Электрокинетические свойства ДС

8 Электрокинетические свойства ДС

8.1 Примеры решения задач

Пример 1. Коллоидный раствор берлинской лазури, применяемой в качестве красителя, получается по следующей реакции обмена:

4FeCl3 + 3K4[Fe(CN)6] = Fe4[Fe(CN)6]3 + 12KCl.

Напишите мицеллярные формулы золя берлинской лазури Fe4[Fe(CN)6]3 для двух случаев: 1) если в избытке взят хлорид железа (III), 2) если в избытке взят гексацианоферрат (II) калия. В каждом случае определите заряд гранулы.

Решение:

В обоих случаях ядро коллоидной частицы золя состоит из агрегата молекул Fe4[Fe(CN)6]3. Различия заключаются в природе избирательно адсорбируемых ядром потенциалопределяющих ионов, взятых в избытке, и соответствующих им противоионов, расположенных в адсорбционном и диффузном слоях мицеллы.

В первом случае, при избытке хлорида железа (III), в растворе присутствуют ионы Fe3+, Cl - и K+. В соответствии с правилом Панета-Фаянса избирательно адсорбируются ионы Fe3+, а противоионами в образующемся двойном электрическом слое будут отрицательно заряженные хлорид-ионы. Учитывая стехиометрические соотношения, формулу мицеллы в первом случае следует написать в следующем виде:

{(mFe4[Fe(CN)6]3) ∙ nFe3+ 3(n - x)Cl-}+3x 3xCl-.

Заряд гранулы (коллоидной частицы) в этом случае положительный.

Во втором случае, при избытке K4[Fe(CN)6], в растворе присутствуют ионы K+, Cl - и [Fe(CN)6]4-, из которых в качестве потенциалопределяющих должны избирательно адсорбироваться отрицательные ионы [Fe(CN)6]4-, а в качестве противоионов будут положительные ионы калия. Мицеллярная формула золя в этом случае имеет вид:

{(mFe4[Fe(CN)6]3) ∙ n[Fe(CN)6]4- 4(n - x)K+}-4x 4xK+.

Во втором случае заряд гранулы (коллоидной частицы)отрицательный.

Пример 2. Рассчитайте ξ-потенциал частиц полистирольного латекса: смещение цветной границы золя при электрофорезе составляет а = 2,5∙10-2 м за время τ = 60 мин. Напряжение, приложенное к концам электродов Е = 115 В. Расстояние между электродами l = 0.55 м. Диэлектрическая проницаемость среды равна 81. Вязкость среды η = 1.10-3 Па⋅с. Электрическая постоянная ε0 = 8,85∙10-12 Ф/м.

Решение.

Из уравнения Гельмгольца – Смолуховского

,

где U0 − линейная скорость движения частиц дисперсной фазы (скорость перемещения границы раздела фаз), м/с;

ε0 − универсальная электрическая постоянная, Ф/м;

ε – диэлектрическая проницаемость дисперсионной среды;

η – вязкость дисперсионной среды, Па∙с;

Е/l – напряженность электрического поля, В/м;

ζ – электрокинетический потенциал, В.

По условию задачи U0 = а/τ = 2,5∙10-2/3600 = 6,94 ∙10-6 м/с.

8.2 Задачи для самостоятельного решения

ВАРИАНТ №1

1.  Составьте формулу мицеллы золя, полученного в результате реакции обмена при сливании 10 мл 0,008н. раствора CoCl2 и 7 мл 0,005н. раствора NaOH. Вычислите величину ζ-потенциала для данного золя, если его электрофорез протекал при напряженности внешнего электрического поля 500 В/м. Перемещение частиц за 10 мин. составило 12 мм в среде с вязкостью 10-3 Па·с. К какому электроду перемещались частицы дисперсной фазы?

2.  Порог коагуляции золя Al2O3 с отрицательно заряженными коллоидными частицами хлоридом калия γ(KCl) составляет 4,2·10-2 моль/дм3. Определите порог коагуляции этого золя электролитами: а) СаCl2, б) Al(NO3)3, в) Na2SO4. Выберите из предложенных солей наиболее эффективный электролит-коагулянт.

ВАРИАНТ №2

1.  Составьте формулу мицеллы золя, полученного в результате реакции обмена при сливании 7 мл 0,009н. раствора Mg(NO3)2 и 6 мл 0,0015н. раствора KOH. Вычислите величину ζ-потенциала для данного золя, если его электрофорез протекал при напряженности внешнего электрического поля 450 В/м. Перемещение частиц за 20 мин. составило 42 мм в среде с вязкостью 10-3 Па·с. К какому электроду перемещались частицы дисперсной фазы?

2.  Порог коагуляции золя Fe(OH)3 с положительно заряженными коллоидными частицами сульфатом натрия γ(Na2SO4) составляет 1,2·10-3 моль/дм3. Определите порог коагуляции этого золя электролитами: а) NaCl, б) K3PO4, в) Ni(NO3)2. Выберите из этих солей наиболее эффективный коагулянт.

ВАРИАНТ №3

1.  Составьте формулу мицеллы золя, полученного в результате реакции обмена при сливании 6 мл 0,0055н. раствора CaCl2 и 5 мл 0,0085н. раствора K2CO3. Вычислите величину ζ-потенциала для данного золя, если его электрофорез протекал при напряженности внешнего электрического поля 200 В/м. Перемещение частиц за 20 мин. составило 10 мм в среде с вязкостью 10-3 Па·с. К какому электроду перемещались частицы дисперсной фазы?

2.  Порог коагуляции золя сульфида мышьяка с отрицательно заряженными коллоидными частицами хлоридом алюминия γ(AlCl3) составляет 1,3·10-4 моль/дм3. Определите порог коагуляции этого золя электролитами: а) KCl, б) Ca(NO3)2, в) Na2SO4.

ВАРИАНТ №4

1.  Составьте формулу мицеллы золя, полученного в результате реакции обмена при сливании 12 мл 0,008н. раствора CuCl2 и 8 мл 0,006н. раствора Na2S. Вычислите величину ζ-потенциала для данного золя, если его электрофорез протекал при напряженности внешнего электрического поля 300 В/м. Перемещение частиц за 18 мин. составило 15 мм в среде с вязкостью 10-3 Па·с. К какому электроду перемещались частицы дисперсной фазы?

2.  Порог коагуляции золя Al(OН)3 с положительно заряженными коллоидными частицами нитратом натрия γ(NaNO3) составляет 2,7·10-2 моль/дм3. Определите порог коагуляции этого золя следующими электролитами: а) К2SO4, б) К3РO4, в) ZnCl2.

ВАРИАНТ №5

1.  Составьте формулу мицеллы золя, полученного в результате реакции обмена при сливании 5 мл 0,002н. раствора KI и 9 мл 0,005н. раствора Pb(NO3)2. Вычислите величину ζ-потенциала для данного золя, если его электрофорез протекал при напряженности внешнего электрического поля 200 В/м. Перемещение частиц за 12 мин. составило 16 мм в среде с вязкостью 10-3 Па·с. К какому электроду перемещались частицы дисперсной фазы?

2.  Порог коагуляции золя сульфида серебра с отрицательно заряженными коллоидными частицами хлоридом кальция γ(CaCl2) составляет 5,3·10-3 моль/дм3.С помощью правила Шульце-Гарди рассчитайте пороги коагуляции данного золя следующими электролитами: а) Na2SO4, б) Al(NO3)3, в) ZnCl2. Выберите из предложенных солей наиболее эффективный электролит-коагулянт.

ВАРИАНТ №6

1.  Cоставьте формулу мицеллы золя, полученного в результате реакции обмена при сливании 14 мл 0,007н. раствора ZnSO4 и 6 мл 0,004н. раствора Na2OH. Вычислите величину ζ-потенциала для данного золя, если его электрофорез протекал при напряженности внешнего электрического поля 400 В/м. Перемещение частиц за 15 мин. составило 20 мм в среде с вязкостью 10-3 Па·с. К какому электроду перемещались частицы дисперсной фазы?

2.  Порог коагуляции частиц каолина с отрицательно заряженными коллоидными частицами хлоридом кальция γ(СaCl2) составляет 5,0·10-3 моль/дм3. Определите пороги коагуляции этого золя электролитами: а) KCl, б) Al(NO3)3, в) K3PO4.

ВАРИАНТ №7

1.  Составьте формулу мицеллы золя, полученного в результате реакции обмена при сливании 15 мл 0,008н. раствора AlCl3 и 7 мл 0,003н. раствора Na3PO4. Вычислите величину ζ-потенциала для данного золя, если его электрофорез протекал при напряженности внешнего электрического поля 450 В/м. Перемещение частиц за 10 мин. составило 16 мм в среде с вязкостью 10-3 Па·с. К какому электроду перемещались частицы дисперсной фазы?

2.  Порог коагуляции золя серебра с положительно заряженными коллоидными частицами фосфатом калия γ(К3PO4) составляет 2,9·10-4 моль/дм3. С помощью правила Шульце-Гарди рассчитайте пороги коагуляции данного золя следующими электролитами: а) NаCl, б) K2SO4, в) Al(NO3)3.

ВАРИАНТ №8

1.  Составьте формулу мицеллы золя, полученного в результате реакции обмена при сливании 10 мл 0,004н. раствора Na2S и 7 мл 0,015н. раствора CuCl2 Вычислите величину ζ-потенциала для данного золя, если его электрофорез протекал при напряженности внешнего электрического поля 200 В/м. Перемещение частиц за 25 мин. составило 34 мм в среде с вязкостью 10-3 Па·с. К какому электроду перемещались частицы дисперсной фазы?

2.  Частицы золя, как было установлено экспериментально, передвигаются в электрическом поле к отрицательному электроду. Порог коагуляции этого золя хлоридом кальция γ(СaCl2) составляет 2,8·10-3 моль/дм3. Рассчитайте пороги коагуляции этого золя следующими электролитами: а) Al(NO3)3, б) К2SO4, в) Na3PO4. Какой из предложенных электролитов будет наиболее эффективным коагулянтом данного золя?

ВАРИАНТ №9

1.  Составьте формулу мицеллы золя, полученного в результате реакции обмена при сливании 6 мл 0,005н. раствора KOH и 17 мл 0,009н. раствора AlCl3. Вычислите величину ζ-потенциала для данного золя, если его электрофорез протекал при напряженности внешнего электрического поля 300 В/м. Перемещение частиц за 13 мин. составило 15 мм в среде с вязкостью 10-3 Па·с. К какому электроду перемещались частицы дисперсной фазы?

2.  Золь хлорида серебра с отрицательно заряженными коллоидными частицами скоагулировал после добавления к нему K3PO4 в количестве равном 0,21·10-3 моль/дм3. Рассчитайте пороги коагуляции этого золя следующими электролитами: а) NaNO3, б) Ca(NO3)2, в)Al(NO3)3.

ВАРИАНТ №10

1.  Составьте формулу мицеллы золя, полученного в результате реакции обмена при сливании 10 мл 0,015н. раствора Pb(NO3)2 и 7 мл 0,005н. раствора KI. Вычислите величину ζ-потенциала для данного золя, если его электрофорез протекал при напряженности внешнего электрического поля 300 В/м. Перемещение частиц за 9 мин. составило 18 мм в среде с вязкостью 10-3 Па·с. К какому электроду перемещались частицы дисперсной фазы?

2.  Порог коагуляции золя cульфида серебра с отрицательно заряженными частицами нитратом алюминия γ(Al(NO3)3) составляет 4,3·10-4 моль/дм3. Определите порог коагуляции этого золя электролитами: а) KNO3, б) Са(NO3)2, в) K2SiO3.

ВАРИАНТ №11

1.  Составьте формулу мицеллы золя, полученного в результате реакции обмена при сливании 10 мл 0,0108н. раствора FeCl3 и 7 мл 0,003н. раствора NaOH. Вычислите величину ζ- потенциала для данного золя, если его электрофорез протекал при напряженности внешнего электрического поля 500 В/м. Перемещение частиц за 20 мин. составило 28 мм в среде с вязкостью 10-3 Па·с. К какому электроду перемещались частицы дисперсной фазы?

2.  Порог коагуляции золя йодида серебра с отрицательно заряженными частицами нитратом лития γ(LiNO3) составляет 1,65·10-3 моль/дм3. Определите порог коагуляции этого золя электролитами: а) Ba(NO3)2, б) Al(NO3)3, в) Li2SO4.

ВАРИАНТ №12

1.  Составьте формулу мицеллы золя, полученного в результате реакции обмена при сливании 10 мл 0,008н. раствора BaCl2 и 7 мл 0,005н. раствора K2SO4. Вычислите величину ζ-потенциала для данного золя, если его электрофорез протекал при напряженности внешнего электрического поля 300 В/м. Перемещение частиц за 14 мин. составило 19 мм в среде с вязкостью 10-3 Па·с. К какому электроду перемещались частицы дисперсной фазы?

2.  В три колбы налито по 0,1 л золя гидроксида железа. Для того, чтобы вызвать коагуляцию золя, потребовалось добавить в первую колбу 0,01л 1н. NH4Cl, во вторую – 0,063л 0.01н. Na2SO4, в третью – 0,037л 0,001н. Na3PO4. Вычислите порог коагуляции каждого электролита и определите знак заряда частиц золя.

ВАРИАНТ №13

1.  Составьте формулу мицеллы золя, полученного в результате реакции обмена при сливании 15 мл 0,008н. раствора NiCl2 и 7 мл 0,0026н. раствора KOH. Вычислите величину ζ-потенциала для данного золя, если его электрофорез протекал при напряженности внешнего электрического поля 200 В/м. Перемещение частиц за 8 мин. составило 11 мм в среде с вязкостью 10-3 Па·с. К какому электроду перемещались частицы дисперсной фазы?

2.  В три колбы налито по 0,01 л золя хлорида серебра. Для того, чтобы вызвать коагуляцию золя, потребовалось добавить в первую колбу 0,002л 1н. NaNO3, во вторую – 0,012л 0.01н. Ca(NO3)2, в третью – 0,007л 0,001н. Al(NO3)3. Вычислите порог коагуляции каждого электролита и определите знак заряда частиц золя

ВАРИАНТ №14

1.  Составьте формулу мицеллы золя, полученного в результате реакции обмена при сливании 9 мл 0,007н. раствора K2SO4 и 7 мл 0,004н. раствора Ba(NO3)2. Вычислите величину ζ-потенциала для данного золя, если его электрофорез протекал при напряженности внешнего электрического поля 500 В/м. Перемещение частиц за 11 мин. составило 18 мм в среде с вязкостью 10-3 Па·с. К какому электроду перемещались частицы дисперсной фазы?

2.  Для коагуляции0,05л золя сульфида мышьяка можно добавить один из следующих растворов электролитов: 0,05л 2н. NaCl; 0,005л 0,03н. Na2SO4; 0,004л 0.0005н. Na4[Fe(CN)6]. У какого из приведенных электролитов наименьший порог коагуляции? как заряжены частицы золя?

ВАРИАНТ №15

1.  Составьте формулу мицеллы золя, полученного в результате реакции обмена при сливании 11 мл 0,008н. раствора Na2S и 6 мл 0,005н. раствора CuCl2. Вычислите величину ζ-потенциала для данного золя, если его электрофорез протекал при напряженности внешнего электрического поля 400 В/м. Перемещение частиц за 12 мин. составило 16 мм в среде с вязкостью 10-3 Па·с. К какому электроду перемещались частицы дисперсной фазы?

2.  Как расположатся пороги коагуляции электролитов CrCl3, Ba(NO3)2, K2SO4 для золя кремниевой кислоты частицы которого заряжены отрицательно?

ВАРИАНТ №16

1.  Составьте формулу мицеллы золя, полученного в результате реакции обмена при сливании 10 мл 0,008н. раствора MgSO4 и 8 мл 0,005н. раствора Pb(NO3)2. Вычислите величину ζ-потенциала для данного золя, если его электрофорез протекал при напряженности внешнего электрического поля 200 В/м. Перемещение частиц за 10 мин. составило 11 мм в среде с вязкостью 10-3 Па·с. К какому электроду перемещались частицы дисперсной фазы?

2.  Порог коагуляции AlCl3 для золя оксида мышьяка равен 0,093 ммоль/л. Какой концентрации нужно взять раствор AlCl3, чтобы 0,0008л его хватило для коагуляции 0,025л золя?

ВАРИАНТ №17

1.  Составьте формулу мицеллы золя, полученного в результате реакции обмена при сливании 10 мл 0,008н. раствора K2SiO3 и 7 мл 0,005н. раствора Ca(NO3)2. Вычислите величину ζ-потенциала для данного золя, если его электрофорез протекал при напряженности внешнего электрического поля 500 В/м. Перемещение частиц за 10 мин. составило 12 мм в среде с вязкостью 10-3 Па·с. К какому электроду перемещались частицы дисперсной фазы?

2.  Как изменится порог коагуляции электролита для золя бромида серебра, частицы которого заряжены положительно, если для коагуляции 0,1л золя вместо 0.0015л 0,1н. K2SO4 взят раствор Fe(NO3)2.

ВАРИАНТ №18

1.  Составьте формулу мицеллы золя, полученного в результате реакции обмена при сливании 7 мл 0,009н. раствора Co(NO3)2 и 6 мл 0,001н. раствора KOH. Вычислите величину ζ-потенциала для данного золя, если его электрофорез протекал при напряженности внешнего электрического поля 450 В/м. Перемещение частиц за 20 мин. составило 42 мм в среде с вязкостью 10-3 Па·с. К какому электроду перемещались частицы дисперсной фазы?

2.  Порог коагуляции раствора KNO3 для золя гидроксида алюминия, частицы которого заряжены положительно, равен 60,0 ммоль/л. Вычислите пороги коагуляции K2SO4 и K3[Fe(CN)6] для этого золя.

ВАРИАНТ №19

1.  Составьте формулу мицеллы золя, полученного в результате реакции обмена при сливании 6 мл 0,0055н. раствора SnCl2 и 5 мл 0,008н. раствора K2S. Вычислите величину ζ-потенциала для данного золя, если его электрофорез протекал при напряженности внешнего электрического поля 200 В/м. Перемещение частиц за 15 мин. составило 10 мм в среде с вязкостью 10-3 Па·с. К какому электроду перемещались частицы дисперсной фазы?

2.  Вычислите порог коагуляции раствора сульфата натрия, если добавление 0,003л 0,1н Na2SO4 вызывает коагуляцию 0,015л золя.

ВАРИАНТ №20

1.  Составьте формулу мицеллы золя, полученного в результате реакции обмена при сливании 12 мл 0,008н. раствора CuCl2 и 8 мл 0,006н. раствора Na2SO3. Вычислите величину ζ-потенциала для данного золя, если его электрофорез протекал при напряженности внешнего электрического поля 300 В/м. Перемещение частиц за 18мин. составило 15 мм в среде с вязкостью 10-3 Па·с. К какому электроду перемещались частицы дисперсной фазы?

2.  Какой объем 0,002н. Fe(NO3)2 требуется для коагуляции 0,025л золя сульфида мышьяка, если порог коагуляции нитрата железа (II) равен 0,057 ммоль/л?