Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Органическая и физколлоидная химия. Практикум

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1314 / 1614 15 16 > Следующая >>>

оседать, разрушаться ит. д. Устойчивость дисперсной системы характеризуется способностью дисперсной фазы

сохранять во времени как исходные размеры частиц, так и равномерность распределения их в объеме дисперсионной среды. Наличие электрического заряда на поверхности частиц является важным условием сохранения устойчивости дисперсных систем.

Агрегативная неустойчивость дисперсных систем обусловлена избытком свободной поверхностной энергии на межфазной границе, что приводит ксамопроизвольному образованию агрегатов ипоследующему их слипанию. Витоге система разделяется на два слоя: жидкость (дисперсионная среда) иплотный осадок (дисперсная фаза).

Кинетическая (седиментационная) неустойчивость

проявляется воседании частичек дисперсной фазы под влиянием силы тяжести.

Коагуляция– процесс самопроизвольного укрупнения (слипания) дисперсных частиц, который может происходить при действии на дисперсную систему различных факторов: при интенсивном перемешивании или встряхивании, нагреве или охлаждении, облучении светом или пропускании электрического тока, при добавлении ксистеме электролитов или неэлектролитов идр. Во всех случаях воздействия на систему происходит уменьшение энергии связи диспергированных частиц сокружающей их дисперсионной средой.

Для коагуляции золей электролитами установлен ряд эмпирических закономерностей.

1. Для начала коагуляции золя необходима некоторая минимальная концентрация электролита, называемая порогом коагуляции γ.

2. Правило Шульце – Гарди: коагулирующим действием обладает тот из ионов электролита, заряд которого противоположен заряду коллоидных частиц, причем

131

коагулирующее действие иона тем сильнее, чем больше его заряд. Величины порогов коагуляции двухзарядных ионов примерно на порядок, атрехзарядных– на два порядка меньше, чем для однозарядных ионов.

3. Коагулирующая способность иона при одинаковом заряде тем больше, чем больше его кристаллический радиус. Ag+ > Cs+ > Rb+ > NH

> K+ > Na+ > Li+– лиотропный ряд.

4. Восадках, получаемых при коагуляции золей электролитами, всегда присутствуют ионы, вызвавшие коагуляцию.

Порог коагуляции– минимальная молярная концентрация электролита, при которой начинается коагуляция золя объемом 1дм 3:

γ = С

· V

/ (V

эл

золя

+ Vэл),

где Сэл– исходная молярная концентрация эквивалента

раствора электролита, моль/дм 3;

Vэл– объём раствора электролита, добавленного

кколлоидному раствору;

– объем коллоидного раствора.

золя

Величина, обратная порогу коагуляции, называется коагулирующей способностью электролита (К).

Решение типовых задач

Пример. Пороги коагуляции некоторого золя электролитами KNO3, MgCl2, NaBr равны соответственно 50,0; 0,8; 49,0ммоль/л. Как соотносятся между собой величины коагулирующих способностей этих веществ? Укажите коагулирующие ионы. Каков знак заряда коллоидной частицы?

Решение. Величина, обратная порогу коагуляции, называется коагулирующей способностью (К):

К = 1/γ;

К (KNO3) = 1/ 50ммоль/л = 0,02 л/ммоль;

132

К (MgCl2) = 1/ 0,8ммоль/л = 1,25 л/ммоль;

К (NaBr) = 1/ 49,0ммоль/л = 0,0204 л/ммоль.

MgCl2 обладает наибольшим коагулирующим действием. Коагулирующее действие электролитов на коллоидные растворы подчиняется правилу Шульце– Гарди: коагуляцию коллоидных растворов вызывают ионы, знак заряда которых противоположен знаку заряда гранулы. Коагулирующее действие тем сильнее, чем выше заряд иона-коагулянта.

γ (Na

): γ (К+): γ (Mg 2+) = 0,0204: 0,02: 1,25 = 1: 1: 62,5

Так как анионы во всех данных электролитах однозарядны, то ионами-коагулянтами являются катионы, аследовательно, заряд коллоидной частицы отрицательный.

Ответ: наибольшим коагулирующим действием обладают ионы Mg 2+; заряд гранулы золя– отрицательный.

Лабораторная работа № 6.

ПОЛУЧЕНИЕ КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ

ИИЗУЧЕНИЕ ИХ СВОЙСТВ

Цель: 1) получить золи различными способами; 2) изучить коагуляцию золей под действием электролитов.

Опыт 1. Получение золя гидроксида железа (III) по реакции гидролиза

Нагревают до кипения 5 мл дистиллированной воды в пробирке, добавляют в кипящую воду 10–15 капель 2 %-го раствора FeCl3, кипятят полученный раствор. Сравнивают окраску полученного раствора сокраской раствора, приготовленного сиспользованием холодной воды.

В растворе FeCl3 протекает гидролиз, усиливающийся сповышением температуры. При нагревании раствора

133

до кипения гидролиз протекает до конца собразованием Fe (OH)3:

FeCl3+ Н2О = Fe(OH)3+ 3НCl

Таким образом, при нагревании раствора следует ожидать выпадение осадка. Однако этого не происходит. Образующийся гидроксид взаимодействует с соляной кислотой ипревращается восновную соль:

Fe(OH)3+НCl = Fe (OH)2Cl + Н2О

Основная соль дегидратируется:

Fe(OH)2Cl = FeOCl + Н2О

Образовавшийся оксохлорид диссоциирует на ионы, которые адсорбируются на ядре коллоидной частицы.

Написать схему строения мицеллы золя гидроксида железа (III).

Молекулы FeOCI, подвергаясь диссоциации, образуют ионы FeO+ иCl–. По правилу Фаянса-Панета из растворов на поверхности коллоидных частиц адсорбируются ионы или молекулы, близкие по своей природе (родственные) составу ядра. Тогда строение мицеллы золя гидроксида железа (III) схематически можно изобразить следующим образом:

[Fe(OH)3] n+mFeO++mCl–= {[Fe(OH)3] n·mFeO+· (m-x)Cl–} х+ x Cl–.

Опыт 2. Получение золя берлинской лазури пептизацией

В основе лежит процесс, идущий по уравнению реакции: 4FeCl3+ К4[Fe(CN)6] = Fe4 [Fe(CN)6] 3 + 12КCl.

1. Получение геля берлинской лазури

В стакан вместимостью 100 мл наливают 5 мл насыщенного раствора хлорида железа (III) и10 мл насыщенного раствора желтой кровяной соли (избыток).

Образуется студнеобразный осадок.

134

2. Получение золя. Часть полученного осадка стеклянной палочкой переносят встакан с50 мл дистиллированной воды иразмешивают. Добавляют вкачестве пептизатора 2 мл 0,6 н раствора щавелевой кислоты (пептизатор), тщательно перемешивают.

Получается устойчивый золь берлинской лазури. Написать строение мицеллы иуказать заряд гранулы. Анион С2О

сильно адсорбируется на частицах осад-

ка, сообщая им заряд иагрегативную устойчивость.

Опыт 3. Определение порога коагуляции золя гидроксида

железа (III)

Приготавливают золь гидроксида железа (III). Для этого отмеривают цилиндром 200 мл дистиллированной воды, переливают ее в колбу инагревают до кипения. Вкипящую воду добавляют 10–15 капель насыщенного раствора хлорида железа (III). Охлаждают полученный золь. Получается темно-красный золь гидроксида же-

леза врезультате реакции гидролиза FeCl3 (изб).

Написать уравнение реакции истроение мицеллы.

В работе используют приготовленный золь ирастворы солей: СН3СООNa (С=2н), Na2SO4 (С=0,005 н), K3[Fe(CN)6] (С=0,005н). Подготавливают 3 серии пробирок по 4 пробирки вкаждой. Всоответствии с таблицей наливают вкаждую пробирку соответствующее количество электролита иводы, встряхивают смесь. Для каждого электролита получают 4 раствора, где концентрация золя одинакова, аконцентрация электролита вкаждой следующей пробирке больше, чем впредыдущей, в2 раза. Вштативе пробирки содним итем же электролитом ставят вряд от меньшей концентрации кбольшей.

Во все пробирки спомощью мерной пипетки (бюретки) помещают по 5 мл золя.

135

Таблица 8

Коагуляция золей электролитами

Номер

пробирки

Vводы, млV электро- электро-

1 4,5 0,5 2 4 1 3 3 2 4 1 4

лита, мл

Помутнение через 10 мин

СН3СООNa Na2SO4K3[Fe (CN)6]

Через 10 минут отмечают, вкаких пробирках произошла явная коагуляция (помутнение), втаблице ставят «+». Отмечают минимальную концентрацию, необходимую для коагуляции.

γ = V

∙ Cэ / V

общ

= V

воды

+ V

общ,

электр.

(моль/л),

+ V

=10 мл,

золя

где V

– объем золя, мл;

золя

VЭ– объем раствора электролита, достаточный для

коагуляции, мл;

Сэ– концентрация электролита, моль/л.

Отмечают, как зависят значения объемов электролитов, вызывающих коагуляцию золя, от величины заряда иона– коагулятора. Ввыводе указывают коагулирующие ионы исоблюдение правила Шульце-Гарди.

! Задачи для самостоятельной работы

1. Как расположатся пороги коагуляции вряду CrCl3, Ba(NO3)2, K2SO4 для золя фосфата серебра, гранулы которого при электрофорезе двигаются каноду? Какие ионы коагулянта вызовут коагуляцию этого золя?

2. Вычислите порог коагуляции сульфата натрия, если добавление 0,003л 0,1 н Na2SO4 раствора вызывает коагуляцию 0,015л золя.

3. Для коагуляции 10 мл золя иодида серебра требуется 0,5 мл раствора нитрата кальция молярной концентрации 0,2 моль/л. Определите порог коагуляции.

136

4. Чтобы вызвать коагуляцию золя сульфида мышьяка (III) объемом 10 мл, потребовалось вкаждом случае прилить следующие растворы: хлорида натрия объемом 0,25мл Сн=2 моль/л; раствор хлорида кальция объемом 1,3 мл Сн=0,01 моль/л ираствор хлорида алюминия объемом 2,76 мл Сн=0,001 моль/л. Чему равен порог коагуляции каждого электролита?

5. Порог коагуляции раствора бихромата калия K2Cr2O7 молярной концентрации 0,02 моль/л по отношению кзолю оксида алюминия равен 1,26 моль/л. Определите объем раствора электролита, необходимый для коагуляции этого золя объемом 10 мл.

6. Пороги коагуляции некоторого золя электролита KNO3, MgCl2, NaBr равны соответственно 50,0; 0,8; 49,0ммоль/л. Как соотносятся между собой величины коагулирующих способностей этих веществ? Укажите коагулирующие ионы. Каков знак заряда коллоидной частицы?

7. Золь гидроксида меди получен при сливании 0,1л 0,05 н раствора NaOH и0,25 н раствора Cu(NO3)2. Определите, какой из прибавленных электролитов – KBr, Ba (NO3)2, K2Cr2O7, MgSO4, AlCl

– имеет минимальный по-

рог коагуляции.

8. Пороги коагуляции золя при действии электролитами оказались равными ммоль/л KCl = 250; Ca(NO3)2 = 20,0; AlCl3 = 0,5. Определите, какие ионы электролитов являются коагулирующими икак заряжены частицы золя.

137

Тема 19. ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

К высокомолекулярным соединениям (ВМС) относятся полимерные соединения, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся мономерных звеньев, смолекулярной массой более 5000 г/моль.

К образованию ВМС приводят три процесса:

1. Реакция полимеризации– процесс, врезультате которого молекулы низкомолекулярного соединения (мономеры) соединяются друг сдругом при помощи ковалентных связей, образуя полимер. Эта реакция характерна для соединений скратными связями.

2. Реакция поликонденсации– процесс образования полимера из низкомолекулярных соединений, содержащих две или несколько функциональных групп, сопровождающийся выделением за счет этих групп таких веществ, как вода, аммиак, галогеноводород ит. п.(капрон, нейлон, фенолформальдегидные смолы).

3. Реакция сополимеризации– процесс образования полимеров из двух или нескольких разных мономеров. (Получение бутадиенстирольного каучука).

При радикальной полимеризации мономера типа R–СН=СН2 получают тип структуры, включающей асимметрические атомы:

R R R R

| | | |

(–CH2– CH– CH2– CH– CH2– CH– CH2– CH–)

Гораздо большее значение имеет получение полимеров, укоторых имеется стереорегулярный характер расположения заместителей. Такие полимеры обладают высокой степенью кристалличности, следовательно, ипрочности; их характеристики более стабильны ипредсказуемы:

1. Синдиотактический полимер, вкотором конфигу-

рация асимметрических атомов правильно чередуется,

138

т. е. радикалы располагаются по одну ипо другую сторону

цепи попеременно

2. В изотактическом полимере все радикалы распо-

ложены по одну сторону от плоскости углеродной цепи:

3. Если боковые заместители вмакромолекулах располагаются вбеспорядке относительно плоскости основной цепи, то такой полимер является стереонерегулярным или атактическим:

Атактические полимеры не способны кристаллизоваться и уступают по большинству эксплуатационных свойств стереорегулярным полимерам такого же химического состава.

139

Растворы полимеров сочетают всебе свойства истинных молекулярных растворов итипичных коллоидных систем, причем свойства растворов полимеров также зависят от концентрации, температуры, природы растворителя иполимера.

Сильно разбавленный раствор полимера небольшой молекулярной массы представляет собой гомогенный молекулярный раствор. С увеличением концентрации или сухудшением растворяющей способности растворителя макромолекулы или сворачиваются вотносительно плотный клубок– глобулу, или образуют агрегаты из нескольких макромолекул. Оба эти процесса приводят квозникновению новой фазы, т. е. кобразованию мицелл. Раствор полимера, содержащий мицеллы, приобретает свойства обычного золя.

Из-за большого разнообразия ВМС единая система их классификации практически невозможна. Классифицировать ВМС можно по разным признакам.

1. По происхождению ВМС подразделяются:

– на природные, выделенные из природных материалов (природный каучук, белки, полисахариды);

– искусственные, полученные врезультате химических превращений природных полимеров;

– синтетические, полученные синтезом из низкомолекулярных соединений.

2. По строению полимерной цепи высокомолекулярные соединения бывают: линейными, разветвленными ипространственным.

Линейные полимеры, вкоторых элементарные звенья присоединены последовательно ввиде линии, являются высокоэластичными, хорошо растворяются. Их применение основано на способности образовывать волокна, нити.

Разветвленные полимеры содержат разветвления цепей ввиде веток.

140

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1314 / 1614 15 16 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]