Лабораторная работа №4 Взаимная коагуляция золей

Двойной электрический слой (ДЭС), который образуется за счет адсорбционного и электростатического взаимодействий компонентов объемной фазы с активными центрами поверхностного слоя, весьма чувствителен к любым внешним воздействиям, особенно при контакте с электролитами. Согласно правилам адсорбционного взаимодействия на поверхности формируется своеобразный адсорбционный слой, который определяет знак заряда поверхности и величину поверхностного электрического потенциала. Противоионы объемной фазы, нейтрализуя эту поверхность, распределяются в адсорбционной и диффузной частях ДЭС. Согласно правилам электролитной коагуляции соответствующие ионы электролитов (поливалентные, органические, ионы с зарядом, противоположным знаку заряда поверхности и др.), прежде всего, воздействуют на структуру диффузного слоя, соответственно уменьшая его толщину и величину электрического потенциала (ξ-потенциала).

В результате химических реакций (окислительно-восстановительных, ионообменных и др.), сопровождающихся образованием микрокристаллов, возможно формирование мицеллообразных структур в лиофобных золях при получении, например, гидрозолей диоксида марганца и берлинской лазури. Пример одной из окислительно-восстановительных реакций можно выразить следующим образом:

KMnO₄ + NH₄OH → MnO₂↓ + N₂↑ + KOH

1. При эквивалентном соотношении реагирующих соединений образуется мицелла следующего вида:

nMnO₄‾ - потенциалопределяющие ионы;

(n-x)NH₄⁺ - противоионы адсорбционной части ДЭС;

xNH₄⁺ - противоионы диффузной части ДЭС

2. При избытке в смеси реагирующих веществ KOH (стабилизатор)

формируется мицелла другой структуры:

{[mMnO₂] nOH‾ (n-x)K⁺}‾xK⁺

Рассмотренные мицеллообразные структуры являются слабодиссоциирующими с образованием коллоидной частицы и противоионов диффузной части ДЭС. При смешении двух лиофобных золей с противоположно заряженными коллоидными частицами проявляется их несовместимость, сопровождающаяся явной коагуляцией, т.е. взаимным разрушением. Это один из особых случаев электролитной коагуляции – взаимная коагуляция гидрофобных золей (латексов, водных дисперсий красителей и др.).

Цель работы: Изучить процесс взаимной коагуляции двух лиофобных золей.

Задание:

1. Смешать два золя и по истечении 30 минут записать результаты визуальных наблюдений (произошла явная коагуляция или нет)

2. Определить знак заряда коллоидных частиц в смеси золей там, где явная коагуляция не наблюдается и заполнить табл.6 или табл.7

3. Написать химические реакции получения двух золей и составить по ним структурные формулы мицелл

4. Отметить основное условие несовместимости двух золей

Ход проведения работы:

Вариант 1

Для выполнения эксперимента необходимы золи Fe(OH)₃ и берлинской лазури. Золь гидроксида железа получают в результате гидролиза хлорного железа, стабилизатор – FeCl₃. Золь берлинской лазури получают реакцией обмена между хлорным железом и железистосинеродистым калием K₄[Fe(CN)₆] при избытке последнего. Взять 6 пробирок и налить в них золь гидроксида железа, затем добавить золь берлинской лазури, содержимое перемешать и оставить на 30 минут. Заполнить табл.6:

Таблица 6

№ пробирки	Объем золя Fe(OH)3, мл	Объем золя Fe4[Fe(CN)6]3, мл	Результаты визуальных наблюдений	Знак заряда частиц
1 2 3 4 5 6	10,0 9,0 8,0 6,0 4,0 2,0	0,5 1,0 2,0 4,0 6,0 8,0

В пробирках, где нет явной коагуляции, необходимо определить знак заряда частиц методом капиллярного анализа, который основан на разноименности знака заряда целлюлозных стенок капилляров фильтровальной бумаги (отрицательный) и воды, пропитывающей бумагу (положительный). Для этого небольшое количество гидрозоля надо нанести на фильтровальную бумагу, если золь содержит положительно заряженные коллоидные частицы, то после впитывания капля его адсорбируется на бумаге, давая окрашенное в центре и бесцветное по краям пятно. Если в состав золя входят отрицательно заряженные коллоидные частицы, то образуется равномерно окрашенное пятно вследствие того, что золь не адсорбируется бумагой в соответствии с правилами адсорбционного взаимодействия.

Вариант 2

Для проведения эксперимента необходимы золи Fe(OH)₃ и MnО_2. Золь гидроксида железа получают в результате неполного гидролиза FeCl₃, стабилизатор – FeОCl. Золь диоксида марганца можно получить восстановлением КMnО₄ аммиаком, стабилизатор – КОН. Взять 10 пробирок и заполнить их золем гидроксида железа, затем добавить золь диоксида марганца, содержимое пробирок перемешать и оставить на 30 мин. Затем заполнить табл.7:

Таблица 7

№ пробирки	Объем золя Fe(OH)3, мл	Объем золя MnО2, мл	Результаты визуальных наблюдений	Знак заряда частиц
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10	9.9 9.7 9.5 9.0 7.0 5.0 3.0 1.0 0.5 0.2	0.1 0.3 0.5 1.0 3.0 5.0 7.0 9.0 9.5 9.8

В пробирках, где нет явной коагуляции, необходимо определить знак заряда частиц методом капиллярного анализа (см. вариант 1).

Форма отчета:

1. Заполнить таблицу экспериментальных данных

2. Написать химические реакции получения используемых в работе золей

3. Составить структурные формулы мицелл этих золей

4. Записать основные выводы по работе