Методические указания

При подготовке к лабораторной работе необходимо хорошо знать теоретический материал о способах получения различных КДС, и условиях получения гидрофобных золей в устойчивом состоянии. Уметь составлять схематические формулы мицелл гидрофобных золей в зависимости от условий их получения; правильно применять правило Фаянса – Содди.

Описание опытов должно сопровождаться необходимыми уравнениями химических реакций и схематическими формулами получения золей. Описание опыта заканчивается четко сформулированным выводом, который следует из результатов опыта.

Для доказательства получения вещества в коллоидном состоянии использовать оптический эффект Фарадея – Тиндаля.

Метод конденсации

Получение гидролизной серы и канифоли

Принадлежности для работы. Мерный цилиндр на 100мл; две плоскодонные колбы на 100мл с пробками; 2%-ный раствор канифоли в этиловом спирте; насыщенный раствор серы в этиловом спирте; дистиллированная вода.

Сера или канифоль растворяется в этиловом спирте, образуя истинный раствор. В воде сера и канифоль практически нерастворимы, поэтому при добавлении воды к их спиртовому раствору молекулы конденсируются в более крупные агрегаты.

Описание работы

Опыт 1. Насыщенный раствор серы в абсолютном спирте вливают по каплям в дистиллированную воду при взбалтывании. Получается молочно-белый опалесцирующий золь.

Опыт 2. Как и в первом опыте, спиртовой раствор канифоли по каплям добавляют в дистиллированную воду при непрерывном перемешивании, до получения заметного помутнения раствора.

Оба золя, полученные в опыте 1 и 2, просвечивают сильным лучом видимого света и наблюдают эффект Фарадея – Тиндаля. Наблюдение опалесценции ведут под углом 90⁰ к лучу падающего света. Делают вывод о методе получения гидрозолей серы и канифоли.

Получение золя Fe(OH)₃ посредством гидролиза

Принадлежности для работы. Треножник; асбестированная сетка; газовая горелка; коническая колба на 150мл; капельная пипетка; 2%-ный раствор FeCl₃; дистиллированная вода.

Реакция получения гидроксида железа (III) идет по схеме:

FeCl₃ + 3H₂O→Fe(OH)₃+ 3HCl

Поверхностные молекулы агрегата Fe(OH)₃ вступают в химическое соединение с HCl:

Fe(OH)₃ + HCl →FeOCl + 2H₂O

Молекулы FeOCl, подвергаясь диссоциации, образуют ионы FeO⁺+ Cl^- .

Руководствуясь правилом С.М. Липатова, заключающимся в том, что из растворов на поверхности коллоидных частиц адсорбируются ионы, близкие по своей природе к составу ядра, схематически можно изобразить строение частиц золя гидроксида железа (III) следующим образом:

FeOCl→ FeO⁺+ Cl^- ,

[ Fe(OH)₃]_n + mFeO⁺ + mCl^- = {[Fe(OH)₃ ]_nmFeO⁺∙(m-x)Cl^-}^x + xCl^-

Описание работы

Опыт. 100мл дистиллированной воды нагревают до кипения. Затем в кипящую воду по каплям добавляют 5-10мл 2%-ного раствора FeCl₃. Получают коллоидный раствор гидроксида железа (III) интенсивного красно-коричневого цвета.

Проверяют наличие эффекта Фарадея- Тиндаля у полученного золя и делают вывод о способе получения КДС. Уравнение реакции гидролиза FeCl₃ записывают по трем ступеням в молекулярном и сокращенно-ионном виде.

Значение концентраций реагирующих веществ для получения коллоидных растворов

Принадлежности для работы. Три стакана на 100мл; бюретки на 50мл; растворы: 0,005М, 0,1М и насыщенный FeCl₃, 0,005М, 0,1М и насыщенный желтой кровяной соли К₄[Fe(CN)₆].

Размеры дисперсных при реакциях двойного обмена, в результате которого получаются нерастворимые продукты, зависят от концентрации реагирующих веществ. При очень высоких и очень низких концентрациях получают высокодисперсные (коллоидные) системы. В первом случае это объясняется возникновением одновременно очень большого количества центров кристаллизации (зародышевых центров), что связано с расходом всего реагирующего вещества. Возможность дальнейшего роста частиц этим ограничивается.

В случае низких концентраций весь возможный избыток веществ расходуется на возникновение сравнительно немногочисленных центров кристаллизации, и дальнейший рост частиц тем самым исчерпывается. При средних концентрациях реагирующих веществ получаются грубодисперсные частицы, выпадающие в осадок.

Описание работы

Опыт 1. В стакан на 100мл наливают 5 мл 0,005М раствора хлорида железа (III) и добавляют 5мл 0,005М растворов желтой кровяной соли К₄[Fe(CN)₆]. Разбавляют полученный раствор 50мл дистиллированной воды. Получается прозрачный коллоидный раствор берлинской лазури Fe₄[Fe(CN)₆]₃.

Опыт 2. Выполняют то же, что и в опыте 1, беря растворы хлорида железа(III) и желтой кровяной соли 0,1М концентрации. Из мутного раствора выпадает осадок берлинской лазури.

Опыт 3. В стакан емкостью на 100мл наливают 5мл насыщенного раствора хлорида железа (III) и 10мл насыщенного раствора желтой кровяной соли. Образуется студнеобразный осадок. Часть полученного осадка переносят в стакан со 100мл дистиллированной воды и размешивают. Получается устойчивый золь берлинский лазури.

Записать уравнение реакции получения берлинской лазури и её схематическую формулу. Сделать вывод о всех трех опытах в форме правила Веймарна.

Лиофильные золи получают путем растворения высокомолекулярных веществ в соответствующих растворителях: белков в воде, каучука в бензоле, целлюлозы в эфире и т.д. Из этих веществ наибольшее биологическое значение имеют водорастворимые (гидрофильные) золи белков, крахмала, гликогена и др.

Лиофобные золи, являющиеся растворами высокомолекулярных соединений, обладают значительно большей устойчивостью по сравнению с лиофобными золями, поэтому они могут быть получены в сравнительно высоких концентрациях и, следовательно, обладают большей вязкостью и осмотическим давлением.

Повышение концентрации лиофобных растворов приводит к их застудневанию – переходу в гели. Последние обладают свойством обратимости.

Принадлежности для работы. Ступка с пестиком; технические весы; мерные колбы на 100 и 50мл; два стакан на 100мл; бюретка на 50мл; крахмал; пищевой желатин (листочки); куриное яйцо; 0,1М раствор СН₃СООNa; золь берлинской лазури Fe₄[Fe(CN)₆]₃; насыщенный раствор AL₂(SO₄)₃.

Описание работы

Опыт 1. Золь крахмала.

0.5 г. крахмала тщательно растирают в фарфоровой ступке, переносят в фарфоровую чашечку и перемешивают с 10 мл дистиллированной воды, после чего добавляют еще 90 воды. Затем при постоянном помешивании доводят полученную смесь крахмала в воде до кипения. После нескольких вскипаний получается 0,5 % - ный опалесцирующий золь крахмала.

Опыт 2. Золь желатина.

0,5 г. разрезанного на кусочки листового желатина вносят в стакан на 200 мл, заливают 50 мл дистиллированной воды и оставляют на 6 – 8 часов для набухания. После набухания добавляют в стакан еще 50 мл воды и нагревают на водяной бане при температуре 40 – 50⁰С до полного растворения набухшего желатина. В полученный золь желатина добавляют несколько капель формальдегида (для консервирования).

Опыт 3. Золь яичного альбумина

В мерную колбу на 100 мл вносят белок куриного яйца. Заливают белок 40 – 50 мл холодной дистиллированной воды и взбалтывают до полного растворения. Затем доливают в колбу воды до метки. Получается золь белка, обладающий оптическим эффектом.

Опыт 4. Устойчивость гидрофильных растворов к нагреванию и электролитам.

В три пробирки наливают по 5 полученных растворов гидрофильных золей и нагревают до кипения. Отмечают, какой из испытуемых золей является устойчивым к нагреванию.

В одну пробирку наливают 5 мл золя берлинской лазури, полученного в предыдущей работе. В три другие пробирки наливают по 5 мл гидрофильных золей: крахмала, желатина, яичного альбумина. В каждую из 5 пробирок по каплям из бюретки добавляют насыщенного раствора сульфата аммония до коагуляции коллоидного раствора, отмечая количество электролита, необходимое для коагуляции каждого раствора. Полученные результаты записывают в таблицу 1.

Таблица 1

Золь	Количество капель (мл) (NH4)2SO4, вызывающее коагуляцию золя
Берлинская лазурь
Крахмал
Яичный альбумин ( белок)