Коагуляция золей. Порог коагуляции электролитов

Коагуляция — это процесс укрупнения дисперсных частиц за счет их взаимодействия и объединения в агрегаты. Мелкие (первичные) частицы в таких агрегатах соединены силами межмолекулярного взаимодействия. Слипание однородных частиц называется гомокоагуляцией, а разнородных—гетерокоагуляцией. Вещества, способные вызвать коагуляцию частиц называют в общем случае коагуляторами, а в водоподготовке—коагулянтами или гидролизующимися коагу­лянтами. Последние не только вызывают коагуляцию частиц загрязне­ний, но и образуют, гидролизуясь, малорастворимые продукты, спо­собные объединяться в крупные хлопья.

Под устойчивостью дисперсной системы понимают постоянство во времени ее состояния и основных свойств: дисперсности, равномерного распределения частиц дисперсной фазы в объеме дисперсной среды и характера взаимодействия между частицами.

Коагуляция под действием электролитов подчиняется правилу Шульце и Гарди, которое формулируется следующим образом: коагу­лирующим действием обладает тот ион электролита, который имеет заряд, противоположный заряду гранулы: коагулирующее действие тем сильнее, чем выше заряд иона-коагулятора. Соотношение коагу­лирующей способности одно-, двух- и трехвалентных ионов прибли­зительно равно 1 : 30 : 1000.

Критическое значение концентрации, при котором данный элек­тролит вызывает коагуляцию, называют порогом коагуляции и обозначают Ск (моль/л или ммоль/л).

Величину, обратную порогу коагуляции, называют коагулирую­щей способностью и обозначают V_k =С_k^-1 . Коагулирующая способ­ность выражает число объемов золя, скоагулированного 1 моль (или 1 ммоль) иона-коагулятора.

Пример 1. Вычисление порога коагуляции электролита с учетом его концентрации. В каждую из трех колб налито по 0,01 л золя хлорида серебра. Для коагуляции золя в первую колбу добавлено 0,002 л 1 н. NаNО₃ во вто­рую — 0,012 л 0,01 н. Са(NО₃)₂, а в третью — 0,007л 0,001 н. А1(NО₃)₃. Вы­числите пороги коагуляции электролитов и определите знак заряда частиц золя.

Решение. Минимальное количество Электролита, прибавляемого к золю, которое может вызвать коагуляцию золя, называется порогом коагуляции с. Порог коагуляции принято выражать в миллимолях (ммоль) или миллиграмм-эквивалентах (мг-экв) электролита на 1 л золя.

Порог коагуляции можно вычислить по формуле

где N — концентрация электролита, г-экв/л; V_эл — объем электролита, л;

V_з — объем золя, л.

Вычисляем пороги коагуляции добавляемых электролитов;

Добавляемые электролиты — NaNO₃, Са(NО₃)₂ и Al(NO₃)₃ — содержат ани­он NO₃^- и катионы Na⁺, Ca²⁺, Al³⁺ разной зарядности. Наименьший порог ко­агуляции у А1(NО₃)₃, следовательно, частицы золя хлорида серебра заряжены отрицательно.

Пример 2. Вычисление порога коагуляции электролита с учетом за­ряда иона-коагулятора. Порог коагуляции раствора КNО₃ для золя гидроксида алюминия, частицы которого заряжены положительно, равен 60,0 ммоль/л. Рассчитайте порог коагуляции К₃[Fе(СN)₆] для этого золя.

Решение. Коагуляцию золя вызывает тот из ионов прибавленного электро­лита, заряд которого противоположен заряду коллоидной частицы. Коагули­рующая способность иона определяется его зарядом: чем больше заряд иона, тем больше его коагулирующая способность. Значения порогов коагуляции электролитов с одно-, двух- и трехзарядными ионами относятся как числа 729 : 11 : 1. Следовательно, порог коагуляции К₃(Fе(СN₎₆] будет в 729 раз мень­ше, чем у КNО₃, т. е. С_{кз[Fе(СN)6]} = 60/729 = 0,082 ммоль/л.

Задачи

201. Пороги коагуляции золя электролитами оказались равными (мг-экв/л): C_NaNOз = 250,0, C_Mg(NOз)2= 20,0, C_Fe(NOз)з = 0,5. Какие ионы электролитов являются коагулирующими? Как заряжены час­тицы золя?

202. Вычислите порог коагуляции раствора сульфата натрия, если добавление 0,003 л 0,1 н. Na₂SO₄ вызывает коагуляцию 0,015 л золя.

203. Как расположатся пороги коагуляции в ряду CrCl₃, Ва(NО₃)₂, K₂SO₄ для золя кремниевой кислоты, частицы которого заряжены отрицательно?

204. Какой объем 0,0002М Fе(NО₃)₃ требуется для коагуляции 0,025 л золя сульфида мышьяка, если порог коагуляции С_Fе(NОз)з, = 0,067 мг-экв/л?

205. В три колбы налито по 0,1 л золя гидроксида железа. Для того чтобы вызвать коагуляцию золя, потребовалось добавить в пер­вую колбу 0,01 л 1 н. NH₄C1, в другую —0,063 л 0,01 н. Na₂SO₄, в третью —0,037 л 0,001 н. Nа₃РO₄. Вычислите порог коагуляции каждого электролита и определите знак заряда частиц золя.

206. Золь гидроксида меди получен при сливании 0,1 л 0,05 н. NaOH и 0,25 л 0,001 н. Сu(NО₃)₂. Какой из прибавленных электро­литов : КВг, Ва(NО₃)₂, К₂СгO₄, MgSO₄, А1С1₃ — имеет наименьший порог коагуляции?

207. Золь сульфида кадмия получен смешиванием равных объе­мов растворов Na₂S и Сd(NО₃)₂. Пороги коагуляции для различных электролитов имеют следующие значения (мг-экв/л); С(Cа(NO₃)₂) = 265; C(NaCl) = 250, C(MgCl₂) = 290, C(Na₃PO₄) = 0,4; C(Na₂SO₄) =15, C(AlCl₃)=300. Какой из электролитов: Na₂S или Сd(NО₃)₂—взят в избытке для приготовления золя?

208. Коагуляция золя иодида серебра, частицы которого заряже­ны отрицательно, вызывается катионами добавляемых электролитов. Порог коагуляции LiNО₃ для этого золя равен 165 ммоль/л. Вычисли­те порог коагуляции Ва(NО₃)₂ и А1(NO₃)₃ для этого золя.

209. Как изменится порог коагуляции электролита для золя бро­мида серебра, частицы которого заряжены положительно, если для коагуляции 0,1 л золя вместо 0,0015 л 0,1 н. К₂SО₄ взят раствор Fе(NO₃)₃?

210. Для коагуляции 0,05 л золя сульфида мышьяка можно до­бавить один из следующих растворов электролитов: 0,005 л 2 н. NaCl; 0,005 л 0,03 н. Na₂SO₄; 0,004 л 0,0005 н. Na₄[Fe(CN)₆]. У какого из приведенных электролитов наименьший порог коагуляции?

211. Порог коагуляции АlСl₃ для золя оксида мышьяка равен 0,093 мг-экв/л. Какой концентрации нужно взять раствор А1С1₃, чтобы 0,0008 л его хватило для коагуляции 0,125 л золя?

212. Вычислите порог коагуляции раствора сульфата натрия, если добавление 0,006 л 0,2 н. Na₂SO₄ вызывает коагуляцию 0,015 л золя.

213. Какой объем 0,0004М Fе(NО₃)₃ требуется для коагуляции 0,025 л золя гидроксида меди, если порог коагуляции С_Fе(NОз)з, = 0,067 мг-экв/л?

214. В три колбы налито по 0,1 л золя гидроксида алюминия. Для того чтобы вызвать коагуляцию золя, потребовалось добавить в пер­вую колбу 0,02 л 2 н. NH₄C1, в другую —0,032 л 0,005 н. Na₂SO₄, в третью —0,064 л 0,002 н. Nа₃РO₄. Вычислите порог коагуляции каждого электролита и определите знак заряда частиц золя.

215. Золь гидроксида никеля получен при сливании 0,1 л 0,05 н. NaOH и 0,25 л 0,001 н. Ni(NО₃)₂. Какой из прибавленных электро­литов : NaВг, Ва(NО₃)₂, К₂СгO₄, MgSO₄, А1С1₃ — имеет наименьший порог коагуляции?

216. Золь сульфида свинца получен смешиванием равных объе­мов растворов Na₂S и Pb(NО₃)₂. Пороги коагуляции для различных электролитов имеют следующие значения (мг-экв/л); С(Cа(NO₃)₂) = 265; C(NaCl) = 250, C(MgCl₂) = 290, C(Na₃PO₄) = 0,4; C(Na₂SO₄) =15, C(AlCl₃)=300. Какой из электролитов: Na₂S или Pb(NО₃)₂—взят в избытке для приготовления золя?

217. Коагуляция золя хлорида серебра, частицы которого заряже­ны отрицательно, вызывается катионами добавляемых электролитов. Порог коагуляции LiNО₃ для этого золя равен 165 ммоль/л. Вычисли­те порог коагуляции Ва(NО₃)₂ и А1(NO₃)₃ для этого золя.

218. Как изменится порог коагуляции электролита для золя иодида серебра, частицы которого заряжены положительно, если для коагуляции 1 л золя вместо 0,015 л 0,1 н. К₂SО₄ взят раствор Fе(NO₃)₃?

219. Для коагуляции 0,01 л золя сульфида мышьяка можно до­бавить один из следующих растворов электролитов: 0,001 л 2 н. NaCl; 0,001 л 0,03 н. Na₂SO₄; 0,0008 л 0,0005 н. Na₄[Fe(CN)₆]. У какого из приведенных электролитов наименьший порог коагуляции?

220. Порог коагуляции АlСl₃ для золя оксида мышьяка равен 0,093 мг-экв/л. Какой концентрации нужно взять раствор А1С1₃, чтобы 0,004 л его хватило для коагуляции 0,53 л золя?