Физическая и коллоидная химия (стр. 14 )

Раствор	Номер пробирки
1	2	3	4	5
0,1 н. раствор СН3СООNa	9	7	5	3	1
0,1 н. раствор СН3СООН	–	2	4	6	8
Золь казеина, мл	1	1	1	1	1
рН смеси	3,8	4,4	4,7	5,1	5,7
Степень мутности

Опыт 3. Изучение защитного действия ВМС

Оттитро­вать 10 мл очищенного золя Fe(OH)3 раствором(NH4)2SO4 с молярной концентрацией 0,02 моль/л до помутнения раст­вора.

В другой пробирке к 10 мл золя Fe(OH)3 добавить 1 мл 0,5%-ного раствора желатина. Перемешать и добавить такой же объем раствора, как и пошедший на титрование в пер­вом случае. Отметить, наступило ли помутнение.

В третьей пробирке к 10 мл золя Fe(OH)3 добавить так­же 1 мл 0,5%-ного раствора желатина и небольшое количе­ство сухой соли (NH4)2SO4. Проявляется ли защитное дейст­вие? Опишите явление и сделайте вывод о защитном действии желатина.

Контрольные вопросы

1. В чем отличие ВМС от истинных коллоидных растворов?

2. Назовите важнейшие высокомолекулярные электролиты и приведите уравнения их диссоциации в кислых и нейтраль­ных средах.

3. Что называется изоэлектрическим состоянием и изо­электри-ческой точкой?

4. Объясните свойства растворов амфотерных полиэлект­ролитов в зависимости от рН среды.

5. Что такое высаливание ВМС и лиотропные ряды выса­ливания?

6. В чем сущность явления защитного действия золей?

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а 15. ГЕЛИ И СТУДНИ

Гелями и студнями называются твердообразные структу­ры, образованные коллоидными частицами или макромолеку­лами полимеров в форме пространственных сеток, ячейки ко­торых обычно заполнены дисперсионной средой.

Гели – это золи, потерявшие агрегативную устойчивость, но сохранившие кинетическую. Они бывают хрупкие и эластич­ные. Хрупкие гели – это гетерогенные системы, образован­ные коллоидными частицами: Аl(ОН)3, Fe(OH)3, Sn(OH)4, H2SiО3 и т. д. При высушивании их объем мало изменяется и образуются жесткие, сильнопористые структуры. Этот процесс необратим. Эла­стичные гели или студни образованы макромолекулами ВМС (желатин, агар-агар, каучук, полиэтилен и т. д.).

Студни – это гомогенные системы. При высушивании они изменяют объем, но сохраняют эластичность. Студни явля­ются обратимыми системами. Они сохраняют способность к набуханию с восстановлением первоначальных свойств. Про­цесс образования студня называется студнеобразованием. Процесс студнеобразования имеет большое значе­ние в биологии, так как клетки животных и растительных организмов в значительной части состоят из студней.

Гели и студни обладают рядом общих структурно-меха­нических свойств, в них протекают процессы диффузии, они характеризуются явлениями тиксотропии и синерезиса.

Тиксотропия – это явление изотермического перехода: гель ↔ золь, студень ↔ ВМС.

Синерезис – это разделение геля или студня на две фа­зы. Оно происходит под влиянием электролитов, температуры или самопроизвольно при старении гелей и студней. У студ­ней синерезис часто обратим.

Гели отличаются от студней тем, что первые не способны к набуханию. Набухание – это самопроизвольный процесс поглощения студнем или высокополимером больших коли­честв жидкости с увеличением объема. Набухание является избирательным процессом, протекающим только в тех жид­костях, которые по отношению к ним служат растворителя­ми. Различают два вида набухания:

1) ограниченное, при котором высокополимер поглощает определенный объем жидкости, но не растворяется в ней. На­пример, набухание зерен в воде, вулканизированного каучука в бензине;

2) неограниченное, при котором высокополимер полностью растворяется в жидкости. Например, набухание каучука в бензине, альбумина в воде.

Процесс набухания зависит от природы высокополимера, температуры, внешнего давления, реакции среды и присутст­вия электролита, а также от формы и степени измельченности образца.

Для белков минимальная степень набухания проявляется в ИЭТ, так как в ней электрический заряд белка и степень гидратации минимальны. Нейтральные соли оказывают заметное влияние на набу­хание, особенно анионы. По действию на набухание анионы располагают в лиотропный ряд: CHS– > J– > Br > Cl– > СН3СОО– > SO42–. Анионы, стоящие до Cl–, усиливают набухание высокополимера, а после – уменьшают его. Набухание характеризуется степенью набухания К.

Приборы и материалы: 0,5%-ный раствор желатина, казеин, 0,1 М растворы CH3COONa, 0,1 М раство­ры СН3СООН, 1 М растворы K2SO4, СH3COOK, KCl, H2O, KBr, KSCN, штатив с пробирками, прибор ЛГУ.

Опыт 1. Измерение набухания желатина в воде

с по­мощью прибора ЛГУ

На аналитических весах взвешивают кусочек желатина с приблизительной массой 0,01 г. В шар с отверстием наливают дистиллированную воду и переливают ее во второй шар, отмечая ее уровень на градуированной трубке (не ниже второго деления). Затем воду снова пере­ливают в первый шар, в котором на выступе закрепляют ку­сочек желатина.

Через 1,5–2 ч воду перегоняют во вто­рой шар, делают отсчет и определяют массу набухшего же­латина (1 мл воды имеет массу 1 г):

,

где V – объем после набухания;

V0 – объем до набухания.

Опыт 2. Зависимость степени набухания желатина

от рН раствора

В шести пробирках приготавливают ацетатные буферные растворы и рассчитывают значение рН для каждо­го из них.

Схема приготовления следующая. В шесть градуирован­ных пробирок насыпают по 1 мг сухого порошка желатина, нумеруют пробирки и в каждую из них выливают соответствующий буферный раствор.

Содержимое пробирок осторож­но перемешивают встряхиванием. Через час измеряют уве­личение объема желатина при набухании. Результаты зано­сят в таблицу, вычисляют степень набухания и строят гра­фик зависимости степени набухания от рН раствора.

Раствор	Номер пробирки
1	2	3	4	5	6
0,1 М раствор СН3СООН	9	7	5	3	1	–
0,1 М раствор СН3СООNa	1	3	5	7	9	–
Дистиллированная вода	–	–	–	–	–	10
Объем желатина до набухания, мл
Объем желатина после набухания, мл
Степень набухания, %

Опыт 3. Влияние электролитов на степень

набухания желатина

В шесть пронумерованных градуированных про­бирок насыпают по 1 мг сухого порошка желатина.

Показатели	Электролиты
K2SO4	CH3COOK	KCl	H2O	KBr	KSCN
Объем желатина до набухания, мл
Объем желатина после набухания, мл
Степень набухания, %

В каждую пробирку наливают по 1 мл растворов солей с молярной концентрацией 1 моль/л, осторожно перемешива­ют и через час измеряют увеличение объема при набуха­нии. Данные заносят в таблицу, вычисляют степень набуха­ния и располагают анионы в лиотропный ряд по их влиянию на степень набухания.

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а 16. ЭМУЛЬСИИ И ПЕНЫ

Эмульсии – это дисперсные системы, состоящие из двух взаимно нерастворимых жидкостей, одна из которых распре­делена в другой в виде мельчайших капель. Размеры этих капель лежат в пределах 1–50 · 10–6 м, и капли видны в обычный микро­скоп. Обычно одна фаза образована полярной жидкостью, а другая – неполярной (бензол, керосин, ССl4), которую на­зывают маслом.

Различают эмульсии двух типов:

1) прямая эмульсия (дисперсионная среда – вода, а дисперсная фаза – масло), ее обозначают М/В;

2) обратная эмульсия (дисперсионная среда – масло, а дисперсная фаза – вода), ее обозначают В/М.

В зависимости от условий образуются прямая или обрат­ная эмульсии, которые могут при изменении условий перехо­дить друг в друга: В/М ↔ М/В. Это явление называется об­ращением фаз эмульсий.

Эмульсии могут быть разбавленными (концентрация дис­персной фазы менее 2 % об.), концентрированными (до 74 % об.) и высококонцентрированными (более 74 % об.).

Процесс получения эмульсий называется эмульгировани­ем. Эмульгирование чаще проводят методом диспергирова­ния, реже конденсацией.

Эмульсии, как и все дисперсные системы, агрегативно неустойчивы из-за избытка свободной энергии на межфазной поверхности. Поэтому для образования эмульсий вводят тре­тий компонент –стабилизатор, который называется эмуль­гатором. Роль эмульгаторов выполняют ПАВ, электролиты, ВМС.

Различают два вида эмульгаторов:

1) гидрофильные эмульгаторы (стеараты калия и натрия, белки), которые способствуют образованию прямых эмуль­сий М/В;