Определение заряда коллоидной частицы (правило 6)
ПОЛУЧЕНИЕ, ОЧИСТКА И КОАГУЛЯЦИЯ ЗОЛЯ
Работа № 1
1. Методы получения дисперсных систем. Сущность метода диспергирования и конденсации.
2. Способы получения дисперсных систем, основанные на диспергировании: механическое дробление, физико-химическое дробление (пептизация).
3. Физическая и химическая конденсации.
4. К какому методу относится синтез гидрозоля гидроксида железа? Для чего кипятят золь гидроксида железа?
5. Напишите формулу мицеллы (по заданию преподавателя) и объясните строение мицеллы:
а) какие вещества образуют агрегат мицеллы в жидкой фазе?
б) сформулируйте правило Пескова-Фаянса-Панета;
в) где в мицелле находятся потенциалопределяющие ионы, противоионы, адсорбционный и диффузионный слои?
г) как определить заряд коллоидной частицы?
Работа № 2
1. Понятие агрегативной, кинетической и фазовой устойчивости коллоидных систем.
2. Термодинамические и кинетические факторы агрегативной устойчивости коллоидных систем.
3. По какому признаку дисперсные системы делятся на лиофильные и лиофобные?
4. Теория устойчивости гидрофобных дисперсных систем (ДЛФО). Чем обусловлена агрегативная неустойчивость лиофобных дисперсных систем?
5. Что называется порогом коагуляции? Области медленной и быстрой коагуляции. Правило Дерягина-Ландау.
6. Правила коагуляции золей электролитами:
а) выбор электролита-коагулятора;
б) коагулирующий ион;
|
|
|
в) Правило Шульце-Гарди;
г) почему изменяется коагулирующая способность ионов одинаковой зарядности (лиотропные ряды).
7. Коагуляция смесями электролитов.
Работа № 3
1. Очистка золя методом диализа. Полупроницаемые мембраны.
2. Мембранное (доннановское) равновесие в системе. Анализ формул при малых и больших значениях концентрации электролита.
3. Очистка дисперсных систем методом электродиализа.
4. Метод ультрафильтрации и гиперфильтрации (обратный осмос).
5. Основные характеристики процесса ультрафильтрации.
Задание к работе № 1
Напишите формулы мицелл, образование которых возможно в результате реакции в водном растворе. Назовите электролиты-коагуляторы, которые вы можете предложить для коагуляции гидрозолей, содержащих эти мицеллы.
Ответы необходимо обосновать!
1. HCl + Pb(NO3)2 ® ↓PbCl2 + HNO3
2. Pb(NO3)2 + KJ ® ↓PbJ2 + KNO3
3. Pb(NO3)2 + H2SO4 ® ↓PbSO4 + HNO3
4. AgNO3 + (NH4)2S ® ↓Ag2S + NH4NO3
5. Pb(NO3)2 + (NH4)2S ® ↓PbS + NH4NO3
6. Na3AsO4 + (NH4)2S ® ↓S + Na3AsO3 + NH3 + H2O
7. AgNO3 + (NH4)2C2O4 ® ↓Ag2C2O4 + NH4NO3
8. Bi(NO3)3 + NaOH ® ↓Bi(OH)3 + NaNO3
9. Bi(NO3)3 + H2S ® ↓Bi2S3 + HNO3
10. Hg(NO3)2 + H2S ® ↓HgS + HNO3
11. CuSO4 + H2S ® ↓CuS + H2SO4
12. Na2S + NiSO4 ® ↓NiS + Na2SO4
13. Hg(NO3)2 + 2KJ ® ЇHgJ2 + KNO3
14. TiCl4 + NaOH ® ↓H4TiO4 + NaCl
15. Zn(NO3)2 + K3[Fe(CN)6] ® ↓Zn3[Fe(CN)6]2 + KNO3
|
|
|
16. FeSO4 + K3[Fe(CN)6] ® ↓Fe3[Fe(CN)6]2 + K2SO4
17. (NH4)2S + Pb(CH3COO)2 ® ↓PbS + CH3COONH4
18. K3[Fe(CN)6] + AgNO3 ® ↓ Ag3[Fe(CN)6] + KNO3
19. Na3AsO3 + H2S ® ↓As2S3 + Na2S + H2O
20. H3AsO3 + H2S + HCl ® ↓As2S3 + H2O
21. SbCl5 + H2S ® ↓Sb2S5 + HCl
22. NH4VO3 + HCl ® ↓V2O5 + NH4Cl + H2O
23. SnCl2 + NaOH ® ↓Sn(OH)2 + NaCl
24. HAuO2 + FeSO4 ® ↓Au + Fe2(SO4)3 + H2O
25. Fe(OH)3 + HCl ® ↓FeOCl + H2O
СОСТАВЛЕНИЕ ФОРМУЛ МИЦЕЛЛ ГИДРОЗОЛЕЙ
ПРОСТЫХ ВЕЩЕСТВ И СОЕДИНЕНИЙ
Гидрозоль – дисперсная система, в которой вода – дисперсионная среда, а мицеллы – дисперсная фаза.
Мицеллы образуются при условии, когда скорость роста центров кристаллизации велика (вследствие сильного пересыщения раствора нерастворимым соединением), а скорость роста кристаллов мала. Эти условия создаются, когда одно из исходных веществ взято в избытке по сравнению со стехиометрическим соотношением молекул по уравнению реакции.
Электролит, находящийся в избытке, называется стабилизатором. Ионы электролита-стабилизатора образуют на поверхности кристаллов двойной электрический слой, стабилизирующий гидрозоль в целом. Тип химической реакции значения не имеет: могут быть реакции обмена, гидролиза, окислительно-восстановительные и т.д.
Правила составления мицелл
1. Основа мицеллы – агрегат, нерастворимый в данной дисперсионной среде, состоящий из множества (m) молекул (атомов) простого вещества.
|
|
|
2. Согласно правилу Пескова-Фаянса-Панета, на поверхности агрегата адсорбируются ионы электролита-стабилизатора, входящие в состав агрегата, либо имеющие общую природу с ним, либо специфически взаимодействующие с ним и находящиеся в избытке. Ионы, сообщающие агрегату поверхностный заряд, называются потенциалопределяющими. Агрегат + потенциалопределяющие ионы = ядро мицеллы.
3. Заряд ядра компенсируется эквивалентным количеством противоположно заряженных ионов электролита-стабилизатора – противоионов. Часть противоионов, прочно связанных с ядром, входит в адсорбционный слой. Агрегат + адсорбционный слой = коллоидная частица (имеет заряд).
4. Остальная часть противоионов образует диффузионный слой.
5. Суммы электрических зарядов коллоидной частицы и диффузионного слоя равны друг другу по абсолютной величине и противоположны по знаку.
6. Электрический заряд коллоидной частицы равен алгебраической сумме электрических зарядов потенциалопределяющих ионов и противоионов адсорбционного слоя.
7. Мицелла гидрофобного золя является электронейтральной, т.е. алгебраическая сумма электрических зарядов ионов всех слоев равна нулю
|
|
|
Для любого типа реакции одно из исходных веществ берут в избытке по сравнению со стехиометрически необходимым соотношением:
Na3AsO3 + 3AgNO3 → ↓Ag3AsO3 + 3NaNO3
избыток осадок
Электролитическая диссоциация электролита, взятого в избытке:
Na3AsO3 « 3Na+ + AsO33-
{ mAg3AsO3·nAsO33- × 3(n - x)Na+}-3x×3xNa+
Агрегат Потенциалоп- Противоионы Ионы
ределяющие адсорбционного диффузионного
ионы слоя слоя
Ядро
Адсорбционный слой Диффузионный слой
Коллоидная частица
Здесь m , n , x – натуральные числа;
m – число молекул в агрегате;
n – число потенциалопределяющих ионов;
(n – x) – число противоионов адсорбционного слоя;
x – число противоионов диффузного слоя.
Численный коэффициент 3 перед (n – x) и х поставлен ввиду трехосновности аниона AsO33-.
Определение заряда коллоидной частицы (правило 6)
n(-3) + 3(n – x)(+1) = -3x
Для проверки правильности записи формулы мицеллы подсчитывают алгебраическую сумму зарядов всех ионов (правило 7):
n(-3) + 3(n – x)(+1) + 3х(+1) = 0
Коллоидная частица имеет отрицательный заряд, мицелла в целом электронейтральна.
Работа № 4
МИЦЕЛЛООБРАЗОВАНИЕ В РАСТВОРАХ
ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ
1. Какие вещества называют поверхностно-активными (ПАВ)?
2. Как классифицируют ПАВ?
3. Чем отличаются коллоидные ПАВ от истинно растворимых? Что называется критической концентрацией мицеллообразования (ККМ)?
4. Что такое поверхностная активность коллоидных ПАВ?
5. Как зависит форма мицелл от концентрации ПАВ в растворе? Каким образом ориентируются молекулы ПАВ в мицеллах в полярной и неполярной средах?
6. Какое явление называют солюбилизацией? Чем обусловлено это явление? Каково практическое значение этого явления?
7. Факторы, влияющие на ККМ в растворах ПАВ:
1) влияние длины углеводородного радикала на ККМ в разных по полярности растворителях;
2) влияние природы полярной группы молекулы ПАВ;
3) влияние добавок индифферентного электролита на ККМ ионогенных и неионогенных ПАВ;
4) зависимость мицеллообразования от температуры, точка Крафта.
8. Условия образования мицеллярных растворов ПАВ.
9. Методы определения ККМ. Почему при концентрации выше ККМ поверхностное натяжение растворов ПАВ не изменяется?
10. Как влияет явление мицеллообразования на подвижность ионов?
Работа №5
1. Что такое защитное действие ВМС?
2. Механизм образования защитного действия.
3. Что такое флокуляция?
4. Что такое сенсибилизация?
5. Действие стабилизаторов.
6. Особенности белков как стабилизаторов. Смешанные пленки.
7. Влияние заряда на прочность макромолекул.
8. Что такое осмотическое расклинивающее давление?
Работа №6
1. Перечислить три механизма образования двойного электрического слоя (ДЭС).
2. Строение ДЭС.
3. Факторы, влияющие на z-потенциал:
а) j0;
б) добавка индифферентного электролита;
в) добавка неиндифферентного электролита;
г) рН среды;
д) концентрация золя;
е) температура;
ж) природа дисперсионной среды.
4. Особенности белковых веществ как коллоидов: строение ДЭС в кислой и щелочной средах.
5. Обоснование возможности разделения белков электрофорезом.
6. Изоэлектрическая точка белков.
Работа № 7
АДСОРБЦИЯ И ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ НА ГРАНИЦЕ «ЖИДКОСТЬ-ГАЗ»
1. Что называется поверхностным натяжением? Единицы измерения?
2. Методы измерения поверхностного натяжения (4 самых распростра-ненных метода).
3. Что лежит в основе определения поверхностного натяжения по методу Ребиндера? Работа установки. Формула расчета поверхностного натяжения по методу наибольшего давления воздуха в пузырьке.
4. Зависимость поверхностного натяжения жидкости от температуры.
5. Почему жидкость стремится принять форму шара?
6. *Что такое поверхностно-активные вещества? Их структура? Привести примеры.
7. Как поверхностное натяжение зависит от концентрации для ПАВ (поверхностно-активных веществ) и ПИВ (поверхностно-инактивных веществ)?
8. Понятие Гиббсовской адсорбции, её размерность и физический смысл.
9. Зависимость Гиббсовской адсорбции от концентрации, от температуры.
10. Что такое поверхностная активность вещества? Анализ уравнения Гиббса.
11. Как определить поверхностную активность графическим методом?
12. У какого из этих веществ поверхностная активность будет больше: СН3СООН; С2Н5СООН; С3Н7СООН и т.д.?
13. Понятие предельной адсорбции.
14. Как определить площадь, приходящуюся на одну молекулу в насыщенном адсорбционном слое? Зависит ли эта площадь от длины радикала?
15. Как определить линейные размеры молекулы ПАВ по величине адсорбции?
16. Какие характеристики и величины можно рассчитать, исходя из уравнения Гиббса?
Работа № 7а
АДГЕЗИЯ, СМАЧИВАНИЕ И РАСТЕКАНИЕ ЖИДКОСТЕЙ
1. Что такое адгезия? Определение, единицы измерения. Работа адгезии.
2. Что такое когезия? Определение, единицы измерения. Работа когезии.
3. Уравнение Дюпре. Условие растворения.
4. Что такое смачивание? Нарисовать векторы сил, действующих на каплю жидкости, помещенную на твердую поверхность.
5. Что такое краевой угол смачивания? Как по нему оценить гидрофильность/гидрофобность поверхности?
6. Закон Юнга.
7. Уравнение Дюпре-Юнга.
8. Растекание жидкости. Эффект Марангони.
Работа № 8
МОЛЕКУЛЯРНАЯ АДСОРБЦИЯ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА
«ЖИДКИЙ РАСТВОР – ТВЕРДЫЙ АДСОРБЕНТ»
1. Что называется адсорбцией? Что такое адсорбент, адсорбат и адсорбтив? Количественные характеристики адсорбции (абсолютная и избыточная величины).
2. Дайте определение изотермы, изостеры и изопикны адсорбции. Их графическое построение.
3. При каких условиях соблюдается при адсорбции закон Генри? Физический смысл константы Генри?
4. Уравнение изотермы мономолекулярной адсорбции Ленгмюра. Анализ его, физический смысл входящих в него величин. При каких условиях это уравнение применимо?
5. Чем отличаются константы адсорбции в уравнениях Ленгмюра и Генри, какова взаимосвязь между ними?
6. Уравнение Фрейндлиха, физический смысл входящих в него констант. Область применения.
7. Как определяют константы уравнения Ленгмюра и Фрейндлиха?
8. Какие геометрические характеристики можно рассчитать, зная константы уравнения Ленгмюра?
9. Какова ориентация молекул ПАВ на поверхности адсорбента в случае предельной адсорбции (нарисовать)? Чем определяется величина площади молекулы в адсорбционном слое?
10. Какие формулы используют для расчета величины адсорбции из экспериментальных данных?
11. На чем основано измерение удельной поверхности твердых адсорбентов?
12. Чем отличается адсорбция из растворов от адсорбции газов и паров?
Работа № 9
ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ
ТУРБИДИМЕТРИЯ
1. Какие оптические явления наблюдаются при падении луча света на дисперсную систему? Какие методы исследования дисперсных систем основаны на этих явлениях?
2. Какие оптические методы используются для определения размеров частиц дисперсных систем? Укажите границы применимости (по дисперсности) этих методов.
3. Чем обусловлено светорассеяние в дисперсных системах и истинных растворах? Какими параметрами количественно характеризуют рассеяние света в системе?
4. Какова связь между оптической плотностью и мутностью «белых» золей? Для каких дисперсных систем применимо уравнение Рэлея?
5. Как влияют размеры частиц на зависимость оптической плотности «белых» золей от длины волны падающего света?
6. Чем различаются методы нефелометрии и турбидиметрии? Какие уравнения используются для определения характеристик рассеяния света?
7. Для каких дисперсных систем применимо уравнение Дебая? Какие параметры дисперсных систем определяют по методу Дебая?
8. В чем заключаются особенности метода ультрамикроскопии? Для каких дисперсных систем применим этот метод? Какие характеристики дисперсных систем могут быть определены этим методом?
Лабораторная работа № 10
СЕДИМЕНТАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ СУСПЕНЗИЙ
1. Понятие о дисперсных системах, количественные характеристики дисперсных систем (Лекция №1).
2. Цель седиментационного анализа. Практическое применение результатов седиментационного анализа.
3. Методика седиментационного анализа.
4. Закон Стокса. Номограмма Стокса, её использование.
5. Что такое седиментация? Какие силы действуют на частицу?
6. Напишите уравнение Стокса для скорости оседания частиц. Каков физический смысл входящих в него величин? Изменением каких параметров системы можно изменять скорость осаждения частиц?
7. Кривая седиментации полидисперсной системы. Как определяют размеры частиц, используя кривую седиментации?
8. Определите по графику массу фракции, радиус частиц которой равен или больше радиуса в данной точке.
9. Определите по графику массу фракции для заданного интервала размеров (например от радиуса r 3 до r 4).
10. Что можно определить, используя дифференциальную кривую распределения частиц по размерам?
11. Как определить содержание частиц для данного интервала размеров по дифференциальной кривой распределения?
12. Как рассчитать удельную поверхность дисперсной фазы S уд?
Лабораторная работа № 11
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 378; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!