Определение знака заряда и величины дзета-потенциала



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Определение знака заряда и величины дзета-потенциала



На границе раздела твердой фазы и раствора, как правило, возникает двойной электрический слой (ДЭС). Его происхождение может быть двояким. Во-первых, возможна ионизация молекул, составляющих поверхностный слой твердой фазы, например, ионизация молекул H2SiO3, образующихся на поверхности SiO2 в воде. Во-вторых, на поверхности твердой фазы может происходить адсорбция одного из ионов, присутствующего в растворе электролита. При этом на поверхности преимущественно адсорбируются ионы, входящие в состав твердой фазы или близкие к ним по природе. Так на поверхности частиц золя AgCl будут адсорбироваться ионы Ag+ или Cl в зависимости от того, какие из них имеются в растворе в избытке. Ионы, определяющие заряд коллоидной частицы (гранулы) называются потенциалобразующими. К заряженной поверхности частиц будут притягиваться ионы противоположного знака, т.е. противоионы, образуя двойной электрический слой.

Двойной электрический слой на поверхности коллоидных частиц включает так называемый адсорбционный слой и диффузный слой. Адсорбционный слой образован частью противоионов, которые прочно связаны с ядром мицеллы электростатическими силами (притягивание разноименных зарядов) и адсорбционными силами. Остальные противоионы, благодаря тепловому движению и взаимному отталкиванию, уходят на некоторое расстояние от межфазной границы, образуя диффузный слой ионов, который удерживается у поверхности только электростатическими силами (см. рис.10.1).


Рис. 10.1. Строение мицеллы и двойного электрического слоя.

 

Каждая точка электрического поля двойного слоя, образованного потенциалопределяющими ионами и противоионами, характеризуется определенным значением электрического потенциала. Причем в адсорбционном слое, т.е. на малых расстояниях от поверхности, падение потенциала происходит круто, а далее в диффузном слое более полого.

Наличие заряда у частиц можно обнаружить, помещая коллоидный раствор в постоянное электрическое поле. При этом ядро мицеллы вместе с прочно адсорбированными на нем противоионами движется к одному из электродов, а остальные противоионы перемещаются к другому электроду. Знак заряда частиц легко определить по тому, к какому из электродов они направляются.

Электрофорез – движение заряженных коллоидных частиц в электрическом поле.

Скорость электрофореза зависит от потенциала на границе скольжения, разделяющей две перемещающиеся друг относительно друга части мицеллы.

Потенциал двойного слоя, отвечающий границе скольжения при движении дисперсной фазы и дисперсионной среды относительно друг друга, называется электрокинетическим или x-потенциалом (дзета-потенциалом). Место границы скольжения определяется действием адсорбционных и электрических сил, а также свойствами раствора, окружающего частицы, в частности, вязкостью прилегающих слоев жидкости. Граница скольжения может совпадать с границей между адсорбционными и диффузным слоями или находиться несколько дальше от поверхности, где-то в диффузном слое.

Дзета-потенциал является важной характеристикой коллоидных систем. Во многих случаях отмечается закономерность: чем больше величина x-потенциала, тем выше устойчивость золя. При значениях x-потенциала ниже 0,03 В (критический потенциал) наступает коагуляция золя.

Электрофорез находит широкое применение в медико-биологических исследованиях. В клинической практике электрофоретические методы применяются для диагностики многих заболеваний, для разделения аминокислот, нуклеиновых кислот, антибиотиков, ферментов, антител, для определения чистоты белковых препаратов и т.д.

Цель работы.

1. Определить знак заряда коллоидных частиц золя гидроксида железа (III).

2. Вычислить величину электрокинетического потенциала (дзета-потенциала).

Реактивы.

· Золь гидроксида железа (III) (см. работу 9).

Оборудование и посуда.

· Прибор для наблюдения электрофореза (U-образная трубка).

· Медные электроды.

· Выпрямитель.

· Регулятор напряжения.

· Вольтметр.

 

Выполнение работы.

1. В прибор для наблюдения электрофореза, вымытый хромовой смесью и дистиллированной водой, а затем высушенный, наливают свежеприготовленный золь гидроксида железа (См. работу 9).

2. Прибор устанавливают в штатив. В оба колена прибора помещают медные электроды. Электроды соединяют с клеммами выпрямителя тока. В присутствии преподавателя или лаборанта включают выпрямитель в сеть, устанавливают напряжение 30 В, отмечают время начала опыта.

3. Через некоторое время (как правило, около 1 часа) наблюдается существенное ослабление окраски либо обесцвечивание золя в одном колене прибора, что обусловлено движением заряженных частиц золя к соответствующему электроду. Делают вывод о знаке заряда коллоидных частиц золя гидроксида железа.

4. Замечают время продвижения окрашенной границы и измеряют расстояние S в см, на которое она сместилась. Измеряют с помощью полоски бумаги расстояние l между электродами в см (вдоль трубки). Результаты наблюдений заносят в таблицу.

 

Время t, сек Пройденный путь S, см Напряжение V, В
     

Обработка результатов.

1. Определяют среднюю величину градиента потенциала Н:

,

где V – напряжение, В, l – расстояние между электродами.

2. Вычисляют электрофоретическую скорость U:

,

где S – путь, пройденный окрашенной границей за время t.

3. По уравнению Смолуховского вычисляют величину электрокинетического потенциала (дзета-потенциала):

(В),

где h - вязкость дисперсионной среды, т.е. воды, h = 0,01 П (пуаз),

D – диэлектрическая постоянная воды, D = 81,

300 – переводной множитель для вычисления дзета-потенциала в вольтах.

Контрольные вопросы.

1. В чем состоит сущность определения знака заряда коллоидной частицы методом капиллярного анализа?

2. Что называется электрофорезом?

3. Какой заряд имеют гранулы золя Fe(OH)3?

4. Для одного золя дзета-потенциал равен 0,02 В, для другого – 0,06 В. Какой золь более устойчив и почему?

 

 

ЗАДАЧИ

для подготовки к семинарским занятиям и контрольным работам

 

Тема: Способы выражения концентрации растворов

1. Массовая доля сахара в сиропе для варенья должна составлять 70%. Какие массы сахара и воды следует взять для приготовления 1 кг сиропа?

2. Рассчитайте, какая масса поваренной соли и какой объем воды требуются для приготовления 10 л раствора, массовая доля соли в котором составляет 8%, а его плотность 1,06 г/мл.

3. В рецептах маринадов для овощей рекомендуется готовить заправку из расчета 200 г уксусной эссенции (80%-й водный раствор уксусной кислоты) на 9 л воды. Какова массовая доля уксусной кислоты в таком растворе?

4. Используемый в медицинских целях раствор пероксида водорода («перекись») представляет собой 3%-ный раствор. Промышленностью выпускается 30%-ный раствор – пергидроль. В каком отношении надо взять пергидроль и воду, чтобы получить раствор, используемый в медицине?

5. В медицинских целях обычно используется 3%-ная йодная настойка. Рассчитайте, какой объем этилового спирта С2Н5ОН необходим для приготовления такой настойки из 15 г иода. Плотность спирта 0,8 г/мл.

6. К 160 г 20%-ного раствора щелочи добавили еще 40 г твердой щелочи. Чему равна массовая доля растворенного вещества в полученном растворе?

7. Какой объем воды надо выпарить из 500 мл 4%-ного раствора соли (ρ=1,04 г/мл), чтобы получить раствор с массовой долей соли 0,16?

8. Для нейтрализации щелочи, попавшей на кожу, после промывания водой используется 2%-ный раствор борной кислоты. Какая масса насыщенного раствора этой кислоты с концентрацией 4,7% нужна для приготовления 500 г 2%-ного раствора.

9. Какова будет массовая доля азотной кислоты в растворе, если к 40 мл 96%-ного (плотность 1,5 г/мл) прилить 30 мл 48%-ного раствора HNO3 (плотность 1,3 г/мл)?

10. Смешали 2,3 кг 12%-ного раствора нитрата калия и 2,3 л раствора с концентрацией этой соли, равной 2,24 моль/л (плотность 1,133 г/мл). Вычислите массовую долю соли в полученном растворе.

11. Вычислите массу хлорида натрия, необходимую для приготовления 250 мл 0,1 М раствора NaCl.

12. Найдите массу медного купороса, необходимую для приготовления 0,3М раствора. Чему равна нормальность этого раствора (молярная концентрация эквивалента)?

13. В медицинской практике часто пользуются 0,9%-ным изотоническим (физиологическим) раствором NaCl. Вычислите а) молярную, моляльную концентрацию и титр раствора; б) массу соли, введенную в организм при вливании 500 мл этого раствора.

14. В медицинской практике при кожных заболеваниях пользуются 10%-ным раствором СаСl2. Вычислите: а) молярную, моляльную концентрацию и титр раствора; б) массу соли, введенную в организм при вливании 20 мл этого раствора.

15. Найдите процентную концентрацию 0,25М раствора фосфорной кислоты, плотность которого 1,01 г/мл.

16. Плотность 40%-ного раствора серной кислоты равна 1,300 г/мл. Рассчитайте молярность и нормальность (молярную концентрация эквивалента) этого раствора.

17. Определите моляльную концентрацию хлорида кальция в 5%-ном растворе. Определите мольные доли веществ в этом растворе.

18. Определите мольную долю растворенного вещества, а также молярность, нормальность, моляльность и титр следующих растворов: а) 70%-ной серной кислоты, б) 20%-ного гидроксида натрия. Необходимые значения плотности растворов найдите в приложении.

19. Определите мольную долю растворенного вещества, а также молярность, нормальность, моляльность и титр следующих растворов: а) 20%-ной фосфорной кислоты, б) 25%-ного едкого кали. Необходимые значения плотности растворов найдите в приложении.

20. Определите моляльность раствора, полученного при растворении 5 г толуола в 225 г бензола. Определите мольную долю толуола в этом растворе и молярную концентрацию, если плотность раствора 0,876 г/мл.

21. Какая масса серной кислоты содержится в растворе, который полностью нейтрализован 60 мл 0,5 н раствора гидроксида калия?

22. Какой объем 0,1 н раствора гидроксида натрия требуется для полной нейтрализации 50 мл 40%-ного раствора серной кислоты (плотность 1,300 г/мл)?

 

Тема: Химическая термодинамика и химическое равновесие

1. При сгорании 21,5 г ацетона выделяется 660,72 кДж. Составьте термохимическое уравнение этой реакции.

2. В калориметрической бомбе в избытке хлора сожгли 0,0123 г алюминия. В результате выделилось 320,8 Дж теплоты. Вычислите энтальпию образования хлорида алюминия.

3. Определите энтальпию реакции COCl2 + ½ O2 = CO2 + Cl2 по следующим данным:

COCl2 = CO + Cl2, ΔHo = 112,5 кДж

CO2 = CO + ½ O2, ΔHo = 282,8 кДж

4. Подберите коэффициенты в уравнениях реакций. Используя табличные данные энтальпий образования участников, рассчитайте тепловые эффекты следующих реакций:

SiCl4(г) + H2O(г) → SiO2(кр) + HCl(г)

H2O(г) + Br2(г) → HBr(г) + O2(г)

NH3(г) + NO2(г) → N2(г) + H2O(г)

Al(кр) + CuO(кр) → Cu(кр) + Al2O3 (кр)

Запишите термохимические уравнения реакций.

5. Одной из стадий количественного определения антиангинального препарата нитроглицерина является реакция:

.

Вычислите тепловой эффект реакции. Экзо- или эндотермической она является?

6. Энтальпия сгорания мочевины с образованием углекислого газа и жидкой воды равна –635 кДж/моль. Рассчитайте энтальпию образования мочевины из простых веществ, если известны энтальпии образования углекислого газа и жидкой воды ΔHo f (CO2) = –393,51 кДж/моль, ΔHo f (H2O) = –285,8 кДж/моль.

7. Энтальпии сгорания α-глюкозы, β-фруктозы и сахарозы при 25°С равны соответственно –2802, –2810 и –5644 кДж/моль. Рассчитайте теплоту гидролиза сахарозы.

8. В организме человека в результате метаболизма образуется глицерин, который далее превращается в СО2(г) и Н2О(ж). Пользуясь справочными данными энтальпий образования, определите, какое количество теплоты выделяется при окислении 1 г глицерина.

9. Рассчитайте энтальпию реакции получения мочевины в организме из аммиака и оксида углерода (IV) 2NH3(г) + СО2(г) = СO(NH2)2(т) + Н2О(г).

10. Вычислите стандартные энтропии реакций радикального хлорирования метана до хлорметана и этана до хлорэтана. Какая из реакций характеризуется более существенным приращением стандартной энтропии?

11. Какая из реакций гидрирования: а) пропена; б)1,2–бутадиена будет характеризоваться максимальным значением энтропии.

12. Оцените роль энтальпийного и энтропийного фактора для реакции диспропорционирования нитрита натрия:

.

Возможно ли самопроизвольное протекание этой реакции при стандартных условиях?

13. Оцените роль энтальпийного и энтропийного факторов для реакции ферментативного гидролиза мочевины.

Возможно ли самопроизвольное протекание этой реакции при стандартных условиях?

14. Для реакции гидратации яичного альбумина при 25ºС ΔHo=–6,58 кДж/моль, ΔSo=–9,5 Дж/моль∙К. Найдите константу равновесия для этой реакции.

15. Вычислить константу равновесия и начальные концентрации веществ для реакции , если равновесные концентрации веществ участников реакции равны: 2, 1, 3,2 моль/л соответственно.

Тема: Коллигативные свойства растворов

1. Найдите температуры замерзания и кипения следующих водных растворов:

а) 5%-ный раствор глюкозы;

б) 10%-ный раствор мочевины:

в) 10%-ный раствор сахара.

Криоскопическая и эбуллиоскопическая константы воды соответственно равны 1,86 К∙кг/моль и 0,512 К∙кг/моль.

2. При какой температуре закипит 2%-ный спиртовой раствор салициловой кислоты, применяемый как антисептическое средство? Эбулископическая константа этанола 1,11 К×кг/моль. Температура кипения этанола 78ºС.

3. Гормон адреналин состоит (по массе) из 59% углерода, 26,2 % кислорода, 7,1% водорода и 7,6% азота. Температура кипения раствора, содержащего 6,4 г адреналина в 360 г, на 0.49 К выше температуры кипения чистого СCl4. Какова молярная масса и молекулярная формула адреналина (Эбулископическая константа для СCl4 равна 5,02 К×кг/моль)?

4. Для определения молекулярной массы белого фосфора его навеску 0,7590 г растворили в 30 г бензола, температура кристаллизации полученного раствора равна 4,5 0С. Найдите, сколько атомов входит в молекулу белого фосфора. Температура кристаллизации чистого бензола равна 5,50С, К=4,9 К×кг/моль.

5. Определите температуру замерзания раствора хлорида натрия массовой долей 5 %, если кажущаяся степень диссоциации NaCl в этом растворе равна 84,5 %. Криоскопическая постоянная воды 1,86 К×кг/моль.

6. Найдите, при какой температуре закипит и замерзнет 5%-ный раствор перманганата калия, считая степень его диссоциации в этом растворе равной 83%.

7. Вычислите изотонический коэффициент в 0,15 М растворе NaCl, который изотоничен 5%-му раствору глюкозы (плотность раствора глюкозы считать равной 1г/мл).

8. Определите молярную концентрацию раствора сахарозы, который изотоничен крови.

9. Чему равна осмоляльная концентрация крови лягушки, если температура замерзания крови равна –0,41°С?

10. Определить осмотическое давление крови лягушки, если осмотическая концентрация ее крови при 7°С равна 220 мОсмоль/л.

11. Определить процентную концентрацию раствора NaCl, который изотоничен крови лягушки, если осмотическая концентрация ее крови равна 220 мОсмоль/л.

12. Какое явление (лизиса или плазмолиза) эритроцитов при 20°С будет наблюдаться в 30%-ном растворе тиосульфата натрия (ρ=1,274 г/мл), если осмотическое давление крови составляет 730–780 кПа? Степень диссоциации Na2S2O3 считать равной 0,9.

 

 

Тема: Протолитические равновесия. рН растворов. Буферные системы

Необходимые для решения задач значения констант диссоциации кислот и оснований приведены в приложении.

 

1. В таблице приведены значения рН некоторых жидкостей. Найдите концентрацию ионов водорода и гидроксид-ионов.

 

Раствор рН
Прохладительные напитки 2,0 – 4,0
Лимонный сок 2,2–2,4
Уксус столовый 2,4–3,4
Томатный сок 4,0–4,4
Черный кофе 5,0–5,1
Молоко 6,3–6,6
Чистая вода 7,0
Плазма крови 7,35–7,45
Желчь 7,6–8,6
Сок поджелудочной железы 7,8–8,0
Раствор мыла 8–10

 

2. В нормальном желудочном соке содержание соляной кислоты колеблется в пределах от 0,07 до 0,15%. Рассчитать пределы изменения рН. Плотность желудочного сока принять равной 1 г/мл.

3. К 49 мл воды добавлено 5 мл 0,1 н NaOH. Как изменилось значение рН?

4. К 49 мл воды добавлено 3 мл 0,1 н HCl. Как изменилось значение рН?

5. Три кислоты имеют следующие значения рКа: масляная кислота – 4,82, барбитуровая кислота – 5,0, молочная кислота – 3,85. Какая из них является самой слабой и какая самой сильной? Найдите значения констант ионизации кислот.

6. Найдите значение рН раствора молочной кислоты с концентрацией 0,15 моль/л. Чему равна степень диссоциации молочной кислоты в этом растворе?

7. Вычислите рН раствора, полученного при растворении таблетки аскорбиновой кислоты массой 0,5 г в таком количестве воды, чтобы объем раствора достигал 0,4 л (Ка = 8,0∙10–5 моль/л, молекулярная формула аскорбиновой кислоты С6Н8О6).

8. Найдите значение рН нашатырного спирта (10%-ного водного раствора аммиака). Плотность раствора принять равной 0,96 г/мл.

9. Найдите значения рН буферных смесей, содержащих эквимолярные количества (а) Н3ВО3 и Н2ВО3 ;(б) НСО3 и СО32–; (в) H3PO4 и H2PO4.

10. Рассчитайте рН буферного раствора, полученного растворением 0,1 моль муравьиной кислоты и 0,1 моль формиата натрия в 1 литре воды. Рассчитайте массы реагентов для получения такого раствора.

11. рН раствора, полученного растворением 1 моль пропионовой кислоты и 1 моль пропионата натрия в 1 л воды, составляет 4,85. Каково будет значение рН при использовании по 0,1 моль каждого из реагентов?

12. Рассчитайте рН водных растворов, содержащих:

а) 0,58 моль/л уксусной кислоты и 0,18 моль/л ацетата натрия;

б) 0,8 моль/л молочной кислоты и 0,4 моль/л лактат-иона;

в) 0,42 моль/л фтороводородной кислоты и 1,38 моль/л фторида натрия;

г) 0,3 моль/л NH4OH и 1,48 моль/л NH4+.

13. Сколько граммов твердого Na2HPO4 необходимо добавить к 1 л 0,01 M раствора NaH2PO4, чтобы получить раствор с рН равным 8,21?

14. Каково соотношение концентраций H2CO3 и гидрокарбонат-анионов, а также анионов H2PO4 и HPO42– в плазме крови при физиологически нормальном значении рН?

 

Тема: Химическая кинетика

1. Для лечения некоторых опухолей применяют изотоп иод-131. Период полураспада составляет 8,1 сут. Какое время должно пройти, чтобы количество радиоактивного иода в организме больного уменьшилось в 100 раз.

2. Период полураспада радиоактивного изотопа 90Sr, который попадет в атмосферу при ядерных испытаниях, составляет 28,1 лет. Предположив, что организм новорожденного поглотил 1,00 мг этого изотопа и что он не выводится из организма, рассчитайте, сколько радиоактивного стронция останется в организме через: а) 18 лет, б) через 70 лет.

3. Константа скорости разложения анальгина при 20 °С составляет 1,5∙10–9 с–1. Определите срок хранения таблеток (время разложения 10% вещества) при 20°С.

4. Температурный коэффициент скорости некоторой ферментативной реакции равен 7. Во сколько раз увеличится скорость этой реакции при изменении температуры от 37°С до 42°С?

5. Реакция при температуре 40°С протекает за 180 с при температурном коэффициенте равном 3. За сколько времени завершится эта реакции при 60°C?

6. Энергия активации реакции, приводящей к скисанию молока, равна 75 кДж/моль. При температуре 21ºС молоко скисает за 8 часов. Как долго можно хранить молоко в холодильнике при 5ºС? Время реакции можно считать обратно пропорциональным константе скорости.

7. Раскручивание двойной спирали ДНК – реакция первого порядка с энергией активации 420 кДж/моль. При 37ºС константа скорости равна 4,90∙10–4 мин–1. Найдите константу скорости при 40ºС.

8. Для реакции гидролиза сахарозы при температуре 298,2 К константа скорости равна 0,765 л∙моль–1∙мин–1, а при температуре 328,2 К – 35,5 л∙моль–1∙мин–1. Найдите энергию активации этой реакции и константу скорости при температуре 343 К.

9. Константа скорости гидролиза новокаина при 313 К равна 0,66 мин–1. Энергия активации равна 55,2 кДж/моль. Какая массовая доля новокаина разложится за 10 дней хранения при 193 К?

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

В тестовых заданиях из четырех вариантов ответа выберите один верный.

Вариант 1

1. Атомы кислорода и фтора:

1. находятся в одной группе

2. имеют одинаковое число электронов

3. имеют одинаковое число электронных слоев

4. имеют одинаковое число электронов на внешнем электронном слое

К микроэлементам относится


1. цинк

2. фосфор

3. кальций

4. сера


Электрический ток проводит


1. раствор парафина

2. водный раствор глицерина

3. водный раствор глюкозы

4. водный раствор NaCl



Последнее изменение этой страницы: 2016-08-14; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 35.170.64.36 (0.023 с.)