Лабораторная работа № 13 Поверхностные явления. Дисперсные системы

Цель работы

Изучение влияния природы адсорбента, адсорбтива и растворителя на адсорбцию; приобретение навыков разделения смеси веществ методами хроматографии; изучение способов получения и свойств коллоидно-дисперсных систем.

Оборудование и реактивы

Воронки, колбы, карандаш, линейка, мерные цилиндры, проекционный фонарь, пробирки, пробиркодержатель, пульверизатор, спички, спиртовка, стеклянные палочки, фильтровальная и хроматографическая бумага, химический стакан.

Активированный уголь (к), каолин / глина (к); дистиллированная вода; растворы: уксусная кислота СН₃СООН (50 ммоль/л; 100 ммоль/л; 200 ммоль/л), гидроксид натрия NaOH (0,1 М), аммиак NH₃ (конц.), хлорид железа (III) FeCl₃ (2%), сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃ (конц.), гексацианоферрат (II) калия K₄[Fe(CN)₆]; водный раствор эозина и метиленового синего, спиртовой раствор метиленового синего; фенолфталеин.

Экспериментальная часть

Опыт 1. Измерение адсорбции уксусной кислоты на активированном угле

В три сухие пронумерованные колбы налейте по 50 мл раствора СН₃СООН следующих концентраций: 50 ммоль/л; 100 ммоль/л; 200 ммоль/л. В каждую колбу внесите по 1 г измельченного активированного угля и содержимое колб перемешивайте в течение 20 мин., после чего отфильтруйте через сухие складчатые фильтры. Первую порцию фильтрата объемом 5 мл в каждом случае отбрасывайте. Из каждого фильтрата пипеткой отберите пробу объемом 10 мл, добавьте по 3–4 капли фенолфталеина и титруйте 0,1 М раствором NaOH до появления устойчивого слабо-розового окрашивания. По данным титрования рассчитайте равновесную концентрацию С(СН₃СООН) в каждом фильтрате по формуле:

С(СН₃СООН) = С(NaOH) • V(NaOH) / V(СН₃СООН)

А дсорбцию рассчитайте по формуле:

а = 0,05 • (С₀ – С)/m,

где С₀ – исходная концентрация СН₃СООН (ммоль/л); С – равновесная концентрация СН₃СООН (ммоль/л); 0,05 – объем СН₃СООН, взятой для адсорбции (л); m – масса адсорбента (г).

Постройте график зависимости адсорбции от равновесной концентрации уксусной кислоты (изотерму адсорбции): a = f(C).

Полученные данные запишите в таблицу:

Колба	С0(СН3СООН), ммоль/л	V(СН3СООН), мл	V(NaОН), мл	С(СН3СООН), ммоль/л	a, ммоль/л
1	50	10
2	100	10
3	200	10

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 2. Влияние природы адсорбента и адсорбтива на адсорбцию

В одну пробирку поместите немного каолина, в другую – немного активированного угля. В каждую пробирку добавьте по 5 мл водного раствора смеси эозина и метиленового синего. Содержимое пробирок взбалтывайте 2–3 мин. и затем отфильтруйте. Запишите окраску фильтратов.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 3. Влияние природы растворителя на адсорбцию

В одну пробирку налейте 10 мл водного раствора метиленового синего, в другую – такой же объем и равной концентрации спиртовой раствор метиленового синего.

В каждую пробирку внесите на кончике шпателя примерно равную массу активированного угля; содержимое взболтайте и отфильтруйте. Сравните интенсивность окраски фильтратов.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 4. Разделение смеси веществ методом бумажной хроматографии

В ырежьте из хроматографической бумаги полоску 2–3 см шириной и 8–10 см длиной. На расстоянии 1 см от нижнего края по линейке карандашом проведите тонкую линию (линия старта).

В центр линии тонким капилляром нанесите раствор (диаметр пятна 3–4 мм), содержащий катиона Cu²⁺ и Fe³⁺. Высушив бумагу на воздухе, закрепите ее с помощью двух соединенных резиновыми колечками стеклянных палочек и опустите в стакан с дистиллированной водой (рис. 8). Глубина погружения полоски бумаги 2–3 мм.

При поднятии воды на высоту 6–7 см выньте полоску из стакана и отметьте карандашом линии подъема растворителя (линия фронта).

В

Рис. 8. Камера для хроматографирования

ысушив хроматограмму на воздухе, смочите ее из пульверизатора раствором K₄[Fe(CN)₆]. Отметьте число и окраску зон. Измерьте расстояние от центра каждой зоны до линии старта и составьте уравнения реакций.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 5. Получение золя гидроксида железа (III) методом конденсации

В пробирку налейте 10 мл дистиллированной воды и нагрейте до кипения. В кипящую воду добавляют 5 капель раствора FeCl₃ и продолжайте нагревание до появления красно-бурого золя. В соответствии с правилом избирательной адсорбции Панета–Фаянса:

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

схема строения мицеллы:

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Для наблюдения эффекта Фарадея–Тиндаля через пробирку с золем пропустите луч света проекционного фонаря под углом 90.

________________________________________________________________________________

Опыт 6. Получение золя гидроксида железа (III) методом пептизации (диспергирования)

В пробирку налейте 2 мл раствора FeCl₃ и прибавьте по каплям раствор NH₃ до полного осаждения Fe(OH)₃. Слейте жидкость над полученным осадком и промойте его приливая дистиллированную воду и повторяя декантацию до полного удаления аммиака. К промытому осадку добавьте 5 мл дистиллированной воды и 5–10 капель насыщ. раствора FeCl₃, смесь перемешайте 10 мин. Схема строения мицеллы:

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Наблюдайте, образуется ли эффект Фарадея–Тиндаля:

________________________________________________________________________________

Опыт 7. Коагуляция золя гидроксида железа (III) электролитами

К коллоидно-дисперсным системам, полученным в опытах 5 и 6, добавьте по несколько капель конц. раствора Al₂(SO₄)₃. Коагуляцию, по правилу Шульце–Гарди, вызывают ионы

________________________________________________________________________________

Запишите наблюдения и составьте уравнения реакций. Наблюдайте, образуется ли эффект Фарадея–Тиндаля:

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Вывод: __________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Контрольные задания

1. Написать формулу мицеллы золя иодида серебра, полученного добавлением 40 мл раствора AgNO₃ с концентрацией 0,02 моль/л к 50 мл раствора KI с концентрацией 0,001 моль/л.

2. Написать формулу мицеллы золя гидроксида алюминия, полученного из осадка пептизацией раствором гидроксида натрия.

3. Сравнить свойства коллоидно-дисперсных систем и истинных растворов.

4. Какими воздействиями можно вызвать пептизацию осадка?

5. Перечислить основные применения коллоидных ПАВ.

6. Какой из электролитов Na₂SO₄ или MgCl₂ будет обладать большей коагулирующей способностью для золя иодида серебра, полученного смешением равных объемов раствора иодида калия с концентрацией 0,01 моль/л и раствора нитрата серебра с концентрацией 0,015 моль/л?

7. Какие ионы электролитов Na₂SO₄ и K₃[Fe(CN)₆] являются коагулирующими для гидрозоля гидроксида железа (III) полученного методом гидролиза?

8. Воздействием каких факторов можно вызвать коагуляцию лиофобных золей?

9. Что называется кинетической и агрегативной устойчивостью золей?

10. Назвать методы очистки коллоидно-дисперсных систем от примесей: а) растворенных низкомолекулярных веществ, б) грубодисперсных примесей.

11. Описать принцип работы и области применения ультрафильтра.

12. Что такое диализ и для каких целей его применяют. Как устроен простейший диализатор?

13. Что называется границей раздела фаз? По какому принципу классифицируют границы раздела фаз?

14. Объяснить характер влияния природы адсорбента и адсорбтива на адсорбцию.

15. Привести примеры наиболее часто использующихся в практике адсорбентов.

16. Что такое поверхностно-активные вещества? Привести примеры.

17. Что такое поверхностное натяжение?

18. Привести примеры дисперсных систем с жидкой дисперсионной средой.

19. Привести примеры дисперсных систем с газообразной дисперсионной средой.

20. Привести примеры дисперсных систем с твердой дисперсионной средой.

Пример. Может ли образоваться осадок Mg(OH)₂, если смешать равные объемы 0,5 М раствора MgCl₂ и 0,1 М раствора NaOH?

Решение

При сливании двух равных объемов суммарный объем раствора увеличится вдвое, а концентрация уменьшится вдвое, то есть концентрация раствора MgCl2 будет равной 0,5 / 2 = 0,25 моль/л, а концентрация NaOH – равной 0,1 / 2 = 0,05 моль/л. Mg2+ + 2ОH– Mg(OH) 2 ПР[Mg(OH)2] = [Mg2+][OH–]2 = 5,00 • 10–12 Находим произведение концентраций ионов [Mg2+ ][OH–]2 = 0,25 • 0,052 = 6,25 • 10–4. Сопоставляя полученную величину 6,25 • 10–4 с табличным значением ПР = 5,00 • 10–12, находим, что рассчитанное произведение концентраций ионов превышает ПР[Mg(OH)2], т. е. раствор пересыщен и осадок должен образоваться.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________