Вариант 1.

20. Пороги коагуляции электролитов для золя иодида серебра (моль/л): C_KCl=256,0;C_Ba(NO3)2=6,0;C_Al(NO3)3=0,067;C_KNO3=260,0;C_Sr(NO3)2 =7,0. Определить знак заряда частиц данного золя и вычислить коагулирующую способность каждого из электролитов.

Вариант 2.

20. Золь иодида серебра получен смешиванием равных объёмов растворов иодида калия и нитрата серебра. Пороги коагуляции С(моль/л) для различных электролитов и данного золя имеют следующие значения: С_Са(NO3)2 =315;C_NaCl=300;C_MgCl2=320;C_Na3PO4=0,6;C_Na2SO4=20;C_AlCl3=330. Какой из электролитов:KIилиAgNO₃ взят в большей концентрации для приготовления золя? Дайте обоснованный ответ.

Вариант 3.

20. В три колбы налито по 50 см³золя гидроксида железа. Чтобы вызвать коагуляцию золя, потребовалось добавить в первую колбу 5,30 см³1нKCl; в другую – 31,5 см³0,01нNa₂SO₄; в третью – 18,7 см³0,001нNa₃PO₄. Вычислить порог коагуляции каждого электролита и определить знак заряда золя.

Вариант 4.

20. К 5см³золяFe(OH)₃для начала явной коагуляции необходимо добавить один из следующих растворов: 4см³3н хлорида калия; 0,5см³0,01н сульфата калия; 3,9см³0,0005н железистосинеродистого калия. Вычислить порог коагуляции для этих электролитов. Во сколько раз коагулирующая способностьK₄[Fe(CN)₆] выше, чем уK₂SO₄иKCl?

Вариант 5.

20. Концентрации коагуляции электролитов (моль/л) для данного золя оказались равными:

С= 50,0; С= 0,717; С= 0,093; С_NaCl= 51,0; С= 0,810;

С = 0,095.

Определите знак заряда золя.

Вариант 6.

20. Пороги коагуляции электролитов для золя йодида серебра:

С_KCl= 256,0;C=6,0; С=0,067; С=260,0; С= 7,0.

Определите знак заряда частиц данного золя и вычислите коагулирующую способность каждого из электролитов.

Вариант 7.

20. Золь хлорида серебра получен смешиванием равных объемов 0,0095 М хлорида калия и 0,012 н. нитрата серебра. Какой из электролитов: K₃[Fe(CN)₆],K₄[Fe(CN)₆] илиMgSO₄будет иметь наибольший порог крагуляции для данного золя?

Вариант 8.

20. К 100 см³0,003%-ного раствора хлорида натрия добавлено 250 см³0,001 н. нитрата серебра. Для изучения коагуляции к полученному золю хлорида серебра добавлены следующие электролиты:KBr,Ba(NO₃)₂,K₂CrO₄,MgSO₄,AlCl₃. Какой из добавленных электролитов имеет наименьший порог коагуляции; наименьшую коагулирующую спосоность?

Вариант 9.

20. Для положительного золя Fe(OH)₃коагулирующими ионами являются анионы. Пороги коагуляции солей с одновалентными анионами близки между собой и составляют в среднем 10,69 ммоль/дм³. Соли с двухвалентными анионами имеют также близкие между собой пороги коагуляции 0,200 ммоль/дм³. Во сколько раз коагулирующая способность двухвалентных анионов больше, чем одновалентных?

Вариант 10.

20. Какое количество электролита 0,01 М K₂Cr₂O₇(см³) нужно добавить к 1л золя гидроксида алюминия, чтобы вызвать его коагуляцию? Порог коагуляции 0,63 ммоль/дм³.

Электрокинетические свойства коллоидных растворов

Электрокинетическими называют процессы, связанные с взаимным относительным перемещением фаз в дисперсных системах. Электрокинетические свойства коллоидно-дисперсных систем определяются наличием двойного электрического слоя на границе раздела фаз, возникающего в результате как избирательной адсорбцииионов, так и диссоциации молекул, находящихся на поверхности фазы. В соответствии с правилом избирательной адсорбции Пескова  Панета  Фаянса, преимущественно адсорбируются ионы, входящие в состав адсорбента или образующие с его ионами малорастворимые соединения. Причиной всех электрокинетических явлений является наличие на границе раздела фаз двойного электрического слоя (ДЭС).

Различают следующие электрокинетические явления:

Электрофорез – это перемещение частиц дисперсной фазы относительно дисперсионной среды по действием внешнего электрического поля к одному из электродов.

Электроосмос – перемещение дисперсионной среды относительно неподвижной дисперсной фазы (капиллярно-пористых материалов, диафрагм) по действием внешнего электрического поля в сторону одного из электродов.

Потенциала течения – разность потенциалов при протекании дисперсионной среды через поры твердого тела под влиянием приложенного давления.

Потенциал оседания – разность потенциалов при седиментации частиц дисперсной фазы в гравитационном поле.

Скорость всех этих процессов определяется электрокинетическим потенциалом, или дзета-потенциалом (-потенциал). Этот потенциал возникает на границе скольжения двух слоев дисперсионной среды: адсорбционного и диффузного (рис.4).





А



С

Рис.4 Строение двойного электрического слоя частицы

На границе раздела фаз (линия АВ) располагаются адсорбированные частицей потенциалопределяющие ионы. На рис.4 они заряжены положительно. На расстоянии, равном среднему ионному радиусу, расположен первый слой противоионов, в данном случае они имеют отрицательный заряд. Эти ионы входят в состав адсорбционного слоя частицы толщиной , который связан с частицей и перемещается вместе с ней. Линия CD является границей скольжения, отделяющей адсорбционный слой частицы от диффузного, в котором в растворе диффузно распределен остаток общего заряда , падающего асимптотически до нуля по мере удаления в глубину раствора. Толщина диффузного слоя раствора зависит от концентрации в нем электролитов и может меняться в широких пределах. Как следует из рис.4, дзета-потенциал, обнаруживаемый на границе движения слоев в электрическом поле, меньше общего термодинамического потенциала  и также зависит от толщины диффузного слоя.

Для определения дзета-потенциала измеряют скорость взаимного перемещения фаз при протекании электрокинетических явлений, таких как электрофорез или электроосмос.

Линейная скорость взаимного перемещения фаз в СИ вычисляется по формуле

, (133)

где D – диэлектрическая проницаемость; ₀ – электрическая константа, равная 8,85  10^12 Ф/м;   вязкость среды; E/l  напряженность электрического поля, или градиент потенциала, включает разность потенциалов электродов Е и расстояние между ними l.

Если скорость измерена в сантиметрах в секунду, вязкость  в пуазах и напряженность поля – в вольтах на сантиметр, то расчетное уравнение имеет вид

 , (134)

где k – коэффициент, зависящий от формы частицы или капилляра, по которому движется жидкость (для сферических частиц и капилляров цилиндрической формы k = 4).

При наложении электрического поля равновесие в обкладках двойного электрического поля мицеллы нарушается. Электрически заряженная частица с находящимся на её поверхности адсорбционным (неподвижным) слоем противоионов, который нейтрализует часть заряда поверхности, начинает перемещаться к одному из полюсов, в то время как диффузное облако противоионов смещается в противоположном направлении. Данное явление перемещения частиц золя в электрическом поле к противоположному по знаку заряда частиц электроду и называется электрофорезом. Фиксируя электрофоретическое движение частиц, можно установить, каков знак заряда частиц, а также определить электрокинетический потенциал (-потенциал), от которого зависит устойчивость частиц золя. Расчет -потенциала производят по формуле:

, (135)

где η – вязкость среды; u – электрофоретическая скорость частицы; ε – диэлектрическая проницаемость; Н – градиент потенциала.

Градиент потенциала находят делением величины эдс Е на расстояние между электродами l в приборе для изучения электрофореза:

Н = . (136)

Уравнение (133) относится к частицам цилиндрической формы. Для частиц, имеющих сферическую форму, используют формулу:

. (137)

Величина электрокинетического потенциала зависит от концентрации ионов электролитов в растворе и от их заряда. Чем выше концентрация электролита, тем меньше толщина диффузионной части двойного электрического слоя и тем меньше потенциал. В предельном случае, когда все ионы диффузного слоя перейдут в адсорбционный слой, -потенциал становится равным нулю.

Пример 34. Электрокинетический потенциал частиц гидрозоля 50 мВ. Приложенная внешняя э.д.с. равна 240 В, а расстояние между электродами 40 см. Вычислить электрофоретическую скорость частиц золя, если они имеют цилиндрическую форму. Вязкость воды 0,001 Н·сек/м², а диэлектрическая проницаемость среды 81.

Решение. Используем формулу (135), откуда

.

По формуле (136) определяем градиент потенциала Н:

Н==.

- коэффициент, выражающий диэлектрическую проницаемость в единицах системы СИф/м.

Пример 35.Определить размер и знак дзета-потенциала суспензии кварца в воде (D= 81, вязкость 0,01 П), если смещение границы при электрофорезе в сторону анода за 20 мин составило 5 см. Градиент электрического поля равен 10 В/см.

Решение. При заданных условиях линейная скорость электрофореза

 = = 4,1710^3см/с.

Значение электрокинетического потенциала может быть вычислено по уравнению (135)

 = = 0,05816 В или 58,16 мВ.

Знак заряда отрицательный, поскольку частицы перемещаются к положительному электроду.