Remkomplekty.ru

IT Новости из мира ПК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Золь гидроксида железа 3

Решение. 1. Коллоидно-химические формулы мицелл золей:

Решение

1. Коллоидно-химические формулы мицелл золей:

А) AgNO3 + KI ®AgI↓+К NO3

Состав мицеллы, полученной при избытке AgNO3, может быть представлен следующим образом:

Ядро — m AgI *nAg + ; адсорбционный слой противоионов -(n-x) NO3 — ; диффузный слой противоионов — х NO3 — .

Состав мицеллы, полученной при избытке KI, может быть представлен следующим образом:

[m AgI *nI — *(n-x) К + ] x — *х К +

Ядро — m AgI *nI — ; адсорбционный слой противоионов -(n-x) К + ; диффузный слой противоионов — х К + .

Состав мицеллы, полученной при избытке CaCl2, может быть представлен следующим образом:

[m Са C2O4 *nCa 2+ *2(n-x) Cl — ] 2 x + *2х Cl —

Ядро — m Са C2O4 *nCa 2+ ; адсорбционный слой противоионов 2(n-x) Cl — ; диффузный слой противоионов — 2х Cl —

Состав мицеллы, полученной при избытке H2C2O4, может быть представлен следующим образом:

[m Са C2O4 *nC2O4 2- *2(n-x) H + ] 2 x — *2х H +

Ядро — m Са C2O4 *nC2O4 2- ; адсорбционный слой противоионов 2(n-x) H + ; диффузный слой противоионов — 2х H +

В)FeCl3 + 3NaOH ®Fe(OH)3↓ +3NaCl

Состав мицеллы, полученной при избытке FeCl3, может быть представлен следующим образом:

[m Fe(OH)3*nFe 3+ *3(n-x) Cl — ] 3x+ *3х Cl —

Ядро — m Fe(OH)3*nFe 3+ ; адсорбционный слой противоионов 3(n-x) Cl — ; диффузный слой противоионов — 3х Cl —

Состав мицеллы, полученной при избытке NaOH, может быть представлен следующим образом:

[m Fe(OH)3*nОН — * (n-x) Na + ] x- *х Na +

Ядро — m Fe(OH)3*n ОН — ; адсорбционный слой противоионов (n-x) Na + ; диффузный слой противоионов — х Na +

Г) FeCl3 + 2H2O ® Fe(OH)2Cl+ 2HCl

Состав мицеллы, полученной при гидролизе хлорида железа, может быть представлен следующим образом:

Ядро — m Fe(OH)3* nFeO + ; адсорбционный слой противоионов (n-x) Cl — ; диффузный слой противоионов — х Cl —

2.Имеются 3 коллоидных раствора: гидроксида железа (III), полученного гидролизом FeCl3, иодида серебра, полученного в избытке КI, и иодида серебра, полученного в избытке AgNO3. Предложите два варианта взаимной коагуляции. Объясните, используя формулы мицелл.

Решение

А)гидроксида железа (III), полученного гидролизом FeCl3:

Положительно заряженный золь

Б)иодида серебра, полученного в избытке КI:

[m AgI *nI — *(n-x) К + ] x — *х К +

Отрицательно заряженный золь

в)иодида серебра, полученного в избытке AgNO3:

Положительно заряженный золь

2.Взаимная коагуляция наблюдается при сливании растворов противоположно заряженных золей., а именно:

· Отрицательно заряженного золя иодида серебра, полученного в избытке КI, и положительно заряженного золя иодида серебра, полученного в избытке AgNO3.;

· Отрицательно заряженного золя иодида серебра, полученного в избытке КI, и положительно заряженного золя гидроксида железа (III), полученного гидролизом FeCl3.

3.Пороговая концентрация коллоидного раствора гидроксида алюминия равняется 0,63 ммоль/л. Рассчитайте объем 0,01М раствора дихромата калия, вызывающего коагуляцию золя объёмом 200 мл. Определите заряд гранулы, учитывая, что коагулирующим действием обладает дихромат-анион. Предложите соответствующий вариант формулы мицеллы золя Al(OH)3. Приведите строение мицеллы.

1. Рассчитаем объем раствора электролита-коагулятора дихромата калия (V) по формуле:

, где γ- пороговая концентрация коллоидного раствора гидроксида алюминия, равна 0,63 ммоль/л, V золя –объем золя, согласно условию равен 0,2 л, С- концентрация электролита-коагулятора дихромата калия, равна 10 ммоль/л. Подставляя значения в формулу, получаем:

V=0,63 ммоль/л *0,2л/10 ммоль/л=0,0126 л=12,6 мл

2.Поскольку коагулирующим действием обладает дихромат-анион, заряд гранулы (коллоидной частицы) противоположен, т.е. положителен.

3. Соответствующий вариант формулы мицеллы золя Al(OH)3, стабилизированного AlCl3:

[m Al(OH)3 *nAl 3+ *3(n-x)Cl — ] +x *3xCl —

Ядро — m Al (OH)3*n Al 3+ ; адсорбционный слой противоионов 3(n-x) Cl — ; диффузный слой противоионов — 3х Cl —

4.ИЭТ альбумина плазмы крови равна 4,64. Определите знак заряда частиц альбумина в 0,001М растворе HCl. Укажите направление перемещения частиц альбумина при электрофорезе в данных условиях.

Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Железа гидроксид, золь

Как видно из схемы строения мицеллы, золь гидроксида железа [c.149]

Метод гидролиза. Этим методом широко пользуются при получении золей различных металлов из их солей, если в результате реакции гидролиза образуется труднорастворимый гидроксид. Так, например, труднорастворимый гидроксид железа образуется при гидролизе хлорида железа по уравнениям реакций [c.287]

Опыт 112. Взаимная коагуляция золей гидроксида железа (111 [c.234]

Поверхность агрегата может заряжаться благодаря избирательной адсорбции ионов из дисперсионной среды или диссоциации молекул в поверхностном слое агрегата. В соответствии с правилом Пескова — Фаянса адсорбируются преимущественно ионы, входящие в состав агрегата, либо специфически взаимодействующие с ним. Ионы, сообщающие агрегату поверхностный заряд, называются потенциалопределяющими. Заряженный агрегат составляет ядро мицеллы. При данном методе получения золя гидроксида железа ядро [Ре(ОН)з] -тРе + имеет положительный поверхностный заряд за счет адсорбции иоиов Ре + из среды (т — число адсорбированных ионов). Заряд ядра компенсируется эквивалентным зарядом противоположно заряженных ионов— противоионов, расположенных в объеме среды. Противоионы, находящиеся непосредственно у поверхности ядра (на расстояниях, близких к диаметрам ионов), помимо электростатических сил испытывают силы адсорбционного притяжения поверхности. Поэтому они особо прочно связаны с ядром мицеллы и носят название противоионов адсорбционного слоя (их число т — х). Остальные противоионы составляют диффузно построенную ионную оболочку и называются противоионами диффузного слоя (их число соответствует. г). [c.163]

Золь гидроксида железа очищенный, 200 мл. [c.96]

На рис. ПО показано изменение концентрации золя сульфида мышьяка при прибавлении к нему золя гидроксида железа (П1). Опыт показывает, что наиболее полной взаимная коагуляция становится тогда, когда число разноименных электрических зарядов на частицах обоих коллоидов одинаково. [c.369]

Работа 16. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТОЧКИ ЗОЛЯ ГИДРОКСИДА ЖЕЛЕЗА МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОФОРЕЗА [c.99]

Дисперсные системы, полученные химической конденсацией, содержат растворенные вещества, в основном — электролиты, которые могут вызвать коагуляцию и привести к расслоению фаз дисперсной системы. Например, золь гидроксида железа(П1), полученный гидролизом хлорида железа(П1), содержит ионы Н» и Сг, которые при охлаждении системы приводят к разрушению частиц дисперсной фазы, сопровождающемуся ослаблением характерной окраски золя. После соответствующей очистки этот золь приобретает устойчивость окраска его становится стабильной. [c.272]

Цель работы синтез гидрозоля гидроксида железа конденсационным методом определение порога электролитной коагуляции золя и изучение зависимости его от заряда коагулирующего иона определение защитного числа стабилизатора (высокомолекулярного соединения). [c.163]

FeO l РеО+ + l-Таким образом, ядро коллоидной мицеллы гидроксида железа Fe(0H)3 состоит из большого числа молекул Ре(ОН)з, Потенциа-лопределяющим ионом является FeO+, так как ион С » не входит в состав ядра. Исходя из этого мицеллярная формула золя гидроксида железа (П1) может быть изображена следующим образом [т [Ре (ОН)з] п FeO+ (п — j ) l + д С1-. [c.320]

Синтезируют и очищают 400 мл золя гидроксида железа (см. описание работы 14). [c.101]

Далее исследуют коагуляцию золя гидроксида железа при введении Б него растворов сульфата натрия или ацетата натрия путем измерения оптической плотности полученных систем. [c.165]

Замечание. Для того чтобы устранить возникновение дополнительных электродвижущих сил, электрофоретический зонд следует погружать в исследуемый золь не полностью, т. е. места спаев не должны находиться в растворе. Кроме того, интенсивно окрашенные золи, как, например, золь гидроксида железа (III), следует разбавлять дистиллированной водой в два, а то и в три раза, чтобы электроды зонда были хорошо видны на экране. [c.186]

Агрегативная устойчивость золя гидроксида железа обеспечивается прежде всего наличием на поверхности дисперсных частиц двойных электрических слоев. Элементарная частица такого золя называется мицеллой. В основе мицеллы лежит нерастворимый в данной дисперсионной среде агрегат, состоящий нз множества молекул (атомов) [Ре(ОН)з] , где п — число молекул (атомов), входящих в агрегат. [c.163]

Опыт 15.12. Повторить опыт 15.11, но вместо золя кремниевой кислоты взять золь сульфида сурьмы (П1), полученный в опыте 15.6. Золь гидроксида железа и золь сульфида сурьмы (П1) взять в одинаковых количествах. Наблюдать коагуляцию обоих золей. [c.144]

Пептизация за счет поверхностного растворения коллоидных частиц. 38. Золь гидроксида железа (III). Получают осадок гидроксида железа (III) действием аммиака на хлорид железа (III). Для этого 2 мл насыщенного раствора Fe U разбавляют подой до 40 мл и в этот раствор добавляют концентрированный раствор аммиака до полного осаждения ненов Fe +. Осадок декантируют несколько раз водой для удаления электролитов и затем делят на две примерно равные порции, которые переносят в отдельные колбы. [c.85]

Ядро составляет основную массу коллоидной мицеллы и представляет собой комплекс, состоящий из атомов (в случае гидрозолей металлов или неметаллов) или нейтральных молекул [в золях, гидроксида железа (III) или иодида серебра]. Общее число входя-щих в состав ядра атомов или молекул огромно (от нескольких сот до миллионов) и зависит от степени дисперсности золя и от размеров самих атомов или молекул. [c.318]

Золь гидроксида железа(III) получен нрн добавлении к 85 мл киняще дистиллированной воды 15 мл 2 %-ного раствора хлорида железа(III). Напишите формулу мицелл золя Ре(ОН)з, учитывая, что при образовании частиц гидроксида железа(III) в растворе присутствуют следующие ионы Ре — , С . Как заряжены частицы золя [c.181]

Проведение опыта. Приготовленные окрашенные золи гидроксида железа (П1) и берлинской лазури, а также [c.181]

Проведение опыта. В кювету с плоскопараллельными стенками наливают исследуемый раствор золя гидроксида железа (III) и ставят ее на предметный столик проекционного фонаря, настроенного для демонстрации объектов в вертикальном положении. Электрофоретический зонд закрепляют в лапках штатива и погружают его в золь так, чтобы плоскости обоих электродов были параллельны лучам света. При этом на экране должны получиться изображения электродов в виде двух параллельных узких полосок. Наблюдают за изменениями в золе, протекающими вблизи поверхности электродов. Аналогичный опыт проводят с золем серебра. [c.185]

Читать еще:  Скачать программу для ускорения игр на компьютер

В дальнейшем полученная соль будет пептизировать остальную массу осадка, образуя положительно заряженный золь гидроксида железа (III). Метод проведения реакции тот же самый, что и в опыте В. Разница состоит лишь в том, что вместо 1 и. раствора хлорида железа (III) в пробирки вносят такие же количества соляной кислоты той же концентрации. [c.151]

Результат опыта. Через 2—3 мин наблюдается коагуляция золя на медном электроде и опускание этого осадка вниз. Следовательно, золь гидроксида железа (III) имеет положительный заряд. [c.185]

Осадок декантируют несколько раз водой для удаления электролитов и обрабатывают разбавленным раствором хлорида железа (HI), для чего 2 мл его насыщенного раствора разводят водой до 100 мл. Образуется вишнево-красный золь гидроксида железа. [c.83]

Результат опыта. Наибольшая скорость диффузии обнаруживается у ионов водорода Н+, что хорошо заметно по величине обесцвеченного слоя агар-агара. Медленнее диффундирует голубой ион меди Си + и очень мала диффузия золя берлинской лазури и золя гидроксида железа (III). [c.170]

Золь гидроксида железа. Гидроксид железа (III) образуется при взаимодействии хлорида железа (III) с карбонатом аммония. С этой целью 2 мл насыщенного (без нагревания) хлорида железа (III) разбавляют водой до 50 мл. При энергичном взбалтывании в раствор вводят каплями 20%-ный раствор (МН4)2СОз до тех пор, пока выпадак>щий гидроксид железа (III) перестает растворяться при взбалтывании. Для его пептизации прибавляют несколько капель насыщенного раствора РеСЬ и сильно встряхивают колбу с раствором до полного исчезновения осадка. [c.83]

Объяснение. Образующийся в результате этого опыта золь гидроксида железа (III) заряжен отрицательно. Реакция образования золя идет по уравнению [c.149]

Реакции гидролиза. 14. Золь гидроксида железа (III). К 100 мл кипящей воды прибавляют 3—4 капли насыщенного раствора РеС1з. При этом энергично протекает гидролиз хлорида железа (П1) и появляк>щиеся молекулы гидроксида железа (111) конденсируются в коллоидные частицы. Образуется золь Ре(ОН)з вишнево-красного цвета. [c.82]

Метод химического диспергирования. Наиболее распространен метод пептизации. Это процесс перехода из геля в золь под влиянием диспергирующих веществ—пептизаторов. Сущность пептизации заключается в том, что к свежеполученному рыхлому осадку диспергируемого вещества прибавляют небольшое количество пептизатора (чаще всего электролита), который уменьшает взаимодействие между частицами осадка и облегчает их переход в состояние золя. Пептизаторами служат различные электролиты, которые способствуют дезагрегации аморфных осадков. В качестве примера можно назвать получение золя гидроксида железа (П1) Ре(ОН)з при действии на его осадок небольшим количеством соли РеС1з, выполняющей роль пептизатора. Практически все рыхлые свежеобразованные осадки гидроксидов металлов, например А1(0Н)з, Zn(0H)2, подвергаются пептизации. [c.285]

Фенолфталеин Золь гидроксида железа (П1) [c.169]

Рассмотрим примеры образования и строения мицелл различных золей. Подвергая гидролизу разбавленный раствор Fe Is, можно получить коллоидный раствор гидроксида железа (П1). Реакция гидролиза протекает по уравнению [c.320]

Результат опыта. После прибавления золя трисульфида мышьяка к золю гидроксида железа (И1) наступает быстрая коагуляция, в результате которой выпадает осадок, состоящий из гидроокиси железа (III) и трисульфида мышьяка. [c.234]

Мицелла гидрофобного золя является электронейтральной. Формулу мицеллы ионостабилизированного золя гидроксида железа можно записать следующим образом [c.163]

Адсорбционная пептизация. 21. Золь гидроксида железа (III). Гидроксид железа (П1) получают при взаимодействии хлорида железа (П1) с аммиаком, для чего 1 мл насыщенного (без нагревания) раствора РеС1з разбавляют водой до 20 мл. К раствору Fe la прибавляют концентрированный раствор аммиака и получают осадок Ре(ОН)з. [c.83]

Вариант 2. Опеделение электрокинетического потенциала золя гидроксида железа [c.96]

Синтезируют золь гидроксида железа методом гидролиза Fe l i. Для этого к 170 мл дистиллированной воды, нагретой до кипения, медленно приливают 30 мл 2 %-ного раствора РеСЬ, смесь доводят д Смотреть страницы где упоминается термин Железа гидроксид, золь: [c.93] [c.74] [c.85] Физическая и коллоидная химия (1988) — [ c.183 ]

Примеры решения задач. Опыт 1. Получение золя гидроксида железа (III) методом конденсации;

Выполнение работы

Опыт 1. Получение золя гидроксида железа (III) методом конденсации

Пробирку заполнить водой (примерно до половины ее объема) и поставить в горячую водяную баню. Через 5–7 минут внести в пробирку 2–3 капли концентрированного раствора FeCl3. Наблюдать образование краснооранжевого золя Fe(OH)3. Раствор сохранить для опыта 3.

Требование к результатам опыта

Указать состав ядра коллоидной частицы полученного золя, состав коллоидной частицы, состав мицеллы.

Опыт 2. Получение золя гидроксида железа (III) методом диспергирования осадка Fe(OH)3

В стакан объемом 50 мл налить 25 мл воды и добавить 10 капель 20 %-го раствора хлорида железа FeCl3. Перемешать содержимое стакана и после этого добавить по каплям раствор гидроксида аммония NH4OH до полного осаждения гидроксида Fe(OH)3.

После того как осадок уплотнится на дне стакана, осторожно слить с него избыток раствора. Осадок промыть 2–3 раза, добавляя к нему небольшие порции воды и сливая эту воду после того, как между ними и осадком четко обозначится граница раздела.

К осадку гидроксида железа (III) прилить 25 мл H2O и 3 капли 20 %-го раствора FeCl3. Смесь хорошо перемешать. Для ускорения процесса пептизации нагреть раствор на водяной бане. Прекратить нагревание, когда раствор приобретет устойчивую краснооранжевую окраску.

Требование к результатам опыта

Составить схему строения мицеллы золя гидроксида железа (III) в растворе хлорида железа FeCl3.

Опыт 3. Коагуляция золя гидроксида железа электролитами

Разлить в три пробирки золь гидроксида железа, полученный в опыте 1. По каплям прибавить в первую пробирку NaCl , во вторую – Na2SO4 , в третью – Na2HPO4. Считать число капель до изменения вида раствора (появления мути и осадка).

Требования к результатам опыта

1. Написать формулу мицеллы золя гидроксида железа.

2. Объяснить влияние заряда коагулирующего иона на время, проходящее до начала коагуляции.

Пример 10.1. Золь иодида серебра получен при добавлении к раствору AgNO3 избытка KI. Определить заряд частиц полученного золя и написать формулу его мицеллы.

Решение. При смешивании растворов AgNO3 и KI протекает реакция

Ядро коллоидной частицы золя иодида серебра состоит из агрегата молекул (mAgI) и зарядообразующих ионов I ‾ , которые находятся в растворе в избытке и обеспечивают коллоидным частицам отрицательный заряд. Противоионами являются гидратированные ионы калия. Формула мицеллы иодида серебра имеет вид <[(mAgI)·nI ‾ ·(n-x)К + ·yH2O] x − + xК + ∙zH2O> 0 .

Пример 10.2.Золь кремневой кислоты был получен при взаимодействии растворов K2SiO3 и HCl. Написать формулу мицеллы золя и определить, какой из электролитов был взят в избытке, если противоионы в электрическом поле движутся к катоду.

Решение. Образование золя кремневой кислоты происходит по реакции

Чтобы двигаться к катоду (отрицательному электроду) противоионы должны иметь положительный заряд, а коллоидные частицы золя должны быть заряжены отрицательно. На электронейтральном агрегате частиц (mH2SiO3) адсорбируются ионы элемента, входящего в состав ядра. Таковыми являются ионы HSiO3 ‾ , которые образуются в результате гидролиза соли K2SiO3:

K2SiO3 + H2O KHSiO3 + KOH или в ионной форме

SiO3 2− + H2O HSiO3 ‾ + OH ‾ .

Ионы HSiO3 ‾ , адсорбируясь на поверхности частиц золя кремниевой кислоты, сообщают им отрицательный заряд. Противоионами являются гидратированные ионы водорода H + . Формула мицеллы золя кремневой кислоты

Так как коллоидные частицы золя кремневой кислоты заряжены отрицательно за счет ионов HSiO3 ‾ , то, следовательно, в избытке был взят K2SiO3.

Пример 10.3. Какого из веществ, K2SO4 или KCl, потребуется меньше, чтобы вызвать коагуляцию коллоидного раствора гидроксида железа (II), полученного по реакции FeCl2 + 2NaOH = Fe(OH)2 + 2NaCl?

Решение. Из формулы коллоидной частицы золя гидроксида железа (II) [(mFe(OH)2·nFe 2+ 2(n-x)Cl ‾ ∙yH2O] 2 x + видно, что частицы золя имеют положительный заряд. Коагуляцию золя вызывает тот из ионов прибавленного электролита, заряд которого противоположен заряду коллоидной частицы. В данной задаче – это ионы SO4 2− и Cl‾. Коагулирующая способность иона определяется его зарядом – чем больше заряд иона, тем больше его коагулирующая способность. Заряд иона SO4 2− больше заряда иона Cl‾, поэтому, чтобы вызвать коагуляцию коллоидного раствора гидроксида железа (II), раствора K2SO4 потребуется меньше, чем раствора KCl.

Пример 10.4. Составить схему строения мицеллы золя гидроксида меди (II) в растворе хлорида меди.

Решение. В состав мицеллы гидроксида меди входят: агрегат молекул (mCu(OH)2), адсорбированный слой, состоящий из зарядообразующих ионов меди Cu 2+ и гидратированных противоионов хлора, и диффузный слой гидратированных противоионов хлора. Схема строения мицеллы гидроксида меди

ПОЛУЧЕНИЕ ЗОЛЯ ГИДРОКСИДА ЖЕЛЕЗА (III).

КОАГУЛЯЦИЯ

Дисперсной называется двух- или многофазная, т.е. гетерогенная система, в которой, по крайней мере, одна из фаз представлена очень маленькими частицами, размеры которых тем не менее заметно превосходят молекулярные. Частицы раздробленного вещества при этом называются дисперсной фазой, а гомогенная фаза, в которой они распределены (растворитель), представляет собой дисперсионную среду. Примерами дисперсных систем могут служить дымы, туманы, взвеси различных веществ, например глины в воде и т.д.

Читать еще:  Как узнать железо телефона

Дисперсные системы классифицируют по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды. Системы, представляющие собой мелкие капельки жидкости в жидкой дисперсионной среде, называются эмульсиями. Примеры эмульсий молоко, латексы, различные косметические препараты и т.д. Высокодисперсные системы с твердой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой называют золями при невысокой концентрации дисперсной фазы (когда частицы обособлены) и гелями, когда частицы агрегируют и образуют связно дисперсную систему. В случае грубых дисперсий твердого вещества в жидкой дисперсионной фазе различают малоконцентрированные суспензии и высококонцентрированные пасты.

Дисперсные системы различаются по величине частиц раздробленного вещества, или, как говорят, по степени дисперсности. Различают грубодисперсные и коллоидно-дисперсные системы. В суспензиях и эмульсиях радиус частиц больше 0,1 мк. Такие дисперсные системы, как, например, взвесь глины в воде, не обладают осмотическим давлением, не фильтруются через бумажные фильтры и являются неустойчивыми, т.е. не остаются долго во взвешенном состоянии в жидкой среде, а выпадают под действием силы тяжести на дно сосуда. Это кинетически неустойчивые системы. С повышением степени дисперсности, т.е. уменьшением частиц дисперсной фазы, системы приобретают новые качества. Так, дисперсные системы, состоящие из частиц с радиусом от 0,1 мк до 1 ммк, качественно отличны от суспензий. Частицы таких систем находятся в непрерывном хаотическом движении, вследствие чего обладают и осмотическим давлением, и способностью к диффузии. Благодаря непрерывному движению частиц они остаются кинетически устойчивыми. Такие системы в проходящем свете прозрачны, в то время как суспензии мутны. Подобного рода дисперсные системы часто называют коллоидными растворами. Частицы коллоидных растворов (золей) значительно больше молекул, так как они представляют собой агрегаты из достаточно большого числа молекул или атомов.

В суспензиях частицы можно наблюдать при помощи микроскопа и тем самым обнаружить поверхность раздела фаз. Коллоидные частицы из-за незначительных размеров нельзя обнаружить даже под микроскопом.

В истинных растворах размер частиц доведен до размеров молекул или ионов. В них нет поверхности раздела между составляющими компонентами, т.е. растворителем и растворенным веществом. Истинные растворы агрегативно устойчивы.

Коллоидные системы по термодинамической устойчивости делятся на лиофобные и лиофильные. Термодинамически устойчивые системы, образующиеся при самопроизвольном диспергировании одной из фаз, называются лиофильными. Самопроизвольному диспергированию способствует усиление взаимодействия дисперсной фазы с дисперсионной средой. Примерами лиофильных коллоидных систем могут служить растворы мыл и других поверхностно-активных веществ. К ним также относят растворы белков и других высокомолекулярных соединений.

Основным свойством лиофобных систем является их термодинамическая неустойчивость, связанная с большим запасом свободной поверхностной энергии на развитой межфазной поверхности раздела. Самопроизвольно из макроскопических фаз они не образуются. Получение их требует затраты внешней энергии – механической (растирание), химической (проведение химических реакций), электрической (распыление под действием электрического тока). Однако такие коллоидные системы могут быть кинетически устойчивыми, т.е. сохраняться без изменений в течение более или менее длительного времени.

Существуют две группы методов получения лиофобных коллоидных систем. Методы, основанные на раздроблении крупных частиц на более мелкие, получили название методов диспергирования. Методы, связанные с агрегацией молекул или ионов в более крупные частицы, называются конденсационными. Важное условие для получения устойчивой коллоидной системы – присутствие стабилизаторов, т.е. веществ, которые, адсорбируясь на поверхности коллоидных частиц, создавали бы достаточно интенсивное взаимодействие между поверхностью и окружающей средой (растворителем).

К методам конденсации относятся следующие способы получения коллоидных систем.

· Конденсация молекул испаряющегося вещества, соединяющихся в мелкие частицы.

· Замена растворителя, т.е. такое изменение среды, при котором вещество из растворимого становится нерастворимым.

· Химические реакции в растворе, сопровождающиеся образованием трудно растворимых веществ.

Однако во всех этих случаях коллоидные системы получаются тогда, когда растворимость дисперсной фазы ничтожна мала. При несоблюдении этого условия возможно образование молекулярных растворов. Кроме того, необходимо, чтобы между частицами и средой существовало взаимодействие, препятствующее связыванию частиц друг и другом.

Рассмотрим строение коллоидных частиц на примере золя гидроксида железа (III). Его получают реакцией гидролиза по уравнению:

Поверхностные молекулы агрегата Fe(OH)3 вступают в химическое взаимодействие с HCl:

Молекулы FeOCl, подвергаясь диссоциации, образуют ионы FeO + и Cl — . Из растворов на поверхности коллоидных частиц адсорбируются ионы близкие по своей природе к составу ядраправило Липатова. В рассматриваемом случае это будут ионы FeO + . Строение частиц золя гидроксида железа (III) схематически можно изобразить следующим образом:

FeOCl ® FeO + + Cl —

nFe(OH)3 + mFeO + + mCl — ® [(Fe(OH)3)n m FeO + (m-x)Cl — ] +x xCl —

Fe(OH)3 –ядро коллоидной частицы, на его поверхности находятся адсорбированные ионы FeO + , которые придают ядру положительный заряд. Они называются потенциалобразующими. К заряженному ядру притягиваются противоионы Cl — , формируя двойной электрический слой (ДЭС). Часть противоионов Cl — находится вблизи поверхности в так называемом адсорбционном слое. Противоионы в адсорбированном слое вместе с ядром составляют гранулу. Этот слой перемещается совместно с частицей. Остальное количество противоионов Cl — находится в свободном объеме, образуя диффузный слой (см. рис. 10.1, работа 10). В целом рассматриваемая коллоидная частица (гранула) несет некоторый положительный заряд. При сближении двух таких частиц, несущих на поверхности одноименный заряд, будет происходить отталкивание, препятствующее их слипанию (электростатический барьер). Сближению коллоидных частиц препятствует также и слой молекул растворителя, в частности воды, входящих в сольватную (гидратную) оболочку ионов на поверхности частицы. Кроме того, на поверхности коллоидных частиц могут адсорбироваться молекулы специально добавляемых веществ-стабилизаторов (адсорбционно-сольватный барьер).

Наличие электростатического и адсорбционно-сольватного барьера, препятствующих агрегации (соединению) частиц, обеспечивают агрегативную устойчивость лиофобным коллоидным системам, т.е. такие системы не изменяются заметно в течение длительного времени (иногда десятилетиями), несмотря на термодинамическую неустойчивость.

Так как лиофобные дисперсные системы являются термодинамически неравновесными, в них могут идти процессы укрупнения частиц и соответственно уменьшения межфазной поверхности. Наиболее характерный и общий для дисперсных систем путь перехода к равновесному состоянию – коагуляция, т.е. слипание частиц дисперсной фазы. Часто коагуляция сопровождается появлением мути, изменением окраски коллоидных растворов, образованием осадка (явная коагуляция). Когда происходит укрупнение частиц без видимых внешних изменений, говорят о скрытой коагуляции.

Коагуляция может происходить при действии на систему различных факторов: механическое воздействие (перемешивание или встряхивание), резкое охлаждение или нагревание, пропускание электрического тока. Иногда коагуляция может произойти в результате «старения» или химических изменений, происходящих в золе.

Добавление растворов электролитов также вызывает коагуляцию лиофобных золей. При этом коагулирующее действие оказывает один из ионов электролита: либо катион, либо анион.

Порогом коагуляции называется минимальная концентрация электролита, вызывающая коагуляцию.

Коагулирующий ион несет заряд, противоположный заряду коллоидной частицы, при этом порог коагуляции тем меньше, чем больше заряд (валентность) коагулирующего иона – правило Шульце-Гарди.

При добавлении раствора электролита к золю противоионы нейтрализуют заряд на поверхности коллоидной частицы (происходит сжатие ДЭС), что позволяет частицам золя легче приближаться друг к другу, и это воздействие тем сильнее, чем больший заряд несет противоион.

При добавлении некоторых веществ нередко наблюдается повышение устойчивости лиофобных золей к коагулирующему действию электролитов. Такое стабилизирующее действие на дисперсные системы называется коллоидной защитой. Защитными свойствами обладают белковые вещества (желатин, альбумины, казеин), полисахариды (крахмал, декстрин), некоторые поверхностно-активные вещества. Если, например, к золю гидроксида железа (III) добавить некоторое количество желатина, то для коагуляции такого золя требуется значительно больше электролита, чем для коагуляции незащищенного золя. Коллоидную защиту объясняют адсорбцией стабилизаторов на поверхности частиц дисперсной фазы и образованием слоя.

Коллоидная защита широко используется при получении устойчивых лиофобных золей, применяемых в качестве лекарственных препаратов. Например, колларгол и протаргол содержат 8 и 70% высокодисперсного металлического серебра, стабилизированного гидролизатами белков.

Коллоидная защита играет существенную роль в физиологических процессах. Содержание карбоната и фосфата кальция в крови значительно превышает их растворимость в воде. Отложению этих солей препятствуют защитные вещества крови, которые не позволяют коллоидным частицам нерастворимых солей объединяться в крупные агрегаты и осаждаться. Образование желчных и мочевых камней в организме связано с уменьшением при патологических состояниях защитного действия определенных веществ по отношению к билирубину, холестерину и уратам.

Цель работы.

1. Получить золь гидроксида железа

2. Ознакомиться с коагуляцией гидрофобного золя электролитами. Определить порог коагуляции золя электролитами.

Реактивы.

· Хлорид железа FeCl3, раствор 2%-ный.

· Растворы электролитов: KCl – 1 н, K2SO4 – 0,01 н, K3[Fe(CN)6] – 0,001 н.

Оборудование и посуда.

· Термостойкий стакан на 250 мл.

· Штатив с 12-ю пробирками.

· Пипетки на 5 и 10 мл.

Выполнение работы.

Опыт №1. Получение золя гидроксида железа (III).

100–150 мл дистиллированной воды нагревают в стакане до кипения. Затем в кипящую воду постепенно при нагревании добавляют 5-10 мл 2%-ного раствора FeCl3, доводят до кипения. Полученный коллоидный раствор гидроксида железа (III) желто-коричневого цвета осторожно охлаждают до комнатной температуры. Приготовленный золь используют для определения порога коагуляции электролитов и для наблюдения электрофореза (работа 10).

Опыт №2. Определение порога коагуляции золя электролитами.

1. В двенадцать чистых пробирок наливают пипетками объемы дистиллированной воды и растворов электролитов, указанные в таблице 9.1.

Читать еще:  Ускорение времени в играх без рут прав

2. Во все пробирки пипеткой добавляют по 5 мл охлажденного до комнатной температуры золя. Содержимое пробирок хорошо перемешивают.

3. Через 1 час отмечают, в каких пробирках наблюдается явная коагуляция (помутнение) и седиментация. Результаты наблюдений заносят в таблицу 9.2: в строке напротив соответствующего электролита записывают «+», если коагуляция наблюдается, «–», если коллоидный раствор в пробирке прозрачен.

Получение золя гидроксида железа (III) методом конденсации и изучение его оптических свойст

Лабораторная работа № 17

«Получение и коагуляция коллоидного раствора»

Теоретическая часть

Системы, в которых вещество раздроблено до частиц 1…100 нм, находящихся в какой-либо среде (газ, жидкость, твердое тело) во взвешенном состоянии, называются коллоидными.

Для приготовления коллоидных растворов следует получить частицы размером от 1 до 100 нм, подобрать дисперсионную среду, в которой не растворяется вещество частиц, и обеспечить устойчивость частиц. В качестве вещества коллоидных частиц в водных средах служат металлы, оксиды, гидроксиды, сульфиды и другие малорастворимые соединения металлов и неметаллов.

Частицы соответствующих размеров получают либо измельчением крупных частиц, например на коллоидных мельницах, методом диспергирования, либо объединением (конденсацией) атомов, молекул, ионов.

К методам конденсации относятся чаще всего химические методы (реакция двойного обмена, гидролиз, окисление-восстановление и т.д.). Коллоидные растворы с водной дисперсионной средой называются золями.

Рассмотрим процесс возникновения коллоидных частиц на примере химической конденсации при образовании новой фазы в результате реакции обмена между раствором йодида калия, взятым в избытке, и раствором нитрата серебра:

При этом в растворе образуются микрокристаллики AgJ большей или меньшей дисперсности. После окончания реакции в растворе присутствуют и ионы Ag + , ионы J − ; их концентрации связаны произведением растворимости . Так как KJ взят в избытке, то ионы J − начнут переходить из раствора в твердую фазу и занимать вакантные места, достраивая кристаллическую решетку. При этом твердая фаза приобретает отрицательный заряд, а жидкая – положительный. Избыточные катионы в растворе (в данном случае – К + ) «подтянутся» к адсорбированным ионам J − вследствие кулоновского взаимодействия, и на поверхности частицAgJ образуется двойной электрический слой (ДЭС).

Если в указанной реакции обмена взять в избытке раствор AgNO3, то достраивать кристаллическую решетку будут ионы серебра и твердая фаза приобретет положительный заряд, а достройку ДЭС будут осуществлять ионы . В первом случае (избытокКJ) потенциалопределяющими ионами будут J − , а противоионами – ионы К + . Во втором случае (избыток AgNO3) потенциалопределяющими ионами будут ионы Ag + , а противоионами – ионы

Таким образом, заряд коллоидной частицы всегда определяется родственными ионами стабилизатора, способными достраивать кристаллическую решетку или преимущественно адсорбироваться на поверхности (правило Фаянса – Панета).

Частицу дисперсной фазы в микрогетерогенной системе вместе с двойным электрическим слоем называют мицеллой. Схематически строение мицеллы AgJ в избытке AgNO3 изображено на рисунке:

Внутри мицеллы находится кристалл, состоящий из молекул AgJ. Эту часть мицеллы, согласно терминологии, предложенной Н.П. Песковым, называют агрегатом, так как она состоит из агрегата атомов, молекул или ионов, образующих дисперсную фазу.

На поверхности кристалла адсорбируются ионы, в нашем случае ионы Ag + , достраивающие его кристаллическую решетку и придающие ему электрический заряд. Агрегат вместе с адсорбированными на нем потенциалопределяющими ионами образуют ядро мицеллы.

В непосредственной близости от ядра в адсорбированном слое находится часть противоионов , которые настолько прочно связаны силами электростатического и адсорбционного взаимодействия, что в электрическом поле они движутся совместно с ядром к катоду. Эти противоионы вместе с эквивалентным числом потенциалопределяющих ионов Ag + формально можно рассматривать как недиссоциированные молекулы.

Ядро вместе с частью прочно связанных с ним противоионов называется коллоидной частицей. В отличие от электронейтральной мицеллы коллоидная частица имеет заряд. Остальные противоионы, находящиеся ближе к периферийной части мицеллы, образуют диффузный слой мицеллы. Из-за ослабления с увеличением расстояния кулоновских и адсорбционных сил ионы диффузионного слоя остаются относительно свободными и в электрическом поле, будут двигаться к аноду. Граница между диффузным слоем и собственно коллоидной частицей называется плоскостью, или границей скольжения, обозначенной на рисунке пунктирной линией.

Строение мицеллы можно также представить удобной для написания формулой. Например, для золя AgJ, межмолекулярной жидкостью, которой является слабый раствор AgNO3, можно написать следующую формулу:

Ядро

Коллоидная частица

Здесь m[AgJ] соответствует числу ионов Ag + и J − , содержащихся в агрегате мицеллы; nAg + – потенциалопределяющих ионов; (n – x) причем m >> n. В случае избытка KJ мицелла имеет строение

Следует отметить, что мицелла в этом случае будет заряжена отрицательно, так как согласно правилу Фаянса – Панета достройку кристалла будет осуществлять родственные ионы J − .

Ионогенная часть мицеллы может образовываться не только за счет адсорбции стабилизирующего электролита, содержащего родственные ионы. Стабилизация мицелл золей может происходить и за счет адсорбции индифферентного электролита. Например, добавление в систему металл – вода раствора NaCl приводит к избирательной адсорбции анионов Сl − на поверхности металла, и коллоидные частицы золя заряжаются в этом случае отрицательно.

Известны случаи, когда ионогенная часть мицеллы образуется из вещества самого агрегата: мицеллы золя кремнезема, мицеллы ПАВ.

В основе химической конденсации могут лежать не только обменные, но и окислительно-восстановительные реакции, реакции гидролиза и т.п.

Коллоидные растворы обладают кинетической устойчивостью благодаря броуновскому движению коллоидных частиц, которое препятствует оседанию частиц под влиянием силы тяжести. Агрегативная устойчивость коллоидных растворов возникает из-за наличия у коллоидных частиц одноименного электрического заряда, что сохраняет степень дисперсности и препятствует слипанию частиц, способствует образованию сольватной оболочки в растворах вокруг частиц.

Процесс потери агрегативной устойчивости и укрупнение частиц золя приводит к потере его кинетической устойчивости, которая выражается в образовании осадка в процессе коагуляции.

Коагуляция золей введением в коллоидный раствор электролитов определяется правилом значности Шульце-Гарди (1900 г.): коагулирующим действием обладает ион электролита, который имеет заряд, противоположный заряду гранулы (коллоидной частицы); коагулирующее действие тем сильнее, чем выше заряд иона-коагулятора.

Экспериментальная часть

Цель работы: ознакомление с методами получения коллоидных растворов и их свойствами.

Опыт № 1

Получение золя гидроксида железа (III) методом конденсации и изучение его оптических свойст

Конденсация частиц молекулярной дисперсности может происходить в процессе гидролиза солей некоторых поливалентных металлов, например FеCl3. Гидролиз иона Fе 3+ протекает по ступеням:

Fe 3+ + H2O ↔ FeOH 2+ + H + ; (I)

Гидроксид железа Fe(OH)3 не выпадает в осадок, так как степень гидролиза FeCl3 по третьей ступени мала. Зарядообразующими ионами в процессе образования золя могут быть Fe 3+ , FeOH 2+ и Fe(OH)2 + , а противоионами – Cl — .

Последовательность выполнения опыта. В конической колбе (на 250 мл) на электрической плитке нагревают до кипения 150 мл дистиллированной воды. Не снимая колбы, плитку выключают и небольшой струей вливают в воду пипеткой 5 мл концентрированного раствора хлорного железа. (Концентрированный раствор хлорного железа готовит лаборант: 50 мл дистиллированной воды и 50 г FeCl3·5H2O).

Происходит гидролиз хлорного железа, в результате чего образуется золь гидроксида железа (III) интенсивного красно-коричневого цвета, стабилизированного хлорным железом.

Полученный золь охлаждают под краном до комнатной температуры, затем фильтруют сквозь складчатый фильтр, увлажненный дистиллированной водой. Золь должен казаться совершенно прозрачным в проходящем свете!

При оформлении результатов опыта укажите состав:

1) ядра коллоидной частицы полученного золя;

2) коллоидной частицы полученного золя;

3) мицеллы полученного золя.

Опыт № 2

Получение золя гидроксида железа (III) методом диспергирования осадка Fe(OH)3

Примером получения золей методом диспергирования может служить получение коллоидного раствора Fe(OH)3 путем химического дробления осадка гидроксида железа (III), называемого пептизацией. Пептизатором может быть электролит с одноименным ионом, входящим в состав осадка, например FeCl3 (Fе 3+ − одноименный ион). Добавление пептизатора к небольшому количеству осадка в водной среде приводит к тому, что ионы Fе 3+ проникают вглубь осадка и разрыхляют его, постепенно дробя до коллоидной дисперсности. Дробление называют химическим потому, что ионы не просто проникают в осадок, а, взаимодействуя с его частицами, образуют дисперсную фазу положительного заряда. Ионы Fе 3+ являются зарядообразующими в составе коллоидных частиц получающегося золя, а ионы Cl – − противоионами.

Последовательность выполнения опыта. В стакан объемом 50 мл к 25 мл воды добавьте 10 капель раствора, в котором массовая доля хлорида железа FeCl3 составляет 20 %. Перемешайте содержимое стакана и после этого добавьте по каплям (!) раствор гидроксида аммония NH4OH до полного осаждения гидроксида Fe(OH)3.

После того как осадок уплотнится на дне стакана, осторожно слейте с него избыток жидкости. Осадок промойте 2−3 раза, добавьте к нему небольшие порции воды, сливая эту воду после того, как между ней и осадком четко обозначится граница раздела.

К осадку гидроксида железа (III) прилейте 25 мл Н2О и 3 капли раствора, в котором массовая доля FeCl3 равна 20 %. Смесь хорошо перемешайте. Для ускорения процесса пептизации нагрейте раствор на водяной бане. Прекратите нагревание тогда, когда раствор приобретет устойчивую красно-оранжевую окраску.

Пользуясь осветительной установкой, убедитесь в том, что получен коллоидный раствор.

При оформлении результатов опыта укажите состав:

1) ядра коллоидной частицы полученного золя;

2) коллоидной частицы полученного золя;

3) мицеллы полученного золя.

Объясните роль пептизатора в процессе получения золя и причину наблюдаемого оптического эффекта.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector