лаб по коллоид. хим. 7

В ходе работы следует выписать необходимые для вычислений данные: длину кюветы, использованной для растворов, (она указывается вверху каждой кюветы на одной из внешних плоскостей), концентрации растворов и значения оптических плотностей.

Обработка и оформление результатов

1

Таблица 7.1 (образец) Результаты турбидиметрических измерений.

c, г/л	сМ, г/л	D	, м–1	/сМ, м2/кг
10
…
…

. Значения концентраций растворов олеата натрия и соответствующие оптические плотности заносят в таблицу (см табл. 7.1). Вычисляют концентрацию мицелл с_М по формуле (7.12), затем мутность растворов  по формуле (7.9) и отношение мутности к концентрации (/c_М); результаты заносят в ту же таблицу. При вычислении с_М следует учесть, что величина ККМ олеата натрия составляет 1.0 ммоль/л при комнатной температуре. (Молекулярная масса олеата натрия 304.45).

2. Строят график в координатах c_М – (/c_М) (аргументом является концентрация c_М) ; экстраполируют его к нулевой концентрации и считывают значение на оси . График, как правило, получается нелинейным убывающим. Из-за отсутствия аналитического выражения для зависимости (/c_М) от c_М приходится проводить экстраполяцию ориентируясь только на экспериментальные точки.

3. Вычисляют оптическую постоянную К по уравнению (7.6). В качестве длины волны  следует принять её фактическое значение; в качестве показателя преломления растворителя n₀ – значение для чистой воды (см. приложение 4), и в качестве показателя преломления ядра мицеллы – показатель преломления углеводорода, соответствующего олеату натрия. Таким углеводородом является 9-октадецен, C₁₈H₃₆, показатель преломления которого равен 1.4470.

4. Зная величины К и , вычисляют объём мицеллы по уравнению (7.13) и затем радиус мицелл по уравнению (7.14). В качестве _М следует принять значение плотности 9-октадецена при комнатной температуре. При 20 °С она составляет 0.7916 г/см³.

5. Чтобы проверить реалистичность найденного радиуса, следует оценить радиус мицелл на основании длин связей. Полная длина L углеводородной цепи может быть вычислена по уравнению 7.1. Однако молекула олеата натрия содержит двойную связь С=С, в месте расположения которой углеводородная цепь изгибается. Можно принять, что молекулы олеата натрия имеют такую же конформацию углеводородной цепи, какая известна для кристаллической олеиновой кислоты (рис. 7.7). Эффективная длина этой молекулы равна расстоянию АС между наиболее удалёнными атомами. Его можно вычислить из метрических соотношений в треугольнике АВС:

АС² = АВ² + ВС² – 2АВВСсоs113°

Полная длина L молекулы равна сумме длин сторон треугольника АВ + ВС. Поскольку двойная связь расположена приблизительно в середине углеводородной цепи, то АВ  ВС  L/2. Из этого следует

Таким образом, радиус мицеллы может быть оценен по формуле

(7.15)

где L – длина углеводородной цепи, выпрямленной относительно двойной связи (уравнение 7.1)

6. В выводах из работы указать радиус мицелл, найденный экспериментально и оцененный из геометрических соображений (ур-ие 7.15)

Контрольные вопросы

1. Что называют мицеллой ? Какие вещества способны образовать мицеллы ?

2. Что является движущей силой мицеллообразования ?

3. Что называется лиофильными и лиофобными коллоидами ? Приведите примеры этих типов.

4. Какую форму имеют мицеллы в разбавленных растворах ? Что заставляет их иметь определённую форму ?

5. Какие размеры имеют сферические мицеллы ?

6. Можно ли вычислить размер мицелл данного ПАВ из теоретических соображений ?

7. Как изменится строение и размер мицелл, если к раствору коллоидного ПАВ добавить электролит, например азотнокислый калий ?

8. Изменится ли строение или размер мицелл, если к раствору коллоидного ПАВ добавить небольшое количество неполярного вещества, например несколько капель масла ?

9. Как изменится строение мицелл, если к водному раствору ПАВ добавить большое количество неполярного растворителя (большее, чем содержание воды ) ?

10. Что называется солюбилизацией? На каком свойстве коллоидного ПАВ основано это явление?

11. Какие варианты метода рассеяния света применяются для определения размеров частиц лиофильных золей ?

12. Чем отличается турбидиметрия от нефелометрии ?

13. Перечислите условия, для которых выведено уравнение Рэлея.

14. В настоящей работе турбидиметрический метод применяется к растворам, о которых известно, что они содержат очень маленькие, сферические коллоидные частицы. Можно ли применить этот метод к золям с неизвестными размерами и формой частиц ?

15. В настоящей работе рекомендуется наименьшая концентрация олеата натрия 1 г/л. Можно ли распространить измерения до более низких концентраций, например 0.01 г/л ?

16. В настоящей работе используется наибольшая концентрация олеата натрия 10 г/л. Можно ли выбрать более высокую концентрацию, например, 100 г/л ? (Олеат натрия хорошо растворим в воде).

17. В настоящей работе используется длина волны света 440 нм, отвечающая коротковолновому концу видимой части спектра (синий цвет). Чем эта длина волны благоприятна или неблагоприятна в сравнении с длиноволновым концом оптического диапазона (красный цвет) для поставленной цели ?

18. Предположим, что на внутренней поверхности кюветы для турбидиметрических измерений имеются следы загрязнений – жира. Как это может повлиять на определяемый радиус мицелл ?

19. Как можно охарактеризовать турбидиметрический метод определения размеров частиц – точный или неточный ? универсальный или ограниченный многими условиями ?

Литература

Балакирев А.А., Бабак В.Г., Дехтяренко Н.Г., Иванова И.А., Монисова Р.А. Коллоидная химия. Лабораторный практикум. Часть 2. М: ВЗИПП 1986, Лаб. работа 9.

Chevalier Y., Zemb T. The structure of micelles and microemulsions. Reports on Progress of Physics 1990, vol. 53, p.279-371 (о мицеллах).

Ramnath N, Ramesh V, Ramamurthy V. The structure of micelles – A review. Journal of Scientific & Industrial Research 1985, vol. 44, 199-208 (о мицеллах).

Dickinson E., Stainsby G. Colloids in food. L: Applied Science 1982, Chapter 4 (о мицеллах), Chapter 5 (о статическом и динамическом рассеянии излучения).

Тенфорд Ч. Физическая химия полимеров. (пер с англ.) М: Химия 1965, Глава 5 (о статическом рассеянии света).

Наука о коллоидах. Том 1. Необратимые системы. (Под редакцией Г.Р. Кройта). (пер с англ.) М: Издатинлит 1955, Глава 3 (о рэлеевском рассеянии света).

Tanford C. Micelle shape and size. Journal of Physical Chemistry 1972, vol. 76, 3020-3024 (уравнение 7.1)

Abrahamsson S., Ryderstedt-Nahringbauer I. The crystal structure of the low-melting form of oleic acid. Acta Crystallographica 1962, vol. 15, 1261-1268 (структура олеиновой кислоты)

Beilstein Handbuch der Organischen Chemie. Berlin etc.: Springer-Verlag 1920-1976 (плотность и показатель преломления 9-октадецена)

Рис. 7.1 Схематическое изображение: (a) молекулы дифильного ПАВ, (б) сфкрической мицеллы, состоящей из таких молекул

Рис. 7.2 Внутреннее строение сферической мицеллы согласно классической модели Хартли. Рис (а) показывает схематически расположение молекул в мицелле и противоионов вокруг неё (крестики). Рис. (б) показывает соответствующие зоны строения и принятые термины. Относительные размеры ядра мицеллы и слоя Штерна не выдержаны.

Рис. 7.3 Изменение строения мицеллы при увеличении ионной силы. а) сферическая мицелла; б) цилиндрическая мицелла; в) дискообразная мицелла. Противоионы не показаны.

Рис. 7.4 Принципиальная схема прибора для исследования рассеяния света.

Рис. 7.5 Полуоктаэдрическая ячейка для нефелометрии. Фото-детектор может располагаться перпендикулярно граням и регистрировать интенсивность под углами рассеяния 45°, 90° и 135°.

Рис. 7.6 Схема взаимного расположения зрачка фото-детектора D и пробы Р в фотоколориметре в координатах пространства x,y,z (а) и распределение интенсивности рассеянного света по осям проекций интенсивности I_x, I_y, I_z при R   ( б ) (индикатриса рассеяния малыми частицами)

Рис. 7.7 Конформация молекулы олеиновой кислоты: (а) вид вдоль оси а псевдо-орторомбической ячейки; (б) вид вдоль оси b. Атомы водорода не показаны.

 в коллоидной химии, термины агрегация и ассоциация являются почти синонимами, означающими объединение частиц, при котором они не теряют своей индивидуальности. Обычно, термин ассоциация подразумевает объединение однородных частиц, тогда как агрегация может относиться как к однородным, так и разнородным частицам. Чтобы подчеркнуть это смысловое различие, иногда используют термин само-ассоциация.

 Представим физическое тело произвольной формы как распределение элементов массы dm вокруг центра масс. Радиусом инерции называется величина , где r – радиус-вектор, проведённый из центра масс до элемента массы dm, и интегрирование осуществляется по всему пространству вокруг центра масс. Иначе его можно определить как , где J – момент инерции тела.