физическая_и_коллоидная_химия

Коллоиднзащитая

Краткаятеория:

Свойстваколлоидныхсистем

1Молекулярно.

-кинетическсистемсвойстваколло. идных

1Для.коллоидныхсистемхарактерно

броуновскоедвижение

–непрбеспорядочнрыдвижчастицноемикрниеоскопических

иколлоидныхразмеров.

2. Результатомброуновскдвиженияколлчастицогоидных

является диффузия –самопротекающийроизвольнопроцесс

выравкончастицценивания.Дляколичественногорации

описаниядиффузиииспользуется

законФика

:

(4.4)

где m –количество

продиффундировавшеговещества;

–

градиентконцентрации;

S –площадь,черезкоторуюпроисходит

диффузия;

τ –продолжительностьдиффузии;

D –коэффициент

диффузколичествуравныйвещества,диффундирующегочерез

единицуплощадив

иницувремениприградиентеконцентрации,

равномединице.

УравЭйнштениейна

-Смолуховского:

(4.5)

где D –коэффициентдиффузии,

Т –абсолютнтемпература, я

η –

вязкостьдисперсионнойсреды,

r

-радиусчастицперсной

фазы.

осмотическое

3Дл.

яколлоидныхсистемхарактерно

(4.6)

где mобщ –масрасатворённоговещества;

m –массаодной

частицы;

V –объёмсистемы;

NA –числоАвогадро;

Т –абсолютная

температура;

ν

–частичнаяконцентрация;

k

–постоянная

Больцмана.

2Устойч. коллоидныхвостьстем

характеризует

Устойчдисперсныхстемвость

способндисперфазысохранятьстьостояниенойравномерного

распределениячастицвовсёмобъёмедисперсионнойсреды.

Существуетд идаотноустойчивостиительной

дисперсныхсистем:

седиментационагрегатив. ная

Седиментационнаяустойчивость

–способностьсистемы

противостоятьдействиюсилытяж.С стидиментация

–это

оседанчаствраствице

ореподдействисилытяжестим

.

Агрегативнаяустойчивость

характеризуетспособность

частицдиспефазыротснойихслипаниюводействоватьмежду

собойитемсамымсохсвоиразмерыанять.

3Коагуляция. коллоидныхсистем

Коагуляция –эторазрушениеколлоиднойсистемыпод

воздействиемраз

личныхфактороввыражаетсяслипании

частицдисперфазыпоснойледующимвыпадениеихосадок.

Коагуляцскрытаябываетневидимая( невооружённым

глазом)иявнаяизменение( окраствора,помутнениеки,

выпедениеосадка).

Коагуляциювызываследующит

еспособы:

1. Физические:измеконцении,т мпературантрации,

механичперемешивание,действиесветакоеультразвука,

длистациоельноехрапоэтому(арноеениеколлоидные

системыдолжныбытьсвежеп,хригоанитьсяв овленными

тёмнойпосудеивнеподвижном

омещении).

Всеэлектролитыпосвоемустроениюделятсяна

индифферентны несодержат( такихионов,котор

ыебыли

способныкспецифическойадсорбцииначастицахпоправилу

Панета-Фаянса,т.е.неимеютионовподоагрегатабныхнам)и

неиндифферентные содержат( ионыпод агрегатабныенам).

Коагулирующеедействиеэлектха олитовактеризуется

поркоагулягом

ции

γ

–наименьшееколичестводобавленного

электролита,вызывающеекоагуляцию10

– поркоговойнцентрацией

млзоля,аего

концентрназывацияется

.

Порогкоагуляцииможнорассч,знаяконцентрациютать

электролита-коагулятора С,объёмдобавленногоэлектролит

а V,и

объёмзоля

Vзоля обычно( 10мл):

(4.7)

Величина,обратнаяпорогукоагуляции(

1/γ),называется

коагулирующейспособностью

электролита.Значит,чемменьше

порогкоа,тембольшеуляциикоагулирующаяспособность

электролита.

Порогкоагуляциизависитотвалентностикоагулирующего

ионаописывается

правиШуломьца

(1892)-Гарди (1900)-

Дерягина-Ландауили правиломзначности

:

γ3 γ:

2 γ:

1 = 1/36 : 1/26 : 1/16 = 1:11:729

(4.8)

т.е.чемменьшевалентностькоагулирующегоиона,темвыше

порогкоаитембольшеуляциипотрэлектролитабуетсядля

коагулсистемылояц.Коагулирующаяднойспособность

ионаприодинакзарядетембо,чемльшевом

большеего

кристадиусллический

.

Дляоднозарядныхидвухзанеорганыхических

катионованио

новкоагулирующаяспособносубываеть

опредепослёнедовательности,котораяазываетсяй

лиотропнымрядом

Приложение( 7).

Начавшкоагуляциюостановитьюсяневозможно,

защитное

коллоиднуюсистемузарзащититьнее,добавивнеё

вещество раствор(

ыжел,таинтдругихиныа

высоксоединениймолекулярных)Их.

защитноедействие

выражаетсяповышениипорогакоагул.Оносвязаноции

адсорбциейихмолекулнаповерхнчастицколлоидных.

Образующийнаповерхнчастицколлоидныхзащитныйя

слойпре

пятихслипаниютвует.Покз зателемщитногодействия

(защчитнымслом

)называетсяминимальноеколичествомг

сухоговещества,к необходимотороедлязащиты

10 млзоляпри

добавкнемуэлевкниитролитаоличестве,равномпорогу

коагуляции.

4Пептизация.

коллоидныхсистем

Пептизация

или

дезагрегация –переводсвежевыпавшего

осадкавколлоидноесостоян.Пепттемболеевзация,роятна

чемменьшевремпрошлосмоментаникоагуляции.Вызвать

пептизациюможнотмываниемкоагулятаотизбыткаэлектролита

водой,

либодобавлениемэлектролита,содержащего

потенциионы,зсчётаадсорбциилобразующиекоторых

повышаетсяповерхностныйзарядчастиц.

Цель работы:

Определитьзащч стное

ложелатиныдлязоля

гидратаок

сидажел(«ечислзалезн»). ое

Оборудование:Штативс

бюретками,наборизп10,обирок

мерныйцили,ко колбахимическиеядр, стаканы.

Реактивы: Насыщенныйрастворхлорногожелеза, 0,002раствор

сернокислогоатрия,свежепраствигот0,1%овленныйр

желатины,дистиллир

ованнвода,бумажныефильтрыя.

Порядокработы:

1. Получениезолягидратаокисижелезаметогидролиза. ом

Вконическойколбенагретьдокипения300млдистиллированной

воды.Вкипящуюводувлитьмл3насыщенногорастворахлорного

железаипрокипятитьполучсмесьнную2

-3минуты.

Образовавшийсякрасновато -коричневыйзольгидратаокиси

железаохладитьдокомнатнойтемпературы.Записать

протекающуювколбереакци.Написатьформулу

образовавшейсямицеллы.

Мицеллазолязависитотусловегопри.готовлВслучаейния

неполнгидр: оголиза

2FeCl3 + 4H2O = Fe(OH)3↓+ FeOCl + 5HCl

образуетсяоксохжелезаорид

FeOCl,которыйпринятосчитать

стабилизатором,кипячениеспособствуетудалениюпаров

HCl.

Приполномгидролизе:

FeCl3 + 3H2O = Fe(OH)3↓+ 3 HCl

Протекающемвизбытке

FeCl3,стабилизаторомявляется

само

хлорноежелезо.

2.

Определениепорогакоагул

яциизоляг дроксида

железа.

а) Определениегрубогопорогакоагуляции.

Вдвепробиркис

помощьюерногоцилиндраналитьпо10

млполученногозоля

гидроксидажелеза.Воднураб( )дочуюбавить0,5

мл0,002

-

нормальногораствораернокислогоат.Срдияавенить

пробиркираб( контрольчую)начёрфонеаомую

проходящийсвет.Наличиепомутнениякоагуляц( )отметв итьи

таблицезнаком8 «+»,отсутствие

–знаком«

-»Еслипомутнение.

ненаблюдается,товрабочуюпро

биркудобавитьещё0,5

мл

сернокислогоатрия.Сновапроизсравнение.Р зулсти

ьтаты

записатьвтаблицу1

.Добавленсер окатрияпо0,5еслого

млв

рабочуюпробиркупроизводитьдопомутнения

б)

Определение

точного

порогакоагуляции.

Вчетыреновых

рабочихпробиркиспомощьюерногоц налитьлиндрапо10

мл

золя гидроксида жел.Впедобавитьрвуюзасернокислогоатрия

на0,1 млбольше,чембылодобавдляполученияпоследнегоено

«-»впунктеа)Срав. конитрольнуюпетьрабочуювую

про,какбылоиркиоп

исановыше.Наличиепомутнения

(коагуляц)отметвта итьи

блицезнаком1 «+»,отсутствие

−

знаком«

-»Еслипомутнение. наблюдается,тововторую

рабочуюпробиркусзолемдобавитьсернокислогоатрияна0,1

мл

больше,чембылодобавленопервую.Сноваср

авнить

контривтрабочуюльнуюруюпробирки.О роизводитьытдо

техпор,поканебудутобнаружепервыепризпомутнения.акиы

Таблица1

.

Грубыйпорог

Точныйпорог

№пробиркис

1

2

3

4

5

6

7

8

золем

Кол-во

добавленного

коагулятора,мл

Помутнение

золя

в) Рассчитатьпорогкоакакминимауляцииколичествоьное

0,002-нормальраствораернокислогоатрия,вызывающее

коагуляция10

млзолягидражелезаоки,стиочностьюдо

0,1 мл.

3. Определезащчи. тсланогоие

ораствораиспользовать

а)Вкачествезащитног

свежепр0,1%иготаствжелатины.Наовр итьенный

несколькопробирок(5

-6)спомощьюерногоцилиндрапо10

мл

золягидратаокисижел.Впепробиркурвуюзасзолемдобавить

избюретки1

мл0,1%растворажелатины.Встряхнутьпробир

ку,

датьейпостоятьсекунд40иприлитькоагув л,яторичестве

равнпорогук магуляциинашли( впунктеб)2Если. через2

-3

минурасвпртыворсталсябиркепрозрачным..(желатина

защитиларастворкоагуляциянепроизошла),товследующую

пробирку сзолемдобавить0,5

млрастворажелат.Еслины

растворпробипомутнелс(ркеавнениерабкочейнтрольной

пропбвипунрокса),2тоновследующуютепробиркунадо

добавить1,5

млрастворажелатины.Полученныерезультаты

записатьвтаблицупом9: т

нениезоля

– отсутствие«+»,

помутнения – «-».

б)Налитьвчетыновыхпробиркипое10

млзолягидратаокиси

железа.Далеедобавляемыйобъёмжелатиныпоследовательно

меняетсяотпоследнего«

-»допервого«+»сшагом0,1

мл.Объём

добавляпослжелатимого

накоагуляторавсегдаравенточному

порогукоагуляции.Опытведутдополученияпервыхпризнаков

защзолягидрататыокисижелеза.Результатын

блюдений

записатьвтаблицу2

.

в)Пополученнымрезультатамвычисляютзащ,кактное

число мгсухойжелатин

ы,защищающее10

млзолягидратаокиси

железаоткоагуляциипридобавлениираствораэлектролита

(коагулятора)вколичестве,равнпорогумагуляции.

Таблица2

.

№пробиркис

1

2

3

4

5

6

7

8

золем

Кол-во

добавленного

раствора

желатины,мл

Кол-во

добавленного

коагулятора,мл

Помутнениезоля

строение?Чтотакоадсорбцио

нныйслой,диффузионный

слой?

3.

Оптичеколлоидныхстемсвойсства.

Закон

светорассеянияРэлея.Условияприменимости.

Явление

опалесценции,конусТиндаля.

Чтотакоемутность?Сравните

размерычастицдвухколлоирастворовдинаковойных

объемнойконцентрац

ии,еслимутности(

τ)отличатьсяв25раз

(τ2/τ1 = 25).

4.

Какизменитинтенрассеянногодиспивноссве, рсиейтьа

есдлинаволнысветаувеличится430нмдо600нм?

5.

Каксоотношениеворадиусовчастдвухцперсий

одиначисленнойконцентрациейвой,

еслимутности,

определенныеводинакоуслов,отлвиых1000ячраютсяз

(τ2/τ1 = 1000)Объяснитеявлениопал. . сценции

6.

Коагуляция:опред;факторы,евызывающиеёление;

коагулиион;покоарогующий;пороговаяуляции

концентрация;правилозначностиправил(

оШульца -Гарди);

защитныевещества; ч. слтное

7.

Индинеиндифференфферентныеэлектроли. тные

Привестипримерыдлязолей,полученныхвлабораторном

практикуме.

2H3AsO3 + 3H2S→ As2S3 + 6H2O.

11. Приведитепримернеиндифферентногоэлекзотролита

лю

СаСO3сположительнымзарядомпротивоионов.

15.

Кодинаковымобразцазолей

SiO2сотрицательнымзарядом

коллоидныхчастицдобр створывили

Na2SO4, NaCl, KCl,

BaCl2, Al2(SO4)3одинаковойконцентрации.Указать,раствора,

какогоизперечисленвеществпотрменпобуетсяыхьше

объёмуответ(аргументировать)Как. изэтй го

электрвызкоагуливезоля?таяцию

16.

Золькремниекислотыполучилипривойз

аимодействии

растворов K2SiO3и

HCl.Напишитеформумицеллызо уя

определите,какойиз

электролитовбылизбытке,если

противоионыэлектрическомполедвижутсякатоду?

17.

ЗольгидроксидажелезаΙΙΙ),получаемый( неполным

гидролизхлорнжелеза,коагом

гулируютрастворами

Рассчитайтезащчжелатиныслтн,выразиво го

гсухой

желн10атины

млзоля.

19.

Порогкоагуляциизолягидроокисижелезафосфат

-ионами

равен0,37

ммоль/.Какойобъём5%растворафосфнатрията

(плотность1.05

г/мл)потребуетсядлякоагуляции250

млзоля?

20.

Коагуляция10

10-6 м3золяиодидасеребнаступаетри

добавлении0,5

10-6 м3водногораствора

BaCl2сконцентрацией

С=0,05 км/ оль 3.Рассчитайтепорогкоа уляции

BaCl2для

данногозоля,выразивегокиломоляхнакубическийметр

золя.

10-6 м3золя

21.

Длязащиты5

гидржелезаокоагуляцииокисит

потребовалосьввести3

10-6 м3

0,01%-процентногораствора

жел.Ратиныссчитайтезащжелатиныслтн,выразиво го

вкилограммахсухойжелнкубическийтиныметрзоля.

Al2(SO4)3концент рации

22.

Сколькокубичеметровраскихора

0,01 км/ оль

3потребуетсядлякоагуляции10

-3 м3гидрозоля

As2S3.Порогкоагуляцииэлектнрэтсзоляитгоельноа

γ=9,6 10-5 км/ оль

3.

KNO3,

23.

Порокоанекгуляциизоэторогоектролитами

MgCl2, NaBrравнысоответственно50,0; 0,8; 49,0

ммоль/

.Как

относятсямеждусобойвеличиныкоагулирующих

способноэтихвеществ?Укажитекоагулирующиеейионы.

Каковзн коллоиднойрядачастицы?

24.

Коагуляция4

лзолягидроксидажелеза(

III)наступилапри

добавлении0,91

мл10%

-ногораствораульфатамагния

(плотность1,1

г/мл)Вычислите. порогкоазоляуляции

сульфат-ионами.

25.

Порогкоагуляциизолягидроксалюминиядихроматда

-

ионамиравен0,63

ммоль/.Какойобъём10%

-ногораствора

дихромакалияпло( тностьа1,07

г/мл)требуетсядля

коагуляции1,5

лзоля?

NaCl плотность( 1

26.

К 10 0 мл0,03%

-ногораствора

г/мл)

добавили250

мл0,001 Мраствора

AgNO3.Напишитеформулу

мицеллызоля.Какойизперечисленныхэлектроливызоветов

коагуляциюэтзоляснаименьшимгопоркоагуляциигом:

КС1, Ba(NO3)2, MgSO4, A1C13?

27.

Порогко

агуляциизолясульфатоммагнияменьше,че

нитратомбария.Какзаряженычастицызоля?Чтом жно

сказатьопорогекоагуляцииэтогожезоляфосфатомкалия?

28.

Коагуляция1,5

лзолясульфидазолотанаступилапри

добавлении570

млрастворахлориданатрияконцен

трацией

0,2 моль/.Вычислитепорогкоазоляионамуляциинатр. я

29.

Порогкоагуляциизолягидроксидажелезафосфат

-ионами

равен0,37

ммоль/.Какойобъем5%

-ногорастворафосф та

натрияплотность( 1,05

г/мл)требуетсядлякоагуляции750

мл

золя?

30.

Явнкоагуя

ляция2

лзолягидроксалюминиянаступилада

придобавлении10,6

млраствора K4[Fe(CN)6]сконцентрацией

0,01 моль/.Вычислитепорогкоазоляуляции

гексацианоферрат-ио;напишформумимицзотелллыуя

гидроксалюминия. да

31.

Порогкоагуляциизолясульф да

золионкальциятаравенми

0,69 ммоль/.Какойобъемрастворахлоридакальция

концентрацией0,5

моль/требуетсядлякоагуляции100

мл

золя?

32.

Коагуляция10

млзолягидроокисижелезанаступаетпри

добавлении1,5

млраствора

NaClсконцентрацией0,25

моль/л

и0,6 мл Na2SO4 (0,05 моль/)Рассчитайте. порогикоагуляции

ипроверьтевыполправилазначнимость.Какойнсти

являетсякоагулирующимпочему?

33.

Изэлектролитов(

KCl, Na2SO4, AlCl3, Na3PO4, CaCl2)выберите

электролитснаилучшимкоагулирующимдействи

емдля

коагуляциизолясотрицательзаряженнычастица. о ми

34.

Сравнитепорогикоагуляциизолясульфмышь,есдлдаияка

коагуляции10

млзоляпотребовалось1,2

мл0,5

Мраствора

KCl, 0,4 мл0,04

Мраствора

CaCl2и 0,1 мл0,1

Мраствора

AlCl3.Выполняется иправилозначности?

35.

Есливыполправзначностияетсякоагуляцияло5

млзоля

наступпридобавлении2ет

мл0,5

Мраствора

KCl,топри

какомобъемеэлектролитабудеткоагуляция0,1

Мраствором

СаСl2и0,05

Мраствором AlCl3?