Kolloidnaya_khimia_ZADAChNIK_1

69

5. Напишите формулу мицеллы золя Sb2S3, cтабилизированного SbCl3 и изобразите графически зависимость =(с) при введении электролитов: NaI, NaCl, K4[Fe(CN)6, KBr.

РЕШЕНИЕ Формула мицеллы золя:

{mSb2S3nSb3+3(n-x)Cl-}3xCl-.

1– NaCl;

2 – KBr;

3 – NaI;

С

4 - К4[Fe(CN)6]

Рис. 6. Влияние электролитов на величину ζ-потенциала ионностабилизированного золя.

Перечисленные электролиты являются индифферентными по отношению к данному золю.

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

1 - 4. Рассчитайте скорость электрофореза частиц оксида Al2O3 в воде без учета электрофоретического торможения по данным, приведенным ниже. Диэлектрическая проницае-

70

4 27 5,5

5. Вычислите величину -потенциала коллоидных частиц треххлористого мышьяка в воде, если при электрофорезе за 30 мин граница сместилась на 5,4 . 10-2 м. Градиент внешнего поля Е = 8.102 В/м; вязкость среды = 1.10-3 Н.

с/м2; = 81.

6.Вычислите электрофоретическую подвижность частиц золя, если -потенциал равен 50 мВ; вязкость среды =1.10-3 Н.с/м2; диэлектрическая проницаемость среды - 81.

7.Вычислите величину -потенциала частиц Al2O3 в метаноле по следующим данным: u = 1,15.10-5м/с; Е = 8,3. 10- 2В/м; = 33; η = 0,8.10-3 Па . с.

8.Вычислите скорость электрофореза частиц гидрозоля

берлинской лазури, если электрокинетический потенциал равен 0,068 В, градиент напряжения внешнего поля Е = 5.102 В/м, вязкость среды 1.10-3 Па.с, диэлектрическая проницаемость среды - 81.

9. Найдите величину -потенциала на границе кварцевое стекло - водный раствор KCl. Процесс электроосмоса характеризуется следующими данными: сила тока 4,5.10-4 А; время переноса 0,01 .10-6 м3 раствора 10,4 с; удельная электропроводность среды 1,6 . 10-2 Ом-1 м-1; вязкость 1.10-3 Н.с/м2; диэлектрическая проницаемость среды - 81.

10. Найдите объемную скорость электроосмоса, наблюдаемого в системе водный раствор КСl - мембрана из полистирола, окрашенная жировым коричневым красителем, если-потенциал равен 6 .10-3 В; сила тока I=7.10-3 А; удельная электропроводность 9.10-2 Ом-1.м-1; η= 1 . 10-3 Н . с/м2; = 81.

71

11 - 14. Рассчитайте скорость электрофореза частиц оксида алюминия в метаноле без учета электрофоретического торможения по данным, приведенным ниже. Вязкость среды 0,8.10-3 Па.с; диэлектрическая проницаемость - 33.

15. Найдите величину -потенциала на границе мембрана из ВаСО3 – 96%-ный раствор этилового спирта. Потенциал течения 0,7 В; приложенное давление 7,9 . 103 Н/м2; удельная электропроводность среды 1,1 .10-4 Ом-1м-1; вязкость 1,2 . 10-3 Н . с/м2; = 81.

16 - 17. Рассчитайте объемную скорость электроосмоса раствора КСl через кварцевую диаграмму по данным, приведенным ниже. Вязкость среды равна 1 . 10-3 Па . с, диэлектрическая проницаемость – 81.

18. При какой силе тока в процессе электроосмоса при движении водного раствора КСl через мембрану полистирола его объёмная скорость будет равна 5,5 . 10-10 м3/с? Удельная электропроводность среды 9 . 10-2 Ом-1м-1; вязкость 1.10-3 Н . с/м2; = 81; величина -потенциала 1 . 10-2 В.

19 - 20. Рассчитайте линейную скорость электроосмоса раствора КСl через кварцевую диафрагму по данным, приве-

72

денным ниже. Вязкость среды - 1 . 10-3 Па.с; диэлектрическая

21-24. Рассчитайте потенциал течения на кварцевой диафрагме в растворе КСl по ниже приведенным данным.

25. Определите электрокинетический потенциал на границе раздела фаз керамический фильтр - водный раствор КCl, если при протекании под давлением 2 . I04 Па потенциал течения равен 6,5.10-2 В. Удельная электропроводность среды 1,3 . 10-2 Ом-1 . м-1; вязкость 1 . 10-3 Па.с; относительная диэлектрическая проницаемость 80,1.

26-28. Определите потенциал седиментации частиц карбоната бария в водном растворе NaСl по данным, приведенным ниже. Вязкость среды 1.10-3 Па.с; диэлектрическая

29. Вычислите электрофоретическую подвижность частиц оксида железа по следующим данным: скорость электроосмоса через диафрагму из таких же частиц в том же рас-

73

творе ν = 2·10-8 м3/с; æ= 1,2·10-2 Ом-1·м-1; æs= 2·10-2 Ом-1· м-1; I = 1,6·10-2 A; = 81; η = 1 ·10-3 Па·с.

30. Вычислите электрокинетический потенциал, если известно, что потенциал течения, определенный при продавливании раствора хлорида калия через корундовую диафрагму под давлением 20 . 103 Па равен 22,5 . 10-3 В. Удельная проводимость раствора æ= 1,37 . 10-2 Ом-1 . м-1; α = 1,8; вязкость раствора η = 1 . 10-3 Па . с; = 81.

31. Под каким давлением должен продавливаться раствор хлорида калия через керамическую диафрагму, чтобы потенциал течения Uтеч составил 4·10-3 В; = 3·10-2 В; æ =

1,3 ·10-2, Ом-1· м-1; = 1,5; = 81; η = 1· 10-3 Па· с.

32-35. Вычислите -потенциал с учетом поверхностной проводимости на границе раздела кварцевая диафрагма – раствор хлорида калия по данным, приведенным ниже. Вязкость среды η = 1 . 10-3 Па . с; диэлектрическая проницаемость

36-39. Рассчитайте -потенциал корундовой диафрагмы в растворе хлорида натрия по данным, приведенным ниже. Вязкость среды η = 1 . 10-3 Па.с; диэлектрическая проницаемость = 81; сила тока I = 2.10-2A; удельная проводимость

74

39 1,05 3,9

40. Рассчитайте потенциал седиментации частиц оксида алюминия в водном растворе хлорида калия по следующим

данным: φ = 0,1; = 81; = 50·10-2 В; (ρ – ρо) = 3·103 кг/м3; η = 1·10-3 Па ·с; æ = 1·10-2, Ом-1 · м-1.

41-48. Рассчитайте электрокинетический потенциал с учетом поверхностной проводимости на границе раздела кварцевая диафрагма – раствор хлорида натрия по данным, приведенны ниже. Вязкость среды η = 1·10-3 Па·с; диэлектрическая проницаемость = 81; сила тока I = 4·10-3 A; коэф-

45-48. Напишите формулу мицеллы золя и изобразите графически, как изменится потенциал с расстоянием от поверхности, при введении в систему электролита

49. Изобразите графически как изменится -потенциал отрицательно заряженных частиц при введении в золь нитратов калия, бария, лантана?

50. Напишите формулу мицеллы золя NiS, стабилизированного NiCl2 и определите, какой из перечисленных

75

ионов обладает наибольшей способностью сжимать ДЭС: K+, Cs+, Cl-, Br-, I-.

51. Напишите формулу мицеллы золя AgI, стабилизированного AgNO3 и определите, какой из перечисленных ионов обладает наименьшей способностью сжимать ДЭС:

Na+, Ca2+, SO42-, H2PO4-.

52-53. Напишите формулу мицеллы золя и определите, какой из перечисленных электролитов может вызвать полную перезарядку золя.

какой из перечисленных электролитов может вызвать частичную перезарядку золя.

56-57. Напишите формулу мицеллы золя и изобразите графически зависимость = (с) при введении электролитов.

76

6. УСТОЙЧИВОСТЬ И КОАГУЛЯЦИЯ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ

Устойчивость дисперсной системы характеризуется неизменностью во времени двух ее основных параметров: дисперсности и равномерного распределения дисперсной фазы в среде. В связи с этим различают седиментационную устойчивость, связанную с сохранением равномерного распределения частиц и агрегативную устойчивость системы, связанную с сохранением размера частиц.

Седиментационной называют устойчивость дисперсной фазы по отношению к силе тяжести, которая зависит от интенсивности теплового движения частиц, влияния на них гравитационного поля и вязкости дисперсионной среды. Ультрадисперсные системы, особенно лиозоли, имеющие частицы размера 10-9-10-7 м обладают достаточно высокой седиментационной устойчивостью. Микрогетерогенные системы, например суспензии или эмульсии, относятся к седиментационно неустойчивым системам.

Агрегативная устойчивость - способность системы к сохранению дисперсности и индивидуальности частиц дисперсной фазы. Лиофобные дисперсные системы являются термодинамически неустойчивыми, так как частицы дисперсной фазы склонны к коагуляции – слипанию частиц и образованию крупных агрегатов с потерей седиментационной и фазовой устойчивости. Причины агрегативной неустойчивости заключены в самих признаках ультрадисперсного состояния системы - ее гетерогенности и высокой дисперсности. Совокупность этих признаков обусловливает достаточно высокое значение свободной поверхностной энергии (∆F > 0), делающей систему неустойчивой.

Снижение поверхностной энергии, а значит более устойчивое состояние системы, возможно либо в результате уменьшения поверхности (коагуляция), либо в результате

77

уменьшения поверхностного натяжения за счет адсорбции третьего компонента – стабилизатора на границе раздела фаз (стабилизация). Следовательно, присутствие в системе стабилизатора может обеспечивать постоянство размера частиц и является необходимым условием существования лиофобной дисперсной системы.

Устойчивость дисперсной системы определяется балансом сил притяжения и сил отталкивания. Общая энергия взаимодействия между двумя пластинами, приходящаяся на единицу их площади, равна

Силы притяжения обусловлены межмолекулярными силами Ван-дер-Ваальса, из которых наиболее универсальными являются лондовские силы дисперсионного взаимодействия, изменяющиеся по степенному закону. По теории ДЛФО (Дерягин, Ландау, Фервей, Овербек), учитывающей только электростатическую составляющую расклинивающего давления, энергия отталкивания убывает с расстоянием по экспоненциальному закону.

где φδ - электрический потенциал диффузного слоя; χ - величина, обратная толщине диффузного слоя; A* - константа Гамакера; h - расстояние между частицами; n- показатель степени, изменяющийся от 1 до 3.

Для области малых электрических потенциалов энергия электростатического отталкивания для двух плоскопараллельных пластин равна.

где - диэлектрическая проницаемость дисперсионной среды; о - электрическая постоянная.

Для сферических частиц Uэ равна:

78

При больших потенциалах и расстояниях между частицами эта энергия определяется соотношением

где co - концентрация противоионов в дисперсионной среде; γ - постоянная, определяемая величиной .

Энергия межмолекулярного взаимодействия для двух плоскопараллельных пластин равна:

Взаимодействие двух частиц дисперсной фазы принято характеризовать с помощью потенциальных кривых - зависимостей энергии взаимодействия от расстояния (рис.7).

Рис. 7. Зависимость энергии взаимодействия U двух частиц от расстояния h.