Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физическая и коллоидная химия. Методические рекомендации к лабораторные работы
.pdf
или
1
Г
Г
1
∙ВС
Г
ВС
∙ВС
или
1
Г
1
Г
∙В
1
С
Г
1
То есть получим уравнение прямой, проходящей через началокоординат 1/Г и 1/С (рис.10).
Отрезок, отсекаемый прямой 02 на оси ординат, равен 1/Г
max
Определив из графика значение предельной адсорбции, рассчитать площадь, приходящуюся на одну молекулу S0 и толщину адсорбционного слоя l.
1/Г, м2/мкмоль
6
4
2
1/Г
0
0246810
max
1/С, л/моль
Рис. 10. График для определения величины Г
max
41
Вопросы к работе 3
1. В чём заключаются особенности поверхностного (пограничного) слоя?
2. От каких факторов зависит поверхностное натяжение жидкостей?
3. Что называется поверхностной активностью, что является
её количественной мерой? Приведите примеры поверхностно-активных и поверхностно-неактивных веществ.
4. В чём отличие физической адсорбции от химической?
5. Как ориентируются молекулы ПАВ в насыщенном адсорбционном слое?
6. Какие параметры измеряются при определении поверхностного натяжения методом Ребиндера? Для чего необходимо проводить опыт с дистиллированной водой?
7. Как рассчитать поверхностное натяжение водных растворов ПАВ на основании полученных значений давлений? Как
определить поверхностную активность исследованных веществ?
8. Нарисуйте на одном графике изотермы поверхностного
натяжения масляной, уксусной и пропионовой кислот.
9. Во сколько раз поверхностная активность метанола отличается от поверхностной активности пропанола при условии
равенства концентраций их растворов.
10. В качестве противоядия при отравлениях метанолом
применяют этанол. Почему?
11. Приведите примеры гидрофильных и гидрофобных групп
в молекулах.
12. Какие вещества лучше адсорбируются на гидрофобных
поверхностях (ПАВ или ПИВ)? Почему? Приведите примеры
этих пар адсорбант-адсорбат.
13. Как зависит количество адсорбированного вещества от
его концентрации?
14. Как изменяется адсорбция с повышением температуры?
15. Изобразите адсорбцию молекул ПАВ на границе раздела“уголь - вода”.
42
16. Уравнение Гиббса для адсорбции. Поясните значение
входящих в него величин.
17. Указать, какие из перечисленных ниже веществ уменьшают, какие увеличивают, а какие не изменяют поверхностное натяжение воды: C3H7OH, KOH, C6H12O6 (фруктоза),
NaCl, H2SO4, CH3COONa, Na2SO4, HCOOH, C6H12O6 (глюко-
за).
18. Приведите два способа уменьшения поверхностного
натяжения воды.
43
Глава IV.
КОЛЛОИДНЫЕ СИСТЕМЫ
Лабораторная работа 4. Получение коллоидных растворов.
Краткая теория:
Коллоидной системой (золем) называется гетерогенная
система, в которой одна из фаз представлена мелкими частицами, равномерно распределёнными в объёме другой однородной фазы. Это ультрамикрогетерогенные системы, состоящие из частиц дисперсной фазы – совокупности раздроб-
ленных частиц, размеркоторых лежит в пределах 10-9 м – 10-5
м, и непрерывной дисперсионной среды, в которой распределены эти частицы.
Раздробленность дисперсной фазы характеризуется сте-
пенью дисперсности δ, которая является величиной, обратной среднему диаметру (м-1):
𝛿
(4.1)
Удельная поверхность – это отношение общей площади
поверхности дисперсной фазы S
к её общему объёму или к
д.ф.
её массе:
д.ф.
𝑆
уд,
д.ф.
, м
-1
или
𝑆
уд,
д.ф.
, м2/г (4.2)
д.ф.
44
Коллоидное состояние вещества имеет два основных
признака – дисперсность и гетерогенность.
Для получения коллоидных растворов необходимо:
1) достичь коллоидной степени дисперсности;
2) подобрать дисперсионную среду, в которой нерас-
творимо вещество дисперсный фазы;
3) подобрать третий компонент – стабилизатор, со-
общающий коллоидной системе устойчивость. В качестве
стабилизаторов используют вещества, препятствующие агрегации (слипанию) коллоидных частиц в более крупные и выпадению их в осадок (небольшой избыток одного из реагентов, из которых получается вещество дисперсной фазы;
ПАВ; белки;
полисахариды).
В основе классификаций лежат различные свойства дисперсных систем: размер частиц дисперсной фазы, агрегатное
состояние дисперсной фазы и дисперсионной среды, характер взаимодействия дисперсной фазы с дисперсионной средой и др.
Дисперсной системы, у которой и дисперсная фаза и
дисперсионная среда являются газами, не существует, так
как газы неограничено растворимы друг в друге.
45
Классификация по агрегатному состоянию фаз
среды
Агрегатное
состояние
дисперсной
Агрегатное
состояние
дисперсионной
Условное
г
ж ж/г
газ
обозначение, ф/с
стемы
Название си-
Не существует
аэрозоли
тв тв/г
г
г/ж
газовые
эмуль-
сии,
пены
ж ж/ж
жидкость
тв тв/ж
эмуль-
сии
лиозо-
ли,суспе
нзии
г
г/тв твердые
пены
ж ж/тв твердые
эмуль-
сии
тв тв/тв твердые
твердое вещество
золи
Примеры
Туман, слоистые облака
Дымы, пыли, перистые облака
Газированная вода,
мыльная пена, лечебный кислородный
коктейль, пивная пена
Молоко, масло
сливочное, маргарин,
кремы и т.д.
Естественные водоёмы, краски, красители
для ткани
Пемза, пенопласт, активированный уголь,
пенобетон, хлеб, пористые тела в газе
Вода в парафине,
природные минералы,
древесина
Сталь, чугун, цветные
стёкла, драгоценные
камни
46
Методы получения коллоидных систем
Коллоидные системы занимают промежуточное положение между грубодисперсными и молекулярными системами,
поэтому получать их можно либо дроблением более крупных
частиц (диспергированием), либо объёдинением молекул или
ионов в агрегаты коллоидных размеров (конденсацией) с
применением физических и химических методов.
1. Методы диспергирования.
1.1) Физическое диспергирование:
а) механическое измельчение с использованием шаровых
и коллоидных мельниц;
б) электрическое распыление веществ − используют для
получения золей металлов;
в) диспергирование ультразвуком − используют для получения золей из двух несмешивающихся жидкостей.
Чтобы не дать образовавшимся частицам слипаться, все
выше описанные способы диспергирования проводят в присутствии дисперсионной среды и стабилизатора.
1.2) Химическое диспергирование (пептизация): перевод в
коллоидное состояние свежеприготовленного осадка с помощью пептизатора.
2. Методы конденсации.
Методы конденсации связаны с выделением новой фазы из
гомогенной системы.
2.1) Физическая конденсация:
а) метод замены растворителя;
б) метод конденсации из паров.
2.2) Химическая конденсация: любая химическая реакция, в
результате которой образуется плохо растворимое соедине-
47
ние (реакция гидролиза, восстановления, окисления, нейтрализации и т.д.).
Оптические свойства дисперсных систем.
При падении света на дисперсную систему могут наблюдаться следующие явления:
• прохождение света частицами дисперсной фазы
(наблюдается для прозрачных систем, в которых частицы много меньше длины волны падающего света
(r<<λ));
• преломление света частицами дисперсной фазы (если
эти частицы прозрачны);
• отражение света частицами дисперсной фазы (если частицы непрозрачны); Преломление и отражение света
наблюдается для систем, в которых частицы много
больше длины волны падающего света (r>>λ). Визуально это явление выражается в мутности этих систем.
• рассеяние света; наблюдается для систем, в которых частицы дисперсной фазы меньше, но соизмеримы с длиной волны падающего света (r ≈ 0,1 λ);
• адсорбция (поглощение) света дисперсной фазой с превращением световой энергии в тепловую.
В коллоидных растворах наблюдается рассеяние света,
т.к.частицы дисперсной фазы меньше, но соизмеримы с дли-
ной волны падающего света (r ≈ 0,1 λ). В проходящем свете
коллоидные системы прозрачны, а при боковом освещении
рассеивают падающий на них свет, поэтому пучок света в
коллоидной системе виден как яркий светящийся конус (ко-
нус Тиндаля– по имени ученого, впервые подробно исследовавшего это явление). Теорию светорассеяния создал английский физик Рэлей. Он вывел уравнение, связывающее интенсивность рассеянного света I с интенсивностью падающего
света I0, длиной волны падающего света λ и размерами ча-
стиц дисперсной фазы r:
48
𝐼𝐼∙
24 ∙ 𝜋
∙𝜈∙𝑉
𝜆
∙
𝑛
𝑛
𝑛
2∙𝑛
или
𝐼𝐾∙𝐼∙
∙
(4.3)
где V – объём одной частицы, ν – частичная концентрация
(число частиц в единице объёма), λ – длина волны, n1, n0 –
показатели преломления частиц и среды, соответственно.
Уравнение Релея выполняется при следующих условиях:
частицы малы (r≤λ) и имеют сферическую форму;
частицы не проводят электрический ток (т.е. являются
неметаллическими);
частицы не поглощают свет, т.е. являются бесцветны-
ми;
коллоидный раствор является разбавленным в такой
степени, что расстояние между частицами больше длины волны падающего света.
Все металлические золи уравнению Рэлея не починяют-
ся, так как их частицы сильно поглощают свет.
Коллоидный раствор в проходящем и рассеянном (отра-
женном) свете имеет различную окраску. Это явление называется опалесценцией. В случае окрашенных растворов происходит наложение собственной окраски и окраски, вызванной опалесценцией (явление дихроизма света).
Строение мицеллы
Мицеллой лиофобной системы называется гетерогенная
микросистема, которая состоит из микрокристалла дисперс-
49
ной фазы, окруженного сольватированными ионами стабилизатора.
Потенциалопределяющими называются ионы, адсорби-
рующиеся на поверхности частички твёрдой фазы (агрегата)
и придающие ей заряд. Агрегат вместе с потенциалопределяющими ионами составляет ядро мицеллы.
Противоионы – ионы, группирующиеся вблизи ядра ми-
целлы.
Расположение противоионов в дисперсионной среде
определяется двумя противоположными факторами: тепло-
вым движением (диффузией) и электростатическим притяжением
Противоионы входящие в состав плотного адсорбционного слоя, называются «связанными» и вместе с ядром со-
ставляют коллоидную частицу или гранулу. Коллоидная частица (гранула) имеет заряд, знак которого обусловлен знаком заряда потенциалопределяющих ионов.
Противоионы, образущие диффузный слой − «подвижные» или «свободные».
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]