В момент начала движения отсчетной шкалы под действием оседающих частиц включите секундомер и запишите начальное положение шкалы седиментометра. Дальнейшую запись показаний прибора проведите в следующие моменты времени: 30 с; 1;1,5; 2; 2,5; 3,0; 4; 4,5; 5,0; 7,5; 10,0; 12,5; 15; 20; 25; 30 мин. Данные анализа запишите в таблицу 6.1. По окончании опыта стакан с суспензией достаньте, чашечку весов промойте водой.

Таблица 6.1 Экспериментальные данные седиментационного анализа

№	Время оседания частиц от начала опыта, мин	Показания шкалы седиментометра	Масса осадка m, мг	Относительная масса осадка Q, %
…	…

Обработка результатов эксперимента

1. Относительную массу осадка Q в данный момент времени рассчитайте по формуле:

Q = ,

где т масса осадка на чашечке весов в данный момент времени; mmax максимальная масса осадка на чашечке весов, она равна массе всех частиц, которые находятся в столбе жидкости над чашечкой весов.

Qmax= S • h • c • ,

где S площадь чашечки весов, см2; h высота слоя суспензии над чашечкой, см (h = 10 см); с содержание сухого вещества в рабочей суспензии, мг/дм3, плотность дисперсионной среды, воды = 1,000 г/см3, или 1,00.103 кг/м3; плотность частиц дисперсной фазы, глины = 2,54.103 кг/м3.

2. По результатам анализа постройте кривую седиментации в координатах Q % = f (t). Кривая, выражающая зависимость должна быть плавной. Линия графика зависимости должна проходить насколько возможно близко к экспериментальным точкам, однако не обязательно через каждую из них; число точек по обе стороны линии должно быть приблизительно одинаковым.

3. Определите максимальный rmax и минимальный rmin радиусы частиц суспензии по кривой седиментации и уравнениям (11) и (12). В уравнения подставьте значение времени ф в с, высоты слоя суспензии h в см; вязкость воды примите равной 1•10-3 Па•с, радиусы частиц суспензии выразите в метрах.

Вопросы для самоконтроля

Какие системы называются суспензиями?

Какие размеры имеют частички дисперсной фазы в суспензиях?

Приведите примеры суспензий.

В чем заключается седиментационный анализ суспензий и порошков? Каково его значение?

Как на основе кривой седиментации определить максимальный и минимальный радиусы частиц дисперсной фазы?

Какие условия должны выполняться, чтобы была возможность использовать седиментационный анализ?

Для очистки водопроводной воды от взвешенных частиц глины, песка добавляют небольшое количество сульфата алюминия. Почему наблюдается быстрое оседание частиц?

Скорость оседания частиц монодисперсной суспензии равна 0,105 см/с. Определите радиус частиц, приняв вязкость воды 0,001 Па?с, плотность вещества частиц 5000кг/м3.

7. Измерение поверхностного натяжения водных растворов ПАВ

Цель работы освоить методику определения поверхностного натяжения растворов с помощью сталагмометра; определить поверхностное натяжение серии растворов предложенного спирта в воде; построить изотерму адсорбции спирта на поверхности раздела жидкость газ.

Теоретическая часть

Рисунок 7.1 Двухфазная система газ жидкость

Молекулы, находящиеся на границе раздела фаз, отличаются по своим свойствам от молекул, находящихся в глубине фазы. Рассмотрим двухфазную систему газ жидкость (рисунок 7.1). Выберем молекулу жидкости (1) в глубине фазы, она окружена точно такими же молекулами и взаимодействует со всеми соседями одинаково, т.е. равнодействующая всех сил взаимодействия этой молекулы равна нулю. Теперь возьмём молекулу на поверхности раздела газ-жидкость (2). С одной стороны эта молекула жидкости взаимодействует с молекулами газа, с другой стороны - с молекулами жидкости. Сила взаимодействия между молекулами жидкости, конечно, превосходит силу взаимодействия молекул жидкости с молекулами газа (N2, O2 - молекулы, способные к очень слабому молекулярному взаимодействию).

Равнодействующая сил взаимодействия такой молекулы с соседними имеет некоторую величину и направлена внутрь жидкости перпендикулярно поверхности раздела.

Равнодействующая всех сил притяжения поверхностных молекул жидкости, отнесённая к единице поверхности, называется внутренним давлением.

Из всего вышесказанного вытекает, что при данной температуре внутреннее давление жидкости, контактирующей с воздухом, тем больше, чем выше полярность молекул этой жидкости, так как с увеличением полярности молекул будет увеличиваться и сила межмолекулярного взаимодействия.

Естественно, что с повышением температуры жидкости силы межмолекулярного взаимодействия уменьшаются, соответственно, и внутреннее давление также уменьшается.

Так как для молекулы (1) R = 0, то работа по перемещению молекулы внутри объёма жидкой фазы (без учёта силы трения) равна нулю, если же мы будем перемещать молекулу из объёма в поверхностный слой, то работа будет совершаться против внутреннего давления (т. е. против сил межмолекулярного взаимодействия).

Эта работа (А) против сил межмолекулярного взаимодействия (или эквивалентная ей свободная энергия (F) единицы поверхности), необходимая для образования единицы поверхности в изотермическом процессе, называется поверхностным натяжением

- ().

или , (1)

Поверхностное натяжение, как и внутреннее давление, является мерой полярности жидкости и тем больше, чем больше полярность жидкости.

Поверхностное натяжение растворов может быть и больше, и меньше поверхностного натяжения растворителя. При растворении веществ менее полярных, чем растворитель, поверхностное натяжение уменьшается и такие менее полярные, чем растворитель, вещества называются поверхностно- активными веществами (ПАВ).

Рассмотрим более подробно действие ПАВ. Возьмём смесь воды и этилового спирта 1:1. Вода является более полярной жидкостью, чем этанол, так при 25 0С: , .

Молекулы, имеющие в своем составе полярную группу (ОН) и неполярный углеводородный радикал, называются дифильными молекулами и являются ПАВ. К таким дифильным молекулам относятся, например, органические кислоты, спирты, аминокислоты, и т. д.

Обозначим молекулу H2O символом Д, а дифильную молекулу C2H5OH символом ~ . Тепловое движение будет стремиться равномерно распределить молекулы воды и спирта. Так как была взята смесь воды и спирта 1:1, то распределение молекул на поверхности должно быть следующее:

Но на поверхностные молекулы действует сила внутреннего давления и для более полярной молекулы воды эта сила внутреннего давления больше, чем у спирта и тогда должно быть:

Однако, при таком распределении возникает слишком большая разница в концентрации молекул H2O и C2H5OH на поверхности и в объёме, что является условием возникновения процесса диффузии, который приводит к некоторому выравниванию концентрации. В результате наблюдается следующее распределение молекул на поверхности:

Итак, для раствора спирта в воде концентрация спирта (растворённого вещества) на поверхности больше, чем в объёме раствора. Такое самопроизвольное изменение концентрации растворённого вещества на поверхности по сравнению с концентрацией его в объёме называется адсорбцией.

Адсорбцию называют положительной, когда концентрация растворённого вещества на поверхности больше, чем в объёме; в противном случае адсорбция называется отрицательной.

Правило Гиббса: вещества, понижающие поверхностное натяжение при растворении, адсорбируются положительно, и наоборот. Количественной характеристикой адсорбции является удельная адсорбция (поверхностный избыток) - [Г] = моль / м2.

(2)

где n число молей растворённого вещества, S - площадь поверхностного слоя.

Удельная адсорбция и поверхностное натяжение связаны уравнением изотермы адсорбции Гиббса (3):

(3)

где C концентрация растворённого вещества, моль/л; R газовая постоянная, 8,31 Дж/моль•К; Т температура, К

Уравнение Гиббса справедливо для разбавленных растворов на начальном участке изотермы адсорбции Г = f (C) (рисунок 7.3)

Для определения поверхностного натяжения по методу счёта капель используют прибор, называемый сталагмометром. Нижний конец сталагмометра отшлифован в форме плоского диска для получения одинаковых капель правильной формы. Вытекающая из сталагмометра жидкость собирается в каплю, висящую на нижнем диске сталагмометра. Капля отрывается от поверхности диска в тот момент, когда сила тяжести на ничтожно малую величину превысит силу поверхностного натяжения, удерживающего каплю. Чем больше объём капли, тем больше и её вес, а, следовательно, и поверхностное натяжение удерживающее ее, и тем меньше число капель, находящихся в фиксированном объёме жидкости в сталагмометре.

Зная поверхностное натяжение воды, можно рассчитать поверхностное натяжение раствора по формуле:

, (4)

где ур-р поверхностное натяжение раствора; поверхностное натяжение H2O (по табл. 7.1 или прил. 1); число капель воды в фиксированном объёме сталагмометра; nр-р - число капель раствора в том же объёме.

Практическая часть

1. Приготовление исходных растворов спирта

Возьмите 6 стаканчиков на 50 мл и пометьте их восковым карандашом. В стакане № 1 приготовьте 20 мл раствора бутилового спирта/изобутилового спирта с концентрацией 0,2 моль/л. В остальные стаканчики налейте по 10 мл дистиллированной воды. Далее наберите пипеткой 10 мл раствора бутанола из стакана № 1 и перенесите в стакан № 2, перемешайте раствор. Наберите пипеткой 10 мл раствора из стаканчика №2 и перенесите в стаканчик № 3 и т. д. Поступая таким образом, получим 6 растворов с последовательно убывающей концентрацией бутилового (изоамилового ) спирта. Если через n обозначить порядковый номер раствора, то концентрация растворов будет:

, (5)

С0 = 0,2 М.

2. Непосредственные измерения на сталагмометре

Сначала определите число капель воды, содержащейся во всём объёме сталагмометра. Сталагмометр промойте дистиллированной водой. Затем наберите в сталагмометр дистиллированную воду до верхнего деления шкалы, снимите фильтровальной бумагой каплю, висящую на нижнем конце сталагмометра и, открыв зажим, подсчитайте число капель воды, самопроизвольно вытекающих из сталагмометра. Аналогично проведите определение числа капель для всех растворов спирта, начиная с раствора самой низкой концентрации. По формуле (4) рассчитайте , поверхностное натяжение воды () возьмите из таблицы 7.1 или приложения 1. Результаты расчётов занесите в таблицу 7.2.

Таблица 7.1 Поверхностное натяжение воды при различных температурах (Дж/ м2).

toC	15	16	17	18	19	20	21	22	23
у	73,49	73,34	73,19	73,05	72,90	72,75	72,59	72,44	72,28

Обработка результатов

Конечная цель - построение изотермы адсорбции Г = f(C). Удельную адсорбцию (Г) для каждой концентрации находят графически. Для этого по полученным экспериментальным данным постройте на миллиметровой бумаге плавную кривую (рисунок 7.2). Целесообразно для этого выбрать наиболее крупный масштаб (по оси ординат откладывайте не от нуля, а от наименьшего измеренного значения).

Рисунок 7.2 Зависимость

Рисунок 7.3 Изотерма адсорбции бутилового спирта на поверхности водного раствора

К кривой в шести точках постройте касательные и продолжайте их до пересечения с осью ординат (рисунок 7.2). Через точку, к которой построена касательная, проведите прямую, параллельную оси абсцисс и получите отрезок А. Длина отрезка А (в Дж/м2).

 или (6)

Подставив в уравнение Гиббса: значение из формулы (6), получите расчётную формулу для поверхностного избытка Г:

(7)

где А величина, полученная из графика (Дж/м2); R = 8,31 Дж/моль•К; T - в градусах по шкале Кельвина; Г - удельная адсорбция (моль/м2)

Результаты расчётов занесите в таблицу 7.2. По расчётным данным постройте изотерму адсорбции (рисунок 7.3).

Таблица 7.2 Экспериментальные и расчётные данные

С()	число капель, n	у	А	Г

Вопросы для самоконтроля

1. Что называется внутренним давлением жидкости, поверхностным натяжением жидкости?

2. Как зависит внутреннее давление и поверхностное натяжение от полярности жидкости?

3. Какие вещества называются ПАВ, ПИАВ?

4. Что называется адсорбцией? Назовите правило Гиббса.

5. Уравнение изотермы адсорбции Гиббса. В какой области изотермы применимо уравнение Гиббса?

6. Как определить поверхностное натяжение растворов методом счета капель?

7. Как изменится поверхностное натяжение воды после добавления к ней равного объема этилового спирта?

8. Как изменится число капель в единице объема жидкости по мере увеличения в ней концентрации ПАВ?

9. Почему с ростом концентрации спирта увеличивается количество капель, вытекающих из сталагмометра?

10. Приведите положительные и отрицательные примеры адсорбции?

8. Изучение процесса адсорбции на твердом сорбенте

Цель работы изучить зависимость адсорбции уксусной кислоты на активированном угле от концентрации раствора и определить постоянные в уравнении Фрейндлиха для случая адсорбции уксусной кислоты на активированном угле.

Теоретическая часть

Адсорбцией называется концентрирование какого-либо вещества в поверхностном слое в результате самопроизвольного его перехода из объёма фазы.

Рисунок 8.1 - Схематическое изображение адсорбента скелетного никеля

Адсорбция, или поглощение растворённого вещества твёрдой поверхностью адсорбента, происходит благодаря межмолекулярному взаимодействию активных центров адсорбента и молекул растворённого вещества. Все адсорбенты характеризуются высокой удельной поверхностью (по этому параметру они близки к коллоидальным системам), так как имеют большую шероховатость и множество капилляров. Активные центры адсорбента находятся на пиках, выступах твёрдой поверхности (рисунок 8.1).

Атомы или молекулы адсорбента, находящегося на выступах, пиках, характеризуются большой ненасыщенностью силовых полей, иначе говоря, большой способностью к взаимодействию с молекулами или атомами раствора или газа.

Экспериментально адсорбцию растворённых веществ на твёрдой поверхности обычно изучают, измеряя концентрацию до того, как раствор был в контакте с адсорбентом (начальная - )) и после наступления адсорбционного равновесия (равновесная концентрация ). Поверхность твёрдого адсорбента пористая и величину поверхности измерить, как правило, очень сложно. Поэтому адсорбцию на твёрдой поверхности относят не к единице поверхности, а к единице массы адсорбента.

Количество адсорбированного из раствора вещества находят по разности концентраций его до и после адсорбции ( и ):

(1)

где удельная адсорбция - количество адсорбированного вещества на навеску адсорбента (m); V- объём раствора в мл.

Измеряя равновесную концентрацию, надо учитывать, что адсорбционное равновесие наступает быстро лишь на гладких поверхностях. Большинство же твёрдых адсорбентов пористы и скорость адсорбции зависит от скорости диффузии вещества в порах. При адсорбционном равновесии скорость процесса адсорбции равна скорости процесса десорбции.

Зависимость адсорбции растворённых веществ от концентрации их в растворе выражается уравнением изотермы адсорбции Фрейндлиха (2).

(2)

где - концентрация растворённого вещества, k и n постоянные уравнения Фрейндлиха.

Уравнение Фрейндлиха справедливо для участка АВ изотермы адсорбции (рисунок 8.2), т. к. уравнение (2) уравнение кривой. Для нахождения постоянных k и n прологарифмируем уравнение (2) и получим выражение . Построим график зависимости (рисунок 8.3).

Рисунок 8.2 Изотерма адсорбции

Рисунок 8.3 Зависимость

Прямая отсекает на оси ординат отрезок ОС, который равен lgK, а тангенс угла наклона прямой () есть постоянная n, т.е. , где 0 < n < 1.

Практическая часть

Измерение адсорбции уксусной кислоты на поверхности угля

Для выполнения работы необходим исходный раствор уксусной кислоты с концентрацией 2н., последовательным его разбавлением приготовьте ряд растворов (объём раствора и концентрации указаны в таблице 8.1).

Таблица 8.1 Объёмы и концентрации исходных растворов CH3COOH

Номер колбы	№1	№2	№3	№4	№5	№6
Объём (мл)	50	50	50	50	50	50
С0 (СН3СООН), н	0,4	0,2	0,1	0,05	0,025	0,0125

В каждую колбу (с 50 мл раствора) внесите по 1,5 г активированного угля, и тщательно перемешайте растворы во всех колбах в течение 15 минут. Затем содержимое каждой колбы отфильтруйте через бумажный фильтр в соответственно пронумерованные колбы. В полученном фильтрате определите концентрацию уксусной кислоты, оставшуюся в растворе после установления равновесия в процессе адсорбции ( равновесная концентрация).

Концентрацию CH3COOH () определите титрованием 0,1н. раствором NaOH ( индикатор - фенолфталеин), причём для титрования из колбы № 1 пипеткой отберите 5 мл фильтрата, из колбы № 2 - 10 мл, из колбы № 3 - 15 мл, из колбы № 4 - 20 мл, из колбы № 5 - 25 мл, из колбы № 6 - 50 мл фильтрата.

Обработка результатов

Концентрацию CH3COOH () после титрования рассчитайте по формуле:

, (3)

где концентрация NaOH (), объём раствора NaOH , пошедший на титрование, - объём фильтрата, взятый для титрования.

Затем по формуле (1) рассчитайте значения удельной адсорбции () и заполните таблицу 8.2.

Далее постройте график изотермы адсорбции (рисунок 8.2) и график зависимости (рисунок 8.3); по последнему определите постоянные уравнения Фрейндлиха.

Таблица 8.2 - Результаты эксперимента

№ колбы		Vк-ты	VNaOH
1 2 …	0,4 0,2 …	5 10 …

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определение адсорбции и назовите ее виды.

2. Что такое адсорбционное равновесие? Чем обусловлена обратимость адсорбционного процесса?

3. Как определяют удельную адсорбцию при адсорбции на твёрдых адсорбентах из раствора?

4. В какой области изотермы применимо уравнение Фрейндлиха?

5. Как сместилась бы изотерма адсорбции для изучаемой системы при температуре более высокой или более низкой?

6. Приведите примеры процессов адсорбции, абсорбции, хемосорбции.

7. В результате адсорбции активированным углем уксусной кислоты, концентрация ее снизилась с 1,5 М раствора до 1,0 М раствора. Определить количество поглощенной уксусной кислоты, если первоначальный объем составлял 5 л.

8. Равные объемы 1н. и 0,1н. растворов уксусной кислоты взбалтывались с равными навесками активированного угля. Одинаковые ли количества уксусной кислоты адсорбировались из обоих растворов? Ответ поясните.

9. Какие вещества являются хорошими адсорбентами? Приведите примеры.

9. Получение коллоидных растворов

Цель работы изучить методы получения коллоидных систем и их свойства.

Теоретическая часть

Коллоидные системы имеют размеры частиц дисперсной фазы 10-5…10-7 см и могут быть получены двумя путями: конденсацией молекул и ионов или дроблением более крупных частиц до нужной степени дисперсности.

Основным свойством коллоидных систем является их принципиальная термодинамическая неустойчивость, связанная с большим запасом свободной поверхностной энергии на огромной межфазной границе раздела. Поэтому в коллоидных системах самопроизвольно протекает процесс слипания частиц дисперсной фазы коагуляция. Для предотвращения этого процесса, т. е. для придания частицам агрегативной устойчивости, необходимо создать на поверхности образующихся частиц путём адсорбции защитный слой ионов или молекул. Таким образом, агрегативно - устойчивая коллоидная система, в принципе, должна состоять из трёх компонентов: диспергированных частиц, дисперсионной среды и стабилизатора.

Наряду с агрегативной устойчивостью говорят об устойчивости седиментационной устойчивости против оседания частиц под действием силы тяжести. Препятствует оседанию частиц диффузия, которой подвержены мелкие частицы, размером менее 1мк (1 мк = 10-6 м).

Итак, получая дисперсную систему тем или иным способом, следует учитывать необходимость придания ей как агрегативной, так и седиментационной устойчивости.

Существует два вида конденсации: химическая и физическая.

Химическая конденсация. Любая химическая реакция, в которой образуется труднорастворимое соединение, в определённых условиях может привести к образованию коллоидного раствора. Для этого нужно, во-первых, взять разбавленные растворы исходных веществ, чтобы скорость роста частиц была невелика, во-вторых, одно из реагирующих веществ нужно взять в избытке, чтобы на поверхности частицы мог образоваться двойной ионный слой - основной фактор агрегативной устойчивости.

Рассмотрим в качестве примера образование коллоидного раствора AgCl по реакции: AgNO3 + KCl > AgClv + KNO3

Одно из реагирующих веществ, например, KCl возьмем в избытке. Молекулы AgCl кристаллизуются до размеров коллоидных частиц. Всякая коллоидная система, имея большую поверхность раздела, обладает высокой адсорбционной способностью. Причём на поверхности твёрдой частицы адсорбируются те ионы, которые образуют с ионами, входящими в осадок, нерастворимое соединение. В нашем случае на поверхности всех частиц будут адсорбироваться ионы Cl-, все частицы будут приобретать одинаковый отрицательный заряд и в результате будут отталкиваться друг от друга. Далее из раствора электростатически притягиваются положительные ионы, и на поверхности частицы образуется адсорбционный слой (см. рисунок 9.1).

Кристаллик (n AgCl) вместе с двойным ионным слоем называется мицеллой. Её строение принято изображать в виде формулы. Для рассмотренного случая формула мицеллы может быть написана в следующем виде (рисунок 9.2).



Рисунок 9.1 Схема строения двойного ионного слоя

Таким образом, коллоидная частица имеет заряд, а мицелла электронейтральна.

Коллоидный раствор берлинской лазури получается по следующей реакции:

FeCl3 + K4[Fe(CN)6] > K3[Fe(CN)6] + KCl + FeCl2;

2K3[Fe(CN)6] + 3FeCl2 > Fe3[Fe(CN)6]2+ 6KCl.

Рисунок 9.2 Строение мицеллы

Если в избытке взять FeCl3, то формула мицеллы должна быть записана в следующем виде:

[(n Fe3[Fe(CN)6]2)·mFe3+·3(m-x)Cl?]3+·3xCl?.

Физическая конденсация. В основе способа лежит конденсация молекул одного вещества будущей дисперсной фазы в другом веществе будущей дисперсионной среде.

Одним из примеров физической конденсации может быть метод замены растворителя: молекулярный раствор какого- либо вещества постепенно, при перемешивании прибавляют к жидкости, в которой это вещество нерастворимо. При этом происходит конденсация молекул и образование коллоидных частиц. Агрегативная устойчивость обеспечивается образованием на поверхности частиц сольватных или гидратных оболочек.

Получение коллоидных систем путём дробления.

Механическое дробление (диспергирование). Механическое дробление осуществляется в различного рода мельницах (коллоидные мельницы). Дробление до частиц малых размеров требует большой затраты энергии, так как поверхность раздела между фазами в таких системах весьма велика. Поскольку образующиеся при дроблении частицы имеют тенденцию к самопроизвольному слипанию (коагуляции), то дробление следует проводить в дисперсионной среде в присутствии стабилизатора - ионов или поверхностно-активных веществ.

Физико - химическое дробление осадков (пептизация). Пептизацией называют дробление рыхлых осадков, в которых имеются готовые коллоидные частицы, разделённые прослойками дисперсной среды. Между частицами действуют силы межмолекулярного взаимодействия, но непосредственному соприкосновению частиц мешают либо гидратные или сольватные, либо сжатые двойные ионные слои.

Существует несколько способов пептизации:

а) адсорбционная пептизация: в этом случае частицы рыхлого осадка разделены тонкими гидратными или сольватными оболочками. К такому рыхлому осадку добавляют электролит, ионы которого могут адсорбироваться на поверхности частиц, сообщая им одноимённые заряды и вызывая расталкивание частиц. Например, к рыхлому осадку гидрофильного гидроксида Fe(III) прибавляют в качестве пептизатора раствор FeCl3 . Ионы Fe3+, адсорбируясь на поверхности частиц Fe(OH)3, способствуют образованию двойных ионных слоёв, последние вызывают отталкивание частиц осадка и переводят его в коллоидный раствор.

б) пептизация путём поверхностной диссоциации: в этом случае также частицы рыхлого осадка разделены гидратными или сольватными оболочками. Причём в данном случае частицы могут быть больших размеров, чем коллоидные частицы. К такому осадку добавляют вещество, вызывающее частичное растворение поверхности твёрдой частицы. При растворении в растворе накапливаются ионы, способные адсорбироваться на поверхности, что в конечном итоге приводит к образованию коллоидного раствора мицеллярного строения.

в) пептизация путём промывания осадка: применяется тогда, когда на поверхности частиц в рыхлом осадке есть двойные ионные слои, но они сжаты, так как концентрация электролита достаточно большая. При промывании такого осадка водой концентрация электролита в нём уменьшается, двойные слои увеличивают свою толщину, увеличиваются и силы электростатического расталкивания.

Практическая часть

1. Методы физической конденсации

1.1 Получение золя серы

Насыщенный раствор серы в спирте влейте по каплям в дистиллированную воду. Получается голубой раствор золя серы (лунный камень), который демонстрирует особые оптические свойства коллоидных растворов.

1.2 Получение золя канифоли

К 5 мл дистиллированной воды добавьте по каплям 2 %-ный раствор канифоли в спирте до получения голубого устойчивого золя.

2. Определение знака заряда коллоидных частиц

Знак заряда коллоидных частиц в окрашенных золях можно определить методом капиллярного анализа. Метод основан на том, что целлюлозные стенки капилляров фильтровальной бумаги заряжаются отрицательно, а пропитывающая бумагу вода положительно. Если на листок бумаги нанести каплю исследуемого золя, то частицы, растворы, заряженные положительно, адсорбируются на стенках капилляров, поэтому золь с положительными частицами дает окрашенное в центре и бесцветное по краям пятно. Золь с отрицательно заряженными частицами, не адсорбирующимися на стенках капилляров, образуют равномерно окрашенное пятно.

Нанесите на листок фильтровальной бумаги каплю полученного золя и по цвету полученного пятна определите знак заряда коллоидных частиц.

3. Методы химической конденсации

3.1 Получение золя Fe(OH)3 гидролизом FeCl3

50 мл дистиллированной воды нагрейте до кипения, затем в кипящую воду по каплям добавьте 3…5 мл 2 %-ного раствора FeCl3. Получается коллоидный раствор Fe(OH)3 интенсивного красно-коричневого цвета.

При нагревании гидролиз FeCl3 идёт по схеме:

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

Поверхностные молекулы агрегатов Fe(OH)3 вступают во взаимодействие с HCl: Fe(OH)3 + HCl > FeOCl + 2H2O,

а молекулы FeOCl диссоциируют:

FeOCl FeO++ Cl-

Частицы гидроксида железа адсорбируют ионы FeO+, что приводит к образованию вокруг частиц гидроксида двойного ионного слоя. Строение мицеллы, получающееся в результате, будет следующее:

3.2 Получение золя йодистого серебра

В основе получения золя йодистого серебра лежит реакция:

AgNO3 + KI > AgIv + KNO3

Заряд коллоидной частицы будет определяться тем ионом, который в начале образования коллоида будет в избытке. Значит, можно получить частицы золя AgI c различным знаком заряда. При избытке AgNO3, образующаяся коллоидная частица приобретает положительный заряд, так как в данном случае адсорбируется избирательно ион Ag+.

При этом получается мицелла:

При избытке KI адсорбироваться будут ионы I, коллоидная частица приобретает заряд отрицательный и мицелла имеет формулу:

.

Для получения положительно заряженной коллоидной частицы в колбу налейте 10 мл раствора AgNO3, а затем при тщательном перемешивании добавьте 8 мл раствора KI (оба раствора имеют одинаковую концентрацию - 0,05 н.).

Для получения отрицательно заряженной коллоидной частицы в колбу налейте 10 мл 0,05 н. раствора KI, а затем при тщательном перемешивании добавьте 8 мл раствора AgNO3.

4. Адсорбционная пептизация

Получение золя гидроксида железа: 2 мл насыщенного раствора хлорида железа (III) разбавьте водой до 50 мл. При энергичном взбалтывании в раствор введите по каплям 20 %-ный раствор (NH4)2CO3 до тех пор, пока выпадающий гидроксид железа (III) не перестанет растворяется при взбалтывании. Для пептизации осадка прибавьте несколько капель насыщенного раствора FeCl3 и хорошо встряхните колбу до полного растворения осадка.

5. Пептизация за счёт поверхностного растворения коллоидной частицы

Получение золя оловянной кислоты

К 100 мл кипящей воды добавьте по каплям раствор SnCl4 - образуется осадок. Осадок промойте декантацией горячей водой до исчезновения реакции на ион Cl-. Отсутствие иона Cl- в фильтрате установите с помощью раствора AgNO3. К промытому осадку добавьте несколько капель раствора NaOH, разбавьте водой и взбалтывайте - образуется золь оловянной кислоты.

При нагревании в водных растворах SnCl4 гидролизуется по уравнению:

SnCl4 + 4H2O 4HCl + Sn(OH)4

Sn(OH)4 > H2SnO3v + H2O.

Добавляемая щёлочь NaOH растворяет с поверхности частицы осадка H2SnO3 по уравнению:

H2SnO3+ 2NaOH> Na2SnO3+2H2O

В растворе Na2SnO3 диссоциирует: Na2SnO3 2Na++

Ион SnO32- адсорбируется на частицах H2SnO3, сообщая им отрицательный заряд. Осадок переходит в золь, имеющий мицеллярное строение:

Вопросы для самоконтроля

Какие системы являются и агрегативно и седиментационноустойчивыми?

1. Назовите общие способы получения коллоидных систем.

2. Какие виды конденсации существуют?

3. Что такое пептизация? Назовите методы пептизации.

4. Что такое мицелла, за счёт чего она образуется?

5. От каких факторов зависит толщина диффузного слоя?

6. Написать формулы мицелл, образующихся по ниже приведенным реакциям, и указать потенциалопределяющие ионы:

а) CaCl2 + Na2CO3 > в) CaCl2 + Na2CO3 >

б) FeCl2+Na2S > г) FeCl2+Na2S >

7. В чем проявляются особые химические свойства коллоидных растворов?

8. Как определить знак заряда коллоидной частицы?

9. Написать уравнение реакции, протекающей при сливании 20 мл раствора гидроксида калия с концентрацией 0,05 моль/л и 10 мл раствора нитрата меди (II) с концентрацией 0,15 моль/л. Написать формулу мицеллы полученного золя.

10. Какой объем 0,005 н. раствора нитрата серебра необходимо прибавить к 25 мл 0,0076 н. раствора хлорида калия, чтобы получить отрицательный золь хлорида серебра? Напишите формулу мицеллы полученного золя.

10. Изучение электролитной коагуляции

Цель работы ознакомиться с методами коагуляции и изучить влияние природы и концентрации электролита на коагуляцию.

Теоретическая часть

Коллоидные системы принципиально термодинамически неустойчивы. Огромная удельная поверхность дисперсной фазы создаёт избыток поверхностной энергии, которая, согласно второму закону термодинамики, стремится к наименьшему значению, поэтому коллоидные частицы стремятся к слипанию. Слипание частиц дисперсной фазы (нарушение агрегативной устойчивости) называется коагуляцией. Коагуляцию коллоидных растворов могут вызывать электролиты и неэлектролиты, изменение температуры, механические воздействия, свет, электрический ток и др. Особенно большую роль в коагуляции играют электролиты.

Экспериментально установленные закономерности при коагуляции электролитами известны под названием правил коагуляции Шульце- Гарди:

1) при определённой концентрации коагуляцию может вызвать любой электролит. Минимальная концентрация электролита, при которой наблюдается явная коагуляция (помутнение раствора, появление осадка, изменение цвета), называется порогом коагуляции - (моль/л);

2) ионом - коагулятором является ион, противоположный по знаку заряду коллоидной частицы;

3) порог коагуляции уменьшается с увеличением заряда иона - коагулятора

(1)

где z величина заряда иона- коагулятора, а коэффициент, характерный для данной системы

Для ионов равного заряда порог коагуляции уменьшается с уменьшением способности иона к гидратации.

возрастание коагулирующей способности



возрастание способности к гидратации

4) очень часто началу коагуляции соответствует снижение - потенциала до критической величины. В первом приближении значение - потенциала может характеризовать устойчивость системы к коагуляции, там где - потенциал велик, там и двойной ионный слой имеет большие размеры.

Добавление электролита вызывает сжатие двойного ионного слоя, частицы всё ближе могут подходить друг к другу.

Все приведённые выше рассуждения в полной мере применимы лишь к лиофобным золям (или, в частном случае, гидрофобным), т. е. к золям, которые не связывают молекул среды - не смачиваются растворителем. В отличие от лиофобных, лиофильные золи хорошо смачиваются средой. Прочная оболочка из молекул среды является важным дополнительным фактором устойчивости. Чтобы скоагулировать лиофильный (гидрофильный) золь, необходимо сначала разрушить оболочку из молекул среды вокруг частиц, а затем уже обычным путём пойдёт электролитная коагуляция. То есть лиофильные золи, в общем случае, являются агрегативно более устойчивыми, чем лиофобные.

Практическая часть

1. Коагуляция золя гидроксида железа (III) электролитами

100 мл дистиллированной воды нагревайте до кипения. Затем в кипящую воду по каплям добавляйте 5…10 мл 2 %-ого раствора FeCl3. Получается коллоидный раствор гидроксида железа (III) интенсивного красно-коричневого цвета. Полученный золь Fe(OH)3 разливайте в три конические колбы пипеткой по 20 мл. После этого в каждую колбу из пипетки по каплям добавляют растворы электролитов, указанных в таблице 10.1, до первых признаков коагуляции.

Полученные результаты перенесите на график, откладывая на оси абсцисс (х) - величины заряда ионов коагуляторов, а на оси ординат (y) - логарифм числа миллилитров 0,001 н. растворов. Из хода кривой определите, какой из электролитов наиболее эффективен как коагулятор.

Таблица 10.1 Коагуляция Fe(OH)3 различными электролитами

№ колбы	Электролит	Концентрация раствора	Количество электролита (мл), необходимое для коагуляции	Количество электролита (мл), необходимое для коагуляции, в пересчёте на концентрацию 0,001 н.
1.	KCl	2н.
2.	K2S04	0,01 н.
3.	K3[Fe(CN)6]	0,001 н.

В данном случае коллоидные частицы будут заряжены положительно и строение мицеллы можно представить следующим образом:

,

так как в растворе при кипячении протекают следующие реакции:

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

Fe(OH)3 + HCl FeOCl + 2 H2O

FeOCl FeO+ + Cl-

и ионы FeO+ адсорбируются на поверхности частиц гидроксида железа (III), заряжая коллоидные частицы положительно. Следовательно, для золя Fe(OH)3 ионом коагулятором будут отрицательные ионы - анионы..

2. Взаимная коагуляция двух коллоидов

Всякая реакция, в которой образуется нерастворимое вещество, в определённых условиях может привести к образованию коллоидного раствора.

Реакция образования нерастворимого AgI идёт по уравнению:

AgNO3 + KI > AgIv + KNO3

При избытке AgNO3 образуется коллоидная частица, имеющая положительный заряд, так как в данном случае адсорбируется ион Ag+:

При избытке KI получим коллоидную частицу с отрицательным зарядом:

При сливании двух противоположно заряженных золей может происходить коагуляция при таких условиях, когда общее число зарядов одного коллоида нейтрализует общее количество противоположных зарядов другого коллоида. В результате выпадает осадок AgI, лишённый заряда.

В коническую колбу налейте 40 мл 0,01 н. раствора KI и затем медленно, при тщательном перемешивании, добавьте из бюретки 32 мл 0,01 н. раствора AgNO3. В другую коническую колбу налейте 40 мл 0,01 н. раствора AgNO3 и затем медленно при тщательном перемешивании, добавьте из бюретки 32 мл 0,01 н. раствора KI.

В первом случае получается отрицательно заряженный золь, а во втором случае - положительно заряженный.

Далее возьмите 11 чистых пробирок и налейте в каждую из них коллоидный раствор AgI с отрицательно заряженными частицами: в первую пробирку - 1 мл, во вторую - 2 мл и т. д. (см. табл. 10.2). В десятую пробирку наливайте 10 мл раствора, а одиннадцатую оставляют пустой. Затем добавляйте во все пробирки коллоидный раствор AgI, частицы которого заряжены положительно, в таком количестве, чтобы общий объём раствора в каждой пробирке равнялся 10 мл (см. таблицу 10.2).

Таблица 10.2 Результаты взаимной коагуляции двух коллоидов

№ пробирки	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Объём (мл) золя [mAgJ]-	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	0
Объём (мл) золя [mAgJ]+	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0	10

Таким образом, десятая и одиннадцатая пробирки являются контрольными, а в остальных наблюдается процесс коагуляции. В таблице 10.2 выделите рамкой те пробирки, в которых быстро происходит коагуляция. Сделайте вывод по результативности опыта.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое коагуляция? Что вызывает коагуляцию?

2. Как влияет природа электролита на коагуляцию? Что такое порог коагуляции?

3. В чём отличие в коагуляции лиофобных золей и лиофильных золей?

4. Как влияет заряд иона коагулятора на порог коагуляции?

5. Какой коллоидный раствор может вызвать коагуляцию исследуемого раствора: имеющий одинаковый с ним заряд частиц или имеющий противоположный заряд частиц?

6. Наиболее эффективным коагулирующим электролитом для золя, полученного в результате реакции 2 H3AsO3 + 3 H2S(изб.) = As2S3 + 6 H2O, является…

Выберите ответ : AlCl3, K3РO4, CaCl2, KCl.

7. Для коагуляции 70 мл золя иодида требуется 0,45 мл раствора нитрата бария концентрации 0,05 моль/л. Найдите порог коагуляции.

8. Каково значение процессов коагуляции? Приведите примеры.

11. Электрофорез. Измерение величины дзета-потенциала

Цель работы - по измеренной скорости электрофореза рассчитать величину - потенциала.

Теоретический материал

Электрофорез - перемещение частиц дисперсной фазы относительно неподвижной дисперсной среды к одному из электродов под действием электрического поля.

Золь туши, с которым выполняется данная работа, имеет мицеллярное строение, т. е. твёрдые частицы дисперсной фазы окружены двойным ионным слоем (рисунок 11.1).

Рисунок 11.1 Схема строения двойного ионного слоя

На частице адсорбируются ионы, образующие с ионами твёрдой фазы труднорастворимые соединения или изоморфные кристаллы, в итоге -частицы дисперсной фазы приобретают одноимённые заряды. Для нейтрализации этого заряда из раствора подходят ионы противоположного знака - противоионы, часть их находится в непосредственной близости от поверхности - ассоциированные ионы, которые вместе с адсорбированными ионами образуют плоский слой. Другая часть противоионов находится на значительном удалении от поверхности и образует диффузный слой. Ассоциированные противоионы жёстко связаны с поверхностью, а противоины диффузного слоя являются подвижными. Мицелла (частица вместе с плоским диффузным слоем) является электронейтральной.

Рисунок 11.2 Распределение потенциала в двойном ионном слое

На рисунке 11.2 приведено изменение потенциала в двойном ионном слое с удалением от поверхности частицы.

Потенциал на поверхности частицы называется термодинамическим потенциалом. Практически он представляет собой сумму зарядов всех адсорбированных на частице ионов (в нашем случае катионов). На расстоянии, равном толщине двойного ионного слоя ( радиус ионной атмосферы), электрическое поле поверхности практически компенсировано противоионами и потенциал стремится к нулю.

Потенциал на поверхности скольжения, т. е. на границе между плоским и диффузным слоями, называется электрокинетическим потенциалом (или - потенциалом, дзета-потенциал). Иначе, -потенциал - это часть общего потенциала, приходящаяся на диффузный слой (по абсолютной величине - потенциал равен сумме зарядов всех ионов диффузного слоя).

Электрическое поле вызывает деформацию мицеллы (рисунок 11.3). Пока электрическое поле не действует, центры положительных и отрицательных зарядов двойного ионного слоя в мицелле практически совпадают (рисунок 11.3а). При достаточной напряжённости электрического поля диффузные ионы отрываются и двигаются (в нашем случае) к аноду. Частица при этом приобретает положительный заряд и двигается к катоду. Естественно, что скорость перемещения частицы будет прямопропорциональна её заряду, который, в свою очередь, определяется количеством оторвавшихся от мицеллы противоионов, т. е. - потенциалом.

Измерив линейную скорость движения частиц и зная параметры электрического поля, можно вычислить электрокинетический потенциал по формуле:

(вольт) , (1)

где -вязкость (для водных золей =0,01); - линейная скорость движения (см/сек); - диэлектрическая проницаемость (для воды е = 81) ; E - напряжённость электрического поля.

Рисунок 11.3 Деформация мицеллы в электрическом поле:

а) мицелла до действия электрического поля; б) мицелла в электрическом поле

Практическая часть

Для измерения скорости электрофореза служит прибор (рисунок11.4).

Подготовка установки к работе

Установка включает в себя электролизер, состоящий из корпуса 2, внутренней трубки 3 и электродов 1 и 6, и систему подачи туши, включающей капиллярную трубку 7, резервуар для туши 8 с запасом туши 9, ресивер 15 и напорную емкость 11 с запасом воды 12, снабженную краником 13 и системой соединительных трубок 14.

Внутренний диаметр трубки корпуса 2 и размеры трубки 3 подобраны таким образом, чтобы площадь поперечного сечения просвета трубки 3 была равна площади поперечного сечения кольцевого пространства между внешним диаметром трубки 3 и внутренним диаметром корпуса 2. Это обеспечивает одинаковую скорость перемешивания туши при электрофорезе в трубке 3 и в кольце между трубкой и корпусом.

Рисунок 11.4 Прибор для измерения скорости электрофореза

Перед работой электролизер должен быть чистым и сухим. В исходном состоянии резервуар 8 заполнен тушью, а емкость 11 - водой. Кран 13 - закрыт. Емкость корпуса 2 заполнена электролитом до касания с электродами 1 и 6. Капилляр опустите до касания им дна корпуса 2. Откройте кран 13. Запас воды 12 при этом поступает в ресивер 15 и повышает давление воздуха в нем. Давление передается через трубку 14 в резервуар 8. Тушь под давлением начинает поступать с небольшой скоростью в донную часть корпуса 2. Дайте уровню туши подняться выше нижнего среза трубки 3 на 10-20 мм, затем кран 13 закройте. Отметьте положение уровня туши 5 по линейке 10. Подключите электроды 1 и 6 к источнику постоянного тока напряжением 100 В. Наблюдайте за изменением уровня туши в трубке 3 и корпусе 2.

С помощью линейки 10 рассчитайте длину жидкого проводника между электродами 1 и 6. Включите выпрямитель и проведите электролиз в течение 20 мин. Через 20 мин снова измерьте высоту уровня туши в трубке 3 и корпусе 2. Рассчитайте разность высоты золя до опыта и после в трубке 3 () и в корпусе 2 (). Тогда за путь, пройденный дисперсной фазой за 20 минут можно считать величину - S:

. (2)

Напряжённость электрического поля - E:

, (3)

где U - разность потенциалов (100 вольт); L - расстояние между электродами - длина жидкого проводника.

Линейная скорость движения границы раздела золь - дисперсная среда - u.

, (4)

где S - путь, пройденный дисперсной фазой из формулы (2) в см; -время опыта в секундах.

Затем по формуле 1 рассчитайте -потенциал.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое электрофорез? В каких областях находит применение электрофорез?

2. Чем отличаются противоионы плоского слоя от противоионов диффузного слоя?

3. Что такое -потенциал?

4. Как толщина диффузного слоя влияет -потенциал?

5. Как и почему величина дзета - потенциала влияет на скорость электрофореза?

6. Каким образом, меняя pH дисперсной среды, можно с помощью электрофореза делить белки?

7. Рассчитать электрокинетический потенциал частиц гидрозоля Fe2O3 по данным электрофореза: U = 170 В; расстояние между электродами 0,25 м; смещение границы к катоду составило 25 мм за 20 мин; Т = 298 К; вязкость среды 9•10-3 Па•с; е = 81.

12. Образование и разрушение растворов высокомолекулярных веществ

Цель работы изучить зависимость степени набухания ВМС от рН среды, познакомиться с явлением высаливания ВМС и исследовать защитное действие желатина при электролитной коагуляции лиофобных золей.

Теоретическая часть

К высокомолекулярным соединениям (ВМС) относятся вещества, имеющие молекулярную массу десятки и сотни тысяч углеродных единиц. Растворы ВМС в родственных растворителях представляют собой гомогенные системы, неограниченно устойчивые и термодинамически равновесные. Например, растворы белков, полисахаридов и т. д. Однако процесс растворения ВМС обладает рядом особенностей, отличающих его от растворения низкомолекулярных веществ.

Растворение ВМС происходит в течение длительного времени и начинается оно с набухания. Различают четыре стадии растворения ВМС.

1) Контакт растворителя и ВМС происходит энергетическое взаимодействие между растворителем и ВМС. На этой стадии система двухфазна.

2) Диффузия молекул растворителя в ВМС - набухание. Стадия продолжительна. Система двухфазна: первая фаза - набухший полимер, вторая фаза избыток растворителя. Необходимо отметить, что набухший полимер можно считать однофазной системой - раствор растворителя в ВМС. Эту систему называют студень.

3) Диффузия макромолекул ВМС в растворитель. Система двухфазна: первая фаза - набухший ВМС (студень), вторая фаза - раствор ВМС в растворителе.

4) Выравнивание концентраций этих двух растворов (ВМС в растворителе и растворитель в ВМС). Полная двусторонняя диффузия может привести в итоге к однофазной системе - раствору ВМС в растворителе.

Процесс растворения ВМС может заканчиваться на второй или третьей стадии. Следовательно, существуют:

1) ограниченное набухание, которое заканчивается образованием студня. Процесс растворения заканчивается на второй или третьей стадии;

2) неограниченное набухание, которое заканчивается образованием однофазной системы. В этом случае идёт и четвёртая стадия процесса.

Для количественной характеристики процесса набухания вводится понятие степени набухания - .

(1)

(2)

где m вес набухшего ВМС, вес сухого ВМС, h высота столба набухшего ВМС, высота столба сухого ВМС.

Кинетика процесса набухания выражается тремя видами кривых (рисунок 12.1) Степень набухания зависит от температуры, давления природы ВМС и растворителя. На степень набухания ВМС - амфолитов сильное влияние оказывает характер среды (pH) (рисунок 12.2)

Дело в том, что ВМС - амфолиты, например белки, способны диссоциировать и по кислотному и по основному механизму. Покажем это на примере аминокислот, из которых и состоят белки:

рН < i NH2-R-COOH+H2O [NH3-R-COOH]++OH-

pH > i NH2-R-COOH NH2-R-COO-+H+

В изоэлектрической точке (i) макромолекула электронейтральна и сворачивается в плотную глобулу.

Вещество, состоящее из молекул, свёрнутых в плотную упаковку, естественно, набухает медленно. При рН<i и pH>i отдельные звенья макромолекул приобретают одноимённые заряды, отталкивание которых приводит к раскручиванию плотных упаковок упрощается диффузия растворителя в ВМС.

Рисунок 12.1 Кинетика различных вариантов процесса набухания: 1 - ограниченное набухание; 2 - неограниченное набухание; 3 - ограниченное набухание с частичным растворением ВМС



Рисунок 12.2 Зависимость степени набухания ВМС - амфолитов от рН среды

Если к водному раствору ВМС добавлять неорганическую соль (электролит), то при определённой концентрации соли начинается выделение ВМС в осадок - этот процесс называется высаливанием. Высаливание связано с тем, что добавленный электролит связывает воду, как бы увеличивая концентрацию ВМС. Высаливание - процесс обратимый: если после высаливания добавить растворитель, то вновь произойдёт растворение ВМС.

Практическая часть

1. Изучение зависимости степени набухания желатина от рН раствора

В шесть сухих пробирок насыпьте по 1 см3 сухого порошка желатина (желатин - смесь белковых веществ животного происхождения), пронумеруйте их и в каждую налейте одинаковый объём буферного раствора с определённым значением рН согласно таблице 12.1.

рН каждого раствора вычислите по формуле (3):

; (3)

Таблица 12.1 Приготовление буферных растворов для изучения зависимости степени набухания желатина от рН раствора и результаты измерений

№ пробирки	1	2	3	4	5	6
(мл)						10
(мл)	9	7	5	3	1
(мл)	1	3	5	7	9
Кислотность, рH
Высота столба набухшего полимера, h
Степень набухания, б

Оставьте желатин набухать в течение 30 минут. Через 30 минут измерьте высоту столбика набухшего желатина (h), рассчитайте степень набухания (по формуле 2), постройте график зависимости степени набухания желатина от рН среды (рисунок 12.2) и найдите изоэлектрическую точку i.

2. Высаливание желатина из раствора

В две колбы налейте одинаковый объём (5 … 10 мл) 1 %-го раствора желатина и по каплям добавьте из мерного цилиндра в одну из колб насыщенный раствор (NH4)2SO4 до появления хлопьев. Во вторую колбу по каплям добавляйте такое же количество разбавленного раствора (NH4)2SO4.

Проверьте обратимость процесса высаливания при разбавлении водой.

3. Защитное действие желатина при электролитной коагуляции лиофобных золей

Приготовьте отрицательно заряженный золь AgI (10 мл 0,1н. KI и 2 мл 0,1н. AgNO3). Разделите его пополам в две колбочки. В одну колбочку добавьте 0,5 … 1 мл 1 %-го раствора желатина. Незащищённый золь коагулируют по каплям раствором Al(NO3)3 из бюретки. Такое же количество электролита добавьте к защищённому золю. Наблюдения зафиксируйте в рабочем журнале (тетради).

Вопросы для самоконтроля

1. Как происходит растворение ВМС?

2. Что называют застудневанием и набуханием?

3. Что такое степень набухания ВМС?

4. Пояснить механизм высаливания ВМС.

5. Что такое изоэлектрическая точка?

6. Как влияют характер растворителя, температура, рН раствора и другие факторы на степень набухания ВМС?

7. Приведите примеры ограниченного и неограниченного набухания ВМС.

8. В чем сходство и отличие студней от золей и гелей?

13. Измерение стационарных потенциалов металлов. Измерение токов коррозии

Цель работы практически ознакомиться с явлениями, сопровождающими процесс электрохимической коррозии металлов, строением двойного электрического слоя.

Теоретическая часть

Процесс коррозии металла, погруженного в водный раствор соли, сопровождается различными явлениями: разрушением поверхности и появлением ионов металла и других продуктов коррозии в растворе, в ряде случаев - образованием газообразных продуктов, а также наличием электродного потенциала. Измерение величины электродного потенциала является наиболее универсальным и информативным способом сравнительного изучения коррозии различных металлов. Рассмотрим в общих чертах причины, определяющие возникновение потенциала.

На металлической пластинке, погруженной в раствор соли между металлом и раствором возникает "скачек потенциала", причинами которого является переход заряженных частиц из одной фазы в другую с образованием двойного электрического слоя на границе раздела фаз. Возникновение скачка потенциала на границе металл-электролит происходит за счет окисления металла и одновременного восстановления его ионов, находящихся в растворе. Потенциал, возникающий на границе раздела металл-электролит при активности ионов этого металла в растворе, равном I моль/л. называется обратимым, и, по уравнению Нернста, определяется уравнением:

(1)

где цмет стационарный потенциал, ц0 стандартный потенциал, активность металла в растворе

Если потенциал измерен при единичной концентрации ионов металла в растворе, измеряемый потенциал называется стандартным потенциалом. Стандартные потенциалы некоторых металлических электродов приведены в таблице 13.1.