Получение и свойства дисперсных систем.

Опыт 1. Получение гидрозоля методом замены растворителя (физическая конденсация).

К 10 мл дистиллированной воды добавьте 0,5-1 мл 2% спиртового раствора канифоли (или серы), перемешайте. Получается голубовато-желтый гидрозоль. Направьте на раствор узкий пучок света фонарика, наблюдайте и зарисуйте эффект Тиндаля.

 

Опыт 2. Получение золя методом гидролиза соли (химическая конденсация).

В пробирку налейте 5 мл дистиллированной воды и 0,5-1 мл 2% FeCl₃, нагрейте до кипения. Получается красно-коричневый, прозрачный золь гидроксида железа, его мицелла: {Fe(OH)₃ ∙n FeO⁺ ∙(n-x) Cl^-}^x+ ∙x Cl^-.

 

Опыт 3. Получение золя берлинской лазури (реакция обмена).

А) К 1-2 мл 0,001М раствора K₄[Fe(CN)₆] прибавляют 2-3 капли раствора FeCl₃. Получается отрицательный синий золь, его мицелла:

{m KFe[Fe(CN)₆] ∙ n [Fe(CN)₆]^{4 -}∙ (4n-x)K+}^x- ∙ xK⁺.

Какой знак заряда у частиц?

Б) К 2-3 мл раствора FeCl₃ прибавьте 1-2 капли раствора K₄[Fe(CN)₆]. Получается зеленый золь, его мицелла:

{m KFe[Fe(CN)₆] ∙ n Fe³⁺∙ (3n-x)Cl^-}^x+ ∙ xCl ^-.

Какой знак заряда у частиц?

 

Опыт 4. Определение знака зарядов коллоидных частиц.

При погружении фильтровальной бумаги в воду, бумага приобретает отрицательный заряд. Если каплю коллоидного раствора нанести на фильтровальную бумагу, то при отрицательном заряде частиц происходит пропитывание краской бумаги. При положительном заряде коллоидных частиц происходит разложение раствора на две фазы: дисперсную фазу и дисперсную среду. На этом основано определение знака заряда окрашенных коллоидных частиц. Используйте растворы метиленовой сини и эозина.

Опыт 5. Получение эмульсий.

Налейте в пробирку 2-3 мл воды, 2-3 капли углеводорода или растительного масла, встряхните. Устойчивая ли эмульсия? Добавьте в эту же пробирку 1-2 мл раствора мыла, встряхните. Запишите наблюдения. Какова роль мыла в получении эмульсии? Каков тип эмульсии: масло в воде (м/в) или вода в масле (м/в)? Нарисуйте как молекулы мыла адсорбируются на каплях масла.

 

Опыт 6. Определение порога коагуляции электролитов.

В коническую колбу налейте 10 мл гидрозоля Fe(OH)₃ и титруйте до появления мути одним из электролитов:

1) 6М NaCl;

2) 0,01M K₂SO₄;

3) 0,001M K₃[Fe(CN)₆].

Запишите объем в мл электролита (V_э), пошедшего на титрование. Рассчитайте порог коагуляции:

где С_э– молярная концентрация коагулирующего электролита,

V_э - объем (мл) электролита, вызывающего коагуляцию золя объемом V_золя.

Для всех электролитов рассчитайте коагулирующее действие КД = 1/С_пор ммоль/л. Результаты запишите в таблицу:

 

Электролит	Сэ,М	Vэ,мл	Спор, ммоль/л	КД, л/ммоль
NaCl
K2SO4
K3[Fe(CN)6].

 

Из полученных данных сделайте вывод о соответствии с правилом Шульце-Гарди: порог коагуляции обратно пропорционален заряду коагулирующего иона в шестой степени.

 

Контроль усвоения темы занятия.

Типовой тест выходного контроля.

1. Минимальная концентрация электролита, вызывающая коагуляцию золя.

1) коагулирующее действие 2) порог коагуляции 3) молярность

4) ККМ-критическая концентрация мицеллообразования.

2. Золь AgJ получен при добавлении избытка раствора NaJ к раствору AgNO₃ . Какой ион будет потенциалопределяющим?

1) Ag⁺ 2) Na⁺ 3)J^- 4) NO₃ ^-

3. Коллоидные ПАВ

1) NaCl 2) C₂H_sOH 3) мыло 4) фосфолипиды. 4. Ион, имеющий наибольшее коагулирующее действие по отношению к золяю слюны: {m Ca₃(P0₄)₂ ∙ nHPO₄^2- (n-x)Ca²⁺}^x-∙хСа²⁺

1) Na⁺ 2) CI^- 3)Ca ⁺² 4)Fe³⁺ 5) SO₄ ^2- 6)F^-. 5. Явление, при котором усиливается коагулирующее действие одного иона в присутствии другого иона

1) антагонизм 2)синергизм 3) взаимная коагуляция 4)аддитивность

Типовые задачи.

1. Золь гексацианоферрата (II) меди получен при действии на соль меди (II) избытком

гексацианоферрата (II) калия. Написать формулу мицеллы золя.

2. Золь кремневой кислоты получили при взаимодействии K₂SiO₃ и HCl. Какой из

электролитов был в избытке, если в электрическом поле гранулы перемещаются к

аноду? Напишите формулу мицеллы золя.

3.Напишите формулу мицеллы золя золота, стабилизированного KAuO₂. У какого из

электролитов: NaCl, BaCl₂, FeCl₃ порог коагуляции наименьший?

4.Напишите формулы золей: АgJ,стабилизированного AgNO₃; и Fe(OH)₃

стабилизированного FeCl₃. Как заряжены частицы этих золей

5. Бактерии и вирусы по своим размерам близки к коллоидным частицам. Исходя из

известных вам свойств коллоидных растворов укажите: какими способами можно

очистить воду от бактерий?

6. Какой объем 0,001 М раствора FeCl₃ надо добавить к 0,03 л 0,002 М раствора AgNO₃,

чтобы частицы золя AgCl в электрическом поле двигались к аноду? Напишите

формулу мицеллы золя. (Ответ: больше 60 мл).

7. Коагуляция золя сульфида золота объемом 1,5 л наступила при добавлении 570 мл

раствора хлорида натрия с концентрацией 0,2 М. Вычислите порог коагуляции золя

ионами натрия. (Ответ: 55ммоль/л).

6. Пороги коагуляции золя Fe(OH)₃ сульфатом натрия и хлоридом калия

соответственно равны 0,32 и 20,5 ммоль/л. Определите знак заряда коллоидных частиц

золя, вычислите коагулирующее действие этих электролитов, проверьте, выполняется

ли правило Шульце-Гарди.

7.Вычислите удельную поверхность золя 1 кг угольной пыли с диаметром

частиц 10^{-3 м. Плотность угля ρ=1,8∙103} кг/м³.

8. Сравните интенсивность светорассеяния высокодисперсного полистирола,

освещенного монохроматическим светом с длинной волны λ =680 нм, а затем

с λ₂ =420 нм.

9. Определите осмотическое давление гидрозоля золота концентрации С=2 кг/м³ с

диаметром частиц d=6∙10^{-9 м и плотностью ρ=19,3}∙10³ кг/м³,Т=293К.

10. Сравните осмотическое давление двух гидрозолей, отличающихся

дисперсностью: r₁=30 нм, r₂=55 нм.

11. С какой скоростью будут оседать капли водяного тумана с радиусом

частиц r=10^{-4 м. Вязкость воздуха η=1,8∙10-5} н∙с/м². Плотностью воздуха

пренебречь.

12. Вычислите средний сдвиг коллоидных частиц золя Fe(OH)₃, при 293 К за

время t=4 с, если радиус частиц r=10^{-8 м, вязкость воды η=10-3} н∙с/м².

13. Вычислите коэффициент диффузии мицелл мыла в воде при 313 К и радиусе

мицелл r=1,25∙10^-8м, вязкость воды η=6,5∙10⁴ н∙с/м², постоянная Больцмана

k=1,33∙10^-23 Дж/град.

14. Порог коагуляции положительно заряженного гидрозоля Fe(OH)₃ под

действием раствора NaCl равен 9,25 ммоль/л. Рассчитайте пороги коагуляции для

KNO₃, BaCl₂, K₂SO₄, MgSO₄, K₂Cr₂O₇, пользуясь правилом Шульце-Гарди.

 

УИРС. Диализ.

 

Равные объемы 0,5% раствора крахмала и 0,1М НС1 налейте в диализатор, который погрузите на 20-30 минут в сосуд с дистиллированной водой. Затем проверьте воду, в которую был погружен диализатор на наличие крахмала (в пробирку добавьте 2-3 капли раствора J₂), и кислоты НС1 (в пробирку добавьте индикатор метилоранж или универсальный). Сделайте вывод об отличии растворов ВМС или коллоидов от истинных растворов низкомолекулярных соединений по способности проходить через полупрницаемые мембраны.

 

Подведение итогов занятия.

9. Задание на дом. Свойства растворов высокомолекулярных соединений.

Место проведения самоподготовки: читальный зал и др.

Литература. [ 1 ],[ 3 ], [ 4 ].

 

 

Занятие №12