Изучение его коагуляции и стабилизации

Цель работы

Изучение синтеза золя гидроксида железа конденсационным методом; определение порога электролитной коагуляции золя; определение защитного числа стабилизатора (высокомолекулярного соединения).

 

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

Золи (коллоидные растворы) − жидкие системы с частицами (мицеллами), размер которых лежит в пределе от 1 до 100 нм (10⁻⁹ − 10⁻⁷м), при этом каждая частица может содержать большое число атомов или молекул.

Для получения золей размеры частиц данного вещества должны быть доведены до коллоидных размеров, что осуществимо двумя методами:

− раздроблением более или менее крупных тел до частиц коллоид­ного размера (дисперсионные методы);

− укрупнением молекул, атомов или ионов до частиц коллоидного размера (конденсаци­онные методы);

Еще одним необходимым для получения золей условием является наличие в системе стабилизаторов – веществ, препятствующих процессу самопроизвольного укрупнения коллоидных частиц.

Полученные коллоиды необходимо очищать от содержащихся в них примесей электролитов, так как эти вещества понижают их устойчивость и мешают изучению свойств. Одним из методов очистки является диализ − процесс освобождения коллоидных растворов от примесей, способных проникать через полупроницаемые мембраны, которые можно приготовить из пергамента, целлофана, бычьего, свиного пузыря и т.д. Процесс очистки основан на способности примесных ионов и молекул свободно проникать через полупроницаемые мембраны, тогда как коллоидные частицы такой способностью не обладают.

Структурной единицей золей является мицелла, которая образована нерастворимым микрокристаллом вещества (агрегат), способным к избирательной адсорбции из окружающей среды катионов или анионов. В зависимости от условий получения золя кристалл будет адсорбировать положительные или отрицательные ионы, в результате чего микрокристалл приобретает отрицательный либо положительный заряд; ионы, сообщающие ему этот заряд, называются потенциалопределяющими, а сам заряженный кристалл – ядром мицеллы.

В качестве примера рассмотрим строение мицеллы золя гидроксида железа, полученного гидролизом хлорида железа:

Частицы образующегося золя имеют положительный заряд, так как поверхностные молекулы агрегата Fe(OH)₃ вступают во взаимодействие с соляной кислотой:

В результате диссоциации FeOCl образуются ионы FeO⁺ и Cl^-.

Строение мицеллы полученного золя можно изобразить следующим образом:

Золи являются термодинамически неустойчивыми системами, поэтому возможен самопроизвольный процесс объединения дисперсных частиц в более крупные агрегаты – коагуляция золей. Тем не менее золям присуща способность сохранять степень дисперсности – агрегативная устойчивость. Коагуляция золей может быть вызвана различными факторами: прибавлением электролитов, нагреванием или замораживанием, механическим воздействием и т.д.

Наиболее важным и изученным фактором коагуляции гидрофобных коллоидов является воздействие на них растворов электролитов. Для начала коагуляции золя необходима некоторая минимальная концентрация электролита, называемая порогом коагуляции.

Для предотвращения агрегации частиц и защиты золей от коагулирующего действия электролитов применяют высокомолекулярные соединения и коллоидные поверхностно-активные вещества (ПАВ). Их стабилизирующая способность относительно выбранного золя характеризуется защитным числом S – количеством вещества, требуемом для стабилизации единицы объема золя:

, (1)

где С _ст – концентрация раствора стабилизатора, г/л; V _защ – объем раствора стабилизатора, необходимый для предотвращения коагуляции золя, мл; V – объем золя, мл.

 

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ