нитрат-ионы.

[m(AgI) nAg+ (n–x) NO3−]+x – гранула мицеллы (коллоидная частица); xNO3− – противоионы диффузного слоя.

реакция получения золя гидроксидаАжелеза. В кипящую воду добавляют немного 2%-ного раствора хлорида железа. Под действием температуры равновесие в реакции гидролиза смещается полностью вправо, т.е. гидролиз идет до конца, до образован я г дроксида железа. Несмотря на избыток молекул воды, ионов Н+ ОН─ удет очень мало, так как вода является слабым

2. Примером образования мицеллы в ходе реакции гидролиза является

оборот, является сильным электролитом, в воде практически все молекулы распадаются на ионы. Поэтому даже небольшое количество хлорида железа в растворе обеспечит избыток ионов железа и хлора по сравнению с ионами водорода и гидроксид-ионами.

FeCl3 + 3H2O = Fe(OH)3 + 3HCl (t = 100 C).

Ядром мицеллы будет нерастворимый Fe(OH)3, а потенциалопреде-

ляющими ионами – ионы трехвалентного железа.

FeCl3 ↔ Fe3+ + 3Cl-.

Противоионами будут ионы хлора, причем на каждый ион железа при-

ходится три иона хлора. Мицелла золя гидроксида железа имеет строение

[m(Fe(OH)3∙nFe+3∙3(n-x)Cl─]+3x 3xCl─. 3. Образование мицеллы за счет ионизации.

В тех случаях, когда между молекулами малорастворимого вещества и растворителем существует хорошее взаимодействие, коллоидные частицы

33

могут образовываться за счет ионизации этих молекул. Так, при образовании коллоидного раствора кремниевой кислоты молекулы воды взаимодействуют с молекулами кремниевой кислоты, при этом один ион водорода пе-

реходит от кремниевой кислоты к молекуле воды:

H2SiO3 + H2O = HSiO3─ + H3O+,

или в упрощенном виде

H2SiO3 ↔ H+ + HSiO3─.

Ядром мицеллы будут нерастворимые молекулы кремниевой кислоты, потенциалопределяющими ионами – гидросиликат-ионы, оставшиеся после того, как ионы водорода переместились к молекулам воды. Противоионами будут ионы водорода.

[mH2SiO3∙nHSiO3─∙(n-x)H+]─x xH+.

а) размер коллоидных частиц составляет 10─5…10─7см, т.е. частицы соизмеримы с длиной волны видимого света (400…700 нм). Это является причиной дифракционного рассеивания света. Если через коллоидный рас-

проходящем свете бесцветный коллоидный раствор кажется желтым, а в отраженном свете –Сголубым. Явление изменения окраски коллоидного раствора в зависимости от угла зрен я называется опалесценцией.

Электрические свойства коллоидных растворов. Коллоидные час-

тицы заряжены, поэтому в электрическом поле наблюдаются особые электрокинетические явления: электрофорез и электроосмос.

Если в коллоидный раствор погрузить два электрода и подключить их к источнику постоянного тока, то коллоидные частицы начнут перемещаться к электроду, имеющему заряд, противоположный заряду коллоидной частицы. Явление перемещения коллоидных частиц в электрическом поле к одному из электродов называется электрофорезом.

Если частицы не могут свободно перемещаться, например в связнодисперсной системе или при наличии в системе полупроницаемой мембраны, то под действием электрического поля начинают перемещаться противоионы диффузного слоя. Явление переноса дисперсионной среды через ка-

34

пиллярно-пористую мембрану под действием постоянного электрического тока называется электроосмосом.

Явления электрофореза и электроосмоса достаточно широко применяются человеком. Электрофорез широко используется в медицине, в биологии. Электроосмос применяют для осушения грунтов, для ускорения процесса твердения бетона.

Устойчивость коллоидных растворов. В коллоидных системах час-

тицы дисперсной фазы сильно измельчены, поэтому эти системы характеризуются большой свободной энергией. Любая система стремится к минимуму энергии, поэтому коллоидные растворы термодинамически неустойчивы. Речь может идти только об относительной устойчивости – способности системы сохранять в течение определенного времени свою структуру и свойства.

системы в течение некоторого времени сохранять свою первоначальную степень дисперсности. Проще говоря, это способность частиц не слипаться в более крупные агрегаты. В коллоидных растворах все частицы одинаково заряжены, поэтому отталкиваются друг от друга. Чем больше заряд коллоидных частиц, тем выше агрегативная устойчивость коллоидного раствора.

Кинетическая, или седиментационная, устойчивость дисперсных

Очень часто на практике требуется разрушить коллоидный раствор, например, удалить из воды коллоидные загрязнения. Для этого надо создать условия для снижения заряда коллоидных частиц. В этом случае частицы начнут слипаться, увеличатся в размерах и под действием силы тяжести образуют осадок. Слипание коллоидных частиц в более крупные агрегаты на-

зывается коагуляцией.

Существует несколько причин коагуляции:

1. Изменение температуры. При сильном нагревании или, наоборот, замораживании коллоидных растворов толщина диффузного слоя становится тоньше, величина электрокинетического потенциала – меньше, частицы начинают слипаться – происходит коагуляция.

35

2. Механическое воздействие: встряхивание, перемешивание. При интенсивном механическом воздействии усиливается диффузия, что также приводит к истончению диффузного слоя и к коагуляции.

3. Добавление раствора электролита. При добавлении к коллоидному раствору электролита ионы последнего вытесняют противоионы, входящие в состав мицеллы, из диффузного слоя в адсорбционный, в результате чего электрокинетический потенциал снижается до нуля. Происходит коагуляция.

4. Сливание коллоидных растворов с противоположно заряженными частицами. Если соединить два коллоидных раствора с противоположно заряженными частицами, то разноименные частицы будут притягиваться, укрупняться, в результате произойдет коагуляция. Такой вид коагуляции получил название гетерокоагуляция.

5. Повышение концентрации коллоидных частиц. Если в системе происходит рост числа коллоидных частиц, например при твердении вяжущих, то через некоторое время частицам становится тесно, под действием соседних частиц диффузный слой истончается, противоионы переходят из диффузного слоя в адсорбционный, электрокинетический потенциал снижается,

и 3 см3 соляной кислоты (концентрация 2:1). Перемешайте. Наблюдайте образование геля кремниевой кислоты. Напишите уравнение реакции и строение коллоидной частицы кремниевой кислоты.

Na2SiO3 + HCl H2SiO3 + ... .

Опыт 2. Получение золя гидроксида железа.

В химическом стаканчике нагрейте до кипения 50 см3 дистиллированной воды. В кипящую воду добавьте 3…4 капли 2%-ного раствора хлорида железа (III) FeCl3. Обратите внимание на изменение цвета раствора вследствие образования золя. Напишите, какое строение имеет частица получившегося золя. Этот же опыт проведите, вливая раствор хлорида железа в холодную воду. Какая реакция происходит в этом случае? Золь гидроксида железа сохраните для следующих опытов.

FeCl3 + H2O(хол.) ;

FeCl3 + H2O(кипящ.) .

36

Напишите продукты реакции и строение золя гидроксида железа. Сделайте вывод о продуктах реакции гидролиза в зависимости от температуры воды.

Опыт 3. Коагуляция золя под влиянием электролита.

К части раствора, полученного в опыте 2, прилейте раствор соды Na2CO3 до коагуляции. Объясните наблюдаемое явление.

{ m[Fe(OH)3] ∙ nFe3+ ∙ 3(n-x)Cl-}+3x ... 3xCl- + Na2CO3.

Сделайте вывод о причине коагуляции.

Опыт 4. Коллоидная защита.

Налейте в 2 пробирки по 5 см3 золя гидроксида железа. В одну добавьте 2…3 см3 раствора желатина или крахмального клейстера, а в другую – такой же объем дистиллированной воды. В обе пробирки добавьте по 2 см3 раствора соды и перемешайте. Почему коагуляция заметна только в одном

онной среды, по размерам частиц дисперсной фазы, по степени взаимодействия между частицами д сперсной фазы и среды и по степени структурированности дисперсной с стемы.

2. Назовите Сспособы получения дисперсных систем.

3. Какие оптические и электрические свойства характерны для дисперсных систем? чем они обусловлены?

4. Объясните механизм образования заряда на поверхности коллоидных частиц за счет избирательной адсорбции избыточных ионов.

5. Объясните механизм образования заряда на поверхности коллоидных частиц за счет частичной ионизации нерастворимых молекул кислот и оснований.

6.Какие виды устойчивости характерны для дисперсных систем? Охарактеризуйте каждый вид устойчивости, объясните, от каких факторов он зависит.

7. Какой процесс называется коагуляцией? Назовите способы коагуляции коллоидных растворов. В чем отличие коагуляции лиофильных и лиофобных золей?

37