Кафедра ОРХ

ФИЗКОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ

Методические указания к выполнению студентами лабораторной работы №1

«Получение коллоидных и истинных растворов. Диффузия и кольца Александера»

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

Овладеть методами получения коллоидных и истинных растворов, полученных золей, сравнить диффузионную способность ионов различной степеней гидратации и мицелл.

1. Теоретические основы.

Истинные растворы гомогенны. Растворенное вещество равномерно распределено в растворе в виде отдельных молекул и ионов, поэтому свойства системы неизменны по всему объему.

Коллоидные растворы гетерогенны. Они представляют собой микрокристаллы, распределенные по всему объему растворителя.

Коллоидные растворы называются золями. Золи получают диспергированием (дроблением) и конденсацией.

Методы конденсации подразделяются на физические и химические. Методы физической конденсации состоят в том, что истинный раствор добавляется к жидкости, смешивающейся с растворителем, но в которой само вещество мало растворимо и выделяется в виде высокодисперсной фазы.

Методы химической конденсации основаны на переводе растворенных веществ в нерастворимое состояние при помощи различных химических реакций (восстановление, гидролиз, двойной обмен и т.д.) с последующей агрегацией нерастворимых частиц, образующих дисперсную фазу. Стабилизаторами являются вещества, находящиеся в избытке в данной реакции.

На границе раздела твердая частица-жидкость возникает двойной электрический слой из-за присутствия ионных пар на поверхности, образование которых возможно за счет преимущественной адсорбции одного иона, находящегося в растворе и входящего в состав твердой фазы.

Рассмотрим строение двойного электрического слоя мицеллы хлорида серебра (AgCl) в растворе KCl (KCl – стабилизатор). Из раствора на твердой фазе будут преимущественно адсорбироваться ионы хлора (Сl^-), так как они входят в состав осадка (AgCl). Ионы калия (K⁺) располагаются частично в адсорбционном, частично в диффузном слое.

Формула мицеллы золя хлорида серебра имеет вид:

{[mAgCl] n Cl^- (n – x) K⁺ } x K⁺

где [mAgCl] – ядро (микрокристалл);

n Cl^- - потенциалопределяющие ионы;

(n – x) K⁺ - адсорбционный слой противоионов;

{[mAgCl] n Cl^- (n – x) K⁺} – гранула (частица).

Гранула в данной мицелле заряжена отрицательно, так как потенциалопределяющие ионы (Cl^-) несут отрицательный заряд.

В окрашенных коллоидных растворах заряд частиц можно определить методом капиллярного анализа. Он основан на том, что целлюлозные стенки капилляров заряжаются отрицательно, а пропитывающая бумагу вода – положительно.

При нанесении на бумагу коллоидного раствора с положительно заряженными частицами происходит адсорбция их на бумаге.

Образуется окрашенное в центре и бесцветное по краям пятно. Коллоидный раствор с отрицательно заряженными частицами не адсорбируется бумагой и образуется равномерно окрашенное пятно.

Существование относительно крупных коллоидных частиц придает специфические свойства коллоидным системам: они не обнаруживают заметной диффузии, рассеивают свет и т.д.

К числу особых свойств относится явление опалесценции. Коротковолновая часть спектра отражается коллоидными частицами; в отраженном свете растворы имеют синеватую окраску.

Длинные волны огибают мицеллы; в проходящем свете коллоидные растворы желтоваты.

Разноокрашивание растворов в зависимости от угла зрения называется опалесценцией.

Лучшее представление о скорости диффузии можно получить, если представить окрашенным раствором диффундировать в слое застывшего агар-агара или желатина.

Застывший агар-агар или желатин представляют собой студень – структурированную систему, образованную макромолекулами полимеров в форме пространственных сеток, ячейки которых обычно заполнены растворителем (рис. 1).

Рис. 1 Пространственная сетка застывшего агар-агара (1 –макромолекула полимера; 2- ячейка между макромолекулами полимера, заполненная растворителем).

Ионы, молекулы, мицеллы по разному диффундируют в студне в зависимости от степени гидратации и их размеров и от размеров ячейки.

По способности к гидратации ионы одинаковой валентности располагаются в лиотропные ряды:

Zn⁺ > Na⁺ > K⁺ > Rb⁺ > Cs⁺ ; Mg²⁺ > Ca²⁺ > Sr²⁺> Ba²⁺

В приведенных рядах слева направо растет радиус иона.