Физическая и коллоидная химия (стр. 12 )

Опыт 1. Получение гидрозолей серы и канифоли

Сера и канифоль растворяются в этаноле, образуя истинный раст­вор. В воде сера и канифоль практически нерастворимы, поэ­тому при добавлении воды к их спиртовому раствору (заме­на растворителя) молекулы конденсируются в более круп­ные агрегаты.

Для получения золя серы в пробирку наливают 5 мл дистиллированной воды и по каплям при взбалтывании добав­ляют насыщенный спиртовой раствор серы. Образуется мо­лочно-белый опалисцирующий золь.

Для получения золя канифоли берут 5–10 мл 2%-ного спиртового раствора канифоля и добавляют по каплям при энергичном взбалтывании к 100 мл дистиллированной воды. Образуется молочно-белый устойчивый золь. После опыта делаем соответствующий вывод.

Опыт 2. Получение золя Fe(OH)3 путем гидролиза

В стакан или колбу отмеривают 100 мл дистиллированной во­ды, ставят на сетку и нагревают до кипения. Затем в кипя­щую воду по каплям добавляют 5–10 мл 2%-ного раствора FeCl3. Получают коллоидный раствор гидроксида железа (III) интенсивного красно-коричневого цвета.

Поверхностные молекулы агрегата Fe(OH)3 вступают в реак­цию с НСl. В результате образуются молекулы FeOCl, которые диссоциируют на FeO + и Cl–.

Ионы FeO+ будут адсорбироваться на поверхности ядра коллоид­ных частиц, выступая в роли потенциалопределяющихся ио­нов. Схематически строение золя гидроксида железа (III) можно изобразить следующим образом:

{m[Fe(OH)3] nFeo+ (n – x) Cl–}x+ xCl–.

Полученный золь подвергают диализу.

Опыт 3. Очистка золей методом проточного диализа

Для диализа взять кусок целлофана, размочить его дистиллированной водой, поместить в стакан таким образом, чтобы можно было влить полученный в опыте 2 золь гидроксида железа, затем вставить стеклянную трубочку, завязать ве­ревочкой вокруг нее целлофан. Подвесить этот мешочек с зо­лем на стеклянной палочке в проточном диализаторе, вклю­чить приток и отток воды. Диализ проводить до полного уда­ления из золя хлорид-ионов (качественная реакция с нитра­том серебра в промывной воде). Пока идет диализ можно выполнять следующий опыт.

Опыт 4. Получение золя кремниевой кислоты по реак­ции

двойного обмена

Отмеривают в стакан 10–15 мл 5%-ного раствора силиката натрия. К раствору силиката при тщательном перемешивании приливают 10%-ный раствор НСl до слабокислой среды (проба синей лакмусовой бумаж­кой).

При этом протекает следующая реакция

Na2SiO3 + 2HCl = H2SiО3 + 2NaCl.

Труднорастворимая кремниевая кислота конденсируется в агрегаты. Часть молекул кремниевой кислоты, находящих­ся на поверхности агрегатов, диссоциирует с образованием мицеллы с двойным электрическим слоем:

{m[H2SiO3] nSiO32–- 2(n – x) H+}2х– 2хН+.

Опыт 5. Получение золя берлинской лазури методом

дис­пергирования (метод пептизации)

В пробирку к 5 мл 2%-ного раствора FeCl3 прибавляют 1 мл насыщенного раствора К4[Fе(СN)6]. Осадок отфильтровывают и промывают дистил­лированной водой, затем осадок на фильтре обрабатывают 3 мл 0,1 н. раствора щавелевой кислоты (пептизатор). На­блюдают фильтрующийся золь берлинской лазури, окрашен­ный в синий цвет. Полученная мицелла имеет следующую формулу:

{m[Fe4[Fe(CN)6]3] n[Fe(CN)6]–4 4 (n – x) H+ }4х– 4xН+.

Контрольные вопросы

1. Дайте характеристику дисперсных систем.

2. Чем отличаются коллоидные растворы от истинных?

3. Основные способы получения коллоидных растворов.

4. Способы очистки коллоидных растворов.

5. В чем сущность метода пептизации?

6. Что такое стабилизаторы? Их роль при получении золей.

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а 12. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ

СВОЙСТВА КОЛЛОИДНЫХ СИСТЕМ

Приборы и материалы: прибор для наблюдения электрофореза (U-образная трубка с электродами и штати­вом), выпрямитель переменного тока, очищенный золь гидроксида железа (III), глицерин в капельнице, 1%-ный раствор КСl, фуксин, метиленовый голубой, эозин, флуоресцеин и другие красители, полоски фильтровальной бумаги 2 × 25 см, де­ревянная планка, штатив, стаканчики на 50 мл, пипетки, кнопки.

Опыт 1. Определение знака заряда коллоидных частиц

методом электрофореза

U-образную трубку до половины за­полняют коллоидным раствором. В каждое отверстие трубки добавляют по пять капель глицерина и раствор перемешивают легким покачиванием. Закрепляют трубку в штативе и в оба колена на раствор из пипетки, прижав ее к стеклу, наслаи­вают по десять капель 1%-ного раствора КСl. Затем в отверстия трубки осторожно опускают электроды, соединенные с источ­ником постоянного тока. Электроды должны соприкасаться только с электролитом КСl. Напряжение постоянного тока должно быть в пределах 20–25 В. Через 5–6 мин наблюда­ют передвижение окрашенной жидкости к одному из полю­сов. Зная заряд электрода, определяют знак заряда коллоид­ной частицы. Зарисовать прибор, описать сущность электрофореза и причину передвижения коллоидных частиц в электрическом поле.

Опыт 2. Определение знака заряда коллоидных частиц

методом капиллярного анализа

Ряд веществ (целлюлоза, шелк, стекло, песок и др.) при погружении в воду заряжают­ся отрицательно. На этом явлении основан метод капилляр­ного анализа. При опускании конца полоски фильтровальной бумаги в воду она будет по капиллярам (вследствие сил по­верхностного натяжения) подниматься вверх. Если в воде находятся отрицательно заряженные коллоидные частицы, то они не притягиваются капиллярами поверхности бумаги и будут двигаться вверх. Если частицы имеют положитель­ный заряд, то они не будут подниматься, а осядут на поверх­ности бумаги. Это явление используют для определения зна­ка заряда золя. Этот метод особенно удобен для определе­ния заряда частиц красителей в их золях и в смесях. Так, при погружении кончика полоски фильтровальной бумаги в раствор, содержащий смесь метиленового голубого и флуоресцеина, по ней будет подниматься только желтый краси­тель – флуоресцеин.

На высоту и скорость капиллярного подъема влияет каче­ство фильтровальной бумаги. Для целей капиллярного ана­лиза лучше использовать толстую, рыхлую фильтровальную бумагу.

Ход работы. В стаканчики наливают растворы коллоидов и красителей – золь гидроксида железа и красителей: фук­сина метиленового голубого, эозина, флуоресцеина и т. д., опускают в них одинаковые полоски фильтровальной бумаги, верхние концы которых закрепляют на планке. Полоски бу­маги не должны касаться стенок стаканчиков. Через час из­меряют высоту подъема различных красителей и делают вы­вод о знаке заряда частиц.

Определение знака заряда коллоидных частиц методом ка­пиллярного анализа можно выполнять и другим способом.

Ход работы. На лист фильтровальной бумаги наносят каплю исследуемого золя или раствора красителя. После впитывания капли обнаруживается, что положительно заряжен­ные золи и основные красители дают окрашенное в центре и бесцветное по краям пятно, а отрицательно заряженные золи и кислые красители – равномерно до краев окрашенное пятно. Объясняется это тем, что отрицательно заряженная по отношению к воде бумага адсорбирует положительные частицы и не адсорбирует отрицательные. В данном опыте не­обходимо определить знак заряда золей гидроксида железа и различных красителей и разделить красители на основные и кислые.

Затем в пробирке смешивают два красителя (основной и кислый) по три капли, например, метиленового синего и флуо­ресцеина и одну каплю смеси наносят на фильтровальную бумагу. Получается пятно с различно окрашенными центром и краями. На основании данных опыта сделать вывод.

Контрольные вопросы

1. Что такое электрофорез и электроосмос?

2. Каково строение двойного электрического слоя?

3. Укажите различие между термодинамическим и электрокинетическим потенциалом?

4. Как определяют дзета-потенциал? Какова зависимость между величиной дзета-потенциала и устойчивостью колло­идной системы?

5. Какими путями идет возникновение потенциала на кол­лоидной частице?

6. Какие ионы называют потенциалопределяющими, а ка­кие противоионами?

7. Что такое адсорбционный и диффузный слой?

8. Какими способами можно определить заряд коллоид­ной частицы?

9. Чем характеризуется изоэлектрическое состояние? На­писать формулу мицеллы кремниевой кислоты в изоэлектрическом состоянии.

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а 13. КОАГУЛЯЦИЯ

КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТАМИ

Реактивы и материалы: очищенный золь гидроксида железа (III), три колбочки или стаканчика на 50–100 мл, пипетка на 10 мл, три бюретки с растворами: 3 н. КСl, 0,01 н. K2SО4, 0,001 н. K3[Fe(CN)6].

Опыт 1. Коагуляция золя гидроксида железа электроли­тами

В три стаканчика или колбочки отмеривают пипеткой по 10 мл золя гидроксида железа. Затем поочередно в каж­дый стаканчик (колбочку) приливают по каплям при встря­хивании растворы электролитов из бюреток (3 н. КСl, 0,01 н. К2SО4 и 0,001 н. К3[Fе(СN)6]) до появления признаков коа­гуляции. Таким признаком в данном опыте является малей­шее помутнение раствора. Полученные данные записывают в таблицу.

Электролиты и их концентра­ция	Количество электролита, пошедшего на коагуля­цию, мл	Порог коагуляции Ск, ммоль/л	Количество электролита в пересчете на 0,001 н. концентрацию, мл	Логарифмы числа мил­лилитров
3 н. KCl
0,01 н. K2SO4
0,001 н. K3[Fe(CN)6]

Величину порога коагуляции рассчитывают по уравнению:

,

где Ск – порог коагуляции, ммоль/л;

Nэл – нормальная концентрация электролита;

Vэл – объем электролита, пошедшего на коагуляцию, мл;

Vзоля – объем взятого для коагуляции золя, мл.