Лабораторная работа 10 Коллоидные растворы

Цель работы: изучить основные понятия коллоидной химии «дисперсность, коллоидный раствор, дисперсная фаза, дисперсионная среда, коллоидная частица, мицелла, коагуляция, седиментация, пептизация»; получение коллоидных растворов; научиться составлять схемы мицелл.

Задание: получить коллоидные растворы гидроксида железа (III) методоми конденсации и диспергирования осадка Fe(OH)₃.Выполнить требования к результатам опытов, оформить отчет, решить задачу.

Теоретическое введение

Системы, в которых одно вещество распределено в мелкораздробленном состоянии в среде другого,называютсядисперсными. Раздробленное (распределенное вещество) называетсядисперсной фазой, а среда, в которой распределена дисперсная фаза –дисперсионной средой. Дисперсные системы с размером частиц дисперсной фазы от 1 до 100 нм называются коллоиднымирастворами илизолями.

Дисперсная фаза в коллоидном растворе (или золе) представлена коллоидными частицами, в состав которых входят ядро, зарядообразующие ионы и противоионы. Зарядообразующие ионы могут быть положительно или отрицательно заряженными, поэтому и коллоидные частицы имеют либо положительный, либо отрицательный заряд. Заряженные коллоидные частицы притягивают к себе молекулы Н₂О издисперсионной среды; так создается гидратная оболочка, окружающая коллоидную частицу.

Примерный состав коллоидных частиц золей Sb₂S₃иFe(OH)₃можно выразить следующими формулами:

[(mSb₂S₃)·nHS⁻·(n-x)H⁺·yH₂O]^{x- ;}

[(mFe(OH)₃·nFe³⁺·3(n-x)Cl⁻·yH₂O]^3x+.

Противоионы Н⁺илиCl^-, которые входят в состав коллоидных частиц, называют связанными. Свободные противоионы остаются в дисперсионной среде.

Коллоидную частицу и эквивалентную ей часть дисперсионной среды(гидратированных свободных противоионов)называютмицеллой. Мицеллу считают структурной единицей коллоидного раствора. Формулы

{[(mSb₂S₃)·nHS^-·(n-x)H⁺·yH₂O]^x−+ xH⁺·zH₂O},

{[(mFe(OH)₃·nFe³⁺·3(n-x)Cl⁻·yH₂O]^3x++ 3xCl⁻·zH₂O}⁰

выражают примерный состав мицелл золей сульфида сурьмы и гидроксида железа.

Коллоидная дисперсность вещества является промежуточной между группой дисперсности, характерной для взвеси и молекулярной, характерной для истинных растворов. Поэтому коллоидные растворы получают либо из истинных растворов путем укрупнения частиц молекулярной дисперсности до определенного предела (максимум до 100 нм), либо из взвеси путем дробления грубодисперсных частиц также до определенного предела (минимум до 1 нм). В этой связи различают конденсационныеметоды (укрупнение частиц) и методдиспергирования (дробление частиц).

Конденсация частиц молекулярной дисперсности может происходить в процессе гидролиза солей некоторых поливалентных металлов, например, FeCl₃. Гидролиз ионаFe³⁺протекает по ступеням:

Fe³⁺+H₂O=FeOH²⁺+H⁺

FeOH²⁺ + H₂O = Fe(OH)₂⁺ + H⁺

Fe(OH)₂⁺ + H₂O = Fe(OH)₃ + H⁺.

Гидроксид железа Fe(OH)₃не выпадает в осадок, т.к. степень гидролизаFeCl₃по третьей ступени мала.

Зарядообразующими ионами в процессе образования золя могут быть Fe³⁺,FeOH²⁺,Fe(OH)₂⁺, а противоионами −Cl⁻.

Примером получения золей методом диспергирования может служить получение коллоидного раствора Fe(OH)₃путемхимического дробленияосадка гидроксида железа (III), называемогопептизацией. Пептизатором может быть электролит с одноименным ионом, входящим в состав осадка, например,FeCl₃.

Добавление пептизатора к небольшому количеству осадка в водной среде приводит к тому, что ионы Fe³⁺проникают в глубь осадка и разрыхляют его, постепенно дробя до коллоидной дисперсности. Дробление называют химическим потому, что ионы непросто проникают в осадок, а, взаимодействуя с его частицами, образуют дисперсную фазу положительного заряда. ИоныFe³⁺являются зарядообразующими в составе коллоидных частиц получающегося золя, а ионыCl⁻противоионами.

Коллоидные растворыобладают специфическими оптическими, кинетическими и электрическими свойствами (специфика связана с размерами и зарядом коллоидных частиц) ихарактеризуютсявысокойкинетической и агрегативной устойчивостью.

Устойчивость коллоидного раствора можно нарушить. Потеря агрегативной устойчивости золя приводит к укрупнению частиц дисперсной фазы, их слипанию. Этот процесс называюткоагуляцией. Коагуляция вызывает нарушение кинетической устойчивости системы, которая приводит кобразованию осадка (коагулята). Этот процесс называютседиментацией.

Примерный состав коагулята золей сульфида сурьмы и гидроксида железа выражают формулами:

[(mSb₂S₃)·nHS⁻·nH⁺]⁰;

[(mFe(OH)₃·nFe³⁺·3nCl⁻]⁰.