6.5. Выводы

6.5.1. Назовите достоинство и недостаток колориметрического метода определения реакции среды растворов. Отметьте преимущество электрометрического метода измерения рН.

6.5.2. Объясните изменения рН растворов различных солей по сравнению с водой.

Работа 7. Гетерогенные дисперсные системы

7.1. Цель работы

7.1.1. Изучить классификацию, методы получения и характерные свойства гетерогенных дисперсных систем.

7.1.2. Установить причины устойчивости и условия коагуляции коллоидных систем.

7.2. Подготовка к работе

7.2.1. Повторите основные положения химической термодинамики.

7.2.2. Повторить свойства растворов электролитов, реакции двойного обмена, гидролиз солей.

7.2.3. Теоретические сведения

Гетерогенными называются системы, состоящие из двух (или более) веществ, из которых одно (дисперсная фаза) диспергировано в другом (дисперсионной среде) и отделено от него поверхностью раздела.

В отличие от истинных растворов (молекулярных и ионных), являющихся однофазными, равновесными, термодинамически устойчивыми, гетерогенные дисперсные системы многофазны, термодинамически неустойчивы.

Причиной неустойчивости гетерогенных дисперсных систем является большая свободная поверхностная энергия E на границе раздела (E=σ∙S, где σ – удельная свободная поверхностная энергия, S – общая площадь поверхности всех частиц дисперсной фазы). Самопроизвольное уменьшение величины Е может привести к двум противоположным явлениям: разрушению системы или её стабилизации.

Уменьшение свободнаой поверхностной энергии E за счет слипания частиц (уменьшение S) приводит к их укрупнению (коагуляция), оседанию (седиментация), что ведет к разрушению гетерогенной дисперсной системы.

Стабилизация системы может происходить за счёт адсорбции ионов и молекул на границе раздела фаз. Адсорбция – увеличение концентрации веществ в поверхностном слое по сравнению с объемом. Процесс адсорбции происходит самопроизвольно, сопровождается уменьшением удельной поверхностной энергии σ, уменьшением свободной поверхностной энергии Е и стабилизацией системы.

Несмотря на принципиальную неустойчивость, некоторые гетерогенные дисперсные системы могут существовать довольно долго и не разрушаться.

Основные факторы устойчивости гетерогенных дисперсных систем:

1) кинетический – обусловлен малым размером частиц дисперсной фазы, тепловое движение которых поддерживает существование системы;

2) структурно-механический или адсорбционно-сольватный - обусловлен образованием на поверхности частиц адсорбционных слоев молекул, которые препятствуют объединению частиц.

Вещества, снижающие свободную поверхностную энергию за счёт адсорбции, называются поверхностно-активными (ПАВ).

Органические ПАВ имеют дифильное строение: их молекулы содержат полярные группы Х (-ОН, -COONa, -NH₂ и др.) и достаточно большой углеводородный радикал R (число атомов углерода С >10-12). Дифильный характер молекул ПАВ обусловливает два явления: адсорбцию ПАВ на межфазной границе и агрегацию молекул в мицеллы.

ПАВ, имеющие в своём составе гидрофильные и гидрофобные группы, располагаются на межфазной поверхности таким образом, чтобы полярная часть молекулы была обращена к полярной фазе (вода), а неполярная – к неполярной (воздух, масло и др.).

Таким образом, адсорбция ПАВ на границе раздела фаз меняет природу поверхности и, следовательно, влияет на ее смачивание молекулами дисперсной среды;

3) ионно-электростатический – обусловлен возникновением двойного электрического слоя (адсорбция ионов) вокруг частиц, затрудняющего их объединение из-за действия сил электростатического отталкивания.

Чаще всего эти факторы действуют одновременно с преобладанием одного из них.

Схема строения коллоидной мицеллы бромида серебра, полученного при взаимодействием бромида калия с избытком нитрата серебра.

Определите:

1. составные части коллоидной частицы, мицеллы;

2. заряд коллоидной частицы и факторы агрегативной устойчивости золя;

3. среди приведенных солей - NaCl, Na₂SO₄, Na₃PO₄ - электролит с наименьшим порогом коагуляции, ионы - коагуляторы.