Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физическая и коллоидная химия. Методические рекомендации к лабораторные работы
.pdf
Рассмотрим структуру мицеллы золя йодистого серебра,
полученного обменной реакцией между йодистым калием и
азотнокислым серебром при избытке йодистого калия. В
этом случае строение образующихся мицелл отражает следующая реакция и схема:
KJ + AgNO
= AgI↓ + KNO
3(изб)
3
Правила построения мицеллы
1) Агрегатом является получающийся в ходе реакции оса-
док.
2) Потенциалобразующими ионами являются ионы, удо-
влетворяющие двум условиям:
a) данные ионы должны быть в строении вещества, ко-
торое находится в реакции в избытке или является
стабилизатором;
b) данные ионы должны быть подобны ионам, находя-
щимся в агрегате (правило Панета-Фаянса: на кри-
51
сталлической поверхности агрегата адсорбируются те
ионы, которые могут достроить её кристаллическую
структуру).
3) Противоионами и ионами, образующими диффузионный
слой, являются оставшиеся ионы вещества, которое
находится в реакции в избытке или является стабилиза-
тором.
4) Коэффициенты m, n, (n-x), x являются постоянными для
любой мицеллы и численно не определены.
Цель работы: Получение коллоидных растворов различны-
ми методами и изучение их оптических
свойств.
Оборудование: Стеклянные конические колбочки, прибор
снаправленным источником света.
Реактивы: Растворы йодистого калия 0,05 Н и азотнокислого
серебра 0,05 Н, 2% спиртовой раствор канифоли, 1,5% раствор перманганата калия, 1% раствор гипосульфита, 20%
раствор жёлтой кровяной соли, насыщенный раствор хлорного железа 0,1 Н, раствор щавелевой кислоты, дистиллированная вода, фильтровальная бумага.
Порядок работы:
♦ Методы конденсации.
I. Химическая конденсация.
1) Метод обменной реакции – получение золя иодида се-
ребра.
а) в коническую колбочку налить 8 мл раствора азотнокислого серебра AgNO3 и 10 мл раствора йодистого калия
KJ. Записать реакцию, протекающую в колбе. Написать формулу образовавшейся мицеллы. Записать окраску золя в отражённом и проходящем свете. Наблюдать конус Тиндаля
при попадании на раствор узкого направленного пучка света.
б) в коническую колбочку налить 10 мл раствора азотнокислого серебра AgNO
и 8 мл раствора йодистого калия KJ.
3
52
Записать реакцию, протекающую в колбе. Написать формулу
образовавшейся мицеллы. Записать окраску золя в отражённом и проходящем свете. Наблюдать конус Тиндаля при попадании на раствор узкого направленного пучка светм.
2) Метод ОВР – получение золя двуокиси марганца. В
колбу налить 5 мл 1,5% раствора перманганата калия KMnO4
и добавить 50 мл дистиллированной воды. К полученному
раствору по каплям добавить 1 мл 1 % раствора гипосульфита Na2S2O3. Наблюдать образование вишнёво-красного золя
двуокиси марганца. Записать реакцию, протекающую в колбе,(коэффициенты расставьте самостоятельно):
KMnO4 + Na2S2O3 + H2O → MnO2↓ + Na2SO4 + K2SO4 +
KOH
Написать формулу мицеллы золя. Записать окраску золя в
отражённом и проходящем свете. Наблюдать конус Тиндаля
при попадании на раствор узкого направленного пучка света.
II. Физическая конденсация.
1) Метод замены растворителя – получение золя канифоли. В коническую колбу с 50 мл дистиллированной воды
прилить 5 мл 2% спиртового раствора канифоли и встряхнуть. Записать наблюдаемую окраску получившегося золя в
отражённом и проходящем свете. Убедиться в наличие конуса Тиндаля при попадании на раствор узкого направленного
пучка света. Отметить, что остатки спирта являются стабилизатором данной коллоидной системы.
♦ Методы диспергирования.
1) Химическое диспергирование (пептизация) – получение
золя берлинской лазури.
В коническую колбу налить 1,5 мл 20% раствора жёлтой
кровяной соли K4[Fe(CN)6] и 0,5 мл насыщенного раствора
хлорного железа FeCl3. Выпавший осадок берлинской лазури
53
Fe4[Fe(CN)6]3 перенести на фильтр, промыть дистиллированнойводой и залить на фильтре 0,1 Н раствором щавелевой
кислоты (СООН)2. В результате пептизации осадка через
фильтр в колбочку проходит синий золь берлинской лазури.
Записать реакцию, протекающую в колбе. Написать формулу
мицеллы золя. Записать окраску золя в отражённом и проходящем свете. Наблюдать конус Тиндаля при попадании на
раствор узкого направленного пучка света.
Вопросы к работе 4
1. Предмет коллоидной химии. Признаки коллоидного
состояния Определение коллоидной системы.
2. Диспергационные способы получения коллоидных
систем. Привести примеры.
3. Конденсационные способы получения коллоидных
систем. Привести примеры.
4. Какие условия необходимы для образования коллоидного раствора?
5. Строение мицеллы. Какие ионы могут быть потенциалоопределяющими?
6. Три вида классификации коллоидных систем.
7. Аэрозоли, лиозоли, пирозоли.
8. Написать формулу мицеллы золя As2S3, если стабилизатором является раствор H2S, который диссоциирует
по первой ступени.
9. Напишите формулу мицеллы золя, полученного методом обменреакции: Na2CO3 + MgCl2→ MgCO3↓ + NaC
lв избытке Na
2CO3
.
10. Напишите формулу мицеллы золя серы, получаемого
по реакции
2H
S(aq) + SO2(g) = 3S↓ + 2H2O
2
с учетом того, что стабилизатор H2S – двухосновная
кислота.Укажите строение мицеллы.
54
11. Напишите формулу мицеллы золя сульфата бария,
полученного в реакции нейтрализации между серной
кислотой и гидроксидом бария:
а) в избытке кислоты,
б) в избытке основания.
Укажите строение мицелл.
12. Каково строение мицеллы золя берлинской лазури,
полученного пептизацией осадка щавелевой кислотой? Как определить заряд коллоидной частицы.
13. Написать формулу мицеллы золя Au, если стабилизатором является раствор AuCl3.
14. Напишите мицеллу золя берлинской лазури, полученного в реакции ионного обмена из К4Fe(CN)6 и FeCl
при избытке К4Fe(CN)6.
15. Напишите формулы мицелл сульфида цинка, образующихся при получении золя по следующей реакции:
ZnSO4 + (NH4)2S → ZnS↓+ (NH4)2SO
4
а) в случае избытка сульфата цинка;
б) в случае избытка сульфида аммония.
3
55
Лабораторная работа 5. Коллоидная защита
Краткая теория:
Свойства коллоидных систем
1. Молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем.
1. Для коллоидных систем характерно броуновское дви-
жение – непрерывное беспорядочное движение ча-
стиц микроскопических и коллоидных размеров.
2. Результатом броуновского движения коллоидных частиц является диффузия – самопроизвольно протекающий процесс выравнивания концентрации частиц.
Для количественного описания диффузии используется закон Фика:
∙𝑆∙𝑑𝜏 (4.4)
∙
∙∙∙∙
(4.5)
𝑑𝑚𝐷 ∙
где m – количество продиффундировавшего вещества;
– градиент концентрации;
S – площадь, через которую происходит диффузия;
τ – продолжительность диффузии;
D – коэффициент диффузии равный количеству вещества,
диффундирующего через единицу площади в единицу времени при градиенте концентрации, равном единице.
Уравнение Эйнштейна-Смолуховского:
𝐷
где D – коэффициент диффузии,
Т – абсолютная температура,
η – вязкость дисперсионной среды,
r – радиус частиц дисперсной фазы.
56
3. Для коллоидных систем характерно осмотическое
давление. Оно может быть найдено по уравнению:
4.
𝜋
общ
∙∙
∙𝑅∙𝑇
∙∙
𝜈 ∙𝑘 ∙ 𝑇 (4.6)
где m
– масса растворённого вещества;
общ
m – масса одной частицы; V – объём системы;
NA – число Авогадро; Т – абсолютная температура;
ν – частичная концентрация; k – постоянная Больцмана.
2. Устойчивость коллоидных систем
Устойчивость дисперсных систем характеризует спо-
собность дисперсной фазы сохранять состояние равномерного распределения частиц во всём объёме дисперсионной среды.
Существует два вида относительной устойчивости дис-
персных систем: седиментационная и агрегативная.
Седиментационная устойчивость – способность систе-
мы противостоять действию силы тяжести. Седиментация –
это оседание частиц в растворе под действием силы тяжести.
Агрегативная устойчивость характеризует способность
частиц дисперсной фазы противодействовать их слипанию
между собой и тем самым сохранять свои размеры.
3. Коагуляция коллоидных систем
Коагуляция – это разрушение коллоидной системы под
воздействием различных факторов и выражается в слипании
частиц дисперсной фазы с последующим выпадение их в
осадок.
Коагуляция бывает скрытая (не видимая невооружённым
глазом) и явная (изменение окраски раствора, помутнение,
выпадение осадка).
Коагуляцию вызывают следующие способы:
57
1. Физические: изменение концентрации, температура,
механическое перемешивание, действие света и ультразвука, длительное стационарное хранение (поэтому коллоидные системы должны быть свежеприготовленными,
храниться в тёмной посуде и в неподвижном помещении).
2. Химические: добавление любого электролита к любой
коллоидной системе.
Коагулирующим ионом электролита является ион, одно-
имённо заряженный с противоионом.
Все электролиты по своему строению делятся на ин-
дифферентные (не содержат таких ионов, которые были бы
способны к специфической адсорбции на частицах по правилу Панета-Фаянса, т.е. не имеют ионов подобных ионам агрегата) и неиндифферентные (содержат ионы подобные
ионам агрегата).
Коагулирующее действие электролитов характеризуется
порогом коагуляции γ – наименьшее количество добавлен-
ного электролита, вызывающее коагуляцию 10 мл золя, а его
концентрация называется – пороговой концентрацией.
Порог коагуляции можно рассчитать, зная концентрацию
электролита-коагулятора С, объём добавленного электролита
V, и объём золя V
(обычно 10 мл):
золя
Сэл∙
золя
эл
(4.7)
𝛾
Величина, обратная порогу коагуляции (1/γ), называется
коагулирующей способностью электролита. Значит, чем
меньше порог коагуляции, тем больше коагулирующая способность электролита.
Порог коагуляции зависит от валентности коагулирую-
щего иона и описывается правилом Шульца(1892)-
Гарди(1900)-Дерягина-Ландау или правилом значности:
58
γ3 : γ2 : γ1 =
:
:
= 1:11:729 (4.8)
т.е. чем меньше валентность коагулирующего иона, тем
выше порог коагуляции и тем больше потребуется электролита для коагуляции коллоидной системы. Коагулирующая
способность иона при одинаковом заряде тем больше, чем
больше его кристаллический радиус.
Для однозарядных и двухзарядных неорганических ка-
тионов и анионов коагулирующая способность убывает в
определённой последовательности, которая называется лио-
тропным рядом (Приложение 7).
Начавшуюся коагуляцию остановить невозможно, но
можно коллоидную систему заранее защитить, добавив в неё
защитное вещество (растворы желатины, танина и других
высокомолекулярных соединений). Их защитное действие
выражается в повышении порога коагуляции. Оно связано с
адсорбцией их молекул на поверхности коллоидных частиц.
Образующийся на поверхности коллоидных частиц защитный слой препятствует их слипанию. Показателем защитного
действия (защитным числом) называется минимальное количество мг сухого вещества, которое необходимо для защиты 10 мл золя при добавлении к нему электролита в количестве, равном порогу коагуляции.
4. Пептизация коллоидных систем
Пептизация или дезагрегация– перевод свежевыпавшего
осадка в коллоидное состояние. Пептизация тем более вероятна, чем меньше времени прошло с момента коагуляции.
Вызвать пептизацию можно отмыванием коагулята от избытка электролита водой, либо добавлением электролита,
содержащего потенциалобразующие ионы, за счёт адсорбции
которых повышается поверхностный заряд частиц.
59
Цель работы: Определить защитное число желатины для
золя гидрата оксида железа («железное число»).
Оборудование: Штатив с бюретками, набор из 10 пробирок,
мерный цилиндр, коническая колба, химические стаканы.
Реактивы: Насыщенный раствор хлорного железа, 0,002 Н
раствор сернокислого натрия, свежеприготовленный 0,1%
раствор желатины, дистиллированная вода, бумажные фильтры.
Порядок работы:
1. Получение золя гидрата окиси железа методом гидроли-
за.
В конической колбе нагреть до кипения 300 мл дистиллированной воды. В кипящую воду влить 3 мл насыщенного раствора хлорного железа и прокипятить полученную смесь 2-3
минуты. Образовавшийся красновато-коричневый золь гидрата окиси железа охладить до комнатной температуры. Записать протекающую в колбе реакцию. Написать формулу
образовавшейся мицеллы.
Мицелла золя зависит от условий его приготовления. В случае неполного гидролиза:
2FeCl
+ 4H2O = Fe(OH)3↓ + FeOCl + 5HCl
3
образуется оксохлорид железа FeOCl, который принято считать стабилизатором, а кипячение способствует удалению
паров HCl.
При полном гидролизе:
FeCl
+ 3H2O = Fe(OH)3↓ + 3HCl
3
Протекающем в избытке FeCl3, стабилизатором является самохлорное железо.
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]