527

Лабораторная работа № 19

Определение электрокинетического потенциала золя методом электрофореза

Цель работы: научиться определять методом электрофореза электрокинетический потенциал золя гидроксида железа (III), изучить влияние электролита на электрокинетический потенциал.

Оборудование: источник постоянного тока, прибор Бертона для электрофореза, два графитовых электрода.

Реактивы: золь гидроксида железа (III), разбавленный раствор НСl и NН4Сl, раствор электролита (по указанию преподавателя).

Порядок выполнения работы

Настоящая работа заключается в проведении электрофореза золя гидроксида железа (III) в приборе Бертона, определении скорости электрофоретического переноса и расчете величины электрокинетического потенциала.

Опыт проводят для чистого золя и для золя, в котором присутствует электролит.

В воронку прибора Бертона (рис. 4) налить смесь 20 мл золя и 5 мл дистиллированной воды (если в стеклянной трубке останутся пузырьки воздуха, их удалить при помощи проволоки). Затем в U-образную трубку налить боковую жидкость (разбавленный раствор НСl и NН4Сl, некоагулирующий золь), заполнить колена трубки на одну

81

треть и также удалить пузырьки воздуха.

После этого очень осторожно открыть кран и дать золю возможность медленно подниматься по U- образной трубке, вытесняя боковую жидкость (для выполнения работы необходимо наличие четкой границы между золем и боковой жидкостью).

Вставить в U-образную трубку электроды, при правильном заполнении

электрофоретической трубки электроды должны быть погружены в надстилающую жидкость приблизительно на 0,5 см, а граница раздела должна находиться в пределах градуировочной части трубки. После заполнения трубки кран закрыть и записать положение границы раздела золя и надстилающей жидкости в катодном и анодном коленах. Включить прибор в сеть (осторожно – высокое напряжение!), подать напряжение 70–100 В (по указанию преподавателя), включить секундомер и определить время, за которое граница золя переместится на 2 деления U-образной трубки (2 мм). Определение повторить 3 раза и для дальнейших расчетов использовать среднее значение.

Повторить измерения для смеси 20 мл золя и 5 мл раствора какого-либо электролита (по указанию преподавателя). С помощью гибкой проволоки определить расстояние между электродами (их торцевыми частями)

82

вдоль U-образной трубки. По формулам рассчитать электрофоретическую скорость частиц золя U и величину ξ -потенциала.

Линейную скорость движения границы золь – боковая жидкость рассчитывают как отношение смещения границы раздела за время электрофореза:

U = S / t , (1)

где S – путь, пройденный границей золя, м; t – время, с.

Напряженность электрического поля (градиент потециала) рассчитывают как отношение приложенной разности потенциалов к расстоянию между электродами:

где Е – электродвижущая сила, В;

l – расстояние между электродами, м.

Расчет величины электрокинетического потенциала (ξ):

(3)

где η – вязкость воды (η15 = 0,01138 Н∙с/м2,

η20 = 0,01005 Н∙с/м2, η25 = 0,00894 Н∙с/м2.

ε – диэлектрическая проницаемость среды

(для воды ε = 9∙10-9 Ф/м)

К – постоянная, зависящая от формы частиц; считая их сферическими, принимаем К = 6.

Полученные результаты занести в таблицу и на

83

основании результатов эксперимента сделать вывод о влиянии электролита на величину ξ-потенциала и на устойчивость золя.

84

Лабораторная работа № 20

Диализ раствора белка

Цель работы: Очистка раствора яичного белка от ионов поваренной соли методом диализа.

Оборудование: стеклянная воронка, закрытая снизу резинкой с зажимом, складчатый фильтр из кальки, 2 пробирки.

Реактивы: кристаллический NaCl, 10% раствор белка, дистиллированная вода, реактив AgNO3, 1% раствор СuSO4, 10% раствор NaOH.

Диализ – это метод очистки растворов высокомолекулярных соединений (ВМС) от низкомолекулярных примесей. Диализ основан на использовании полупроницаемой мембраны, то есть мембраны (фильтра) имеющей очень малые размеры пор, через которые могут проникать малые частицы, а крупные микромолекулы белка не могут.

Примерами таких полупроницаемых мембран могут быть пергамент, калька, стенка мочевого пузыря, тонкая коллодиевая плѐнка. Природными полупроницаемыми мембранами являются оболочки живых клеток. Диализ применяется во многих технологических процессах: для очистки пищевого желатина, клея, красителей, целлюлозы, для удаления солей из молочной сыворотки с целью сохранения лактозы и протеинов.

Порядок выполнения работы

В стеклянную воронку, закрытую снизу резинкой с зажимом, поместить складчатый фильтр из кальки. Необходимо, чтобы он был целым, без трещин. На фильтр налить раствор белка до половины высоты фильтра, в этот раствор добавить немного кристаллического NaCl. Под фильтр (в воронку) налить дистиллированной воды, так, чтобы еѐ уровень был несколько выше уровня раствора

85

белка. Проверить, нет ли вытекания воды, хорошо ли держит зажим, оставить на 15 минут.

За это время ионы электролита из раствора белка продиффундируют в воду через полупроницаемую мембрану (фильтр из кальки). Доказать наличие ионов хлора в растворе качественной реакцией с реактивом AgNO3, для этого открыть зажим, слить в пробирку 2–3 мл фильтрата и добавить 2–3 капли реактива AgNO3, если выпадет белый осадок, значит в растворе присутствуют ионы хлора.

Доказать присутствие белка в фильтрате с помощью биуретовой реакции. Собрать воду из воронки в чистую пробирку, добавить по 2 капли 10% NaOH и 1% СuSO4, встряхнуть. Наличие белка доказывает фиолетовая или розовая окраска раствора.

Зарисовать схему диализатора. Записать результаты исследования.

86

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При изучении курса «Физическая и коллоидная химия» студенты должны освоить компетенции, изложенные в Федеральном государственном общеобразовательном стандарте, в том числе научиться работать на лабораторном оборудовании и самостоятельно проводить научноисследовательские опыты. Необходимо знать основные правила безопасной работы в лаборатории.

Для успешного освоения дисциплины необходимо изучить теоретический материал, освоить навыки проведения лабораторных и исследовательских работ, научиться решать типовые задачи. В пособии представлены лабораторные работы при выполнении которых приобретаются необходимые знания и умения. Так же имеются приложения, необходимые для расчѐтных задач.

После изучения курса студенты должны уметь работать на иономере, рефрактометре. Знать основы электрохимии, уметь работать с различными электродами и применять их для анализа органических и неорганических веществ.

При изучении раздела «Коллоидная химия» следует обратить внимание на оптические и электрические свойства коллоидных растворов, электролитную и седиментационную устойчивость, на отличие гидрофильных и гидрофобных систем.

Успешное освоение дисциплины возможно при добросовестном изучении теоретического материала и накоплением навыков практической работы в современных лабораториях, оснащенных приборами для проведения различных анализов.

87

СЛОВАРЬ УПОТРЕБЛЯЕМЫХ ПОНЯТИЙ И ТЕРМИНОВ

Адсорбат – компонент, который концентрируется на поверхности адсорбента.

Адсорбент – компонент, на поверхности которого идѐт адсорбция.

Адсорбция – процесс, при котором поглощаемое вещество (адсорбат) концентрируется на поверхности адсорбента.

Анод – электрод, на котором протекает реакция окисления, т.е. отдача электронов.

Буферный раствор – раствор, содержащий протолитически равновесную систему, способную поддерживать практически постоянное значение рН при разбавлении или добавлении небольших количеств кислоты или щелочи.

Водородный показатель (рН) – количественная характеристика кислотности среды, равная отрицательному десятичному логарифму концентрации ионов водорода в растворе рН = - lg [H+].

Гальванический элемент – устройство, в котором в результате протекания на электродах химических окислительно-восстановительных процессов возникает разность потенциалов.

Гель – дисперсная система, содержащая пространственную сетку из частиц дисперсной фазы, в ячейках которой заключѐн растворитель.

Диализ – процесс очистки коллоидных растворов от ионов и молекул низкомолекулярных примесей в результате их диффузии в чистый растворитель.

88

Дисперсионная среда – однородная фаза, в которой распределены частицы дисперсной фазы.

Дисперсная система – гетерогенная система, в которой одна из фаз представлена мелкими частицами, равномерно распределѐнными в объѐме другой однородной фазы.

Дисперсная фаза – мелко раздробленное вещество, равномерно распределѐнное в дисперсной системе.

Диссоциация электролитическая – процесс распада молекул электролитов на ионы в растворе или расплаве.

Катод – электрод, на котором протекает реакция восстановления.

Коагуляция - процесс слипания коллоидных частиц с образованием более крупных агрегатов из-за потери коллоидным раствором агрегативной устойчивости.

Коллоидные растворы – ультрамикрогетерогенные системы, содержащие частицы дисперсной фазы с размерами 10-9 – 10-7 м в жидкой фазе.

Концентрация раствора – величина, измеряемая количеством растворенного вещества в определѐнном объѐме или массе раствора (иногда растворителя).

Массовая доля вещества Х в растворе (ω) – величина,

измеряемая отношением массы растворѐнного вещества к массе раствора.

Моляльная концентрация вещества Х в растворе

(Сm) – величина, измеряемая отношением количества молей вещества Х к массе растворителя.

Молярная концентрация вещества Х в растворе

(См) – величина, измеряемая отношением количества молей вещества Х к объѐму раствора.

Молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация) вещества Х в растворе (СН) – величина,

89

измеряемая отношением количества эквивалентов вещества Х к объѐму раствора.

Неэлектролиты – вещества, растворы и расплавы которых не подвергаются диссоциации и не проводят электрический ток.

Осмос – самопроизвольная диффузия молекул растворителя через полупроницаемую мембрану с избирательной проницаемостью.

Раствор – термодинамически устойчивая гомогенная система переменного состава, состоящая из двух или более компонентов.

Растворѐнное вещество – компонент раствора,

агрегатное состояние которого изменяется при растворении, или находится в растворе в минимальном количестве.

Растворитель – компонент раствора, агрегатное состояние которого не меняется при растворении, или находится в растворе в преобладающем количестве.

Ряд напряжений – расположение металлов в порядке возрастания их стандартных электродных потенциалов.

Степень диссоциации – отношение количества молекул электролита, распавшихся на ионы, к общему количеству молекул.

Степень окисления – условный заряд атома в соединении, вычисленный исходя из предположения, что вещество состоит только из ионов.

Эквивалент вещества – реальная или условная частица вещества, которая в данной реакции реагирует с одним атомом или ионом водорода или одним электроном или замещает эти количества.

Электрод – полуэлемент, на поверхности которого при контакте с раствором возникает скачок потенциала.

90