Программа коллоквиума

1.Поверхностное натяжение растворов. Методы определения. Зависимость поверхностного натяжения для растворов от концентрации. Уравнение Гиббса.

2.Правило Траубе. Поверхностно-активные вещества. Изотерма адсорбции Гиббса.

3.Понятие об адсорбции на твердой поверхности. Природа сил, обуславливающих адсорбцию. Адсорбент и адсорбтив. Изотерма адсорбции Фрейндлиха. Теория адсорбции Ленгмюра. Мономолекулярный слой. Изотерма адсорбции Ленгмюра. Роль адсорбции в различных производственных процессах.

Литература

1.Гельфман М.И. и др. Коллоидная химия. С. Петербург, Лань, 2003г.,

с.15-77.

2.Зимон А.Д., Лещенко Н.Ф. Коллоидная химия. М., Агар, 2001г., с.30-42, 60-105.

3.Мушкамбаров Н.Н. Физическая и коллоидная химия. М., ГЭОТАР-

МЕД, 2001г., с.246-285.

4.Хмельницкий Р.А. Физическая и коллоидная химия. М., Высшая школа, 1988г., с.267-291.

5.Писаренко А.П. и др. Коллоидная химия. М., Высшая школа, 1961г.,

с.50-77.

59

Лабораторная работа №7

ПОЛУЧЕНИЕ И КОАГУЛЯЦИЯ ЗОЛЕЙ

Цель работы. Получение золя гидроксида железа методом конденсации. Определение порога коагуляции и защитного числа.

Оборудование.

1.20 сухих пробирок.

2.Электроплитка.

3.Бюретка.

4.Колба на 150мл.

5.Набор пипеток.

Реактивы.

1.Раствор хлорида железа (2%).

2.Раствор желатина (0,1%).

3.Вода дистиллированная.

4.Молоко.

5.Термометр.

6.Водяная баня.

7.Раствор сульфата натрия (0,002 н).

8.Раствор хлорида кальция (5%).

Суть работы. Механизм образования золя следующий. В растворе хлорид железа подвергается гидролизу

FeCl3 + H2O = FeOHCl2 + HCl

Fe3+ + H2O = FeOH2+ + H+

FeOHCl2 + H2O = Fe(OH) 2Cl (или FeOCl+H2O) + HCl

FeOH++ = FeO+ + H+ .

При кипячении степень гидролиза увеличивается:

Fe(OH) 2Cl + Н2О = Fe(OH) 3↓ + НСl

Fe(OH) 2+ + Н2О = Fe(OH) 3 + Н+

Молекулы малорастворимого соединения Fe(OH)3, слипаясь между собой, образуют агрегат:

m Fe(OH) 3.

60

Поверхность агрегата, обладая большой избыточной свободной энергией, адсорбирует ионы из раствора. Причем, преимущественно адсорбируются ионы, дающие с ионами решетки нерастворимые соединения. В данном случае будут адсорбироваться ионы FeO+, при этом образуется положительно заряженное ядро:

m Fe(OH) 3 nFeO+

Положительно заряженная поверхность ядра притягивает из раствора отрицательно заряженные ионы, называемые противоионами (в данном случае ионы Сl-), с другой стороны, на противоионы действует сила диффузии (теплового движения), стремящаяся равномерно распределить их по всему объему. Под действием этих двух сил часть ионов плотно притягивается к ядру, образует заряженную коллоидную частицу

[m Fe(OH) 3 n FeO+ (n - x) Cl- ] +х ,

а другая часть ионов располагается на некотором расстоянии от ядра, образуя диффузный слой:

[m Fe(OH) 3 n FeO+ (n - x) Cl-]+х х Cl- ,

коллоидная частица диффузный слой

Образующаяся мицелла в целом является электронейтральной. Устойчивость золей определяется толщиной диффузного слоя. Чем больше толщина диффузного слоя, тем больше расстояние, на которое могут сблизиться коллоидные частицы, тем меньше вероятность их слипания, тем устойчивее золь.

Коагуляцией называется процесс укрупнения частиц в золях в результате их слипания. Поскольку устойчивость золей определяется толщиной диффузного слоя, то для того, чтобы произошла коагуляция, необходимо сжать диффузный слой. Это достигается путем введения постороннего электролита, причем коагулирующее действие оказывает лишь ион, од-

61

ноименно заряженный с ионами диффузного слоя, и действие его тем сильнее, чем больше заряд ядра этого иона (правило Шульце-Гарди).

Минимальное количество электролита, которое нужно прилить, чтобы вызвать коагуляцию золя, называется порогом коагуляции, который выражается в моль/л золя. Начало коагуляции определяется по появлению мути.

Защитное действие желатина (и других поверхностно - активных веществ) обусловлено его адсорбцией на поверхности коллоидных частиц. В результате устойчивость золей возрастает (т.к. при адсорбции избыточная свободная энергия поверхности уменьшается).

Защитным числом называется минимальное количество желатина, препятствующее коагуляции золя.

Выполнение работы.

1.Получение золя гидроксида железа

Вколбе нагреть до кипения 150мл дистиллированной воды, затем из пипетки налить по каплям 2%-ный раствор хлорного железа до получения темно-красного коллоидного раствора гидроксида железа.

2.Определение порога коагуляции золя гидроксида железа

Для определения порога коагуляции в 10 чистых и сухих пробирок наливают по 5 мл приготовленного золя гидроксида железа (предварительно охлажденного до комнатной температуры).

В одну из пробирок наливают пипеткой 3 мл 0,002 н раствора Na2SO4. Содержимое пробирки перемешать встряхиванием. Если в пробирке появляется муть, то в следующие пробирки приливают раствор Na2SO4 в убывающем количестве (2,5мл, 2,0 мл и т.д.) до тех пор, пока муть не перестанет появляться (2-3 пробирки получить без мути).

Если мути в первой пробирке не появилось, то в следующие пробирки приливают раствор Na2SO4 в возрастающем количестве (3,5 мл, 4,0 мл и т.д.) до тех пор, пока не будет отчетливого появления мути в 2-3 пробирках.

Результаты записывают в табл. 1.

Находят пробирку, соответствующую порогу коагуляции (появление мути при минимальном объеме Na2SO4) и отмечают этот минимальный объем, соответствующий порогу коагуляции.

62

3. Определение защитного числа желатина

Для определения защитного числа желатина наливают в чистые и сухие пробирки по 5 мл золя гидроксида железа и прибавляют в одну из пробирок 0,3 мл раствора желатина, хорошо перемешивают и выдерживают в течение 3 минут. Затем добавляют количество миллилитров 0,002 н раствора сульфата натрия, соответствующее порогу коагуляции; хорошо перемешивают. Если при этом не появилось мути, то в следующие пробирки приливают раствор желатина в убывающем количестве (0,25 мл, 0,2 мл и т.д.), пока не появится муть. Если же в первой пробирке муть появилась, то в следующие пробирки приливают раствор желатина в возрастающем количестве (0,35 мл, 0,4 мл и т.д.), пока муть не перестанет появляться.

Результаты заносят в табл. 2.

Втаблице отмечают минимальный объем желатина, отвечающий отсутствию помутнения.

4.Влияние температуры на коагуляцию (створаживание) коровьего молока под действием хлористого кальция.

В5 пробирок наливают по 10мл молока и нагревают на водяной бане до 50о. Не вынимая пробирки из воды, в одну из них добавляют 1мл 5%-ного раствора хлористого кальция. Если при этом произойдет коагуляция, то в оставшиеся пробирки приливают меньшие количества хлористого кальция (0,8мл; 0,6мл и т.д.). Если же в первой пробирке коагуляция не произойдет, то в следующие порции добавляют большие количества

(1,2мл; 1,4мл и т.д.).

Опыт повторить при температуре 70 и 90оС.

Отметить минимальный объем хлористого кальция, соответствующий помутнению при каждой температуре.

Обработка результатов экспериментов.

1. Рассчитывают порог коагуляции по данным табл.1, используя формулу

Π =CV1 1000 (моль/л)

V2

где С - концентрация электролита, моль/л; V1 - объем электролита (табл.1), мл; V2 - объем золя, мл.

63