WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |
Федеральное агентство по образованию Химия. Коллоидные системы: методические указания / Томский государственный архитектурно-строительный университет Сост. Г.В. Лямина, Е.А. Вайтулевич. – Томск: Изд-во Том. гос.

архит.-строит. ун-та, 2009. – 22 с.

Рецензент к.б.н. Т.М. Южакова Редактор Е.Ю. Глотова Методические указания к лабораторной работе по дисциплине ЕН.Ф.4 «Химия» для студентов всех специальностей очной формы обучения.

ХИМИЯ.

КОЛЛОИДНЫЕ СИСТЕМЫ Печатаются по решению методического семинара кафедры химии, протокол № 3 от 23.12.2008.

Методические указания к лабораторной работе Утверждены и введены в действие проректором по учебной работе В.В. Дзюбо с 01.09.2009 до 01.09.2014 Составители Г.В. Лямина, Е.А. Вайтулевич Оригинал-макет подготовлен авторами.

Подписано в печать.

Формат 6090/16. Бумага офсет. Гарнитура Таймс.

Уч.-изд. л. 1,15. Тираж 100 экз. Заказ №.

Изд-во ТГАСУ, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2.

Отпечатано с оригинал-макета в ООП ТТАСУ.

634003, г. Томск, ул. Партизанская, 15.

Томск 2009 2 КОЛЛОИДНЫЕ СИСТЕМЫ ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ I. ДИСПЕРСНОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА Цель работы: синтезировать гидрозоль железа (III); определить методом электрофореза его электрокинетический потенКристаллы любого твердого вещества можно получить циал; изучить коагулирующую способность ряда электролитов разного размера – крупные и мелкие. Таким образом, одно и то по отношению к золю.

же вещество может находиться в различной степени раздробленности:

Комплект оборудования и реактивов:

1) макроскопически видимые частицы (>0,2–0,1 мм, разрешающая возможность глаза);

№ Наименование Количество 2) микроскопически видимые частицы (от 0,2–0,1 мм до 400–300 нм, разрешающая способность микроскопа при осве1 Прибор Бертона 1 шт.

щении белым светом);

2 Стеклянная пробирка 4 шт.

3) отдельные молекулы или ионы.

3 Блок питания лабораторный 1 шт.

В случае если одно вещество распределено в другом в ви4 Коническая колба (V = 250 мл) 1 шт.

де молекул или ионов, то такую систему называют раствором 5 Колбонагреватель 1 шт.

(гомогенная система). В случае же, если частицы вещества имеРаствор соляной кислоты HCl ют более крупный размер, система считается дисперсной (гете6 10 мл (С = 0,1 моль/л) рогенная система).

Дисперсные системы – это системы, где одно вещество Раствор хлорида железа (III) FeCl7 20 мл в виде частиц различной величины распределено в другом. При (С = 0,15 моль/л) этом сплошная фаза дисперсной системы называется дисперсиРаствор гидроксида натрия NaOH 8 5 мл онной средой, а диспергированное вещество – дисперсной фа(С = 0,1 моль/л) зой. Практически всякая реальная система является дисперсной.

Раствор хлорида калия KCl Обязательным условием получения дисперсных систем 9 2 мл (С = 0,01 моль/л) является взаимная нерастворимость диспергируемого вещества Раствор сульфата калия K2SOи дисперсионной среды.

10 2 мл (С = 0,01 моль/л) Количественной характеристикой дисперсности (раздробленности) является степень дисперсности (D) – величина, обРаствор гексацианоферрата (III) калия 11 2 мл ратная размеру (l) дисперсных частиц:

K3[Fe(CN)6] (С = 0,01 моль/л) D = 1/l.

12 Дистиллированная вода 300 мл Дисперсные системы классифицируют по дисперсности, Платиновые электроды 13 2 шт. агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной сре(диметр 0,2–0,5 см, длина 1–2 см) ды, интенсивности взаимодействия между ними, отсутствию 14 Штатив для пробирок 1 шт.

или образованию структур в дисперсных системах.

15 Секундомер 1 шт.

Степень дисперсности численно равна числу частиц, кото3 рые можно плотно уложить в ряд на протяжении одного санти- затвердевании строительного раствора и «высыхании» масляной метра. В табл. 2. приведены условные границы размеров частиц краски они превращаются в дисперсные системы с твердой диссистем с различной раздробленностью вещества. персионной средой. К этой же группе дисперсных систем относятся некоторые сплавы и многие горные породы.

Таблица Примеры жидких пен – мыльная, пивная, квасная и другие Классификация систем по степени дисперсности пены. Твердыми пенами являются пенопласт, пенополиэтилен, пеРаздробленность –1 Число атомов в Системы нополиуретан, некоторые строительные материалы-утеплители.

D, см вещества одной частице Макроскопическая 1 – 102 > II. КОЛЛОИДНЫЕ СИСТЕМЫ Грубодисперсные Микроскопическая 102 – 105 > ПредельноДисперсные системы, размер дисперсной фазы в котоКоллоидная 105 – 107 109 – высокодисперсные рых колеблется от 300 до 400 нм (10–5 – 10–7 см), называются Молекулярные Молекулярная коллоидными.

> 107 < и ионные и ионная 1. Классификация коллоидных систем Названия некоторых дисперсных систем с различными агрегатными состояниями дисперсионной среды и дисперсной фаПо типу внутренней структуры различают три типа коллозы приведены в табл. 3.

идных систем: суспензоиды, мицеллярные (ассоциативные) Таблица коллоиды, молекулярные коллоиды.

Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию Суспензоиды (необратимые коллоиды, лиофобные коллоиды) – это растворы металлов, их соединений (оксидов, солей).

Дисперсная фаза Дисперсионная Структура частиц дисперсной фазы суспензоидов не отлисреда чается от структуры соответствующего компактного вещества и Газ Жидкость Твердое имеет молекулярную или ионную кристаллическую решетку. От Газ – Туманы Дымы, пыли, порошки суспензий они отличаются более высокой дисперсностью.



Жидкость Пены Эмульсии Суспензии, пасты Твердое Твердые пены Нет названия Нет названия Туманы и дымы носят общее название – аэрозоли. Дымы образуются при горении топлива и в результате других химиче- – молекулы ских реакций, например, при взаимодействии хлороводорода с аммиаком.

– ионы К эмульсиям относится обычное молоко и множество технических эмульсий, например, применяемых для смазки и охлаждения режущего инструмента (эмульсии машинного масла в воде).

Примером грубодисперсной суспензии служит строительный «раствор» (суспензия песка и цемента в воде), а мелкодисРис. 1. Мицелла суспензоидов персной – масляная краска (суспензия пигмента в олифе). При 5 мицелла Необратимыми их называют потому, что при выпариваимея дифильное строение, они склонны к адсорбции на понии растворов суспензоидов образующийся сухой осадок нельзя верхности твердых тел вновь перевести в золь при растворении.

Молекулярные коллоиды (обратимые, лиофильные) – Для суспензоидов характерно слабое взаимодействие меэто растворы природных или синтетических высокомолекуляржду дисперсной фазой и дисперсионной средой, поэтому их наных веществ (ВМС).

зывают лиофобные (от греч. лиос – жидкость, фобо – страх).

Растворы ВМС образуются самопроизвольно благодаря Для лиофобных коллоидов единицей структуры является сильному взаимодействию частиц дисперсной фазы с дисперсимицелла – сложный многокомпонентный агрегат переменного онной средой, поэтому их называют еще лиофильные (от греч.

состава, состоящий из десятков, сотен и более молекул (рис. 1).

лиос – жидкость, фило – люблю).

Мицеллярные (ассоциативные) коллоиды – это растворы, в которых коллоидные частицы возникают при агрегации (слиглобулы пании) дифильных молекул, т. е. молекул, содержащих полярные группы и неполярные углеводородные радикалы:

статические R – OH; R – COOH; R – COONa.

клубки В основном, это соли щелочных металлов высших жирных кислот (мыла), например, стеарат натрия:

Рис. 3. Молекулярные коллоиды С17Н35СООNa.

Молекулярные коллоиды способны сохранять устойчивость без стабилизаторов. Так как размер одной макромолекулы меняется от 10–8 м и более, то она и является структурной единицей лиофильных коллоидов. В результате внутримолекулярных превращений палочкообразная цепь макромолекулы может превращаться либо в деформированный стержень, либо в рыхлый или плотный клубок, или, в конечном счете, в глобулу – молекула (рис. 3). Форма макромолекулы определяется гибкостью цепи.

ПАВ 2. Способы получения коллоидных систем Рис. 2. Мицеллярные коллоиды Методы получения суспензоидов можно разделить на две Мицеллы таких коллоидных растворов представляют группы: дисперсионные и конденсационные.

собой скопление правильно расположенных молекул, удерМетод диспергирования заключается в измельчении крупживаемых преимущественно дисперсионными силами и ных частиц дисперсной фазы с помощью дробления в специальимеющих сферическую или пластинчатую форму (рис. 2).

ных коллоидных мельницах, помола, истирания, ультразвуковой Молекулы, образующие мицеллярные коллоиды, называют обработки и др. Таким способом получают в основном лиофобеще поверхностно активными веществами (ПАВ), так как, ные коллоиды.

7 Молекулярные и мицеллярные коллоиды получают путем 3. Свойства коллоидных систем обычного растворения дисперсной фазы в дисперсионной среде.

Основными свойствами, отличающими коллоидные системы Например, растворяя мыло в воде, можно получить раствор миот растворов и грубодисперсных систем, являются оптические, целлярных коллоидных частиц.

молекулярно-кинетические, электрокинетические, сорбционные и Метод конденсации состоит в получении нерастворимых структурно-механические. Рассмотрим некоторые из них.

соединений путем реакций обмена, гидролиза, окисления и восстановления в разбавленных растворах. Если один из компонен3.1. Оптические свойства тов реакции берется в избытке, то можно получить не осадки, а Оптические свойства исследуют, изучая взаимодействие коллоидные растворы. Например, в реакции света с веществом. Если частицы крупные, то проходящий свет AgNO3 + KCl AgCl + KNO3, отражается или преломляется. Если размер частиц меньше по коллоид ловины длины волны света, то наблюдается рассеяние прохообразуются молекулы хлорида серебра. Так как AgCl нерастворим дящего луча за счет дифракции, что характерно для истинных и в воде, его молекулы начинают объединяться в более крупные для коллоидных растворов. Интенсивность рассеяния света колчастицы и, если раствор разбавленный, то их размер останется на лоидными растворами значительно больше, чем для истинных, уровне коллоидных частиц (10–7 м), т. е. осадок не выпадет.

так как размер коллоидных частиц в 100 раз больше, чем молеК конденсационным методам относится также получение кул. Обнаружение в растворе пути луча источника света при суспензоидов путем замены растворителя. Например, если к рассмотрении раствора перпендикулярно к направлению этого водному раствору хлорида натрия прилить спирт, в котором луча позволяет отличить коллоидный раствор от истинного.





NaCl нерастворим, то можно получить коллоидный раствор.

Светорассеяние в коллоидных растворах проявляется в Еще одним необходимым для получения лиофобных колвиде опалесценции – матового свечения (обычно голубоватых лоидов условием является наличие в системе стабилизаторов – оттенков), которое хорошо заметно на тёмном фоне при боковеществ, препятствующих процессу самопроизвольного укрупвом освещении золя. С опалесценцией связано характерное для нения (коагуляции) коллоидных частиц. Поэтому устойчивые коллоидных систем явление – эффект Тиндаля: при пропускаколлоидные растворы содержат не менее трех компонентов:

нии пучка света через коллоидный раствор с направлений, пердисперсную фазу, дисперсионную среду и стабилизатор.

пендикулярных лучу, наблюдается образование в растворе свеЧаще всего в качестве стабилизаторов используют электящегося конуса.

тролиты, т. е. вещества, имеющие ионную природу, и молекулы высокомолекулярных веществ (белки, поливиниловый спирт). 3.2. Молекулярно-кинетические свойства Стабилизирующее действие электролитов заключается в Молекулярно-кинетические свойства (броуновское двитом, что их ионы создают пограничные слои между дисперсионжение, диффузия и седиментация) связаны с хаотическим тепной фазой и дисперсионной средой. Действие высокомолекулярловым движением частиц в системе.

ных веществ заключается в том, что макромолекула адсорбируется Броуновское движение тем больше, чем меньше размер на поверхности коллоидной частицы и создает структурночастиц. Для частиц размером больше, чем 103 нм хаотичное механический барьер, препятствующий укрупнению частиц.

движение прекращается. Наблюдения за броуновским движением 9 используют для определения размеров частиц дисперсной фазы. Рассмотрим строение коллоидной мицеллы на примере Скорость диффузии также зависит от размеров частиц и для гидрозоля иодида серебра, получаемого взаимодействием разколлоидных растворов скорость диффузии значительно меньше, бавленных растворов нитрата серебра и иодида калия:

чем для истинных растворов.

AgNO3 + KI AgI + KNO3.

Седиментацией называют свободное оседание частиц в вязкой среде под действием гравитации. Под действием гравиа 0 А б тации оседают только крупные частицы (более 103 нм). Очевид+ + – но, что чем тяжелее частица, тем выше скорость седиментации. – + + С + – Седиментационные процессы используют как для определения + + + – + размера частиц дисперсной фазы, так и для разделения суспен- – + + зий на фракции.

– + + + + + + Седиментации всегда противодействует диффузия, осуще- – + – + ствляемая под действием броуновского движения частиц. Соот- + + + + 4 – ношение между этими двумя процессами определяет кинетиче– + + + + скую устойчивость золей – способность коллоидных частиц х В D удерживаться во взвешенном состоянии, не подвергаясь седиАВ – межфазный -потенциал;

1 – ядро;

ментации.

СD – электрокинетический 2 – адсорбционная часть ДЭС;

-потенциал; «–» – потенциал3 – диффузная часть ДЭС;

3.3. Электрокинетические явления определяющие ионы;

4 – ДЭС;

Электрокинетическими явлениями называют перемеще…. – граница скольжения «+» – противоионы.

ние одной фазы относительно другой в электрическом поле и возникновение разности потенциалов на межфазной границе.

Рис. 4. Изменение потенциала в двойном электричеОни возникают благодаря существованию на границе мицелла – ском слое (б) коллоидной мицеллы (а) раствор двойного электрического слоя (ДЭС). Рассмотрим механизм его формирования. Коллоидная мицелла золя иодида серебра образована микВозникновение ДЭС обусловлено следующими факторами: на рокристаллом иодида серебра, который способен к избиратель+ поверхности твердого тела при его контакте с жидкостью возникает ной адсорбции из окружающей среды катионов серебра Ag или – избыточный электрический заряд; заряд компенсируется присутст- анионов йода I.

вующими в растворе ионами противоположного знака (противоиоДля случая адсорбции электролита Песковым и Фаянсом нами) и образуется ДЭС; образование ДЭС происходит самопроизбыло сформулировано следующее эмпирическое правило: на вольно, благодаря стремлению поверхностной энергии к минимуму.

поверхности кристаллического твердого тела из раствора Принято считать, что слой противоионов состоит из двух электролита специфически адсорбируется ион, который спочастей: адсорбционная часть (плотно прилегающий слой) – слой собен достраивать его кристаллическую решетку или может Гельмгольца; диффузионная часть, удерживающаяся около пообразовывать с одним из ионов, входящим в состав кристалла, верхности только за счет электростатических сил. Между этими малорастворимое соединение.

двумя слоями находится граница скольжения (рис. 4, а).

11 ядро Если реакция проводится в избытке иодида калия, то ядро нако на практике оно не совпадает. Благодаря этому любая межбудет адсорбировать ионы йода; при избытке нитрата серебра фазная граница имеет свой электрохимический потенциал, знак микрокристалл адсорбирует ионы серебра. В результате этого которого определяется избытком частиц определенного знака.

Pages:     || 2 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.