Методика приготовления золя диоксида марганца

Золь диоксида марганца получают методом химической конденсации по реакции восстановления перманганата калия тиосульфатом натрия:

8КМnO₄ + 3 Na₂S₂O₃ + Н₂O ® 8 MnO₂ + Na₂SO₄ + 3K₂SO₄ + 2KOH

Для получения золя диоксида марганца в мерной колбе готовят 250 мл раствора перманганата калия, разбавляя 100 мл 0,01 М КМnО₄ водой до метки. Переливают раствор КМnО₄ в стакан и туда медленно вводят 15 мл 0,125%-ного раствора тиосульфата натрия. При этом образуется золь диоксида марганца темно-вишневого цвета.

Ход работы:

Для проведения работы готовят 2 серии по 10 пробирок, нумеруют их. В 10 пробирок первой серии наливают по 5 мл золя диоксида марганца. В 10 про­бирках второй серии готовят растворы электролита разной концентрации по­следовательным разбавлением. Для этого в первую пробирку наливают 4 мл ис­ходного раствора электролита, из нее отбирают 2 мл в следующую пробирку и туда же добавляют 2 мл дистиллированной воды. Из второй пробирки также отбирают 2 мл раствора в следующую, третью, пробирку, в которую затем добавляют 2 мл дистиллированной воды и т. д. Таким же образом готовят 10 растворов электролита по 2 мл.

После приготовления растворов электролита отмечают время и добавляют эти растворы в пробирки с золем. Полученные смеси встряхивают и оставляют на 15 минут. При добавлении растворов электролитов в пробирки с золем необходимо точно соблюдать последовательность расположения пробирок по возрастанию концентрации добавленного электролита!

Через 15 минут в некоторых пробирках произойдет коагуляция, о которой можно судить по помутнению золя или по выпадению осадка. Результаты наблюдений за изменениями в пробирках с золем и электролитом записывают в таблицу 6.3. В графе "Вид системы" указывают образование осадка, помутнение, прозрачность.

 

Таблица 6.3 - Результаты наблюдений за изменениями в пробирках с золем и электролитом

Электролит............................................ (название, концентрация)

 

Пробирка	Объем золя, мл	Объем электролита, мл	Разведение	Вид системы
			1:2
			1:4
			1:8
			1:16
			1:32
			1:64
			1:128
			1:256
			1:512

 

Порог коагуляции определяют по концентрации электролита между пробирками с прозрачным золем и помутневшим.

Предположим, что через 15 минут после добавления раствора электролита в 5-ой пробирке золь прозрачный, а в 6-ой – мутный. Вычисляют концентрации растворов электролита в этих пробирках по соотношению:

_,

где V ₁ и C ₁ - объем и концентрация исходного раствора электролита, а V ₂ и C ₂ -его концентрация после добавления к золю.

Например, для 0,4 М раствора ВаСl₂, если порог коагуляции лежит меж­ду концентрациями растворов электролита в 5-ой и 6-ой пробирках:

С₅ = (0,04×2)/(16×7) = 7,14×10^-4 моль / л;

С₆ = (0,04×2)/(32×7) = 3,57×10^-4 моль / л. Порог коагуляции С _к=(С ₅ + С ₆)/ 2 =5,355×10^-4 моль / л. Аналогичные опыты проводят с каждым из электролитов. По полученным концентрациям С _кпроверяют правило Шульце-Гарди.

 

7. Седиментационный анализ суспензий и эмульсий

 

В практике бурения скважин и их эксплуатации широко исполь­зуют различные промывочные жидкости и цементные растворы, нефтяные эмульсии, пены и ряд других микрогетерогенных систем. Одной из наиболее важных характеристик таких систем является их полидисперсность, поэтому для теории и практики важно знать фракционный состав таких систем, то есть количественное распределение частиц по их размерам (радиусам).

Несмотря на относительно малое содержание частиц с коллоидными размерами в указанных выше системах, их присутствие во многом определяет физико-механические и реологические свойства таких систем. Это объясняется тем, что на фракцию частиц с коллоидными размерами приходится большая часть общей межфазной поверхности.

Учет и исследование этого фактора имеет большое значение при приготовлении и регулировании свойств дисперсных систем, применяемых в нефтепромысловом деле, а также при расчете и конструировании электродегидраторов, отстойных и очистных устройств. Знание характеристик дисперсности необходимо также для расчета запасов нефти в нефтяных коллекторах (определение свободного межпорового пространства).

Одним из важнейших методов исследования полидисперсных систем является седиментационный анализ, дающий возможность находить так называемую “функцию распределения”, то есть, определять относительное содержание частиц в системе с найденными размерами (радиусами).

Принцип седиментационного анализа состоит в измерении скорости оседания частиц дисперсной фазы в какой-либо дисперсионной среде. В основе седиментационного анализа лежит закон Стокса, по которому сила трения , возникающая при движении сферической частицы радиусом r со скоростью uв среде с вязкостью h выражается уравнением:

. (7.1)

Если частица движется под действием силы тяжести, и сила трения уравнове­шивает силу тяжести, действующую на частицу, и выталкивающую силу Архимеда, то она движется равномерно:

. (7.2)

где D и d – плотность дисперсной фазы и дисперсионной среды, соответственно; g – ускорение силы тяжести (9,81 м / c ²). Из уравнения (7.2) получим:

. (7.3)

Закон Стокса выведен для равномерного движения сферических частиц в вязкой среде и применим к частицам, диаметр которых меньше 100 мкм, но больше 0,1 мкм, так как частицы, диаметр которых меньше 0,1 мкм, обладают заметным броуновским движением, а частицы с диаметром, большим 100 мкм, движутся равномерно ускоренно.

Таким образом, закон Стокса применим к системам с низкой степенью дисперсности - суспензиям и эмульсиям.

Для данной дисперсной фазы и дисперсионной среда величины h, D и d постоянны. Тогда

и .

Так как скорость оседания суспензии , то есть, равна пройденному частицами расстоянию Н, деленному на время t, то расчетной формулой для определения радиусов частиц будет

. (7.4)

Следует обратить внимание, что константа К имеет размерность м ^1/2 с ^1/2, если все величины под корнем в формуле (7.4) выражены в системе СИ:

.

(7.5)

Радиус частицы, рассчитанный по формуле (7.4) с учетом размерности H (м) и t (с) будет выражен в м.

Так как радиус частицы, выраженный в м, величина очень маленькая, то ее удобно выражать в микрометрах (мкм): 1 м = 10⁶ мкм.

 

Лабораторная работа №7.