Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы общей химии. Методические рекомендации к лабораторным работам
.pdf
72
частицах в проходящем свете виден светлый конус, образованный пучком
сходящихся лучей, - это так называемый конус Тиндаля, позволяющий отличить коллоидный раствор от истинного. Поскольку размеры коллоидных частиц соизмеримы с длиной волны видимого света то рассеяние
происходит за счет дифракции. Сильнее рассеиваются короткие волны,
поэтому золи неокрашенных веществ кажутся голубоватыми в отраженном свете и желтыми в проходящем (опалесценция).
При пропускании постоянного электрического тока обнаружено, что коллоидные частицы имеют заряд и могут перемещаться относительно дисперсионной среды; это явление называется электрофорезом. Перемещение дисперсионной среды в постоянном электрическом поле относительно
дисперсной фазы называется электроосмосом.
С современной точки зрения заряд на коллоидных частицах обусловлен
наличием на их поверхности двойного электрического слоя из ионов. Он
возникает либо в результате избирательной адсорбции одного из ионов
электролита, либо за счет ионизации поверхности молекул вещества. Например, образование коллоидного раствора йодистого серебра:
KJ + AgNO3 = AgJ↓ + КNO3
При избытке иодида калия образуются частицы (мицеллы)
Строение мицеллы
Мицеллы иодида серебра, заряжены отрицательно, поэтому притягивают
противоположно заряженные ионы, образуя двойной электрический слой.
Такая коллоидная частица совместно с противоионами диффузного слоя
называется мицеллой, и строение ее записывается следующим образом:
73
{m [AgJ] nJ . . . . . (m - X)K }-х XK+
ядро
адсорбционный слой диффузный слой
гранула
мицелла
Коллоидные системы могут быть получены при конденсации в растворе
молекул или ионов в более крупные частицы - агрегаты.
Так, например, получают:
а) золи меди, серебра, золота, платины, пропуская их пары через слой воды или другой жидкости;
б) золи веществ, которые растворимы в одном растворителе, но не растворимы в другом. Путем смешивания в присутствии стабилизатора вещество
выделяется из раствора, но не в виде осадка, а образует золь;
в)золи веществ, образующихся в результате химических реакций: обмена,
восстановления, окисления, гидролиза и т.п. Во всех случаях необходимо
собладать определенные условия (концентрация, порядок смешения, температура и т.д.).
При реакции обмена
KJ + AgNO3 = AgJ↓ + КNO3
74
а) если С1 = С2 = 1:1 осадок,
(в эквивалентном количестве)
б) если избыток KJ > AgN0
золь с отрицательно заряженными части-
3
цами;
в) если избыток AgN03 > KJ золь с положительно заряженными частицами:
{m [AgJ ] nAg...(n - X)N03}+xN03.
При реакциях гидролиза (в избытке Н2О)
FeCl3 + 3 Н2О = Fе(OН)3 + ЗНС1
{m [Fе(OН)3 ]nFe ...(Зn - х)С1 }+хС1
Коллоидные системы могут быть получены путем диспергирования вещества до коллоидного состояния:
а) механическими методами (в коллоидных мельницах, ультразвуком,
электрической дугой и т.п.);
б) химическими методами (пептизация, экстракция).
Пептизация- это процесс образования золей из гелей или рыхлых осадков
при действии на них небольшого количества некоторых веществ (пептизаторов), адсорбирующихся на поверхности коллоидных частиц, способствующих их взаимодействию с дисперсионной средой, что приводит к разрушению поверхностного слоя мицеллы. Например, к осадку железа при
большом количестве чистой воды добавляется пептизатор - олеат натрия,
и осадок переходит в золь.
Экстракция - процесс извлечения экстрагентом - растворителем компонента из смеси. Например, вымывание из осадка коагулятора – электролита, способствующего переходу осадка в золь.
Процесс слипания частиц о образованием более крупных агрегатов в виде
осадка называется коагуляцией.
Наименьшая концентрация электролита, вызывающего коагуляцию, назы-
75
вается порогом коагуляции.
Твердообразные дисперсные система, внутри которых распределена жидкость, называются гелями (от лат.гелу-замерзание). Высушенные гели
принято называть ксерогелями (от греч. ксерокс - сухой). Гели, образованные из растворов органических ВМС, называются студнями.
Золи многих лиофильных коллоидов коагулируют с образованиием гелей,
когда весь золь целиком превращается в плотную массу, захватывая весь
растворитель в каркасные пространства. Например, гели желатины, кремниевой кислоты и т.п.
Гели могут возникнуть и при малых концентрациях, если частицы имеют
палочкообразную форму. Такие гели обладают свойством тиксотропии,
т.е. способностью при механическом воздействии (встряхивании) переходить в золь.
Гели при длительном стоянии стареют. Синерезис - один из видов старения геля, по существу, продолжение коагуляции увеличивается число контактов между частицами, они сближаются и выдавливают растворитель.
Практическая часть
Опыт I. Получение геля кремниевой кислоты
Налейте в пробирку 2-3см3 разбавленного раствора силиката натрия и
3см3 соляной кислоты (2:1). Перемешайте .Наблюдайте образование геля
кремниевой кислоты. Напишите уравнение реакции.
Опыт 2. Получение золя кремниевой кислоты
К 2-3 см3 раствора силиката натрия добавьте несколько капель концентрированной соляной кислоты. Наблюдайте образование коллоидного раствора. Обратите внимание на его окраску в отраженном свете. Попробуйте
проверить, наблюдается ли у этого золя эффект Тиндаля. При нагревании
76
и при длительном стоянии полученный золь переходит в гель. Напишите,
какое строение имеет мицелла кремниевой кислоты.
Опыт 3. Получение золя гидроксида железа
В химическом стаканчике нагрейте до кипения 50 см3 дисцилированной
воды. В кипящую воду добавьте 3-4 капли 2 %-го раствора FeCl3. Обратите внимание на изменение цвета раствора вследствие образования золя.
Напишите, какое строение имеет частица получившегося золя. Этот же
опыт проведите, вливая FeCl3 в холодную воду. Какая реакция происходит
в этом случае?
Золь гидрооксида железа сохраните для следующих опытов.
Опыт 4. Коагуляция золя под влиянием электролита
К части раствора, полученного в опыте 3, прилейте раствор соды до коагуляции. Что происходит? Напишите уравнение реакции.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7
Вяжущие вещества и их свойства. Воздушные вяжущие
вещества.
Теоретическая часть
Вяжущие вещества различаются следующим образом.
1. По скорости твердения:
а) быстротвердеющие (например, штукатурный гипс, твердеющий в течение нескольких десятков минут);
б) медленнотвердеющие (например, портландцемент, который твердеет в
течение нескольких дней).
77
2. По отношению к воде:
а) воздушные вяжущие, продукты твердения которых устойчивы только
на воздухе, а в воде теряют прочность и распадаются. Это: гашеная известь, строительный гипс, ангидритовый цемент, магнезиальный цемент,
растворимое стекло и другие;
б) гидравлические вяжущие- это такие вяжущие вещества, которые могут
твердеть не только на воздухе, но и под водой, и продукт твердения которых сохраняет свою прочность как на воздухе, так и в воде. К ним относятся: портландцемент,пуццолановый цемент и другие виды цемента,
сульфатостойкий и шлакопортландцемент, а также глиноземистый цемент
и др.
Воздушная известь.
Это простейшее местное вяжущее, получаемое путем обжига известняков,
мела, отходов ракушечника и других природных материалов, содержащих
карбонат кальция. Главнейшими примесями перечисленных пород, являются глинистые вещества, состоящие из кремнезема, глинозема и оксидов
железа в различных весовых соотношениях, а также углекислый магний.
Наличие в сырье примесей дает право называть продукт обжига оксидом
кальция; его называют известью.
Главной составной частью обожженного материала является безводный
оксид кальция- СаО (негашеная известь).
Производство извести. Процесс производства извести заключается главным образом в обжиге, который ведется в печах различных систем. При
повышенных температурах карбонат кальция подвергается термической
диссоциации по уравнению:
СаСО
СаО + СО2
3
Выделяются углекислый газ (44% от веса исходного вещества) и образуется оксид кальция (56%).
78
Температура разложения чистого карбоната кальция 880°. Практически же
обжиг известняка ведут при температурах более высоких (900°-1000°) в
целях достижения большей скорости процесса.
Гашение извести. Свойством извести "гаситься" пользуются .для превращения ее в дисперсное состояние. Процесс гашения извести состоит в
том, что оксид кальция, присоединяя воду, переходит в гидрооксид по
уравнению:
CaO + H2O = Ca(0Н)2
Получаемый продукт называется гашеной известью, или "пушонкой". Раакция гашения извести проходит с выделением тепла в количестве 15,5
ккал/моль.
Гашение извести, кроме повышения температуры, сопровождается еще и
значительным увеличением ее объема. Чистая известь, погашенная полностью и без излишков воды, образует рыхлый порошок, в котором около 75% объема занимают пустоты и только 25%- сам гидрат.
В зависимости от количества воды, взятой для гашения, подучают:
I) порошкообразный продукт (пушонку) - при добавлении воды в небольшом количестве, соответствующем реакции образования Са(ОН)2;
2)известковое молоко- при добавлении избытка воды к извести (избыток
воды не вредит, так как Са(ОН)2 под водой не твердеет;
3)известковое тесто- при добавлении 50% воды на 50% СаО. В строительной технике обычно используют смесь известкового теста с песком (I
часть извести + 3 части песка). Эта смесь называется известковым раствором. Песок является жестким скелетом, который предотвращает усадку и
трещиноватость теста при твердении, увеличивает прочность раствора, так
как сцепление зерен извести с зернами песка более значительно, чем сцепление частиц извести между собой.
Твердение извести. Известковое тесто, обладающее пластичностью, затвердевает постепенно. Известь является медленно твердеющим вяжу-
79
щим. Процесс твердения ее заключается в следующем: испаряясь с поверхности известкового теста влага способствует выделению Са(ОН)2 в
кристалическом состоянии, как внутри, так и на поверхности теста; находящаяся на поверхности Са(ОН)2 поглощает из воздуха углекислый газ
СО2, и происходит очень медленное образования карбоната кальция СаСО3, называемое реакцией карбонизации:
Сa(ОH)2+СO2=СаСO3 + Н2O + Q
Из насыщенной жидкой фазы известкового теста, вследствие малой растворимости, выделяется Са(ОН)2 и СаСО3, сначала в коллоидном состоянии, потом в кристаллическом, за счет кристаллизации и карбонизации.
Известь применяют главным образом для изготовления известковопесчаных, известково-шлаковых и других растворов, укрепляемых для
кладки кирпичных и каменных стен и для штукатурки. В большом количестве известь используется для производства силикатного кирпича, а частично также для изготовления сметанных вяжущих, например, известковошлакового цемента.
Известь в виде известкового молока служит связующим веществом при
изготовлении известковых красок.
Гипсовые вяжущие вещества
Сырьем для производства гипсовых вяжущих веществ служат две горные
породы: это минерал гипс, представляющий собой двухводный сульфат
кальция CaSO4 · 2Н2O, и минерал: ангидрит - безводный сульфат кальция
CaSО4, распространенный в значительно меньшей степени и в переработке
менее технологичный.
На основе этих минералов можно получить ряд различных вяжущих веществ.
Строительный гипс
Строительный, или полуводный гипс - это вяжущий материал, твердеющий на воздухе. Он получается из природного двухводного гипса пу-
80
тем нагревания до превращения в полуводный гипс (150° - 170° ). При
этом происходит частичная дегидратация гипса:
СаSО4 · 2Н20 = СаS04 · 0,5 H2O + 1,5 H2O
Полученный полуводный гипс дробится и разламывается до порошкообразного состояния. Этот продукт и представляет собой быстротвердеющее воздушное вяжущее; при обычнах температурах при замешивании
с водой происходит его гидратация с образованием двухводного гипса, так
как в этих условиях двухводный гипс является более устойчивой формой
состояния, чем полуводный:
CaSO4 · 0,5 Н2O + 1,5 Н2O = СаSO4 · 2 Н2O
Процесс гидратации полуводного гипса и лежит в основе его твердения.
Свойства затвердевшего гипса. Во время гидратации полуводного гипса,
по-видимому, вследствие роста кристаллов в его влажной массе, объем
последней увеличивается примерно на 1%. Такое увеличение объема массы, еще не утратившей окончательно своей пластичности, способствует
хорошему заполнению мельчайших деталей форм (орнаментов, статуэток
и т.п.). В дальнейшем изделия из гипса не изменяются в объеме.
К характерным свойствам гипса, ценным для многих областей применения, относятся также быстрое схватывание, возможность получения
отливок с гладкими поверхностями штукатурки и изделий, с четкими
формами, белый цвет. Большим недостатком гипса является его низкая
водостойкость, а вместе с нею и плохая морозоустойчивость влажных
гипсовых изделий.
Гипс широко применяется для изготовления несгораемых плит ( главным
образом для перегородок и внутренней облицовки стен). При штукатурных работах гипс применяют в смеси со шлаком и другими легкими
заполнителями. Кроме того, из гипса изготовляют "лепные" и другие архитектурно-декоративные изделия сложной формы, используемые как отделочный материал.
81
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8
Гидравлические вяжущие вещества
Теоретическая часть
Портландцемент
Портландцемент (силикатный цемент) - это медленно твердеющее гид-
равлическое вяжущее вещество, получаемое, путем высокотемпературного обжига (до спекания, т.е. примерно до 1500°) мергелей или отвечающих им по составу искусственных смесей известняка с глиной и последующего дробления и тонкого помола продуктов обжига. По масштабу
производства и потребления портландцемент занимает первое место среди
всех вяжущих веществ.
Производство портландцемента
Для изготовления портландцемента в качестве исходного сырья применяют смесь, состоящую из 75% известняка и 25% глины.
В некоторых местностях (например, вблизи Новороссийска) встречается
осадочная порода, называемая мергелем, близкая по составу к такой смеси
и используемая в качестве исходного материала для изготовления цемента.
Обжиг производится в горизонтальной с небольшим наклоном цилиндрической вращающейся печи длиной до 100-170 м и диаметром до 5 м.
Исходный материал, измельченный и тщательно перемешанный, поступает в верхнюю часть печи. Благодаря наклону печи и вращению ее обжигаемый материал перемещается по всей длине печи. Обогрев печи внутренний. Газообразные продукты сгорания перемещаются по печи навстречу
обжигаемому материалу и выходят в верхней части печи. Процесс происходит непрерывно. Обжигаемый материал проходит через зоны с различ-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]