Получение и свойства коллоидных растворов

 

Опыт 1. Получение гидрозоля канифоли методом замены растворителя.

В пробирку налейте ~10 мл (половина пробирки) дистиллированной воды и добавьте 5 капель раствора канифоли в этаноле. Смесь энергично перемешайте и, зажав пробирку в держателе, нагрейте до кипения для удаления избытка этанола. (Осторожно! Открытый конец пробирки должен быть обращен в сторону от работающего и от соседей по столу). Для очистки полученного раствора от примесей грубодисперсных частиц, раствор фильтруйте через бумажный фильтр. Наблюдаем образование опалесцирующего коллоидного раствора канифоли, прошедшего через бумажный фильтр.

Вопросы к опыту:

1. Какие свойства коллоидных растворов сходны с истинными растворами?

2. Какие свойства коллоидных растворов отличаются от истинных?

3. На чем основан данный метод получения коллоидных растворов? При каких условиях он осуществим?

 

Опыт 2. Получение гидрозоля меди (II) гексацианоферрата (II) методом обмена.

В пробирку отберите равные объемы растворов сульфата меди (II) с концентрацией 0,006 моль/л и гексацианоферрата (II) калия с концентрацией 0,001 моль/л.

Наблюдается образование коричнево-красного золя гексацианоферрата (II) меди (II).

Вопросы к опыту:

1. Написать уравнение реакции и формулу образующегося золя. Какой знак имеют ядра мицелл этого золя? Какие ионы являются потенциалопределяющими в этих условиях?

2. Как нужно изменить условия, чтобы получить противоположный по знаку золь? Написать уравнение реакции и формулу мицеллы.

 

Опыт 3. Получение гидрозоля берлинской лазури методом ионного обмена.

А) В пробирку отберите равные объмы разбавленных растворов FeCl₃ c концентрацией 0,005 моль/л и гексацианоферрата (II) калия K₄[Fe(CN)₆] с концентрацией 0,001 моль/л. Наблюдается образование зеленого золя берлинской лазури. Образовавшийся коллоидный раствор пропустите через бумажный фильтр и убедитесь, что коллоидные частицы проходят через фильтр не задерживаясь.

Вопросы к опыту:

1. Написать уравнение реакции и мицеллярную формулу образовавшегося золя.

2. Какое вещество в этих условиях выполняет роль стабилизатора? Какие ионы будут потенциалопределяющими и почему?

3. Как нужно изменить условия, чтобы получить противоположный по знаку золь? Написать уравнение реакции и формулу мицеллы.

Б) В пробирку отберите 5 мл раствора K₄[Fe(CN)₆] с концентрацией 0,001 моль/л и добавьте 5-6 капель раствора FeCl₃ c концентрацией 0,005 моль/л. Наблюдается образование синего золя берлинской лазури.

Вопросы к опыту:

Чем отличается мицелла полученного золя от мицеллы, полученной в предыдущем случае (опыт А)?

 

Опыт 4. Получение гидрозоля гидроксида железа (III) методом пептизации. Адсорбционный и диссолюционный виды пептизации.

В пробирку налейте ~5 мл (¼ пробирки) раствора FeCl₃ с концентрацией 0,5 моль/л и прибавьте по каплям раствор аммиака до полного осаждения Fe(OH)₃. Полученный осадок Fe(OH)₃ залейте дистиллированной водой, перемешайте стеклянной палочкой и дайте ему отстояться. Жидкость над осадком осторожно слейте так, чтобы осадок остался в пробирке. Такую же процедуру повторите еще раз, чтобы избыточный аммиак полностью удалить.

К промытому осадку Fe(OH)₃ прибавьте ~10 мл (½ пробирки) дистиллированной воды и перемешайте до получения равномерной взвеси, которую распределите на три пробирки. В первую пробирку добавьте 5-10 капель насыщенного раствора FeCl₃, во вторую пробирку – 10-15 капель 0,1 моль/л раствора HCl, третью пробирку оставьте для сравнения.

Содержимое пробирок тщательно перемешайте и через 10 минут проведите наблюдение содержимого пробирок. Результаты внесите в таблицу:

№ пробирки	Внешний вид содержимого пробирки	Добавленный электролит	Изменения, происшедшие в пробирке	Вид пептизации	Формула мицеллы

Вопросы к опыту:

1. Дайте определение явлению пептизации.

2. Чем в принципе пептизация отличается от других методов получения золей?

3. В чем отличие адсорбционной пептизации от диссолюционной (химической)?

 

III. Оформление результатов лабораторной работы и контроль знаний.

Занести наблюдения опытов в лабораторный журнал, ответить на поставленные к опытам вопросы, проверить правильность оформления у преподавателя.

 

IV. Материальное оснащение занятия.

Оборудование: штатив с пробирками на 20 мл, стеклянные палочки, трубочки для отбора реактивов по каплям, спиртовки, бумажные фильтры, воронки.

Реактивы: раствор канифоли в этаноле 2%-ый, дистиллированная вода, раствор CuSO₄ 0,006 моль/л, раствор K₄[Fe(CN)₆] 0,001 моль/л, разбавленный раствор FeCl₃ 0,005 моль/л; раствор FeCl₃ 0,5 моль/л, раствор NH₄OH 10%-ый, насыщенный раствор FeCl₃, раствор HCl 0,1 моль/л.

 

V. Контрольные вопросы.

1. Что изучает коллоидная химия? Дать понятие о дисперсной системе, степени дисперсности.

2. Классификация дисперсных систем по размеру частиц ДФ и степени дисперсности.

3. Дать характеристику коллоидных систем.

4. Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз, их виды и обозначения.

5. Сходство и отличие свойств коллоидных растворов от грубодисперсных систем.

6. Сходство и отличие свойств коллоидных растворов от истинных растворов.

7. Классификация дисперсных систем по характеру взаимодействия ДФ и ДС. Основные отличия лоифобных коллоидов от лиофильных.

8. Необходимые условия получения лиофобных коллоидных растворов.

9. Диспергационные методы получения лиозолей.

10. Конденсационные методы получения лиозолей. Метод замены растворителя.

11. Метод пептизации и его принципиальное отличие от других методов получения золей. Адсорбционная и диссолюционная пептизации, в чем их отличие?

12. Строение мицеллы лиозоля.

13. Стабилизатор и потенциалопределяющие ионы. Какие ионы способны быть потенциалопределяющими? Правило Панета-Фаянса.

14. Структура ДЭС. Принципы его формирования.

15. Напишите формулу мицеллы золя:

а) гидроксида алюминия, полученного из осадка путем пептизации раствором NaOH;

б) мицеллу отрицательного золя BaSO₄;

в) мицеллу гидроксида железа III, полученного методом гидролиза.

 

Занятие № 10

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ В БИООРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Цель деятельности студентов на занятии

Студент должен знать:

А) Основные положения теории строения органических соединений Бутлерова.

Б) Виды изомерии

В) Строение сигма-связи

Г) sp³-гибридизация атома углерода. Тетраэдрическое строение молекулы метана.

Студент должен уметь:

А) Формулировать основные правила заместительной номенклатуры ИЮПАК

Б) Использовать правила заместительной номенклатуры в названиях органических соединений, являющихся объектами изучения биоорганической химии.

В) Классифицировать органические соединения с учетом строения цепи атомов углерода и присутствующих в молекуле функциональных групп

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Номенклатура представляет собой систему правил, позволяющих дать однозначное название каждому индивидуальному соединению. В настоящее время общепринятой является систематическая номенклатура ИЮПАК. Для использования номенклатуры ИЮПАК необходимо знать следующие номенклатурные термины:

Органический радикал – остаток молекулы, из которой удалены один или несколько атомов водорода, при этом остаются свободными одна или несколько свободных валентностей.

Родоначальная структура – химическая структура, составляющая основу называемого соединения. В качестве родоначальной структуры рассматриваются главная цепь атомов углерода в ациклических соединениях и цикл в карбоциклических и гетероциклических соединениях.

Характеристическая группа – функциональная группа, связанная с родоначальной структурой или частично входящая в ее состав.

Заместитель – любой атом или группа атомов, замещающие в исходном соединении атом водорода

В основе заместительной номенклатуры лежит выбор родоначальной структуры. Название строят как сложное слово, состоящее из корня (название родоначальной структуры); суффиксов, отражающих степень насыщенности (наличие 2-ных или 3-ных связей); префиксов и суффиксов, обозначающих число, характер и местонахождение заместителей.

Заместители подразделяют на два типа:

1. Углеводородные радикалы и характеристические группы, обозначаемые только префиксами

2. Характеристические группы, обозначаемые как префиксами, так и суффиксами в зависимости от старшинства:

Порядок старшинства характеристических групп, обозначаемых суффиксами и префиксами

 

Функциональная группа	Префикс	Суффикс
-(C)OOH -COOH -SO3H -(C)N -(C)HO -CHO R1R2(C)=O -OH SH NH2	- Карбокси Сульфо- - Оксо- Формил- Оксо- Гидрокси- Меркапто- Амино-	-овая к-та -карбоновая к-та -сульфоновая к-та -нитрил -аль -карбальдегид -он -ол -тиол -амин

 

Составление названия производят в следующей последовательности:

1. Определяют старшую характеристическую группу (если она присутствует) и родоначальную структуру соединения.

В качестве родоначальной структуры. используют главную цепь атомов углерода в ациклических соединениях и основную циклическую структуру в карбоциклических и гетероциклических соединениях.

2. Нумеруют атомы родоначальной структуры с условием, чтобы старшая группа получила наименьший номер. Если это правило не позволяет выбрать однозначно направление нумерации, то цепь нумеруют так, чтобы заместители получили наименьшие номера. В гетероцикле начало нумерации определяет гетероатом.

3. Называют родоначальную структуру, обозначая старшую характеристическую группу суффиксом. Степень насыщенности родоначальной структуры. отражают в ее названии суффиксами: - ан в случае насыщенного углеродного скелета, -ен – при наличии двойной и –ин – тройной связей.

4. Называют заместители, обозначаемые префиксами, в едином алфавитном порядке. Положение каждого заместителя и каждой кратной связи указывают цифрами, соответствующими номеру атома углерода, с которым связан заместитель. Цифры ставят перед префиксами и после суффиксов. После суффиксов – овая к-та или –аль можно не указывать положение карбоксильной или альдегидной группы, т.к. они всегда находятся в начале цепи.

Зачетные вопросы

3. Назвать по заместительной номенклатуре ИЮПАК соединения::

HOOCCH₂-CH₂COOH, H₂N-CH₂CH₂CH₂-COOH, HSCH₂CH(NH₂)COOH, HOOC-CHO, CH₃-CH(CH₃)CH₂CH(NH₂)COOH

2/ Написать с помощью структурных формул строение соединений: 2-бром-1,1,1-трифтор-2-хлорэтана, пропантриола-1,2,3, 2-оксопентандиовой к-ты, пропанона, этандиаля, транс-бутендиовой к-ты.

 

Занятие № 11