Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Коллоидная химия. Учебное пособие-1
.pdf
флотореагентов масло окружает пузырёк воздуха. Вместе с частицами
минералов этот пузырёк уносится в верхний слой, из которого затем отделяют
концентрат руды. При помощи специальных добавок (коллекторов)
регулируют избирательное смачивание частиц минералов, а при помощи
пенообразователей – устойчивость пузырьков пен.
Аэрозоли – коллоидные системы, образованные жидкими или твёрдыми
частицами в газах (обычно в воздухе). Их получают диспергированием: при
взрывах, при истирании, конденсацией из паров воды и углеводородов, при
испарении из распылённых растворов, в химических реакциях некоторых газов
(например, в реакции между аммиаком и хлороводородом). В природе аэрозоли
образуются путём диспергирования при обвалах, в водопадах, при
выветривании и эрозии почв, а путём конденсации – при появлении облаков и
туманов, при вулканических извержениях и др.
Аэрозоли классифицируют по агрегатному состоянию: туманы (жидкие
частицы), пыль (твёрдые частицы), дым (конденсированные аэрозоли с
твёрдыми частицами), смог (от англ. smog=smoke (дым) + fog (туман)) состоит
из частиц с адсорбированной на них влагой из атмосферы. Высокодисперсные
аэрозоли содержат частицы размером менее 0,1 мк, грубодисперсные аэрозоли –
более 1 мк. Для частиц высокодисперсных аэрозолей характерно преобладание
броуновского движения. Грубодисперсные аэрозоли заметно оседают под
действием силы тяжести.
Для аэрозолей характерна лишь кинетическая устойчивость – каждое
соприкосновение их частиц или частицы и стенки приводит к коагуляции.
Поэтому аэрозоли содержат не более 107 частиц/см3, тогда как золь золота, к
примеру, 1015 частиц/см3.
Для аэрозолей характерно более сильное светорассеяние и отражение света
из-за большой разницы в показателях преломления фаз. Большинство туманов
и дымов кажутся бесцветными, поскольку волны различной длины примерно
одинаково рассеиваются и отражаются крупными частицами аэрозолей.
81
Практическое значение аэрозолей чрезвычайно велико (облака; перенос
ветром семян и пыльцы растений, спор бактерий и плесеней; сжигание
распылённого топлива и распылительная сушка; распыление удобрений,
средств борьбы с вредителями растений; тепловая защита садов дымами и т.д.).
В медицинской практике аэрозоли применяют для ингаляций.
С другой стороны, образование туманов является значительной помехой
для авиации и других видов транспорта. Большую опасность представляют
радиоактивные аэрозоли. В промышленности тысячи тонн ценных руд и
различных химических веществ выносятся дымами в атмосферу, и борьба с
ними имеет огромное значение. Всегда актуальна борьба с патогенными
аэрозолями, передающими многие инфекции (например, грипп) или
вызывающими профессиональные заболевания (силикоз у шахтёров и др.). Так,
для очистки газа от аэрозолей с частицами радиусом r≥3 мк применяют
центробежные пылеотделители – циклоны. В них газ движется по спирали
внутри узких неподвижных цилиндров диаметром 5-15 см, и частицы
осаждаются на стенках циклона. В противогазах для очистки газа используют
тканевые и волокнистые фильтры. Большое значение имеют различные
электрофильтры, в которых частицы аэрозоля под действием электроразряда
заряжаются отрицательно и, затем, осаждаются на положительном электроде
при напряжении (7–10).104 В.
Порошки можно рассматривать как осаждённые аэрозоли с твёрдыми
частицами. Однако частицы в них могут быть более крупными и достигать в
диаметре до 1–2 мм. В зависимости от диаметра частиц d для порошков
приняты разные названия – песок (d=0,2 – 0,002 см), пыль (d=20 – 2 мкм). Более
мелкие порошки иногда называют пудрой. Размер частиц промышленных
порошков часто является одним из основных показателей качества продукта.
Например, дисперсность и распределение частиц по размерам в цементных
порошках сильно влияет на механическую прочность изделия. Качество муки
повышается с увеличением степени помола. Многие важнейшие свойства
композиционных материалов зависят от дисперсности наполнителей.
82
Важным свойством порошка в технологии является текучесть. Её
определяют по скорости вытекания порошка через калиброванное отверстие
диаметром 1,5–4,0 мм. Текучесть порошка зависит от плотности, размера и
формы частиц, состояния их поверхности, влажности и других свойств.
Повышение дисперсности приводит к уменьшению текучести вследствие роста
общей поверхности контакта. Увеличение влажности также снижает текучесть
порошков.
Суспензии – взвеси порошков в жидкости. К суспензиям при достаточном
содержании влаги относятся: почвы и грунты; глиняное тесто в керамическом
производстве; цементные и известковые растворы в строительном деле; взвеси
пигментов в масляных красках и цветных лаках и т.д.
Суспензии одновременно поглощают и рассеивают свет, хотя их частицы
по размеру больше коллоидных частиц. При этом в отличие от
опалесцирующих золей суспензии проявляют мутность не только при боковом
освещении, но и в проходящем свете.
Из-за относительно большого размера частиц суспензии обычно
седиментационно неустойчивы, не обнаруживают осмотического давления и
броуновского движения, не способны к диффузии. Если по оптическим и
молекулярно-кинетическим свойствам суспензии и золи с твёрдой дисперсной
фазой резко различны, то по агрегативной устойчивости они имеют много
общего. Так, часто частицы суспензий имеют на поверхности ДЭС или
сольватную оболочку. Электрокинетический потенциал частиц суспензий
можно определить с помощью электрофореза.
Для суспензий характерны такие процессы, как фильтрация и
кольматация. Фильтрация суспензий зависит от дисперсности, степени
агрегации частиц, образования коагуляционной структуры и способности её к
самоуплотнению в фильтрующем осадке. Не менее сложен и процесс
кольматации – «вмыв» частиц ила и глины в поры грунта для уменьшения
водопроницаемости различных гидротехнических сооружений – дамб, плотин и
т.д.
83
Тесты
1. Условное обозначение эмульсии – это:
1) ж\г; 2) ж/т; 3) г/ж; 4) ж/ж.
2. Условное обозначение пен – это:
1) г\ж; 2) ж/г; 3) ж/ж; 4) ж/т.
3. Условное обозначение аэрозолей – это:
1) т\г; 2) ж/г; 3) ж/ж; 4) г/ж.
4. Условное обозначение прямых эмульсий:
1) м/в; 2) в/м; 3) м/м; 4) ж/ж.
5. Соотнесите названия аэрозолей с частицами, из которого они состоят:
1) туман; 1) частицы с адсорбированной на них влагой из атмосферы;
2) дым; 2) жидкие частицы;
3) смог; 3) твёрдые частицы.
6. Высокодисперсные аэрозоли содержат частицы размером:
1) менее 0,1 микрон; 2) более 0,1 микрон;
3) менее 0,01микрон; 4) более 100 микрон.
7. Соотнесите названия порошков с размером частиц, из которого они
состоят:
1) песок; 1) от 2 до 20 микрон;
2) пыль; 2) менее двух микрон;
3) пудра; 3) от 0,002 до до 0,2 см.
84
2. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
2.1 Адсорбция уксусной кислоты активированным углем
Цель работы: определить параметры изотермы адсорбции Фрейндлиха на
примере адсорбции уксусной кислоты на активированном угле.
Вопросы для домашней подготовки:
1. Изотермы адсорбции на неоднородной поверхности. Изотерма адсорбции
Фрейндлиха.
2. Полимолекулярная адсорбция. Изотерма БЭТ.
3. Адсорбция ионов из растворов.
Оборудование: технические весы с набором разновесов, керамические
ступка и пестик, бюретка на 50 мл, конические колбы на 250 мл с пробками
(5 шт.), воронки (5 шт.), пипетки на 5,10 и 15 мл, химические стаканы на 100 мл
(5 шт.), мерные колбы на 200 мл (5 шт.), цилиндр на 100 мл, фильтровальная
бумага.
Реактивы: активированный уголь, фенолфталеин, растворы гидроксида
натрия (0,1 М) и уксусной кислоты (0,4 М), дистиллированная вода.
Методика эксперимента
Методом последовательного разбавления готовят из 0,4 М раствора
уксусной кислоты по 100 мл 0,2 М; 0,1 М; 0,05 М и 0,025 М растворов кислоты.
Для уточнения концентраций всех пяти растворов дважды титруют указанные в
табл. 2.1 аликвоты растворов кислоты (Vк) 0,1 М раствором NaOH в
присутствии фенолфталеина. Полученные значения объёмов щёлочи (V1, V2)
усредняют (Vср). Результаты опыта заносят в табл.2.1.
В пять конических колб на 250 мл наливают по 50 мл приготовленных
растворов. Тщательно измельчают в ступке активированный уголь. В каждую
из колб вносят по 1,00 г активированного угля (уголь взвешивают на весах с
85
точностью до 0,01 г). Закрывают колбы пробками и 30 минут энергично
n
1
№
Vк,
мл
Титрование кислоты
до адсорбции
(объём щёлочи, мл)
С
о
, М
Титрование
кислоты после
адсорбции (объём
щёлочи, мл)
CР, М
V1
V2
Vср
V*1
V*2
V*ср
1
5
2
10
3
15
4
15
5
15
встряхивают смесь. Затем фильтруют растворы через бумажные складчатые
фильтры в сухие стаканы на 100 мл. Первые порции фильтрата для каждого
раствора отбрасывают (почему?). Проверяют титрованием концентрацию
уксусной кислоты в фильтратах после адсорбции. Также как и в начале опыта,
титрование каждого раствора повторяют два раза. Результаты опыта заносят в
табл. 2.1.
Обработка результатов
1. Рассчитывают: а) исходные Со и равновесные Ср концентрации кислоты;
б) удельную адсорбцию Г (ммоль/г); в) lgГ и lgCр.
2. Строят изотерму адсорбции Г=f(Ср).
3. Строят зависимость lgГ от lgCр и определяют постоянные изотермы
адсорбции Фрейндлиха (1.30) β и
Результаты заносят в табл.2.1,2.
Результаты титрования уксусной кислоты
c привлечением МНК (Приложение 3).
Таблица 2.1
86
Таблица 2.2
№
С
р
, М
lgCр
Г,
ммоль/г
lgГ
n
1
1
2
3
4
5
Расчёт параметров изотермы адсорбции Фрейндлиха Г = βC
1/n
2.2. Получение дисперсных систем
Цель работы: получить дисперсные системы разного типа несколькими
методами.
Вопросы для домашней подготовки:
1. Классификации дисперсных систем.
2. Лиофильные и лиофобные дисперсные системы.
3. Диспергационные методы получения дисперсных систем.
4. Метод пептизации.
5. Конденсационные методы получения дисперсных систем.
I. Лиофобные коллоидные растворы
Опыт 1. Получение золей серы и канифоли методом замены
растворителя
Оборудование: мерный цилиндр на 100 мл, две плоскодонные колбы на
150 мл с пробками.
Реактивы: 2 %-ный раствор канифоли в этиловом спирте, насыщенный
раствор серы в этиловом спирте, дистиллированная вода.
87
1. Насыщенный раствор серы в абсолютном спирте вливают по каплям в
100 мл дистиллированной воды при взбалтывании.
2. Спиртовой раствор канифоли добавляют по каплям при энергичном
взбалтывании к 100 мл дистиллированной воды.
Опыт 2. Получение золя Fe(OH)3 по реакции гидролиза
Оборудование: электрическая плитка, асбестовая сетка, коническая колба
на 150 мл, пипетка.
Реактивы: 2 %-ный раствор FeCl3, дистиллированная вода.
Наливают в колбу 100 мл дистиллированной воды и нагревают до кипения.
Затем в кипящую воду по каплям при постоянном перемешивании добавляют
5–10 мл 2 %-ного раствора FeCl3. Для чего используется нагревание и
разведение раствора хлорида железа?
В результате реакции гидролиза получается золь Fe(OH)3 и HCl (для
получения интенсивной окраски можно увеличить объём раствора FeCl3).
Поверхностные молекулы золя Fe(OH)3 реагируют с HCl:
Fe(OH)3+HCl = FeOCl+2H2O.
Молекулы FeOCl диссоциируют на ионы FeO+ и Cl-. Ионы FeO
+
адсорбируются на родственном по составу агрегате [Fe(OH)3]m, заряжая его
положительно. Положительный заряд частично компенсируется хлорид
ионами. В результате образуется мицелла {[Fe(OH)3]
.
nFeO
m
+
.
(n-х)CI-}
x+
.
хСl-.
Опыт 3. Получение золя диоксида марганца по реакции восстановления
Оборудование: коническая колба на 100 мл, пипетка.
Реактивы: 1,5 %-ный раствор перманганата калия, 1 %-ный раствор
тиосульфата натрия, дистиллированная вода.
В колбу пипеткой вносят 5 мл раствора перманганата калия, разбавляют
дистиллированной водой до объёма 30 мл и вводят по каплям 1–2 мл раствора
тиосульфата натрия. Получается золь диоксида марганца.
88
Опыт 4. Получение золя берлинской лазури пептизацией пасты
Оборудование: два химических стакана на 100 мл, стеклянная палочка.
Реактивы: насыщенные растворы жёлтой кровяной соли К4[Fe(CN)6] и
FeCl3, дистиллированная вода.
К 10 мл насыщенного раствора К4[Fe(CN)6] приливают по каплям 2 мл
насыщенного раствора FeCl3. Получается чёрная паста. Стеклянной палочкой
вносят крупинку этой пасты в стакан с дистиллированной водой. Получается
золь берлинской лазури Fe4[Fe(CN)6]3.
II. Лиофильные коллоидные растворы
Опыт 5. Получение растворов ВМС
Оборудование: фарфоровая ступка с пестиком, фарфоровая чашка,
песчаная баня, технические весы, мерный цилиндр на 100 мл, химические
стаканы.
Реактивы: крахмал, пищевой желатин, куриное яйцо или альбумин в
порошке, дистиллированная вода.
1. Взвешивают 0,5 г крахмала. Тщательно растирают его в фарфоровой
ступке и переносят в фарфоровую чашку. Добавляют к нему 10 мл
дистиллированной воды и перемешивают. Затем добавляют ещё 90 мл воды.
Полученную смесь крахмала в воде при постоянном помешивании доводят до
кипения. После нескольких вскипаний получается 0,5 %-ный раствор крахмала.
2. Взвешивают 0,5 г желатина. Вносят его в химический стакан, заливают
50 мл дистиллированной воды и оставляют на 6–8 часов для набухания. После
набухания желатина добавляют в стакан ещё 50 мл воды и нагревают смесь на
водяной бане при температуре 40–50 oC до полного растворения желатина.
Обработка результатов
1. Опишите цвет полученных в каждом опыте золей.
2. Напишите уравнения реакций в опытах 2–4.
89
3. Опишите вид растворов ВМС в опыте 5.
2.3. Фотоколориметрическое определение концентрации золя
Цель работы: определить фотоколориметрическим методом
концентрации золей канифоли.
Вопросы для домашней подготовки:
1. Оптические методы исследования коллоидных систем.
2. Светорассеяние коллоидных систем.
3. Формула Рэлея и её анализ.
4. Нефелометрия и ультрамикроскопия.
5. Поглощение света золями.
6. Закон Бугера-Ламберта-Бера.
Оборудование: фотоколориметр, мерные колбы на 50 мл (6 шт.), пипетки
на 25 мл.
Реактивы: 0,2 %-ный раствор канифоли в этиловом спирте,
дистиллированная вода.
Методика эксперимента
Готовят серию стандартных растворов последовательным разбавлением
исходного 0,2 %-ного спиртового раствора канифоли в 2, 4, 8, 16 и 32 раза
(используют пипетку на 25 мл и мерные колбы).
Настраивают фотоколориметр по воде, подобрав светофильтр из красной
зоны. Измеряют оптические плотности полученных стандартных растворов D
при различных массовых концентрациях золя . Результаты заносят в табл. 2.3.
Обработка результатов
1. Строят калибровочную зависимость D- по результатам измерений
(используют МНК) (Приложение 3).
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]