Вопросы и задачи для самоподготовки

1. Что является предметом изучения, задачей коллоидной химии? Какие методы исследования она использует?

2. Каковы основные этапы и роль отдельных ученых в развитии коллоидной химии?

3. По каким признакам Т.Грэм разделил все вещества на кристаллоиды и коллоиды, что означают эти названия? В чём состоит относительность такого разделения веществ, кто выявил эту относительность?

4. Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз (объяснения и примеры).

5. Классификация дисперсных систем по размерам частиц дисперсной фазы.

6. Классификация дисперсных и коллоидных систем по характеру взаимо-действия дисперсионной среды и дисперсной фазы.

7. Классификация дисперсных систем по взаимодействию частиц (по подвиж-ности дисперсной фазы). Дать объяснения и привести примеры.

8. Дать определение коллоидным системам. Из каких фаз они состоят?

9. Что представляют собой молекулярно-дисперсные системы, каковы их основные признаки?

10. Отличительные признаки коллоидных систем сравнительно с другими дисперсными системами.

97

11. В чем состоит получение коллоидных систем методом физического диспергирования? Разновидности метода, их применение и практическое значение.

12. Что такое химическое диспергирование − пептизация? Дать объяснения и привести пример.

13. Получение коллоидных систем методом физической конденсации. Разновидности метода и их применение.

14. Получение коллоидных систем методом химической конденсации. Разновидности метода и их применение.

15. Почему приходится очищать коллоидные растворы от примесей низкомо-лекулярных веществ? Какие методы для этого применяются? Что такое диализ, электродиализ и ультрафильтрация?

16. Какое значение при лечении больных и в производстве лекарственных препаратов имеют диализ, электродиализ и ультрафильтрация?

17. Чем обусловлено броуновское движение частиц в коллоидных растворах, отчего зависит его интенсивность? Среднее смещение (сдвиг) частиц.

18. Что такое диффузия, ее физический смысл и как она проявляется в коллоидных системах? Какие характеристики коллоидных частиц позволяет установить определение скорости их диффузии?

19. Как проявляется осмотическое давление в коллоидных растворах, чем оно отличается от осмотического давления истинных растворов?

20. Какие особенности присущи вязкости лиофобных коллоидных растворов по сравнению с вязкостью истинных растворов? Уравнение Эйнштейна, его применимость.

21. Что такое седиментация частиц и седиментационное равновесие в коллоидных системах? Какие количественные параметры их характеризуют?

22. Какие различают виды взаимодействия света с веществом? Как и почему происходит рассеяние света в коллоидных системах? В чем состоит явление Фарадея-Тиндаля?

23. Отчего зависит интенсивность рассеяния света в коллоидных системах? Что такое опалесценция, чем она обусловлена? Дать объяснения, привести примеры.

24. В каком случае интенсивность рассеяния света коллоидным раствором больше: при освещении синим светом (λ= 410 нм) или красным светом (λ=630 нм)? Ответ обосновать.

25. Что такое ультрамикроскопия? Какие характеристики коллоидных систем могут быть определены этим методом?

26. Какое строение имеют коллоидные частицы лиофобных золей. Дать объяснение и привести примеры.

27. Что такое электротермодинамический (фи-) и электрокинетический (дзета-) потенциалы коллоидных частиц, что они характеризуют и отчего зависят?

28. Что представляют явления электрофореза и электроосмоса в коллоидных системах, каков их механизм, где и как они используются?

29. Что такое агрегативная устойчивость коллоидных систем? Каковы факторы

98

агрегативной устойчивости, что является количественной мерой её?

30. Что такое кинетическая устойчивость коллоидных систем? Каковы факторы кинетической устойчивости, что является количественной мерой такой устойчивости?

31. Какой процесс называют коагуляцией? Какими способами можно вызвать коагуляцию в лиофобных коллоидных системах?

32. Как изменяются число частиц и их порядок при коагуляции?

33. В чем состоит правило Шульца-Гарди для коагулирующего действия электролитов? Как объясняется различная коагулирующая способность ионов электролитов по современным представлениям?

34. Что такое порог коагуляции золей электролитами? Для чего нужна эта величина, отчего она зависит? Что выражает коагулирующая способность, отчего зависит?

35. Каким образом ионы электролитов вызывают коагуляцию коллодных частиц? Рассмотреть механизмы коагулирующего действия электролитов.

36. Как и почему скорость коагуляции золей зависит от концентрации коагулирующего электролита? Какие виды коагуляции различают в зависимости от ее скорости?

37. Как происходит коагуляция золей смесями электролитов (совместная коагуляция)? Дать объяснения, привести примеры и графики.

38. Что представляет взаимная коагуляция золей, где она используется?

39. Каким образом метод капилляризации позволяет определить знак заряда коллодных частиц? Определить знак заряда коллоидной частицы и написать формулу мицеллы золя берлинской лазури, полученного смешением растворов гексацианоферрата (II) калия и хлорида железа (III), учитывая, что фильтровальная бумага, конец которой опущен в указанный золь окрашена синим цветом.

40. Указать, какой вид будет иметь пятно золи, нанесенное на фильтровальную бумагу. Золь получен при взаимодействии избытка хлорида железа (III) и гексацианоферрата (II) калия. Определить заряд коллоидной частицы, написать формулу мицеллы.

41. Свежеосажденный гидроксид алюминия обрабатывали небольшим коли-чеством соляной кислоты, в результате чего часть осадка растворилось с образованием хлорида алюминия по реакции Al(OH)₃ + HCl ® AlCl₃ + H₂O. При этом образовался золь гидроксида алюминия. Указать каким методом получен золь, привести формулу мицеллы и объяснить её строение.

42. Свежеосажденный гидроксид алюминия обрабатывали небольшим количес-твом соляной кислоты, в результате чего часть осадка растворилось с обра-зованием основной соли по реакции Al(OH)₃ + HCl ® Al(OH)₂Cl + H₂O. При этом образовался золь гидроксида алюминия. Указать каким методом получен золь, привести формулу мицеллы и объяснить её строение.

43. Свежеосажденный гидроксид алюминия обрабатывали небольшим коли-чеством соляной кислоты, в результате чего часть осадка растворилось с образованием основной соли по реакции Al(OH)₃ + HCl ® Al(OH)Cl₂ + H₂O.

99

При этом образовался золь гидроксида алюминия. Указать каким методом получен золь, привести формулу мицеллы и объяснить её строение.

44. Свежеосажденный гидроксид алюминия обрабатывали небольшим коли-чеством щелочи, в результате чего часть осадка провзаимодействовала с образованием гидроксоалюмината натрия по реакции Al(OH)₃ + NaOH ® Na[Al(OH)₄]. При этом образовался золь гидроксида алюминия. Указать каким методом получен золь, написать формулу мицеллы, объяснить её строениие.

45. Свежеосаждённый гидроксид железа (III) обрабатывали небольшим коли-чеством раствора хлорида железа (III), в результате чего часть осадка про-взаимодействовала с образованием золя Fe(OH)_3. Указать каким методом получен золь, написать формулу мицеллы, объяснить её строение.

46. Золь ферроцианата меди был получен при добавлении к раствору сульфата меди избытка раствора желтой кровяной соли K₄[Fe(CN)₆]. Указать каким методом получен золь, написать формулу мицеллы, объяснить ее строение.

47. Золь ферроцианата меди был получен при добавлении к раствору желтой кровяной соли K₄[Fe(CN)₆] избытка раствора сульфата меди. Указать каким методом получен золь, написать формулу мицеллы, объяснить ее строение.

48. Рассмотреть возможные варианты строения коллоидных частиц хлорида серебра, полученных при смешении растворов AgNO₃ и KCl.

49. Напишите формулу мицеллы золя иодида серебра, полученного добавлением к 30 мл 0,006 М раствора иодида калия 40 мл 0,004 М раствора нитрата серебра. Укажите способ получения золя.

50. Золь золота получен при действии на избыток аурата калия (KAuO₂) фор-мальдегида (CH₂O) в щелочной среде по реакции: KAuO₂ + CH₂O + K₂CO₃ → Au_(тв) + HCOOK + KHCO₃ + H₂O. Указать каким методом получен золь, написать формулу мицеллы, объяснить её строение.

51. Золь золота получен при смешении пероксида водорода и избытка раствора «золотой соли» по реакции H₂O₂ + HАuCl₄ → Au_(тв) + HCl + O₂.Указать метод получения золя, написать формулу мицеллы, объяснить её строение.

52. Золь серы получен добавлением 5 мл раствора серы в этиловом спирте к 30 мл дистиллированной воды. Каким методом получен золь, объяснить его физический механизм.

53. При длительном стоянии сероводородной воды в результате окисления H₂S кислородом воздуха образуется сера в коллоидном состоянии. Указать метод получения золя серы, написать формулу мицеллы, объяснить её строение.

54. Золь гидроксида железа (III) получен при добавлении к 85 мл кипящей дистиллированной воды 15 мл 2%-ного раствора хлорида железа (III). При этом соль частично подвергается гидролизу по реакции FeCl₃ + H₂O → Fe(OH)_3(тв) + HCl. Написать возможные формулы мицелл золя гидроксида железа, учитывая, что при образовании его частиц в растворе присутствуют ионы Fe³⁺, FeO⁺, H⁺ и Cl^­. Каким методом получен золь?

55. Каков средний сдвиг частиц при броуновском движении, если радиус их 6,5^.10⁻⁶ м, время наблюдения 1 с, вязкость дисперсионной среды 1^.10⁻³ Н^.с/м,

100

Т = 298 K, R = 8,31 Дж/К^.моль. Ответ: 1,47^.10⁻⁷м.

56. Определить величину среднего сдвига частиц дыма хлорида аммония при 273 K за время 5 с, если радиус частиц 1^.10⁻⁸ м, вязкость воздуха 1,7^.10⁻⁵ Н^.с/м². R = 8,31^.Дж/К^.моль.

57. Определить величину среднего сдвига при броуновском движении у частиц гидрозоля Fe(OH)₃ при T = 293 K за время 4 с, если радиус частиц 1^.10⁻⁸ м, вязкость воды 1^.10⁻³ Н^.с/м². R = 8,31^.Дж/К^.моль. Ответ: 2,23^.10⁻⁵м.

58. Определить величину дзета-потенциала, если под напряжением 100 В гра-ница золя переместилась за 15 мин на 1,5 см. Расстояние между электродами 20 см, диэлектрическая проницаемость вакуума e_о= 8,85^.10⁻¹² ф/м, относи-тельная диэлектрическая проницаемость среды e = 81, вязкость диспер-сионной среды 0,001 Па^.с. Ответ: 46 мВ.

59. Вычислить электрофоретическую подвижность частиц золя Fe(OH)₃, если граница золя под напряжением 150 В переместилась за 10 мин на 7,5 мм. Расстояние между электродами 15 см. Ответ: 1,25^.10⁻⁸ В/м^.с.

60. Определите величину электрофоретической подвижности, если к двум элек-тродам, находящимся на расстоянии 30 см, приложено напряжение в 100 В. При этом за 15 мин наблюдалось перемещение окрашенного золя на 10 мм. Ответ: 3,33^.10⁻⁹ В/м^.с.

61. При электрофорезе гидрозоля гидроксида железа (III) к двум электродам, находящимся на расстоянии 15 см, приложено напряжение в 150 В. При этом

за 10 мин наблюдалось перемещение окрашенного золя на 7,5 мм. Диэлек-трическая проницаемость вакуума e_о= 8,85^.10⁻¹² ф/м, относительная диэлек-трическая проницаемость среды e = 81, вязкость системы 0,001 Па^.с. Вычислите величину электрокинетического потенциала. Ответ: 17,4 мВ.

62. При электрофорезе частицы золя хлорида серебра, полученного смешиванием равных объёмов раствора нитрата серебра с концентрацией 0,005 моль/л и хлорида натрия, перемещаются к катоду. Определите знак заряда коллоидной частицы и напишите формулу мицеллы. В каком диапозоне находилось значение концентрации раствора хлорида натрия?

63. При электрофорезе частицы золя хлорида серебра, полученного смешива-нием равных объёмов раствора нитрата серебра с концентрацией 0,005 моль/л и хлорида натрия, перемещаются к аноду. Определите знак заряда коллоидной частицы и напишите формулу мицеллы. В каком диапозоне находилось значение концентрации раствора хлорида натрия?

64. При смешении равных объемов гексацианоферрата (II) калия и хлорида железа (III) получили золь берлинской лазури (гексацианоферрата (II) железа (III) − Fe₄[Fe(CN)₆]₃, который в электрическом поле перемещается к аноду. Какое вещество служит стабилизатором, концентрация какого раствора было больше? Напишите формулу мицеллы. Объясните её строение.

65. Какой минимальный объем раствора сульфида аммония с концентрацией 0,001 моль/л следует добавить к 15 мл раствора хлорида марганца (II) с концентрацией 0,003 М для того, чтобы получить золь с отрицательно заряженными частицами? Ответ: больше 45 мл.

101

66. Вычислить мицеллярную массу частиц гидрозоля сернистого мышьяка As₂S₃, если форма частиц сферическая, их средний радиус 1^.10⁻⁸ м, плотность твердого As₂S₃ составляет 2,8^.10³ кг/м³. Ответ: 7057 а.е.

67. Вычислите осмотическое давление золя при 0^оС, если в единице объема золя содержится 1,02^.10²³ мицелл As₂S₃. Ответ: 384 Па.

68. Гидрозоль сернистого мышьяка содержит 7,2 кг As₂S₃ в 1 м³. Средний ра-диус частиц 1^.10⁻⁹ м. Вычислите частичную концентрацию золя и его осмо-тическое давление при t = 0^оС, если плотность твердого As₂S₃ составляет 2,8^.10³ кг/м³. Частицы имеют сферическую форму. Ответ: 2578 Па.

69. Определить осмотическое давление гидрозоля золота, если его массовая концентрация C_в = 2 кг/м³, форма частиц сферическая, средний радиус 3^.10⁻⁹ м, плотность золота 19,3^.10³ кг/м³, Т = 293 К. Ответ: 3,709 Па.

70. Золь хлорида серебра получен при смешивании равных объёмов 0,0095 М раствора КСl и 0,012 М раствора AgNО₃. Какой из электролитов − K₃[Fe(CN)₆], K₄[Fe(CN)₆] или MgSO₄ будет обладать наименьшей коагулирующей способностью и почему?

71. Явная коагуляция 2 л золя гидроксида алюминия наступила при добавлении 10,6 мл раствора K₄[Fe(CN)₆] с концентрацией 0,01 моль/л. Вычислите порог коагуляции золя гексацианоферрат-ионами; напишите формулу мицеллы золя гидроксида алюминия. Ответ: 0,053 ммоль/л.

72. Золь хлорида серебра получен смешиванием растворов нитрата серебра и хлорида натрия. Пороги коагуляции этого золя электролитами KNO₃, Mg(NO₃)₃, AlCl₃ равны 50; 0,8 и 0,06 ммоль/л соответственно. Как относятся между собой величины коагулирующих способностей электролитов? Укажите коагулирующие ионы и знак заряда гранулы коллоидной частицы.

73. Для изучения явления коагуляции к золю золота, стабилизированному ауратом калия (KAuO₂), были добавлены электролиты NaCl, BaCl₂ и FeCl₃. У какого из этих электролитов будет наименьший порог коагуляции и почему?

74. Коагуляция 100 мл золя Fe(OH)₃ вызывается добавлением следующих количеств какого либо из электролитов: 10,5 мл раствора KCl с C(¹/_zX) = 0,1 моль/л, 62,5 мл раствора Na₂SO₄ с C(¹/_zX) = 0,01 моль/л, 37 мл раствора Na₃PO₄ с C(¹/_zX) = 0,001моль/л. Вычислить пороги коагуляции электролитов и определить знак заряда коллоидной частицы.

75. Коагуляция 100 мл золя Fe(OH)₃ вызывается добавлением следующих коли-честв какого либо из электролитов: 10 мл раствора KCl с C(¹/_zX) = 1 моль/л, 63 мл раствора K₂SO₄ с C(¹/_zX) = 0,01 моль/л, 37 мл раствора K₃PO₄ с C(¹/_zX) = 0,001 моль/л. Вычислить пороги коагуляции электролитов и определить знак заряда коллоидной частицы.

76. В трех колбах содержатся по 20 мл золя гидроксида железа. В первой колбе коагуляция наблюдалась при добавлении к золю 2,1 мл раствора NaCl с мо-лярной концентрацией эквивалента 1 моль/л, во второй − 12,5 мл раствора Na₂SO₄ с С(¹/₂ Х) = 0,01 моль/л, в третей колбе − 7,4 мл раствора Na₃[Fe(CN)₆] с С(¹/₃Х) = 0,001 моль/л. Вычислите пороги коагуляции элек-тролитов, определите знак заряда коллоидной частицы.

102

77. Для коагуляции 10 мл золя хлорида серебра можно добавить один из сле-дующих растворов электролитов: 2 мл 1 N раствора NaNO₃, 12 мл 0,01 N раствора Ca(NO₃)₂, 7 мл 0,001N раствора Al(NO₃)₃. Вычислите пороги коа-гуляции электролитов и определите знак заряда частиц золя.

78. Определите знак заряда коллоидной частицы, если известно, что пороги коагуляции электролитов составляет (в ммоль/л): C_к(AlCl₃) = 0,093; C_к(MgCl₂) = 0,71; C_к(NaCl) = 51; C_к(KNO₃) = 50; C_к(Al(NO₃)₃) = 0,095 и C_к(MgSO₄) = 0,81. Расположите ионы в ряд по коагулирующей способности.

79. Пороги коагуляции некоторого золя электролитами оказались равными (в ммоль/л): C_к(NaNO₃) = 300; C_к(Na₂SO₄) = 295; C_к(MgCl₂) = 25 и C(AlCl₃) = 0,5. Определите знак заряда коллоидной частицы. Ответ обосновать.

80. Пороги коагуляции некоторого золя электролитами составляет (в ммоль/л): C_к(NaNO₃) = 250; C_к(Mg(NO)₃) = 20; C_к(FeCl₃) = 0,5 и C(Al(NO₃)₃) = 0,6, C_к(NaCl) = 255. Определите знак заряда частицы. Ответ обосновать.

81. Вычислите порог коагуляции раствора сульфата натрия, если добавление 3 мл 0,1N раствора Na₂SO₄ вызывает коагуляцию 15 мл некоторого золя.

82. Золь сульфида кадмия получен смешиванием равных объёмов растворов Na₂S и Cd(NO₃)₂. Пороги коагуляции для различных электролитов имеют следующие значения (ммоль/л): C_к(Ca(NO)₃) = 265, C_к(NaCl) = 250, C_к(MgCl₂) = 290, C_к(Na₃PO₄) = 0,4, C_к(Na₂SO₄) = 15, C_к(AlCl₃) = 300. Определите знак заряда частицы золя и напишите формулу мицеллы золя.

83. Золь гидроксида меди получен при сливании 100 мл 0,05 N раствора NaOH и 250 мл 0,001 N раствора Cu(NO₃)₂. Какой из прибавленных электролитов − KBr, Ba(NO₃)₂, K₂CrO₄, Al(NO₃)₃, MgSO₄, ThCl₄ имеет наименьший, и какой наибольший порог коагуляции? Ответ обосновать.

84. Порог коагуляции золя гидроксида железа (III) фосфат-ионами равен 0,37 ммоль/л. Какой объем 5%-ного раствора фосфата натрия (плотность раствора 1,05 г/мл) потребуется для коагуляции 750 мл золя?

85. Какой объем 0,001 М раствора хлорида железа (III) надо добавить к 0,03 л 0,002 М раствора нитрата серебра, чтобы частицы золя хлорида серебра в электрическом поле двигались к аноду? Напишите формулу мицеллы золя, объясните её строение. Какой из электролитов вызовет коагуляцию этого золя с наименьшим порогом коагуляции: KCl, Ba(NO₃)₂, MgSO₄, AlCl₃, K₂SO₄, Na₃PO₄?

86. К 100 мл 0,03%-ного раствора NaCl (плотность 1 г/мл) добавили 250 мл 0,001 М раствора нитрата серебра. Напишите формулу мицеллы золя, объясните её строение. К какому электроду будут двигаться частицы образующегося золя в электрическом поле? Какой из электролитов вызовет коагуляцию этого золя с наименьшим порогом коагуляции: KCl, Ba(NO₃)₂, MgSO₄, AlCl₃, K₂SO₄, Na₃PO₄?

103