(3)
Для предотвращения агрегации частиц и защиты гидрозолей и гидросуспензий от коагулирующего действия электролитов применяют высокомолекулярные соединения (ВМС) и коллоидные поверхностно-активные вещества (ПАВ), растворимые в воде, например: белки, мыла, крахмал, декстрин. Явление повышения порогов коагуляции (увеличение устойчивости золя) при добавлении ВМС называют коллоидной защитой. Явление понижения порогов коагуляции называют сенсибилизацией.
Стабилизирующее действие лиофильных коллоидов основано на образовании на поверхности частиц дисперсной фазы адсорбционных гелеобразных пленок и связано как с уменьшением межфазного натяжения, так и со структурно-механическими свойствами поверхностных слоев.
Для защиты необходимо очень незначительное и строго определенное количество лиофильного коллоида, достаточное для покрытия поверхности лиофобных частиц. Дальнейшее добавление лиофильного коллоида не оказывает влияния на устойчивость системы.
Коллоид, адсорбировавший на себе частицы лиофильного коллоида (защищенный ими), принимает все его свойства. Защитное действие лиофильных коллоидов зависит от индивидуальных свойств и неодинаково у разных представителей этого класса.
Защитная способность полимеров и ПАВ относительно выбранного золя характеризуется защитным числом S – количеством вещества, требуемого для стабилизации единицы объема золя. Защитное число S, как и порог коагуляции СК, определяют методом турбидиметрии. Защитное число S (г/л золя) вычисляют по уравнению
S = (ССТVЗАЩ)/VЗ (4)
ССТ – концентрация раствора стабилизатора г/л; VЗАЩ – объем раствора стабилизатора, необходимый для предотвращения коагуляции золя, мл.
Выполнение работы
В конической колбе нагревают до кипения 170 мл дистиллированной воды. Не снимая колбы с плитки, приливают по каплям 30 мл 2 % раствора хлорного железа. Получается коллоидный раствор гидроксида железа интенсивного красно-коричневого цвета. Охлаждают до комнатной температуры. Порог коагуляции определяется при добавлении к золю следующих солей: NaCl, K2SO4, K3[Fe(CN)6].
Определение порогов коагуляции
1 метод:
Производят три серии разбавлений для каждой соли. Растворы солей в первой серии разбавляются дистиллированной водой в отношении 1:1, 1:2, 1:4, 1:8, 1:16, и в каждую из пробирок с золем добавляют по 1 мл раствора соли различной концентрации. Причем предварительно наливают в чистые пробирки 4 мл золя для K2SO4 и K3[Fe(CN)6] и 1 мл золя для NaCl.
После прибавления растворов солей пробирки с золем несколько раз встряхивают. Пробирки группируют в штативах в ряд от низкой к более высокой. Отмечают пробирки, в которых произошла явная коагуляция. Затем для каждой соли готовят другую серию разбавлений так, чтобы концентрации растворов находились между двумя значениями концентраций, где произошла коагуляция и где нет. Вторично замечают пробирку с наименьшим количеством соли, где наступила явная коагуляция. Для получения более точного значения порога коагуляции рекомендуется провести третью серию разбавления и опыт с ней.
Результаты наблюдения записывают в таблицу 1, следующими условными обозначениями: отсутствие коагуляции – “-’’; помутнение – “+”; сильное помутнение и выпадение осадка – “++”.
Таблица 1.
Соли | Серия разбавлений | ||||
Первая серия | 1:1 | 1:2 | 1:4 | 1:8 | 1:16 |
K2SO4 | |||||
K3[Fe(CN)6] | |||||
NaCl | |||||
Вторая серия | |||||
K2SO4 | |||||
K3[Fe(CN)6] | |||||
NaCl | |||||
Третья серия | |||||
K2SO4 | |||||
K3[Fe(CN)6] | |||||
NaCl |
Определяют порог коагуляции по формуле:
g = СЭ/(1+a)×(1+b), (5)
где a – количество мл золя; b – количество мл соли; СЭ– концентрация раствора электролита, моль/л. Записывают результаты вычислений в табл. 2.
Таблица 2.
Формула электролита | Концентрация раствора электролита Сэ,, моль/л | Количество электролита (мл), необходимое для коагуляции, g (5) | Количество электролита V (мл), необходимое для коагуляции в пересчете на концентрацию 10-6 , V = g×СЭ×106 | lgV |
NaCl | 5 | |||
K2SO4 | 0,05 | |||
K3[Fe(CN)6] | 0,008 |
Полученные результаты следует перенести на график, откладывая на оси абсцисс lgV, а на оси ординат величины обратные значению валентности коагулирующих ионов (1/n) (см. рис. 2).
Таким образом, можно получить наглядное представление о том что, с уменьшением числа зарядов коагулирующих ионов, возрастает количество электролита, необходимое для коагуляции.
2 метод:
Определяют порог коагуляции титрованием золя раствором электролита. В 6 пробирок одинакового диаметра наливают из бюретки по 5 мл приготовленного золя. Пробирки ставят в штатив. В начале проводят коагуляцию золя электролитом с однозарядным ионом – коагулятором. Для этого берут в руку две пробирки с золем и прибавляют каплями из бюреток в одну – электролит, в другую (контрольную пробирку) – воду. Пробирки встряхивают, каждый раз сравнивая титруемый золь с контрольной пробиркой. Наблюдения проводят путем одновременного просматривания обеих пробирок в проходящем свете настольной лампы или сверху через толщу раствора. Отмечают визуальные признаки коагуляции (помутнение или образование хлопьев) и фиксируют по бюретке отвечающий ей объем электролита. Опыт повторяют два раза с оставшимися четырьмя пробирками. Затем аналогично проводят коагуляцию электролитами, содержащими двух - и трехзарядные ионы – коагуляторы.
Экспериментальные данные заносят в табл. 3.
Таблица 3.
Формула электролита | Концентрация электролита, СЭ, моль/л | Объем электролита VЭ, мл | Объем электролита V (мл), необходимый для коагуляции в пересчете на концентрацию 10-6 , V = VЭ×СЭ×106 | lgV |
NaCl | 5 | |||
K2SO4 | 0,05 | |||
K3[Fe(CN)6] | 0,008 |
Полученные результаты следует перенести на график, откладывая на оси абсцисс lgV, а на оси ординат величины обратные значению валентности коагулирующих ионов (1/n).
 |
 |
1/n
 |
lgV
Рис. 2. Влияние заряда иона-коагулятора на его коагулирующую способность.
Таким образом, можно получить наглядное представление о том, что с уменьшением числа зарядов коагулирующих ионов, возрастает количество электролита, необходимое для коагуляции.
Порог коагуляции и коагулирующую способность рассчитывают по уравнению (2) и (3). Расчетные данные записывают в табл. 4.
Таблица 4.
Формула электролита | Концентрация электролита СЭ, моль/л | Объем электролита VЭ, мл | СК, моль/л (формула 2) | Р (формула 3) |
NaCl | 5 | |||
K2 SO4 | 0,05 | |||
K3 [Fe(CN)6] | 0,008 |
Получив значения точного порога коагуляции для всех электролитов, выводят правило значности, для чего найденные значения порогов делят на наименьший порог коагуляции. Сопоставляют экспериментальное соотношение порогов коагуляции с теоретическим, вычисленным по правилу Дерягина – Ландау, согласно которому:
Ск NaCl : Ск K2SO4 : Ск K3[Fe(CN)6] = 1 : 0,024 : 0,0017 (поделим все значения на 0,0017).
Ск NaCl : Ск K2SO4 : Ск K3[Fe(CN)6] = 729 : 11 : 1.
Проводят анализ результатов, сопоставления и делают вывод.
Коллоидная защита
Изучают влияние концентрации защитного высокомолекулярного вещества (ВМВ) на величину порога коагуляции. Берут 5 пронумерованных пробирок. В четыре из них (№ 2-5) наливают по 1 мл воды. В пробирки № 1-2 помещают по 1 мл раствора ВМВ (0,5 %). Смесь воды и ВМВ в пробирке 2 тщательно перемешивают и 1 мл переносят в пробирку 3. После перемешивания раствора 1 мл из пробирки 3 переносят в пробирку 4, откуда 1 мл смеси после перемешивания удаляют. Таким образом, во всех пробирках оказывается по 1 мл жидкости, причем в первых четырех концентрация ВМВ последовательно уменьшается. В пробирке 5 ВМВ отсутствует. Затем во все 5 пробирок наливают по 5 мл золя и встряхивают, после чего приступают к определению порогов коагуляции, начиная с незащищенного золя в пробирке 5.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 |
Основные порталы (построено редакторами)