Общая и биоорганическая химия

Классификация методов хроматографии по агрегатному состоянию фаз, техническому исполнению.

Глава 6. ЛИОФОБНЫЕ КОЛЛОИДНЫЕ СИСТЕМЫ

6.1. ПОЛУЧЕНИЕ И ОЧИЩЕНИЕ КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ

Теоретическое пояснение: в коллоидных системах частицы представляют агрегаты, скопления отдельных молекул вещества с размерами 10?9 - 10?7 м. В принципе существует два способа получения таких агрегатов молекул: дробле-ние крупных масс вещества (диспергирование) и объединение молекул вещества в коллоидные частицы (конденсация):

Методы диспергирования	Методы конденсации
1. Физическое диспергирование: 1.1. механическое измельчение 1.2.дробление ультразвуком 1.3. электрическое диспергирова-ние (метод Бредига) 2. Химическое диспергирование (пептизация)	1. Физическая конденсация: 1.1. конденсация из паров 1.2. замена растворителя 2. Химическая конденсация: 2.1. в реакциях окисления 2.2. в реакциях восстановления 2.3. в реакциях ионного обмена 2.4. в реакциях гидролиза

Получение коллоидных частиц возможно только в присутствии вещества, препятствующего самопроизвольному укрупнению частиц и выпадению в осадок. Такие вещества называются стабилизаторами. Ими могут быть поверхностно-активные вещества, высокомолекулярные соединения, ионы электролитов.

Их вводят специально или они образуются при приготовлении коллоидного раствора.

После приготовления коллоидные растворы необходимо очищать от избытка присутствующих в них низкомолекулярных веществ и крупных частиц, которые могут понижать устойчивость коллоидных частиц или сказываться на их свойствах.

Для удаления крупных частиц применяют фильтрацию, а для удаления низкомолекулярных веществ ? диализ, электродиализ и ультрафильтрацию.

Лабораторная работа

Получение золей

Задачи работы: получение золей различными методами, очистка золей от низкомолекулярных примесей

Оборудование и реактивы: пробирки, стакан, стеклянная палочка, целлофан, 2% и 20%-ный растворы FeCl3, 5%-ного раствора аммиака, 0,1М раствор HCl, спиртовый раствор канифоли, 0,1%-ный раствор K4[Fe(CN)6], 0,1%-ный раствор KMnO4, 1%-ного раствор Na2S2O3, 0,1%-ного раствор крахмал, раствор Люголя,

Опыт 1. Приготовление золя гидроксида железа (III) методом пептизации.

Выполнение работы: в пробирку налить 10 мл 20%-ного раствора FeCl3 и прибавить 4-5 капель 5%-ного раствора аммиака. Раствор перемешать и через несколько минут слить жидкость над осадком. К осадку прибавить 10-15 мл дистиллированной воды, перемешать и дать вновь отстояться. Такое промывание осадка дистиллированной водой проделать дважды. Затем к осадку прилить 10 мл воды и добавить при постоянном встряхивании 10 капель 0,1М раствора HCl. Оставить раствор на 10 минут, время от времени встряхивая его. При этом должно произойти растворение осадка и образование красно-бурого золя.

При прибавлении к раствору хлорида железа (III) аммиака образуется осадок:

FeCl3 + 3NH3 + 3H2O = Fe(OH)3 + 3NH4Cl.

Избыток аммиака и возникший в реакции хлорид аммония удаляются промыванием водой. При добавлении небольшого количества раствора соляной кислоты протекает реакция:

Fe(OH)3 + HCl = FeOCl + 2H2O

Образовавшийся оксохлорид железа (III) является пептиза-тором. Он в растворе диссоциирует на ионы:

FeOCl FeO+ + Cl?

Ионы адсорбируются на частицах гидроксида железа (III) и придают им положительный заряд. Взаимно отталкиваясь, частицы осадка переходят в раствор: происходит пептизация осадка гидроксида железа (III). Мицелла золя характеризуется следующей формулой:

{mFe(OH)3.nFeO+(n?x)Cl?}x+xCl?

Опыт 2. Получение золя канифоли методом замены летучего растворителя

Выполнение работы: в пробирку налить 10 мл дистиллированной воды и добавить каплю спиртового раствора канифоли. Раствор перемешать. При этом получается сильно опалесцирующий золь канифоли. Канифоль хорошо растворяется в спирте и нерастворима в воде. При быстрой замене спирта на воду, молекулы воды вытесняют из своего окружения молекул канифоли, которые объединяются в коллоидные частицы.

Опыт 3. Получение золя гидроксида железа (III) реакцией гидролиза

Выполнение работы: в пробирку налить 2 мл 2%-ного раствора хлорида железа (III) и 10 мл дистиллированной воды. Раствор перемешать и нагреть на спиртовке до кипения. При этом получается красно-бурый прозрачный золь гидроксида железа (III). Метод основан на гидролизе соли:

FeCl3 + 3H2O Fe(OH)3 + 3HCl.

Частицы Fe3+, образуемые в результате диссоциации

FeCl3 Fe3+ +3Cl

избирательно адсорбируются на поверхности осадка и придают им положительный заряд. Вследствие этого между частицами возникают силы электростатического отталкивания и раствор становится устойчивым.

Строение мицеллы описывают формулой:

{mFe(OH)3.nFe3+3(n?x)Cl?}3x+3xCl?

Опыт 4. Получение золя берлинской лазури реакцией ионного обмена

Выполнение работы: в пробирку налить 10 мл 0,1%-ный раствор желтой кровяной соли (гексацианоферрата (II) калия) K4[Fe(CN)6] и прибавить 2-3 капли 2%-ного раствора хлорида железа (III). Получается синий золь берлинской лазури:

FeCl3 + K4[Fe(CN)6] = FeK[Fe(CN)6] + 3KCl.

Частицы золя заряжены отрицательно вследствие адсорбции ферроцианид-ионов [Fe(CN)6]4?, имеющихся в избытке. Строение мицеллы описывается формулой:

{mFeK[Fe(CN)6].n[Fe(CN)6]4?4(n - x)K+}4x?4xK+.

Опыт 5. Получение золя диоксида марганца реакцией восстановления

Выполнение работы: в пробирку налить 5 мл 0,1%-ного раствора перманганата калия и прибавить 1-2 капли 1%-ного раствора тиосульфата натрия и перемешать раствор. При этом протекает реакция

8KMnO4 + 3Na2S2O3 + H2O = 8MnO2 + 3Na2SO4 + 3K2SO4 + 2KOH.

Вследствие адсорбции ионов MnO4?, находящихся в растворе в избытке, образуется вишнево-красный золь диоксида марганца. Строение мицеллы описывают формулой:

{mMnO2.nMnO4?(n - x)K+}x? xK+.

Опыт 6. Диализ раствора крахмала с йодом

Выполнение работы: в пробирку налить 2 мл 0,1%-ного раствора крахмала, добавить 1 каплю 0,1%-ного раствора йода в 0,2%-ном растворе иодида калия (раствор Люголя). Аккуратно сгибать целлофановый лист в виде мешочка и вылить в него раствор крахмала с йодом. Мешочек завязать ниткой и привязать его за шейку к стеклянной палочке. Мешочек с раствором подвесить на палочке, погружая его в стакан с водопроводной водой. Уровень воды в стакане должен быть одинаковым с уровнем раствора в мешочке. Диализ провести 30-40 минут до обесцвечивания раствора в мешочке.

При сливании растворов крахмала и йода происходит физическая адсорбция йода на молекулы крахмала с образованием комплекса синего цвета.

Целлофан делают из целлюлозы и он является полупроницаемой мембраной. Через поры (отверстия) целлофана свободно проходят молекулы йода, а молекулы крахмала, из-за большого размера, задерживаются. При диализе молекулы йода свободно диффундируют через целлофан из раствора в мешочке в воду в стакане, а молекулы крахмала остаются в мешочке. В результате снижения концентрации йода в растворе адсорбционное равновесие сдвигается в сторону разрушения синего комплекса и наблюдается обесцвечивание раствора в мешочке. Таким образом, диализ позволяет отделять высокомолекулярные вещества и коллоидные частицы от низкомолекулярных.

Порядок оформления работы: в журнале записать ход работы, наблюдения, результаты и выводы.

6.2 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОЛЛОИДНЫХ СИСТЕМ

Теоретическое пояснение: частицы в коллоидных системах вследствие адсорбции ионов из окружающей среды приобретают заряд. Ионы образуют на поверхности частиц двойной электрический слой (ДЭС). Он состоит из потенциал определяющих ионов (ионов, непосредственно связанных с поверхностью частиц) и части противоионов (ионов, притянутых к потенциалопределяющим ионам). Часть противоионов, за счет электростатического отталкивания, располагаются подальше от поверхности в растворе. Частицы при движении проявляют некоторый свободный заряд, хотя весь коллоидный раствор в целом остается электронейтральным.

Наличие ДЭС у коллоидных частиц или на поверхности капилляров пористых сред является причиной возникновения в дисперсных системах электрокинетических явлений (электрофорез и электроосмос, потенциалы протекания и оседания).

Заряд коллоидных частиц можно определить различными методами (электрофорезом, методом капиллярного поднятия и др.).

Метод капиллярного поднятия основан на нейтрализации коллоидных частиц на стенках капилляров бумаги. Бумага состоит из высокомолекулярного вещества - целлюлозы, молекулы которой имеют карбоксильные группы. В воде эти группы диссоциируют и придают стенкам капилляров бумаги отрицательный заряд. Когда под действием сил поверхностного натяжения коллоидный раствор движется (просачивается) по капиллярам, возникает электростатическое взаимодействие между заряженными стенками капилляров бумаги и коллоидными частицами. Если частицы заряжены отрицательно, они отталкиваются от стенок капилляров и движутся с водой, окрашивая бумагу. Если же частицы золя заряжены положительно, то они притягиваются к стенкам капилляров, их заряд нейтрализуется и они образуют в капиллярах осадок. В этом случае в бумагу всасывается только вода. Таким образом, по окрашиванию бумаги (поднятию окрашенной зоны или расплыванию капли) можно судить о знаке заряда частиц в коллоидном растворе.

Лабораторная работа.

Определение знака заряда коллоидных частиц

Задачи работы: определение заряда окрашенного золя методом капиллярного поднятия.

Оборудование и реактивы: золь гидроксида железа (III), золь красного конго, 2 стаканчика, стеклянные палочки, полоски фильтровальной бумаги.

Выполнение работы: в отдельности в стаканчики налить золи гидроксида железа (III) и красного конго на высоту 0,5 - 1 см. В растворы на глубину 2 - 3 мм опустить полоски фильтровальной бумаги так, чтобы они не касались стенок стаканчиков. Верхние концы полосок закрепить на стеклянных палочках, опирающихся на стенки стаканчиков. Через 10-15 мин полоски фильтровальной бумаги вынуть и делать вывод о заряде коллоидных частиц.

Порядок оформления работы: в журнале записать суть определения заряда коллоидных частиц окрашенного золя методом капиллярного поднятия, зарисовать стаканчики с полосками бумаги и сформулировать вывод о заряде коллоидных частиц.

6.3 КОАГУЛЯЦИЯ В КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРАХ

Теоретическое пояснение: лиофобные коллоидные системы термодинамически мало устойчивы. Коллоидные частицы склонны объединяться и выпадать в осадок. Процесс самопроизвольного объединения и укрупнения коллоидных частиц с последующим выпадением агрегатов в осадок называется коагуляцией. При действии особых факторов, коллоидные системы могут существовать длительное время без видимых изменений. Различают кинетическую и агрегативную устойчивость коллоидных систем.

Устойчивость коллоидной системы к процессу объединения (агрегации) частиц называется агрегативной устойчивостью. Факторами агрегативной устойчивости являются наличие у частиц одноименных зарядов и сольватной оболочки из молекул дисперсионной среды (растворителя). Одноименно заряженные частицы взаимно отталкиваются и тем самым удерживаются в дисперсионной среде. Сольватные оболочки препятствуют объединению частиц благодаря своей упругости и повышенной вязкости.

Под кинетической устойчивостью понимают устойчивость системы против потери однородности вследствие оседания частиц (разделения на дисперсную фазу и дисперсионную среду). Фактором кинетической устойчивости является степень дисперсности (измельчённости частиц). Чем меньше размер частиц, тем медленнее они оседают и тем более устойчива система. При коагуляции коллоидные частицы объединяются под действием сил межмолекулярного притяжения. Эти силы действуют на малом расстоянии (0,01 - 0,1 радиуса частиц). Сближение частиц на такое расстояние возможно при их столкновениях в ходе броуновского движения, если этому не препятствуют факторы агрегативной устойчивости. Поэтому в основе механизма коагуляции лежит преодоление сил электростатического отталкивания частиц и барьерного эффекта сольватных оболочек. Этому способствуют воздействия, увеличивающие скорость движения и число столкновений частиц, например, механическое перемешивание раствора, изменение температуры и концентрации раствора. Во многих случаях необходима предварительная нейтрализация заряда частиц, например, пропусканием электрического тока, добавление электролита.

При добавлении электролита коагуляция начинается только при определенной концентрации добавляемого электролита. Минимальная концентрация электролита (ммоль/л), необходимая для вызова явной коагуляции, называется порогом коагуляции:

.

Электролиты обладают разной коагулирующей способностью. Она обратно пропорциональна порогу коагуляции:

Чем выше коагулирующая способность электролита, тем меньше его нужно, чтобы вызвать коагуляцию.

Закономерности коагулирующего действия электролитов сформулированы в виде правил Шульце и Гарди: коагулирующим действием обладают те ионы добавляемого электролита, заряд которых противоположен заряду гранул коллоидных частиц; коагулирующая способность ионов возрастает с увеличением их заряда в геометрической прогрессии. Оказывается коагулирующее действие двухзарядных ионов в десятки, а трехзарядных в сотни раз больше, чем у однозарядных ионов. Это объясняется большей способностью многозарядных ионов проникать в адсорбционный слой и нейтрализовать потенциал определяющих ионов. Коагулирующая способность ионов также зависит от их массы (радиуса) и степени гидратации. При одинаковом заряде чем больше масса ионов, тем меньше степень их гидратации и тем сильнее коагулирующее действие.

При концентрациях ниже порога коагуляции добавляемые электролиты не оказывают на золь видимого влияния, т.к. концентрация коагулирующих ионов недостаточно для нейтрализации и снижения заряда коллоидных частиц. При этом объединяются лишь отдельные частицы и поэтому коагуляция незаметна на глаз.

Этот вид коагуляции называется скрытой коагуляцией. С повышением концентрации наблюдается последовательное снижение заряда частиц вплоть до полной их нейтрализации. При достижении пороговой концентрации коагуляция становится заметной на глаз, и она называется явной. Различают явную медленную коагуляцию (заряд частиц мал, но не равен нулю) и явную быструю (заряд частиц нейтрализован до нуля). О наступлении коагуляции визуально судят по изменению окраски золя, увеличению светорассеяния, появлению хлопьев и их осаждению.

Коагуляция и стабилизация коллоидных систем широко используется в производстве промышленных изделий и продуктов питания, в сельском хозяйстве и биологии. На использовании процессов коагуляции основано получение каучука, мыла, выделка кож, приготовление строительных растворов, бетона и др. Взаимная коагуляция используется при очистке питьевой воды на водоочистительных станциях. Электролитная коагуляция взвешенных и коллоидно-растворенных веществ имеет место при образовании почвы, торфа, речных отмелей.

В организме растворимость и устойчивость трудно растворимых солей фосфорной, мочевой, желчных кислот, холестерина повышена белками. Снижение их устойчивости может привести к выпадению кристаллов мочевой кислоты в тканях (при подагре), образованию камней в желче- и мочевыводящих путях, к отложению холестерина в стенках сосудов при атеросклерозе.

Лабораторная работа.

Определение зависимости коагулирующей способности электролитов

Задачи работы: определение коагулирующей способности электролитов от заряда коагулирующего иона и выполнение правила Шульце-Гарди.

Оборудование и реактивы: золь гидроксида железа (III), 1 М раствор хлорида натрия, 0,1 М карбоната натрия, 0,002 М цитрата натрия, дистиллированная вода, 18 пробирок, штатив, пипетки.

Выполнение работы: подготовить ряд из шести пробирок. В 5 пробирок ряда, со 2-ой по 6-ю пипеткой прилить по 2 мл воды.

Далее в первую и вторую пробирки ряда прилить по 2 мл раствора хлорида натрия.

Раствор во второй пробирке перемешать и 2 мл его перенести в третью пробирку. Раствор в третьей пробирке перемешать и 2 мл его перенести в четвертую пробирку. Так развести во всех пробирках. Из последней (шестой) пробирки отобрать 2 мл раствора и вылить.

Таким образом, в пробирках оказывается по 2 мл раствора электролита, разведенного по сравнению с исходным в следующее число раз: 1-я - 1, 2-я - 2, 3-я - 4, 4-я - 8, 5-я- 16 и 6-я - 32. Затем в каждую пробирку добавить 2 мл золя гидроксида железа (III) и растворы в пробирках перемешать. Определить последнюю, начиная с первой, пробирку, в которой еще наблюдается коагуляция золя.

Записать в таблицу результаты опытов, отмечая знаком «+» наличие и знаком «?» отсутствие коагуляции.

Опыт повторить аналогично для растворов карбоната и цитрата натрия.

Зная исходную молярную концентрацию раствора электролита и разведение его в пробирке, где еще происходит коагуляция (n), рассчитать порог коагуляции каждого электролита по формуле:

ммоль/л

где 1000 - число миллимолей в 1 моль, 500 - фактор пересчета с 2 мл на 1000 мл золя.

Число значности электролитов определить относительно хлорида натрия:

Результаты записать в таблицу

Электролит	Концентрация электролита, моль/л	Коагули-рующий ион	№ пробирок 1 2 3 4 5 6 разведения 1 2 4 8 16 32	Порог коагуляцииммоль/л	Число значности
NaCl	1	Cl?			1
Na2CO3	0,1	CO32?
Na3C6H5O7	0,002	C6H5O73?

Порядок оформления работы: дать определение коагуляции, записать ход работы и результаты, определить пороги коагуляции сравниваемых электролитов, сделать вывод о выполняемости правила Шульце-Гарди, влиянии коагулирующих ионов на порог коагуляции.

Примеры решения задач

Пример 1. Золь хлорида серебра получен при смешивании 20 мл 0,025 М раствора нитрата серебра и 40 мл 0,005 М раствора хлорида калия. Записать формулу мицеллы, объяснить её строение. Какой из электролитов: NaCl, Na2SO4, Na3PO4 обладает наибольшим порогом коагуляции, какой ион является ионом-коагулятором?

Дано: V(p-pa AgNO3) = 20 мл C(AgNO3) = 0,025 моль/л V(p-pa KCl) = 40 мл C(KCl) = 0,005 моль/л Ског (Х) ? ?	Решение: запишем уравнение реакции: AgNO3 + KCl = AgCl + KNO3 Для получения золя одно из реагирующих веществ должно быть взято в избытке. Поэтому вычисляем количество реагирующих веществ: v(KCl) = C(KCl).V(p-pa) = 0,005x0,04 = 0,0002 моль v(AgNO3) = C(AgNO3).V(p-pa) = 0,025x0,02 =

Значит:

Ског.(NaCl) > Ског.(Na2SO4) > Ског.(Na3PO4).

Пример 2. Определить средний сдвиг частицы золя за 15 с при температуре 20оС, если радиус частицы 5.10?8 м, вязкость среды 1.10?3 Па.с.

Дано: t = 20oC, T = 293K r = 5.10?8 м = 1.10?3 Па.с R = 8,31 Дж/моль.K = 15 с NA = 6,02.1023моль?1 ? ?	Решение: средний сдвиг частицы при броуновском движении вычисляется по уравнению Эйнштейна-Смолуховского: , где ? коэффициент диффузии.

м2/с,

м.

Ответ: 9,26.10?6 м

Пример 3. Определить величину электрокинетического (дзета-)потенциала, если под напряжением 100 В граница окрашенного золя переместилась за 10 мин на 1 см. Расстояние между электродами 10 см, диэлектрическая проницаемость вакуума о= 8,85.10-12 ф/м, относительная диэлектрическая проницаемость среды = 81, вязкость дисперсионной среды 0,001 Па.с.

Дано: = 81 о= 8,85.10-12 ф/м = 0,001 Па.с l = 10 см = 0,1 м = 10 мин = 600 с V = 100 B s = 1 см = 0,01 м = ?	Решение: электрокинетический потенциал вычисляется по формуле: Ответ: 23 мВ.

Пример 4. Гидрозоль сернистого мышьяка содержит 7,2 кг As2S3 в 1 м3. Средний радиус частиц 1.10?9 м. Вычислите частичную концентрацию золя и его осмотическое давление при t = 0оС, если плотность твердого As2S3 составляет 2,8.103 кг/м3. Частицы имеют сферическую форму.

Дано: t = 0оС = 273 K d = 2,8.103 кг/м3 m(As2S3) = 7,2 кг V(золя) = 1 м3 r = 1.10?9 м Pосм ? ?	Решение: осмотическое давление золей рассчитывается по формуле: , где v ? численная (или частичная) концентрация. 104 1) вычисляем массовую концентрацию: кг/м3

2) определяем массу одной частицы:

3) вычисляем численную концентрацию (число частиц в единице объема):

4) вычисляем осмотическое давление золя

Ответ: 2,314 кПа

Пример 5. Коагуляция 100 мл золя Fe(OH)3 вызывается добавлением следующих количеств из электролитов: 10 мл раствора KCl с C(1/zX) = 1 моль/л, 63 мл раствора K2SO4 с C(1/zX) = 0,01 моль/л, 37 мл раствора K3PO4 с C(1/zX) = 0,001 моль/л. Вычислить пороги коагуляции электролитов и определить знак заряда коллоидной частицы.

Решение: вычисляем пороги коагуляции электролитов:

1) , ммоль/л

2) , ммоь/л

3) , моль/л

Как видно из формул солей, они состоят из одинакового катиона (K+) и анионов, разных зарядов. Так как пороги коагуляции у солей отличается многократно, причем, при переходе от однозарядного хлоридиона к 2-х зарядному сульфатиону, а далее к трехзарядному фосфатиону, то ионом коагулятором является анион. В соответствии с правилом Шульце и Гарди, гранула золя имеет положительный заряд.

Вопросы и задачи для самоподготовки

Что является предметом изучения, задачей коллоидной химии? Какие методы исследования она использует?

Каковы основные этапы и роль отдельных ученых в развитии коллоидной химии?

По каким признакам Т.Грэм разделил все вещества на кристаллоиды и коллоиды, что означают эти названия? В чём состоит относительность такого разделения веществ, кто выявил эту относительность?

Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз (объяснения и примеры).

Классификация дисперсных систем по размерам частиц дисперсной фазы.

Классификация дисперсных и коллоидных систем по характеру взаимодействия дисперсионной среды и дисперсной фазы.

Классификация дисперсных систем по взаимодействию частиц (по подвижности дисперсной фазы). Дать объяснения и привести примеры.

Дать определение коллоидным системам. Из каких фаз они состоят?

Что представляют собой молекулярно-дисперсные системы, каковы их основные признаки?

Отличительные признаки коллоидных систем сравнительно с другими дисперсными системами.

В чем состоит получение коллоидных систем методом физического диспергирования? Разновидности метода, их применение и практическое значение.

Что такое химическое диспергирование ? пептизация? Дать объяснения и привести пример.

Получение коллоидных систем методом физической конденсации. Разновидности метода и их применение.

Получение коллоидных систем методом химической конденсации. Разновидности метода и их применение.

Почему приходится очищать коллоидные растворы от примесей низкомолекулярных веществ? Какие методы для этого применяются? Что такое диализ, электродиализ и ультрафильтрация?

Какое значение при лечении больных и в производстве лекарственных препаратов имеют диализ, электродиализ и ультрафильтрация?

Чем обусловлено броуновское движение частиц в коллоидных растворах, отчего зависит его интенсивность? Среднее смещение (сдвиг) частиц.

Что такое диффузия, ее физический смысл и как она проявляется в коллоидных системах? Какие характеристики коллоидных частиц позволяет установить определение скорости их диффузии?

Как проявляется осмотическое давление в коллоидных растворах, чем оно отличается от осмотического давления истинных растворов?

Какие особенности присущи вязкости лиофобных коллоидных растворов по сравнению с вязкостью истинных растворов? Уравнение Эйнштейна, его применимость.

Что такое седиментация частиц и седиментационное равновесие в коллоидных системах? Какие количественные параметры их характеризуют?

Какие различают виды взаимодействия света с веществом? Как и почему происходит рассеяние света в коллоидных системах? В чем состоит явление Фарадея-Тиндаля?

Отчего зависит интенсивность рассеяния света в коллоидных системах? Что такое опалесценция, чем она обусловлена? Дать объяснения, привести примеры.

В каком случае интенсивность рассеяния света коллоидным раствором больше: при освещении синим светом (?= 410 нм) или красным светом (?=630 нм)? Ответ обосновать.

Что такое ультрамикроскопия? Какие характеристики коллоидных систем могут быть определены этим методом?

Какое строение имеют коллоидные частицы лиофобных золей. Дать объяснение и привести примеры.

Что такое электротермодинамический (фи-) и электрокинетический (дзета-) потенциалы коллоидных частиц, что они характеризуют и отчего зависят?

Что представляют явления электрофореза и электроосмоса в коллоидных системах, каков их механизм, где и как они используются?

Что такое агрегативная устойчивость коллоидных систем? Каковы факторы агрегативной устойчивости, что является количественной мерой её?

Что такое кинетическая устойчивость коллоидных систем? Каковы факторы кинетической устойчивости, что является количественной мерой такой устойчивости?

Какой процесс называют коагуляцией? Какими способами можно вызвать коагуляцию в лиофобных коллоидных системах?

Как изменяются число частиц и их порядок при коагуляции?

В чем состоит правило Шульца-Гарди для коагулирующего действия электролитов? Как объясняется различная коагулирующая способность ионов электролитов по современным представлениям?

Что такое порог коагуляции золей электролитами? Для чего нужна эта величина, отчего она зависит? Что выражает коагулирующая способность, отчего зависит?

Каким образом ионы электролитов вызывают коагуляцию коллодных частиц? Рассмотреть механизмы коагулирующего действия электролитов.

Как и почему скорость коагуляции золей зависит от концентрации коагулирующего электролита? Какие виды коагуляции различают в зависимости от ее скорости?

Как происходит коагуляция золей смесями электролитов (совместная коагуляция)? Дать объяснения, привести примеры и графики.

Что представляет взаимная коагуляция золей, где она используется?

Каким образом метод капилляризации позволяет определить знак заряда коллодных частиц? Определить знак заряда коллоидной частицы и написать формулу мицеллы золя берлинской лазури, полученного смешением растворов гексацианоферрата (II) калия и хлорида железа (III), учитывая, что фильтровальная бумага, конец которой опущен в указанный золь окрашена синим цветом.

Указать, какой вид будет иметь пятно золи, нанесенное на фильтровальную бумагу. Золь получен при взаимодействии избытка хлорида железа (III) и гексацианоферрата (II) калия. Определить заряд коллоидной частицы, написать формулу мицеллы.

Свежеосажденный гидроксид алюминия обрабатывали небольшим количеством соляной кислоты, в результате чего часть осадка растворилось с образованием хлорида алюминия по реакции

Al(OH)3 + HCl AlCl3 + H2O

При этом образовался золь гидроксида алюминия. Указать каким методом получен золь, привести формулу мицеллы и объяснить её строение.

Свежеосажденный гидроксид алюминия обрабатывали небольшим количеством соляной кислоты, в результате чего часть осадка растворилось с образованием основной соли по реакции

Al(OH)3 + HCl Al(OH)2Cl + H2O

При этом образовался золь гидроксида алюминия. Указать каким методом получен золь, привести формулу мицеллы и объяснить её строение.

Свежеосажденный гидроксид алюминия обрабатывали небольшим коли-чеством соляной кислоты, в результате чего часть осадка растворилось с образованием основной соли по реакции

Al(OH)3 + HCl Al(OH)Cl2 + H2O.

При этом образовался золь гидроксида алюминия. Указать каким методом получен золь, привести формулу мицеллы и объяснить её строение.

Свежеосажденный гидроксид алюминия обрабатывали небольшим количеством щелочи, в результате чего часть осадка провзаимодействовала с образованием гидроксоалюмината натрия по реакции

Al(OH)3 + NaOH Na[Al(OH)4]

При этом образовался золь гидроксида алюминия. Указать каким методом получен золь, написать формулу мицеллы, объяснить её строение.

Свежеосаждённый гидроксид железа (III) обрабатывали небольшим количеством раствора хлорида железа (III), в результате чего часть осадка провзаимодействовала с образованием золя Fe(OH)3. Указать каким методом получен золь, написать формулу мицеллы, объяснить её строение.

Золь ферроцианата меди был получен при добавлении к раствору сульфата меди избытка раствора желтой кровяной соли K4[Fe(CN)6]. Указать каким методом получен золь, написать формулу мицеллы, объяснить ее строение.

Золь ферроцианата меди был получен при добавлении к раствору желтой кровяной соли K4[Fe(CN)6] избытка раствора сульфата меди. Указать каким методом получен золь, написать формулу мицеллы, объяснить ее строение.

Рассмотреть возможные варианты строения коллоидных частиц хлорида серебра, полученных при смешении растворов AgNO3 и KCl.

Напишите формулу мицеллы золя иодида серебра, полученного добавлением к 30 мл 0,006 М раствора иодида калия 40 мл 0,004 М раствора нитрата серебра. Укажите способ получения золя.

Золь золота получен при действии на избыток аурата калия (KAuO2) формальдегида (CH2O) в щелочной среде по реакции:

KAuO2 + CH2O + K2CO3 > Au(тв) + HCOOK + KHCO3 + H2O.

Указать каким методом получен золь, написать формулу мицеллы, объяснить её строение.

Золь золота получен при смешении пероксида водорода и избытка раствора «золотой соли» по реакции H2O2 + HАuCl4 > Au(тв) + HCl + O2.Указать метод получения золя, написать формулу мицеллы, объяснить её строение.

Золь серы получен добавлением 5 мл раствора серы в этиловом спирте к 30 мл дистиллированной воды. Каким методом получен золь, объяснить его физический механизм.

При длительном стоянии сероводородной воды в результате окисления H2S кислородом воздуха образуется сера в коллоидном состоянии. Указать метод получения золя серы, написать формулу мицеллы, объяснить её строение.

Золь гидроксида железа (III) получен при добавлении к 85 мл кипящей дистиллированной воды 15 мл 2%-ного раствора хлорида железа (III). При этом соль частично подвергается гидролизу по реакции FeCl3 + H2O > Fe(OH)3(тв) + HCl. Написать возможные формулы мицелл золя гидроксида железа, учитывая, что при образовании его частиц в растворе присутствуют ионы Fe3+, FeO+, H+ и Cl. Каким методом получен золь?

Каков средний сдвиг частиц при броуновском движении, если радиус их 6,5.10?6 м, время наблюдения 1 с, вязкость дисперсионной среды 1.10?3 Н.с/м, Т = 298 K, R = 8,31 Дж/К.моль. Ответ: 1,47.10?7м.

Определить величину среднего сдвига частиц дыма хлорида аммония при 273 K за время 5 с, если радиус частиц 1.10?8 м, вязкость воздуха 1,7.10?5 Н.с/м2. R = 8,31.Дж/К.моль.

Определить величину среднего сдвига при броуновском движении у частиц гидрозоля Fe(OH)3 при T = 293 K за время 4 с, если радиус частиц 1.10?8 м, вязкость воды 1.10?3 Н.с/м2. R = 8,31.Дж/К.моль. Ответ: 2,23.10?5м.

Определить величину дзетапотенциала, если под напряжением 100 В граница золя переместилась за 15 мин на 1,5 см. Расстояние между электродами 20 см, диэлектрическая проницаемость вакуума о= 8,85.10?12 ф/м, относительная диэлектрическая проницаемость среды = 81, вязкость дисперсионной среды 0,001 Па.с. Ответ: 46 мВ.

Вычислить электрофоретическую подвижность частиц золя Fe(OH)3, если граница золя под напряжением 150 В переместилась за 10 мин на 7,5 мм. Расстояние между электродами 15 см. Ответ: 1,25.10?8 В/м.с.

Определите величину электрофоретической подвижности, если к двум электродам, находящимся на расстоянии 30 см, приложено напряжение в 100 В. При этом за 15 мин наблюдалось перемещение окрашенного золя на 10 мм. Ответ: 3,33.10?9 В/м.с.

При электрофорезе гидрозоля гидроксида железа (III) к двум электродам, находящимся на расстоянии 15 см, приложено напряжение в 150 В. При этом за 10 мин наблюдалось перемещение окрашенного золя на 7,5 мм. Диэлектрическая проницаемость вакуума о= 8,85.10?12 ф/м, относительная диэлектрическая проницаемость среды = 81, вязкость системы 0,001 Па.с. Вычислите величину электрокинетического потенциала. Ответ: 17,4 мВ.

При электрофорезе частицы золя хлорида серебра, полученного смешиванием равных объёмов раствора нитрата серебра с концентрацией 0,005 моль/л и хлорида натрия, перемещаются к катоду. Определите знак заряда коллоидной частицы и напишите формулу мицеллы. В каком диапозоне находилось значение концентрации раствора хлорида натрия?

При электрофорезе частицы золя хлорида серебра, полученного смешиванием равных объёмов раствора нитрата серебра с концентрацией 0,005 моль/л и хлорида натрия, перемещаются к аноду. Определите знак заряда коллоидной частицы и напишите формулу мицеллы. В каком диапозоне находилось значение концентрации раствора хлорида натрия?

При смешении равных объемов гексацианоферрата (II) калия и хлорида железа (III) получили золь берлинской лазури (гексацианоферрата (II) железа (III) ? Fe4[Fe(CN)6]3, который в электрическом поле перемещается к аноду. Какое вещество служит стабилизатором, концентрация какого раствора было больше? Напишите формулу мицеллы. Объясните её строение.

Какой минимальный объем раствора сульфида аммония с концентрацией 0,001 моль/л следует добавить к 15 мл раствора хлорида марганца (II) с концентрацией 0,003 М для того, чтобы получить золь с отрицательно заряженными частицами? Ответ: больше 45 мл.

Вычислить мицеллярную массу частиц гидрозоля сернистого мышьяка As2S3, если форма частиц сферическая, их средний радиус 1.10?8 м, плотность твердого As2S3 составляет 2,8.103 кг/м3. Ответ: 7057 а.е.

Вычислите осмотическое давление золя при 0оС, если в единице объема золя содержится 1,02.1023 мицелл As2S3. Ответ: 384 Па.

Гидрозоль сернистого мышьяка содержит 7,2 кг As2S3 в 1 м3. Средний ра-диус частиц 1.10?9 м. Вычислите частичную концентрацию золя и его осмо-тическое давление при t = 0оС, если плотность твердого As2S3 составляет 2,8.103 кг/м3. Частицы имеют сферическую форму. Ответ: 2578 Па.

Определить осмотическое давление гидрозоля золота, если его массовая концентрация Cв = 2 кг/м3, форма частиц сферическая, средний радиус 3.10?9 м, плотность золота 19,3.103 кг/м3, Т = 293 К. Ответ: 3,709 Па.

Золь хлорида серебра получен при смешивании равных объёмов 0,0095 М раствора КСl и 0,012 М раствора AgNО3. Какой из электролитов ? K3[Fe(CN)6], K4[Fe(CN)6] или MgSO4 будет обладать наименьшей коагулирующей способностью и почему?

Явная коагуляция 2 л золя гидроксида алюминия наступила при добавлении 10,6 мл раствора K4[Fe(CN)6] с концентрацией 0,01 моль/л. Вычислите порог коагуляции золя гексацианоферрат-ионами; напишите формулу мицеллы золя гидроксида алюминия. Ответ: 0,053 ммоль/л.

Золь хлорида серебра получен смешиванием растворов нитрата серебра и хлорида натрия. Пороги коагуляции этого золя электролитами KNO3, Mg(NO3)3, AlCl3 равны 50; 0,8 и 0,06 ммоль/л соответственно. Как относятся между собой величины коагулирующих способностей электролитов? Укажите коагулирующие ионы и знак заряда гранулы коллоидной частицы.

Для изучения явления коагуляции к золю золота, стабилизированному ауратом калия (KAuO2), были добавлены электролиты NaCl, BaCl2 и FeCl3. У какого из этих электролитов будет наименьший порог коагуляции и почему?

Коагуляция 100 мл золя Fe(OH)3 вызывается добавлением следующих количеств какого либо из электролитов: 10,5 мл раствора KCl с C(1/zX) = 0,1 моль/л, 62,5 мл раствора Na2SO4 с C(1/zX) = 0,01 моль/л, 37 мл раствора Na3PO4 с C(1/zX) = 0,001моль/л. Вычислить пороги коагуляции электролитов и определить знак заряда коллоидной частицы.

Коагуляция 100 мл золя Fe(OH)3 вызывается добавлением следующих количеств какого либо из электролитов: 10 мл раствора KCl с C(1/zX) = 1 моль/л, 63 мл раствора K2SO4 с C(1/zX) = 0,01 моль/л, 37 мл раствора K3PO4 с C(1/zX) = 0,001 моль/л. Вычислить пороги коагуляции электролитов и определить знак заряда коллоидной частицы.

В трех колбах содержатся по 20 мл золя гидроксида железа. В первой колбе коагуляция наблюдалась при добавлении к золю 2,1 мл раствора NaCl с молярной концентрацией эквивалента 1 моль/л, во второй ? 12,5 мл раствора Na2SO4 с С(1/2 Х) = 0,01 моль/л, в третей колбе ? 7,4 мл раствора Na3[Fe(CN)6] с С(1/3Х) = 0,001 моль/л. Вычислите пороги коагуляции электролитов, определите знак заряда коллоидной частицы.

Для коагуляции 10 мл золя хлорида серебра можно добавить один из следующих растворов электролитов: 2 мл 1 N раствора NaNO3, 12 мл 0,01 N раствора Ca(NO3)2, 7 мл 0,001N раствора Al(NO3)3. Вычислите пороги коа-гуляции электролитов и определите знак заряда частиц золя.

Определите знак заряда коллоидной частицы, если известно, что пороги коагуляции электролитов составляет (в ммоль/л): Cк(AlCl3) = 0,093; Cк(MgCl2) = 0,71; Cк(NaCl) = 51; Cк(KNO3) = 50; Cк(Al(NO3)3) = 0,095 и Cк(MgSO4) = 0,81. Расположите ионы в ряд по коагулирующей способности.

Пороги коагуляции некоторого золя электролитами оказались равными (в ммоль/л): Cк(NaNO3) = 300; Cк(Na2SO4) = 295; Cк(MgCl2) = 25 и C(AlCl3) = 0,5. Определите знак заряда коллоидной частицы. Ответ обосновать.

Пороги коагуляции некоторого золя электролитами составляет (в ммоль/л): Cк(NaNO3) = 250; Cк(Mg(NO)3) = 20; Cк(FeCl3) = 0,5 и C(Al(NO3)3) = 0,6, Cк(NaCl) = 255. Определите знак заряда частицы. Ответ обосновать.

Вычислите порог коагуляции раствора сульфата натрия, если добавление 3 мл 0,1N раствора Na2SO4 вызывает коагуляцию 15 мл некоторого золя.

Золь сульфида кадмия получен смешиванием равных объёмов растворов Na2S и Cd(NO3)2. Пороги коагуляции для различных электролитов имеют следующие значения (ммоль/л): Cк(Ca(NO)3) = 265, Cк(NaCl) = 250, Cк(MgCl2) = 290, Cк(Na3PO4) = 0,4, Cк(Na2SO4) = 15, Cк(AlCl3) = 300. Определите знак заряда частицы золя и напишите формулу мицеллы золя.

Золь гидроксида меди получен при сливании 100 мл 0,05 N раствора NaOH и 250 мл 0,001 N раствора Cu(NO3)2. Какой из прибавленных электролитов ? KBr, Ba(NO3)2, K2CrO4, Al(NO3)3, MgSO4, ThCl4 имеет наименьший, и какой наибольший порог коагуляции? Ответ обосновать.

84. Порог коагуляции золя гидроксида железа (III) фосфат-ионами равен 0,37 ммоль/л. Какой объем 5%-ного раствора фосфата натрия (плотность раствора 1,05 г/мл) потребуется для коагуляции 750 мл золя?

85. Какой объем 0,001 М раствора хлорида железа (III) надо добавить к 0,03 л 0,002 М раствора нитрата серебра, чтобы частицы золя хлорида серебра в электрическом поле двигались к аноду? Напишите формулу мицеллы золя, объясните её строение. Какой из электролитов вызовет коагуляцию этого золя с наименьшим порогом коагуляции:

KCl, Ba(NO3)2, MgSO4, AlCl3, K2SO4, Na3PO4?

86. К 100 мл 0,03%-ного раствора NaCl (плотность 1 г/мл) добавили 250 мл 0,001 М раствора нитрата серебра. Напишите формулу мицеллы золя, объясните её строение. К какому электроду будут двигаться частицы образующегося золя в электрическом поле? Какой из электролитов вызовет коагуляцию этого золя с наименьшим порогом коагуляции:

KCl, Ba(NO3)2, MgSO4, AlCl3, K2SO4, Na3PO4

Глава 7. ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Изучение данной темы способствует формированию следующих компетенций: ОК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-5.

7.1 СВОЙСТВА РАСТВОРОВ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Теоретическое пояснение: высокомолекулярными соединениями (ВМС) называют вещества с молекулярной массой от нескольких тысяч до нескольких миллионов. Их молекулы состоят из большого числа одинаковых группировок атомов (звеньев), связанных между собой ковалентными связями.

ВМС классифицируют по происхождению, химическому составу цепи, структуре макромолекул, методу получения, отношению к нагреванию и т.п.

По происхождению различают природные, искусственные и синтетические полимеры.

Природные полимеры получаются в процессе биосинтеза в клетках живых и растительных организмов. Примерами таких ВМС являются целлюлоза, крахмал [C6H11O5]n, различные белки [?CH(R)-CO-NH-CH(R)?]n, аминокислоты, ферменты, гормоны. В настоящее время осуществляется синтез белковых соединений, что позволит обеспечить человечество белковым рационом и создать лекарственные препрараты.

Искусственные полимеры (целлюлоза, лигнин, белки, нуклеиновые кислоты, натуральный каучук, шерсть, шелк) получают из природных материалов путем выделения, очистки и переработки природных полимеров.

Синтетические полимеры производят из различных низкомолекулярных соединений с кратными связями, напряженными циклами, подвижными функциональными группами путем их объединения в линейные цепи или блоки различной разветвленности и степени сшитости в трехмерные макромолекулы. К таким полимерам относят полиэтилен [?CH2-CH2?]n, политетрафторэтилен или фторпласт [?CF2-CF2?]n, полистирол [?CH2-CH(C6H5)?]n, каучуки [?CH2-CH=CH-CH2?]n, капрон [?CO-(CH2)5-NH?]n и др.

По строению макромолекул различают линейные, разветвленные и трехмерные (сетчатые), а по химическому составу карбоцепные, гетероцепные и элементорганические полимеры.

Свойства ВМС определяются химическим составом, строением, взаимным расположением молекул.

Растворы ВМС, ввиду большого размера макромолекул, проявляют свойства, схожие с лиофобными коллоидными растворами. Макромолекулы так же, как и коллоидные частицы, имеют малую скорость движения, не способны проникать через полупроницаемые мембраны, образуют осадки, рассеивают свет, проявляя эффект Фарадея-Тиндаля. В отличие от коллоидных веществ, ВМС образуют термодинамически устойчивые истинные растворы. Это проявляется в том, что растворение полимеров происходит самопроизвольно, без затраты энергии, им несвойственна коагуляция. В связи с этим, растворы полимеров рассматривают как лиофильные коллоидные системы.

Устойчивость растворов ВМС объясняется двумя факторами: наличием сольватной оболочки (главный фактор) и электрического заряда. Сольватная оболочка макромолекул возникает в результате притяжения к их полярным группам и упорядоченной ориентации дипольных молекул воды. При разрушении сольватных оболочек макромолекулы теряют устойчивость, самопроизвольно объединяются и выпадают в осадок. Это происходит при добавлении к растворам ВМС низкомолекулярных веществ с высокой полярностью их молекул или ионов. Такими водоотнимающими средствами являются низшие спирты, средние соли сильных кислот и оснований. Молекулы этих веществ сильно гидратируются и образуют собственные сольватные оболочки, отнимая воду из сольватных оболочек макромолекул. Осаждение полимеров вследствие разрушения сольватных оболочек и потери устойчивости макромолекул называется высаливанием. Как установил Гофмейстер, по способности гидратироваться и по высаливающему действию различные ионы образуют определенную последовательность, называемая лиотропным рядом:

анионы: цитрат-ион3? > SO42? > F? > CH3COO? > Cl? > NO3? > I? > CNS?

катионы: Li+ > Na+ > K+ > Rb+ > Cs+ > Mg2+ > Ca2+ > Sr2+ > Ba2+

Высаливание полимеров, в отличие от коагуляции, обратимо. При удалении высаливающего соединения, например, путем диализа, макромолекулы восстанавливают свои сольватные оболочки и осажденный полимер самопроизвольно растворяется. Это позволяет использовать высаливание при очищении отдельных белков, при получении различных биопрепаратов в фармацевтической и микробиологической промышленности.

Рис.8. Графическое определение молекулярной массы полимера

Растворы полимеров проявляют определенное осмотическое давление, которое резко повышается при увеличении концентрации раствора. Это объясняется кинетикой не только самих макромолекул, но и отдельных сегментов макромолекул (участка цепи). Причем, с ростом концентрации число их увеличивается нелинейно. Осмотическое давление растворов ВМС рассчитывают по уравнению Галлера:

,

где Сm ? массовая концентрация полимера, K - вириальный коэффициент, учитывающий форму и гибкость макромолекулы.

Постоянство осмотического давления растворов полимеров позволяет использовать осмометрический метод для определения молекулярной массы. Для этого измеряют осмотическое давление растворов разной концентрации полимеров и графически (рис.9) определяют его молекулярную массу.

В биологических системах суммарное осмотическое давление создается низкомолекулярными веществами и биополимерами. Это давление называется онкотическим давлением. Оно косвенно отражает транспорт питательных веществ и конечных продуктов обмена.

Макромолекулы полимеров могут иметь определенный заряд. В отличие от коллоидных частиц, заряд у макромолекул возникает не за счет избирательной адсорбции ионов, а вследствие диссоциации собственных ионогенных групп. Полимеры, имеющие ионогенные группы, называют полиэлектролитами. В зависимости от знака заряда различают поликатиониты (имеют положительно заряженные группы), полианиониты (имеют отрицательно заряженные группы) и полиамфолиты, имеющие как отрицательно, так и положительно заряженные группы. Примерами полиамфолитов являются нуклеиновые кислоты, белки и другие биополимеры, молекулы которых содержат карбоксильные (?COOH), амино- (?NH2) и другие функциональные группы. Ввиду наличия разноименно заряженных групп общий суммарный заряд полиамфолитов и их устойчивость зависят от рН раствора. При некотором значении рН раствора степень диссоциации противоположно диссоциирующих групп оказывается равной и число положительных и отрицательных зарядов макромолекулы уравнивается. Такое состояние электронейтральности называют изоэлектрическим, а значение рН раствора - изоэлектрической точкой. В изоэлектрическом состоянии устойчивость, степень набухания, растворимость ВМС, вязкость и осмотическое давление их растворов будут наименьшими, что объясняется уменьшением степени сольватации макромолекул из-за уменьшения общего числа заряженных групп.

Высокая устойчивость ВМС в растворе обуславливает защитное действие их на гидрофобные коллоидные частицы. При добавлении полимера к коллоидному раствору его молекулы адсорбируются на коллоидные частицы и придают им гидрофильный характер. Коллоидные частицы окружаются сольватными оболочками макромолекул полимера и поэтому коллоидные системы становятся более устойчивыми к коагулирующему действию электролитов. Это явление называется коллоидной защитой. Защитное действие полимеров на коллоидные частицы измеряется защитными, например, железным, рубиновым, золотым, серебряным числами. Это минимальная масса сухого полимера, необходимого для защиты 10 мл золя от коагуляции при введении в золь 1 мл 10%-ного коагулирующего электролита.

Явление коллоидной защиты имеет место и в организме. Например, белки плазмы крови защищают от объединения и роста частиц труднорастворимых солей мочевой, щавелевой, фосфорной и желчных кислот. Понижение степени такой защиты служит предрасполагающим моментом при отложении камней в моче- и желчевыводящих путях и в развитии подагры.

Лабораторная работа.

Свойства растворов высокомолекулярных соединений

Задачи работы: изучение свойств растворов полимеров

Оборудование и реактивы: 0,05 М раствор олеата калия, дистиллированная вода, пипетки, сталагмометр, стакан, пробирки, штатив, 1 М растворы NaCl, Na2SO4, CH3COONa, раствор казеина, 0,1 М растворы уксусной кислоты и ацетата натрия, 0,25%-ный раствор желатины, золь гидроксида железа (III).

Опыт 1. Высаливание полимеров и определение лиотропного ряда

Выполнение работы: в 4 пробирки по отдельности внести по 2 мл воды, 1 М растворов сульфата, ацетата и хлорида натрия. Затем в каждую пробирку добавить по 2 мл раствора казеина. Через 5 - 10 минут по степени помутнения растворов отметить эффективность высаливания казеина. Объяснить процесс высаливания казеина, сделать вывод о высаливающей способности анионов и записать их в ряд по мере её уменьшения.

Опыт 2. Определение изоэлектрической точки казеина

Выполнение работы: смешивая 0,1 М растворы уксусной кислоты и ацетата натрия в 5 пробирках приготовить буферные смеси. Соотношения и рН получающихся растворов указаны в таблице. В каждую пробирку прибавить по 0,5 мл 0,4%-ный раствора казеина. Растворы в пробирках тщательно перемешать и через 5 минут наблюдать образование хлопьев казеина. Различную степень помутнения растворов выразить разным числом знаков «+», принимая для наиболее мутного раствора четыре знака «+». Изоэлектрическая точка казеина равна рН раствора, в котором наблюдается наибольшее помутнение от хлопьев. Результаты оформить в виде таблицы:

№ пробирки	Объем 0,1М раствора СН3СООН, мл	Объем 0,1М раствора СН3СООNa,мл	рН буферного раствора	Объем 0,4%-ного раствора казеина, мл	Степень помутнения
1	4,5	?	3,8	0,5
2	3,5	1	4,4	0,5
3	2,5	2	4,7	0,5
4	1,5	3	5,1	0,5
5	0,5	4	5,7	0,5

Сделать вывод об изоэлектрической точке казеина и объяснить выпадение его в осадок в изоэлектрическом состоянии.

Опыт 3. Количественное определение защитного действия желатины на гидрофобный золь гидроксида железа (III)

Выполнение работы: в 6 пробирок налить по 1 мл воды. В первую пробирку добавить 1 мл 0,25%-ного раствора желатины. После перемешивания 1 мл раствора из первой пробирки перенести во вторую, затем из второй пробирки 1 мл перенести в третью и т.д. из 6 пробирки 1 мл раствора вылить. Таким образом будут получены разведения исходного раствора желатины в 2, 4, 8, 16, 32 и 64 раз. Затем во все пробирки прибавить по 1 мл золь гидроксида железа (III). Растворы в пробирках перемешать, после чего в каждую из них добавить по 0,5 мл коагулирующего электролита ? 1 М раствора сульфата натрия. Через 5 - 10 минут отметить последнюю по счету пробирку, в которой не произошла коагуляция золя. «Железное число» вычислить по формуле:

, мг/л.

где С(%) = 0,25% - массовая концентрация раствора желатины; 1000 - фактор пересчета на объем (1 л) золя; n - разведение раствора желатины в последней пробирке без коагуляции.

Порядок оформления работы: записать ход работы, результаты, объяснить явление коллоидной защиты золя гидроксида железа (III), сделать выводы.

7.2 ВЯЗКОСТЬ РАСТВОРОВ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Теоретическое пояснение: вязкостью или внутренним трением жидкости называется ее сопротивляемость течению. Внутреннее течение обусловлено силами притяжения между молекулами жидкости. При спокойном течении все слои её движутся параллельно и не перемешиваются. Такое течение жидкости называется послойным или ламинарным (от латинского lamina - слой). При увеличении скорости движения отдельные слои начинают перемешиваться. Такое течение с завихрениями называется турбулентным.

Вязкость жидкостей и растворов зависит от температуры. С повышением температуры силы притяжения между молекулами уменьшаются и вязкость снижается. Вязкость раствора зависит и от концентрации вещества, т.к. молекулы или частицы растворенного вещества оказывают дополнительное сопротивление течению. Для низкомолекулярных веществ обычно соблюдается простая линейная зависимость между концентрацией раствора и удельной вязкостью. Удельная вязкость представляет относительный прирост вязкости растворителя при добавлении к нему полимера:

Где ? вязкость раствора, 0 ? вязкость растворителя.

При одинаковой химической структуре молекул вязкость растворов возрастает с увеличением молекулярной массы. Это объясняется тремя причинами:

1.Молекулы высокомолекулярных соединений подобны длинным гибким цепям, свернутым в клубки. Такие молекулы оказывают наибольшее сопротивление течению, если располагаются поперек потока. При увеличении скорости потока макромолекулы в различной степени распрямляются и ориентируются вдоль потока. Вязкость раствора снижается.