4. Пептизация коллоидных систем

Пептизация или дезагрегация – перевод свежевыпавшего осадка в коллоидное состояние. Пептизация тем более вероятна, чем меньше времени прошло с момента коагуляции. Вызвать пептизацию можно отмыванием коагулята от избытка электролита водой, либо добавлением электролита, содержащего потенциалобразующие ионы, за счёт адсорбции которых повышается поверхностный заряд частиц.

Цель работы: Определить защитное число желатины для золя гидрата оксида железа («железное число»).

Оборудование: Штатив с бюретками, набор из 10 пробирок, мерный цилиндр, коническая колба, химические стаканы.

Реактивы: Насыщенный раствор хлорного железа, 0,002Н раствор сернокислого натрия, свежеприготовленный 0,1% раствор желатины, дистиллированная вода, бумажные фильтры.

Порядок работы:

1. Получение золя гидрата окиси железа методом гидролиза.

В конической колбе нагреть до кипения 300 мл дистиллированной воды. В кипящую воду влить 3 мл насыщенного раствора хлорного железа и прокипятить полученную смесь 2-3 минуты. Образовавшийся красновато-коричневый золь гидрата окиси железа охладить до комнатной температуры. Записать протекающую в колбе реакцию. Написать формулу образовавшейся мицеллы.

Мицелла золя зависит от условий его приготовления. В случае неполного гидролиза:

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

образуется оксохлорид железа FeOCl, который принято считать стабилизатором, а кипячение способствует удалению паров HCl. При полном гидролизе:

FeCl₃ + 3H₂O = Fe(OH)₃↓ + 3HCl

Протекающем в избытке FeCl₃, стабилизатором является само хлорное железо.

2. Определение порога коагуляции золя гидроксида железа.

а) Определение грубого порога коагуляции. В две пробирки с помощью мерного цилиндра налить по 10 мл полученного золя гидроксида железа. В одну (рабочую) добавить 0,5 мл 0,002-нормального раствора сернокислого натрия. Сравнить две пробирки (рабочую и контрольную) на чёрном фоне на проходящий свет. Наличие помутнения (коагуляции) отметить в таблице 8 знаком «+», отсутствие – знаком «-». Если помутнение не наблюдается, то в рабочую пробирку добавить ещё 0,5 мл сернокислого натрия. Снова произвести сравнение. Результаты записать в таблицу 1. Добавление сернокислого натрия по 0,5 мл в рабочую пробирку производить до помутнения

б) Определение точного порога коагуляции. В четыре новых рабочих пробирки с помощью мерного цилиндра налить по 10 мл золя гидроксида железа. В первую добавить сернокислого натрия на 0,1 мл больше, чем было добавлено для получения последнего «-» в пункте а). Сравнить контрольную и первую рабочую пробирки, как было описано выше. Наличие помутнения (коагуляции) отметить в таблице 1 знаком «+», отсутствие  знаком «-». Если помутнение не наблюдается, то во вторую рабочую пробирку с золем добавить сернокислого натрия на 0,1 мл больше, чем было добавлено в первую. Снова сравнить контрольную и вторую рабочую пробирки. Опыт производить до тех пор, пока не будут обнаружены первые признаки помутнения.

Таблица 1.

	Грубый порог				Точный порог
№ пробирки с золем	1	2	3	4	5	6	7	8
Кол-во добавленного коагулятора, мл
Помутнение золя

в) Рассчитать порог коагуляции как минимальное количество мл 0,002-нормального раствора сернокислого натрия, вызывающее коагуляция 10 мл золя гидрата окиси железа, с точностью до 0,1 мл.

3. Определение защитного числа.

а) В качестве защитного раствора использовать свежеприготовленный 0,1% раствор желатины. Налить в несколько пробирок (5-6) с помощью мерного цилиндра по 10 мл золя гидрата окиси железа. В первую пробирку с золем добавить из бюретки 1 мл 0,1% раствора желатины. Встряхнуть пробирку, дать ей постоять 40 секунд и прилить коагулятор в количестве, равном порогу коагуляции (нашли в пункте 2б). Если через 2-3 минуты раствор в пробирке остался прозрачным (т.е. желатина защитила раствор и коагуляция не произошла), то в следующую пробирку с золем добавить 0,5 мл раствора желатины. Если же раствор в пробирке помутнел (сравнение рабочей и контрольной пробирок описано в пункте 2а), то в следующую пробирку надо добавить 1,5 мл раствора желатины. Полученные результаты записать в таблицу 9: помутнение золя – «+», отсутствие помутнения – «-».

б) Налить в четыре новых пробирки по 10 мл золя гидрата окиси железа. Далее добавляемый объём желатины последовательно меняется от последнего «-» до первого «+» с шагом 0,1 мл. Объём добавляемого после желатина коагулятора всегда равен точному порогу коагуляции. Опыт ведут до получения первых признаков защиты золя гидрата окиси железа. Результаты наблюдений записать в таблицу 2.

в) По полученным результатам вычисляют защитное число, как число мг сухой желатины, защищающее 10 мл золя гидрата окиси железа от коагуляции при добавлении раствора электролита (коагулятора) в количестве, равном порогу коагуляции.

Таблица 2.

№ пробирки с золем	1	2	3	4	5	6	7	8
Кол-во добавленного раствора желатины, мл
Кол-во добавленного коагулятора, мл
Помутнение золя

Вопросы к работе 5

1. Молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем. Их отличия от истинных растворов.

2. Как образуется двойной электрический слой и каково его строение? Что такое адсорбционный слой, диффузионный слой?

3. Оптические свойства коллоидных систем. Закон светорассеяния Рэлея. Условия применимости. Явление опалесценции, конус Тиндаля. Что такое мутность? Сравните размеры частиц двух коллоидных растворов одинаковой объемной концентрации, если мутности () отличаться в 25 раз (₂/₁ = 25).

4. Как изменится интенсивность рассеянного дисперсией света, если длина волны света увеличится с 430 нм до 600 нм?

5. Каково соотношение радиусов частиц двух дисперсий с одинаковой численной концентрацией, если мутности, определенные в одинаковых условиях, отличаются в 1000 раз (₂/₁ = 1000). Объясните явление опалесценции.

6. Коагуляция: определение; факторы, её вызывающие; коагулирующий ион; порог коагуляции; пороговая концентрация; правило значности (правило Шульца-Гарди); защитные вещества; защитное число.

7. Индифферентные и неиндифферентные электролиты. Привести примеры для золей, полученных в лабораторном практикуме.

8. Как влияет добавление электролита на электрокинетический потенциал коллоидной системы?

9. Пептизация: определение; способы проведения.

10. Определите, к какому электроду при электрофорезе должны перемещаться частицы золя, полученного по реакции при небольшом избытке H₂S:

2H₃AsO₃ + 3H₂S → As₂S₃ + 6H₂O.

11. Приведите пример неиндифферентного электролита к золю СаСO₃ с положительным зарядом противоионов.

12. К какому электроду двигаются при электрофорезе коллоидные частицы золя Fe(OH)₃, полученного полным и неполным гидролизом FeCl₃. Какие мицеллы?

13. Порог коагуляции (γ). Как отличается коагулирующая способность (1/γ) сульфат, и фосфат ионов. Приведите примеры золей, коагуляцию которых они вызывают?

14. К одинаковым образцам золей йодистого серебра с положительным зарядом коллоидных частиц добавили растворы Na₂SO₄, KCl, AlPO₄ одинаковой концентрации. Указать, раствора, какого из перечисленных веществ потребуется меньше по объёму, а какого больше для коагуляции золя. Какой из ионов этого электролита вызовет коагуляцию золя?

15. К одинаковым образцам золей SiO₂ с отрицательным зарядом коллоидных частиц добавили растворы Na₂SO₄, NaCl, KCl, BaCl₂, Al₂(SO₄)₃ одинаковой концентрации. Указать, раствора, какого из перечисленных веществ потребуется меньше по объёму (ответ аргументировать). Какой из ионов этого электролита вызовет коагуляцию золя?

16. Золь кремниевой кислоты получили при взаимодействии растворов K₂SiO₃ и HCl. Напишите формулу мицеллы золя и определите, какой из электролитов был в избытке, если противоионы в электрическом поле движутся к катоду?

17. Золь гидроксида железа (ΙΙΙ), получаемый неполным гидролизом хлорного железа, коагулируют растворами сульфата натрия, хлорида натрия, хлорида бария. Какой электролит окажет наиболее значительное коагулирующее действие?

18. Для защиты 5 мл золя гидроокиси железа от коагуляции электролитом потребовалось 3 мл 0,01% раствора желатины. Рассчитайте защитное число желатины, выразив его в г сухой желатины на 10 мл золя.

19. Порог коагуляции золя гидроокиси железа фосфат-ионами равен 0,37 ммоль/л. Какой объём 5% раствора фосфата натрия (плотность 1.05 г/мл) потребуется для коагуляции 250 мл золя?

20. Коагуляция 1010^-6 м³ золя иодида серебра наступает при добавлении 0,510^-6 м³ водного раствора BaCl₂ с концентрацией С=0,05 кмоль/м³. Рассчитайте порог коагуляции BaCl₂ для данного золя, выразив его в киломолях на кубический метр золя.

21. Для защиты 510^-6 м³ золя гидроокиси железа от коагуляции потребовалось ввести 310^-6 м³ 0,01%-процентного раствора желатины. Рассчитайте защитное число желатины, выразив его в килограммах сухой желатины на кубический метр золя.

22. Сколько кубических метров раствора Al₂(SO₄)₃ концентрации 0,01 кмоль/м³ потребуется для коагуляции 10^-3 м³ гидрозоля As₂S₃. Порог коагуляции электролита относительно этого золя γ=9,610^-5 кмоль/м³.

23. Пороги коагуляции некоторого золя электролитами KNO₃, MgCl₂, NaBr равны соответственно 50,0; 0,8; 49,0 ммоль/л. Как относятся между собой величины коагулирующих способностей этих веществ? Укажите коагулирующие ионы. Каков знак заряда коллоидной частицы?

24. Коагуляция 4 л золя гидроксида железа (III) наступила при добавлении 0,91 мл 10%-ного раствора сульфата магния (плотность 1,1 г/мл). Вычислите порог коагуляции золя сульфат-ионами.

25. Порог коагуляции золя гидроксида алюминия дихромат-ионами равен 0,63 ммоль/л. Какой объём 10%-ного раствора дихромата калия (плотность 1,07 г/мл) требуется для коагуляции 1,5 л золя?

26. К 100 мл 0,03%-ного раствора NaCl (плотность 1 г/мл) добавили 250 мл 0,001 М раствора AgNO₃. Напишите формулу мицеллы золя. Какой из перечисленных электролитов вызовет коагуляцию этого золя с наименьшим порогом коагуляции: КС1, Ba(NO₃)₂, MgSO₄, A1C1₃?

27. Порог коагуляции золя сульфатом магния меньше, чем нитратом бария. Как заряжены частицы золя? Что можно сказать о пороге коагуляции этого же золя фосфатом калия?

28. Коагуляция 1,5 л золя сульфида золота наступила при добавлении 570 мл раствора хлорида натрия с концентрацией 0,2 моль/л. Вычислите порог коагуляции золя ионами натрия.

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

30. 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.

31. Порог коагуляции золя сульфида золота ионами кальция равен 0,69 ммоль/л. Какой объем раствора хлорида кальция с концентрацией 0,5 моль/л требуется для коагуляции 100 мл золя?

32. Коагуляция 10 мл золя гидроокиси железа наступает при добавлении 1,5 мл раствора NaCl с концентрацией 0,25 моль/л и 0,6 мл Na₂SO₄ (0,05 моль/л). Рассчитайте пороги коагуляции и проверьте выполнимость правила значности. Какой ион является коагулирующим и почему?

33. Из электролитов (KCl, Na₂SO₄, AlCl₃, Na₃PO₄, CaCl₂) выберите электролит с наилучшим коагулирующим действием для коагуляции золя с отрицательно заряженными частицами.

34. Сравните пороги коагуляции золя сульфида мышьяка, если для коагуляции 10 мл золя потребовалось 1,2 мл 0,5 М раствора KCl, 0,4 мл 0,04 М раствора CaCl₂ и 0,1 мл 0,1 М раствора AlCl₃. Выполняется ли правило значности?

35. Если выполняется правило значности и коагуляция 5 мл золя наступает при добавлении 2 мл 0,5 М раствора KCl, то при каком объеме электролита будет коагуляция 0,1 М раствором СаСl₂ и 0,05 М раствором AlCl₃?

36. Для коагуляции золя AgJ, полученного в избытке AgNO₃, выберите наилучший электролит (NaCl, AlCl₃, Na₃PO₄, Na₂SO₄).

Лабораторная работа 6а