Foreversoft.ru

IT Справочник
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Формула мицеллы золя гидроксида железа

Решение. 1. Коллоидно-химические формулы мицелл золей:

Решение

1. Коллоидно-химические формулы мицелл золей:

А) AgNO3 + KI ®AgI↓+К NO3

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

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

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

[m AgI *nI — *(n-x) К + ] x — *х К +

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

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

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

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

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

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

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

В)FeCl3 + 3NaOH ®Fe(OH)3↓ +3NaCl

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

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

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

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

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

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

Г) FeCl3 + 2H2O ® Fe(OH)2Cl+ 2HCl

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

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

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

Решение

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

Положительно заряженный золь

Б)иодида серебра, полученного в избытке КI:

[m AgI *nI — *(n-x) К + ] x — *х К +

Отрицательно заряженный золь

в)иодида серебра, полученного в избытке AgNO3:

Положительно заряженный золь

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Лабораторная работа 10

Коллоидные растворы

Цель работы: изучить основные понятия коллоидной химии «дисперсность, коллоидный раствор, дисперсная фаза, дисперсионная среда, коллоидная частица, мицелла, коагуляция, седиментация, пептизация»; получение коллоидных растворов; научиться составлять схемы мицелл.

Задание: получить коллоидные растворы гидроксида железа (III) методоми конденсации и диспергирования осадка Fe(OH)3. Выполнить требования к результатам опытов, оформить отчет, решить задачу.

Теоретическое введение

Системы, в которых одно вещество распределено в мелкораздробленном состоянии в среде другого, называются дисперсными. Раздробленное (распределенное вещество) называется дисперсной фазой, а среда, в которой распределена дисперсная фаза – дисперсионной средой.Дисперсные системы с размером частиц дисперсной фазы от 1 до 100 нм называются коллоидными растворамиили золями.

Дисперсная фаза в коллоидном растворе (или золе) представлена коллоидными частицами, в состав которых входят ядро, зарядообразующие ионы и противоионы. Зарядообразующие ионы могут быть положительно или отрицательно заряженными, поэтому и коллоидные частицы имеют либо положительный, либо отрицательный заряд. Заряженные коллоидные частицы притягивают к себе молекулы Н2О из дисперсионной среды; так создается гидратная оболочка, окружающая коллоидную частицу.

Примерный состав коллоидных частиц золей Sb2S3 и Fe(OH)3 можно выразить следующими формулами:

Противоионы Н + или Cl — , которые входят в состав коллоидных частиц, называют связанными. Свободные противоионы остаются в дисперсионной среде.

Коллоидную частицу и эквивалентную ей часть дисперсионной среды (гидратированных свободных противоионов) называют мицеллой. Мицеллу считают структурной единицей коллоидного раствора. Формулы

выражают примерный состав мицелл золей сульфида сурьмы и гидроксида
железа.

Коллоидная дисперсность вещества является промежуточной между группой дисперсности, характерной для взвеси и молекулярной, характерной для истинных растворов. Поэтому коллоидные растворы получают либо из истинных растворов путем укрупнения частиц молекулярной дисперсности до определенного предела (максимум до 100 нм), либо из взвеси путем дробления грубодисперсных частиц также до определенного предела (минимум до 1 нм). В этой связи различают конденсационные методы (укрупнение частиц) и метод диспергирования(дробление частиц).

Конденсация частиц молекулярной дисперсности может происходить в процессе гидролиза солей некоторых поливалентных металлов, например, FeCl3. Гидролиз иона Fe 3+ протекает по ступеням:

Fe 3+ + H2O = FeOH 2+ + H +

Гидроксид железа Fe(OH)3 не выпадает в осадок, т.к. степень гидролиза FeCl3 по третьей ступени мала.

Зарядообразующими ионами в процессе образования золя могут быть Fe 3+ , FeOH 2+ , Fe(OH)2 + , а противоионами − Cl − .

Примером получения золей методом диспергирования может служить получение коллоидного раствора Fe(OH)3 путем химического дробления осадка гидроксида железа (III), называемого пептизацией. Пептизатором может быть электролит с одноименным ионом, входящим в состав осадка, например, FeCl3.

Добавление пептизатора к небольшому количеству осадка в водной среде приводит к тому, что ионы Fe 3+ проникают в глубь осадка и разрыхляют его, постепенно дробя до коллоидной дисперсности. Дробление называют химическим потому, что ионы непросто проникают в осадок, а, взаимодействуя с его частицами, образуют дисперсную фазу положительного заряда. Ионы Fe 3+ являются зарядообразующими в составе коллоидных частиц получающегося золя, а ионы Cl − противоионами.

Коллоидные растворы обладают специфическими оптическими, кинетическими и электрическими свойствами (специфика связана с размерами и зарядом коллоидных частиц) и характеризуются высокой кинетической и агрегативной устойчивостью.

Читать еще:  Резорцин с хлоридом железа 3

Устойчивость коллоидного раствора можно нарушить. Потеря агрегативной устойчивости золя приводит к укрупнению частиц дисперсной фазы, их слипанию. Этот процесс называют коагуляцией. Коагуляция вызывает нарушение кинетической устойчивости системы, которая приводит к образованию осадка (коагулята). Этот процесс называют седиментацией.

Примерный состав коагулята золей сульфида сурьмы и гидроксида железа выражают формулами:

Выполнение работы

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

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

Требование к результатам опыта

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

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

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

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

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

Требование к результатам опыта

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

Опыт 3. Коагуляция золя гидроксида железа электролитами

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

Требования к результатам опыта

1. Написать формулу мицеллы золя гидроксида железа.

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

Примеры решения задач

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

Решение. При смешивании растворов AgNO3 и KI протекает реакция

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

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

Решение. Образование золя кремневой кислоты происходит по реакции

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

K2SiO3 + H2O KHSiO3 + KOH или в ионной форме

SiO3 2− + H2O HSiO3 ‾ + OH ‾ .

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

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

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

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

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

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

Строение мицелл коллоидных растворов

Лекция 21. Строение мицелл гидрофобных золей

Вопросы для самопроверки

1. Назовите основные методы получения коллоидных систем.

2. Поясните сущность дисперсионных и конденсационных методов получения коллоидных растворов, приведите примеры.

3. В чем заключается сущность электрохимических явлений? Рассмотрите явление электрофореза и электроосмоса.

4. Объясните, какова природа эффектов Дорна и Квинке. Как они возникают?

5. Назовите главную причину наличия электрокинетических явлений у дисперсных систем.

6. Изложите краткие сведения о современной теории строения двойного электрического слоя.

7. Дайте определение понятия “электрокинетический потенциал”.

8. Каким образом можно рассчитать значение ζ-потенциала и от каких факторов он зависит?

21.1 Строение мицелл коллоидных растворов.

21.2 Очистка коллоидных систем.

21.3 Агрегативная и седиментационная устойчивость дисперсных систем.

Советские и зарубежные ученые (А.В.Думанский, Н.Н.Песков, А.Н.Фрумкин, Веймарн, Паули и др.) на основе теории двойного электрического слоя создали так называемую мицеллярную теорию строения коллоидных частиц. Первоначально представления о мицеллярном строении частиц распространялись на все коллоидные растворы, в том числе и на лиофильные золи. Однако последующие исследования показали, что лиофильные золи (точнее растворы высокомолекулярных и высокополимерных соединений) имеют другое, отличное от лиофобных золей строение. В настоящее время мицеллярная теория строения коллоидных частиц сохраняет свое значение только для лиофобных (гидрофобных) золей.

Всякий лиофобный коллоидный раствор состоит из двух частей: мицелл и интермицеллярной жидкости. Мицеллы – это отдельные коллоидные частицы, которые в совокупности составляют дисперсную фазу золя, а интермицеллярная жидкость – это дисперсионная среда этого же золя, которая включает помимо среды-растворителя, все другие растворенные в ней вещества (электролиты и неэлектролиты), которые непосредственно не входят в состав мицелл.

Коллоидная мицелла имеет значительно более сложное строение, чем обычные молекулы. В ней различают две основные части: внутреннюю – нейтральную, обычно называемую ядром, и внешнюю – ионогенную, в свою очередь, состоящую из двух слоев (адсорбционного и диффузного). Адсорбционный слой слагается из слоя потенциалопределяющих ионов, адсорбированных на поверхности ядра и сообщающих ему свой заряд и части противоионов, проникших за плоскость скольжения и наиболее прочно связанных электростатическими силами притяжения. Вместе с ядром адсорбционный слой образует гигантских размеров многозарядный ион, называемый гранулой. Диффузный слой, расположенный за плоскостью скольжения, в отличие от адсорбционного не имеет в дисперсионной среде резко очертанной границы. Этот слой состоит из противоионов, общее число которых равняется в среднем разности между всем числом потенциалопределяющих ионов и числом противоионов, находящихся в абсорбционном слое.

Читать еще:  Тест железа пк

Гранула вместе с диффузным слоем противоионов составляет коллоидную частицу – мицеллу. Мицелла всегда электронейтральна. Известно, что противоионами могут служить любые ионы тех электролитов, которые участвуют в реакциях при получении данного золя или присутствуют как посторонние примеси.

В качестве примера рассмотрим получение гидрозоля иодида серебра методом конденсации. Оно основано на химической реакции:

Ядро коллоидной мицеллы в данном случае будет состоять из нейтральных молекул AgI. В зависимости от относительной концентрации реагирующих веществ может быть три случая.

1. Концентрация AgNO3 больше концентрации KI, нитрат серебра является стабилизатором золя.

Схема строения мицеллы золя иодида серебра имеет вид:

Коллоидная частица золя имеет положительный заряд (x + ). Граница скольжения, по которой мицелла разрывается при движении в электрическом поле, лежит между коллоидной частицей и диффузным слоем.

Рис. 21.1 Схема строения мицеллы золя иодида серебра

2. Концентрация KI больше концентрации AgNO3, иодид калия является стабилизатором золя.

Схема строения мицеллы золя иодида серебра:

Коллоидная частица золя имеет отрицательный заряд (x − ).

3. Концентрации нитрата серебра и иодида калия равны. В этом случае золь находится в изоэлектрическом состоянии, т.е. в состоянии, при котором электрокинетический потенциал (дзета-потенциал) ζ = 0. В этом случае противоионы диффузного слоя мицеллы переходят в адсорбционный слой и коллоидная частица лишена заряда.

В коллоидной химии различают следующие виды пептизации:

в) промывание осадка растворителем.

Рассмотрим получение золей методом пептизации на примерах:

получение золей берлинской лазури адсорбционной пептизацией.

Приготовим осадок берлинской лазури KFe[Fe(CN)6]:

Добавим к образовавшемуся осадку электролит FeCI3 (пептизатор) – образуется золь, структурная единица дисперсионной фазы которого называется мицеллой.

Как происходит образование мицеллы? Ионы Fe 3+ (потенциалопределяющие ионы) адсорбируются на поверхности частиц осадка m KFe[Fe(CN)6], заряжая их положительно, к положительно заряженной поверхности образовавшегося ядра мицеллы притягиваются ионы противоположного знака – противоионы (ионы CI − ). Часть этих ионов, составляющая адсорбционный слой, прочно удерживается у поверхности ядра за счет электростатических и адсорбционных сил. Ядро вместе с адсорбционным слоем составляет коллоидную частицу. Остальные противоионы связаны с ядром только электростатическими силами. Эти противоионы образуют диффузный слой. Наличие заряда у коллоидных частиц приводит к их отталкиванию и обеспечивает устойчивость золя.

Мицеллу золя берлинской лазури можно представить в виде круговой схемы:

Рис. 21.2 Схема строения мицеллы золя берлинской лазури.

Как следует из данных рисунка и приведенной выше структурной формулы мицеллы, на поверхности твердых частиц осадка располагаются противоположные по знаку заряда ионы, которые пространственно разделены. Эти ионы образуют двойной электрический слой.

Если для получения золя берлинской лазури берется некоторый избыток желтой кровяной соли, то стабилизатором золя будет K4[Fe(CN)6].

Процесс получения золя может быть представлен уравнением реакции:

Мицеллы данного золя выражаются формулой:

а коллоидные частицы имеют отрицательный заряд ( ПОИ [Fe(CN)6 ] 4− ).

Диссолюционная пептизация отличается от адсорбционной только отсутствием в готовом виде электролита-пептизатора. Рассмотрим на примере получения золя гидроксида железа.

Метод промывания осадка растворителем используется, если осадок получен при значительном избытке одного из реагентов. Это вызывает сжатие двойного электрического слоя. Ионы диффузного слоя проникают в адсорбционный и в результате заряд коллоидной частицы становится равным нулю:

После промывания осадка растворителем мицеллы будут иметь вид:

Химический метод конденсации основан на реакциях, приводящих к возникновению твердого продукта. Это реакции:

а) восстановления. Например, получение золей золота и серебра при взаимодействии солей этих металлов с восстановителями:

<[mAu]∙nAuO2 − ∙(n−x)K + > x− ∙xK + − мицелла золя золота.

б) окисления. Например, получение золя серы:

Параллельно протекают более сложные процессы, приводящие к образованию политионовых кислот H2S5O6, являющихся стабилизаторами. Строение мицеллы полученного золя можно представить следующей формулой:

в) гидролиза. Например, красно-бурый золь гидроксида железа получается, если в кипящую воду добавить небольшое количество хлорида железа:

Потенциалопределяющие ионы: Fe 3+ ,FeO+,H + .Таким образом, мицелла золя

Fe(OH)3 в соответствии с тем, какой ион является стабилизатором, может быть выражена формулами:

г) обмена. Например, получение золя сульфата бария.

При использовании реакции обмена состав мицелл зависит от того, что к чему приливать!

Примером получения коллоидных систем кристаллизацией является кристаллизация из пересыщенного раствора сахарозы в производстве сахара. Процесс десублимации имеет место при образовании облаков, когда в условиях переохлажденного состояния из водяных паров образуется сразу кристаллики, а не капли воды.

Дата добавления: 2014-01-07 ; Просмотров: 32769 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

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

Лабораторная работа № 17

«Получение и коагуляция коллоидного раствора»

Теоретическая часть

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

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

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

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

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

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

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

Читать еще:  Как узнать какое железо на компе

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

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

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

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

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

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

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

Ядро

Коллоидная частица

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

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

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

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

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

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

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

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

Экспериментальная часть

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

Опыт № 1

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

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

Fe 3+ + H2O ↔ FeOH 2+ + H + ; (I)

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

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

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

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

При оформлении результатов опыта укажите состав:

1) ядра коллоидной частицы полученного золя;

2) коллоидной частицы полученного золя;

3) мицеллы полученного золя.

Опыт № 2

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

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

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

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

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

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

При оформлении результатов опыта укажите состав:

1) ядра коллоидной частицы полученного золя;

2) коллоидной частицы полученного золя;

3) мицеллы полученного золя.

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

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector