3. РозрахуНково-графічне завдання за темою

„ОТРИМАННЯ І КОАГУЛЯЦІЯ ЛІОФОБНИХ ЗОЛІВ”

І. При досить повільному введенні розчину речовини В (концентрація С_В, об’єм V_В) у розчин речовини А (концентрація С_А, об’єм V_А) можливе утворення золю (табл. 3.1).

1) Наведіть рівняння реакції, запишіть формулу міцели.

2) До якого полюсу будуть прямувати частинки золю у полі постійного електричного струму? Чому? Як називається це явище? Які ще з явищ цього типу Вам відомі? Коротко опишіть кожне.

3) Оберіть найбільш економічний коагулятор з ряду запропонованих. Від заряду яких іонів залежить порог коагуляції? Відповідь обгрунтуйте за допомогою відповідного правила.

4) Схематично накресліть подвійний електричний шар, що утвориться на поверхні частинки золю, покажіть і поясніть хід залежності потенціалу від відстані від твердої фази у відсутності коагулятора та при його введенні у систему у різних кількостях.

5) Яким чином можна стабілізувати колоїдну систему? Охарактеризуйте основні стабілізаційні фактори.

6) У якому випадку, при проведенні даної реакції, утворення золю не відбудеться? Яку кількість розчину речовини В з концентрацією С_В для цього необхідно додати до заданого об’єму розчину речовини А?

ІІ. При вивченні кінетики коагуляції отриманого золю обраним коагулятором отримали експериментальні дані, наведені у табл. 3.2.

7) Сформулюйте основні положення теорії швидкої коагуляції Смолуховського, покажіть можливість застосування рівняння Смолуховського до даного процесу.

8) Визначте час половинної коагуляції і константу швидкості коагуляції за експериментальними даними.

9) Обчисліть теоретичні значення цих величин за температури Т і в’язкості 10^-3Па та порівняйте з дослідними, зробіть висновок щодо швидкості коагуляції.

10) Розрахуйте і побудуйте залежності загальної кількості частинок, одинарних, подвійних та потрійних частинок від часу, поясніть хід цих залежностей.

Таблиця 3.1

№ варі-анта	А	С_А, моль/л	V_А, мл	В	С_В, моль/л	V_В, мл	Коагулянт
1	2	3	4	5	6	7	8
1	Н₂SО₄1	0,015	50	ВаС1₂	0,02	47	НС1, К₂SО_4,FеС1₃
2	NаІ	0,15	1,0	АgNО₃	0,095	98	NaF, Ва(NО₃)₂, К₂SО₄
3	МgС1₂	0,02	24	NаОН	0,057	70	КС1, Zn(Ас)₂, А1С1₃
4	NН₄СNS	0,025	80	АgNО₃	0,05	68	КNО_3,NаАс А1С1₃
5	СаС1₂	0,03	53	Н₂SО₄	0,095	96	А1С1₃ NаАс К₂СrО₄

Продовження табл. 3.1

1	2	3	4	5	6	7	8
6	ВаС1₂	0,035	50	К₂SО₄	0,067	34	Zn(Ас)₂, А1С1₃ КОН
7	ВеС1₂	0,04	67	NН₄ОН	0,08	60	КNО₃ ZnС1₂ Н₂SО₄
8	(NН₄)₂S	0,045	95	АgNО₃	0,094	45	К₂SО₄ NаАс К₂СrО₄
9	А1С1₃	0,05	40	NаОН	0,035	73	К₂SО₄КNО₃ ZnС1₂
10	СrС1₃	0,055	36	КОН	0,073	20	К₂SО₄ КС1 Fе(NО₃)₂
11	МnС1₂	0,03	78	NаОН	0,04	45	NаАс К₂СrО₄ Fе(NО₃)₂
12	ZnС1₂	0,063	50	К₂S	0,047	62	КС1 К₂СrО₄ Fе(NО₃)₂
13	МnС1₂	0,089	64	К₂S	0,098	10	К₂SО₄ КС1 Fе(NО₃)₂
14	FеС1₃	0,034	58	NаОН	0,08	35	КNО₃ К₂СrО₄ Fе(NО₃)₂
15	К₂SО₄	0,07	30	Ва(NО₃)₂	0,034	63	А1С1₃ К₂СrО₄ КОН
16	СоС1₃	0,064	65	К₂S	0,075	25	К₂SО₄ КС1
17	NiС1₂	0,09	84	Li₂S	0,04	50	NаАс К₂СrО₄
18	SnС1₂	0,059	60	К₂S	0,038	44	К₂SО₄ КС1
19	СdС1₂	0,07	85	Н₂S	0,053	52	NаАс К₂СrО₄
20	АgNО₃	0,040	70	НС1	0,023	70	К₂SО₄ КОН
21	АgNО₃	0,075	69	Н₂S	0,02	41	К₂SО₄ NaF ZnС1₂
22	FеС1₃	0,06	37	Са(ОН)₂	0,01	12	А1С1₃ К₂СrО₄ КОН
23	Нg₂(NО₃)₂	0,047	96	Н₂SО₄	0,075	60	КNО₃ ZnС1₂ К₂СrО₄
24	К₂СrО₄	0,064	65	АgNО₃	0,03	64	Zn(Ас)₂, КNО₃
25	Рb(NО₃)₂	0,068	60	КОН	0,05	30	КNО₃ NаАс ZnС1₂

Таблиця 3.2

№ варі-анта	Т,К	Експериментальні дані
1	2	3
1	293	τ,с	0	40	60	120	160	200	240
1	293	ν_Σ·10^-14	15	13,5	11,5	8,15	6,82	5,85	4,12
2	298	τ,с	0	40	140	200	280	340	400
2	298	ν_Σ·10^-14	2,69	2,49	2,17	2,04	1,85	1,75	1,52
3	303	τ,с	0	60	120	260	360	400	440
3	303	ν_Σ·10^-14	5,22	4,96	4,48	2,92	2,5	2,37	2,04
4	308	τ,с	0	50	125	200	300	400	500
4	308	ν_Σ·10^-14	20,2	19,1	15,04	9,54	5,66	2,45	0,21
5	293	τ,с	0	25	100	180	240	300	360
5	293	ν_Σ·10^-14	20,26	16,25	9,05	6,27	5,14	4,35	3,78
6	298	τ,с	0	60	140	300	360	420	500
6	298	ν_Σ·10^-14	10,5	8,2	5,65	3,68	2,28	1,93	1,01
7	313	τ,с	0,	40	80	120	160	220	300
7	313	ν_Σ·10^-14	15,1	11,12	8,88	7,44	6,3	5,17	4,57
8	318	τ,с	0	60	140	200	280	360	410
8	318	ν_Σ·10^-14	5,20	4,35	3,65	3,26	2,82	2,51	2,05

Продовження табл. 3.2

1	2	3
9	293	τ,с	0	80	160	240	320	400	480
9	293	ν_Σ·10^-14	2,72	2,35	2,12	1,95	1,79	1,65	1,43
10	298	τ,с	0	100	160	200	350	380	420
10	298	ν_Σ·10^-14	10,5	6,44	5,3	4,75	3,56	3,16	2,98
11	323	τ,с	0	60	120	180	220	300	360
11	323	ν_Σ·10^-14	2,69	2,44	2,24	2,07	1,99	1,89	1,81
12	328	τ,с	0	60	100	140	220	320	380
12	328	ν_Σ·10^-14	20,1	11,54	9,02	7,40	5,46	4,12	3,68
13	293	τ,с	0	60	100	140	200	300	400
13	293	ν_Σ·10^-14	15,0	10,0	8,11	6,82	5,49	4,17	2,96
14	333	τ,с	0	60	100	300	360	460	520
14	333	ν_Σ·10^-14	2,7	2,54	2,28	1,58	1,41	1,22	0,94
15	298	τ,с	0	40	160	260	350	450	500
15	298	ν_Σ·10^-14	20,2	13,47	6,82	4,81	3,88	3,16	2,78
16	293	τ,с	0	80	120	240	340	400	480
16	293	ν_Σ·10^-14	10,5	7,0	6,0	4,25	3,24	3,04	2,71
17	338	τ,с	0	60	240	360	480	600	800
17	338	ν_Σ·10^-14	5,22	4,35	2,83	2,30	1,95	1,68	1,15
18	343	τ,с	0	100	140	220	280	320	400
18	343	ν_Σ·10^-14	20,3	9,02	7,45	5,48	4,59	4,18	3,20
19	293	τ,с	0	60	120	260	360	400	500
19	293	ν_Σ·10^-14	5,23	4,18	3,84	2,92	2,50	2,37	2,11
20	348	τ,с	0	40	80	120	160	200	260
20	348	ν_Σ·10^-14	15,0	13,5	10,2	8,15	6,82	5,85	4,53
21	298	τ,с	0	60	120	180	220	300	380
21	298	ν_Σ·10^-14	2,7	2,44	2,24	2,07	1,99	1,82	1,65
22	313	τ,с	0	60	140	300	360	420	480
22	313	ν_Σ·10^-14	10,5	8,2	5,65	3,68	2,28	2,03	1,88
23	293	τ,с	0	60	120	180	220	300	380
23	293	ν_Σ·10^-14	2,69	2,45	2,23	2,09	1,97	1,83	1,64
24	328	τ,с	0	25	100	180	240	300	360
24	328	ν_Σ·10^-14	20,30	16,25	9,07	6,27	5,14	4,35	3,57
25	298	τ,с	0	40	80	120	160	200	240
25	298	ν_Σ·10^-14	15,0	13,5	10,2	8,15	6,2	5,85	5,45

3.1. Пояснення до виконання РГЗ.

До п. 1. За приклад візьмемо реакцію між розведеними розчинами фосфорної кислоти та гідроксиду кальцію:

2Н₃РО₄ + 3Са(ОН)₂ → Са₃(РО₄)₂↓+ 6Н₂О.

Оскільки в осад випадає Са₃(РО₄)₂, то саме він буде складати тверду фазу золю. Але структура міцели буде залежати від того, який саме з компонентів реакції буде взятий у надлишку. Тобто можливі дві структури:

а) у надлишку Н₃РО₄: {[﴾m Са₃(РО₄)₂﴿·n РО₄^3-·3(n-х)Н⁺]^3х-·3хН⁺};

б) у надлишку Са(ОН)₂: {[﴾m Са₃(РО₄)₂﴿·nСа²⁺·2(n-х)ОН^-]^2х+·2хОН^-}.

Отже, після написання реакції необхідно визначити, яка з речовин взята у надлишку, і структуру міцели складати відповідно.

До п. 3. Вибір економічного коагулятора здійснюють, керуючись правилами Шульце-Гарді.

До п. 8. Використовують рівняння Смолуховського у лінійній формі:

ν₀/ν_Σ = 1 + τ/θ (ν₀ – концентрація частинок у початковий момент часу; ν_Σ – у довільний момент часу τ; θ – час половинної коагуляції).

Побудова графіка у координатах ν₀/ν_Σ від τ дає пряму лінію, яка відтинає на осі ординат 1 при нульовому значенні часу. Величина θ, таким чином, визначається як котангенс кута нахилу прямої α.

ν ₀/ν_Σ θ = сtgα