Лабораторная работа № 1. Получение, коагуляция и стабилизация лиофобных коллоидных систем

Целью работы является ознакомление с различными способами получения, коагуляции и стабилизации лиофобных дисперсных систем, в которых дисперсная фаза представляет собой вещество в твердом или жидком состоянии, а дисперсионная среда – жидкость (например, вода или водный раствор).

При выполнении этой работы необходимо:

1. Проделать предложенные опыты, наблюдая происходящие изменения и записывая их в отчет.

2. Указать метод получения коллоидной системы в данном опыте.

3. Объяснить механизм происходящих явлений.

4. Ответить на вопросы, имеющиеся в описании опыта.

Опыт 1. Получение эмульсии углеводорода в воде

В две пробирки налейте по 10 мл воды и по 2 мл предложенного углеводорода (это может быть гексан, гептан и др.). В одну из пробирок добавьте 2 мл водного раствора ПАВ (катионного или анионного), указанного преподавателем. Закройте пробирки пробками, одновременно тщательно взболтайте их содержимое и поставьте в штатив. Наблюдайте, в какой из пробирок расслаивание происходит медленнее, т.е. система более устойчива к коалесценции (агрегации, коагуляции) капель дисперсной фазы.

Вопросы:

1. Эмульсия углеводорода в воде является лиофильной или лиофобной коллоидной системой? Почему?

2. Какую роль играет ПАВ в этом опыте и каков механизм его действия? Вспомните адсорбционное уравнение Гиббса (раздел “Поверхностные явления” из физической химии).

3. Учитывая, что эмульсия углеводорода в воде является эмульсией типа масло/вода (прямой эмульсией), изобразите схематически распределение молекул ПАВ на границе раздела фаз углеводород–вода и обозначьте знак поверхностного заряда капель эмульсии с учетом химического строения использованного в опыте ПАВ.

4. Какие ионы электролитов (солей) – катионы или анионы, добавленные в стабилизированную эмульсию, будут служить коагулянтом и вызывать расслаивание полученной Вами эмульсии?

Опыт 2. Получение золя канифоли.

Канифоль – твердая составная часть смолистых веществ хвойных деревьев после отгонки скипидара, состоящая из смоляных (в основном, абиетиновых) кислот общей формулы С₁₉Н₂₉СООН, насыщенных и ненасыщенных жирных кислот и нейтральных веществ (терпеноидов). Хорошо растворяется в этаноле и не растворяется в воде.

Небольшое количество спиртового (этанольного) раствора канифоли добавляйте по каплям к 10 мл воды в пробирке при постоянном взбалтывании до образования сильно опалесцирующего золя.

Вопросы:

1. 1. Каким методом получен золь канифоли?

2. 2. Чем объясняется явление опалесценции в коллоидных системах?

Опыт 3. Получение и коагуляция золя гидроксида трехвалентного железа

К 100 мл нагретой до кипения воды (в колбе или стакане) добавьте небольшими порциями из пипетки 5 мл водного раствора хлорида трехвалентного железа FeCl₃. Сравните окраску полученного золя с окраской исходного раствора соли железа. Напишите уравнение реакции гидролиза соли FeCl₃ по стадиям и объясните, почему золь Fe (OH)₃ надо получать при высокой температуре (вспомните, как константа равновесия реакции изменятся с изменением температуры в зависимости от знака энтальпии реакции).

Налейте в 3 пробирки по 5 мл полученного золя. Прибавляйте по каплям из бюретки или капельницы в каждую пробирку при непрерывном встряхивании раствор одной из трех солей, считая и записывая то минимальное число капель (n), при котором наблюдается коагуляция золя. В первую пробирку добавляется 3 М раствор KCl, во вторую – 0.02 М раствор K₂SO₄, в третью – 0.02 М раствор K₃ [Fe (CN)₆]. Пересчитайте число капель раствора KCl, необходимое для коагуляции, на 0.02 М раствор.

Вопросы и расчеты:

1. Каким методом получен золь Fe (OH)₃ в данном опыте?

2. Выразите молярную концентрацию эквивалентов каждой соли (с_экв, моль экв / л) и найдите соотношение порогов коагуляции золя

Fe(OH)₃ с данным зарядом частиц растворами этих солей по формуле:

γ₁ : γ₂ : γ₃ = [V₁ с₁ / (V_золя + V₁)] : [V₂ с₂ / (V_золя + V₂)] : [V₃ с₃ / (V_золя + V₃)] ,

где V₁, V₂ , V₃ мл – минимальный необходимый для коагуляции объем раствора соли (KCl, K₂SO₄, K₃[Fe(CN)₆] соответственно) с эквивалентными концентрациями с₁, c₂, c₃. Объем капли принять равным 0.04 мл, V_золя = 5 мл.

3. Сравните вычисленное соотношение порогов коагуляции растворами трех солей с предсказываемым правилом Шульце-Гарди для коагуляции золя одно-, двух- и трехзарядными ионами. Сделайте вывод, какой ион соли (катион или анион) является коагулянтом для данного золя.

4. Определите знак заряда частиц золя Fe (OH)₃, полученного данным способом, и составьте схему строения мицеллы золя.