Лабораторная работа №6. Коллоидные системы. «получение и характеристика коллоидных систем». «устойчивость коллоидных растворов. Правило шульце-гарди».

Краткая теория к работе. Механизм образования золя следующий. В растворе хлорид железа подвергается гидролизу

FeCl₃ + H₂O = FeOHCl₂ + HCl

Fe³⁺ + H₂O = FeOH²⁺ + H⁺

FeOHCl₂ + H₂O = Fe(OH)₂Cl (или FeOCl+H₂O) + HCl

FeOH²⁺ = FeO⁺ + H⁺ .

При кипячении степень гидролиза увеличивается:

Fe(OH)₂Cl + Н₂О = Fe(OH)₃↓ + НСl

Fe(OH)₂ + Н₂О = Fe(OH)^{3 +} + Н⁺

Молекулы малорастворимого соединения Fe(OH)₃, слипаясь между собой, образуют агрегат: m Fe(OH)₃.

Поверхность агрегата, обладая большой избыточной свободной энергией, адсорбирует ионы из раствора. Причем, преимущественно адсорбируются ионы, дающие с ионами решетки нерастворимые соединения. В данном случае будут адсорбироваться ионы FeO⁺, при этом образуется положительно заряженное ядро: m Fe(OH)₃ * nFeO⁺

Положительно заряженная поверхность ядра притягивает из раствора отрицательно заряженные ионы, называемые противоионами (в данном случае ионы Сl^-), с другой стороны, на противоионы действует сила диффузии (теплового движения), стремящаяся равномерно распределить их по всему объему. Под действием этих двух сил часть ионов плотно притягивается к ядру, образует заряженную коллоидную частицу

[m Fe(OH)₃ *n FeO⁺ *(n - x) Cl^- ]^+х ,

а другая часть ионов располагается на некотором расстоянии от ядра, образуя диффузный слой: [m Fe(OH) ₃ n FeO+ (n - x) Cl-]^+х х Cl-

Образующаяся мицелла в целом является электронейтральной. Устойчивость золей определяется толщиной диффузного слоя. Чем больше толщина диффузного слоя, тем больше расстояние, на которое могут сблизиться коллоидные частицы, тем меньше вероятность их слипания, тем устойчивее золь.

Коагуляцией называется процесс укрупнения частиц в золях в результате их слипания. Поскольку устойчивость золей определяется толщиной диффузного слоя, то для того, чтобы произошла коагуляция, необходимо сжать диффузный слой. Это достигается путем введения постороннего электролита, причем коагулирующее действие оказывает лишь ион, одноименно заряженный с ионами диффузного слоя, и действие его тем сильнее, чем больше заряд ядра этого иона (правило Шульце-Гарди).

Минимальное количество электролита, которое нужно прилить, чтобы вызвать коагуляцию золя, называется порогом коагуляции, который выражается в моль/л золя. Начало коагуляции определяется по появлению мути.

Защитное действие желатина (и других поверхностно–активных веществ) обусловлено его адсорбцией на поверхности коллоидных частиц. В результате устойчивость золей возрастает (т.к. при адсорбции избыточная свободная энергия поверхности уменьшается).

Защитным числом называется минимальное количество желатина, препятствующее коагуляции золя.

Цель работы. Получение золя гидроксида железа методом конденсации. Определение порога коагуляции и защитного числа.

Оборудование.

1. 20 сухих пробирок.

2. Электроплитка.

3. Бюретка.

4. Колба на 150 мл.

5. Набор пипеток.

Реактивы.

1. Раствор хлорида железа (2%).

2. Раствор желатина (0,1%).

3. Вода дистиллированная.

4. Молоко.

5. Термометр.

6. Водяная баня.

7. Раствор сульфата натрия (0,002 н).

8. Раствор хлорида кальция (5%).