Кафедра химии
Лабораторная работа № 7
КОЛЛОИДНАЯ ЗАЩИТА
по дисциплине «Физическая и коллоидная химия»
специальность
специализация
Проверил Выполнил
студент группы
____________ ___________
«____» ____________2011 г. «____»____________ 2011 г
Могилев 2011
1 Цель работы:
1 получение золя гидрокисида железа(111) и его коагуляция
2 определение знака заряда коллоидных частиц и иона-коагулятора в электролитах
3 повышение агрегативной устойчивости золя с помощью стабилизатора – ВМС- желатина
4 определение порога коагуляции золя.
5 определение защитного числа желатина
Приборы и реактивы
1. Бюретка для раствора коагулятора
2. Набор пробирок - 13 шт.
3. Пипетка на 10 мл.
4. Колба на 500 мл.
5. Мерная колба на 100 мл для раствора желатина
6. 0,02 н раствор K2SO4 электролита-коагулятора
7. Насыщенный раствор FeCl3
8. Раствор желатина (препарата ОС-20, поливинилового спирта)-Растворы стабилизаторов
9. Микропипетка на 1 мл (градуированная)
Теоретическое введение.
Центральной проблемой коллоидной химии является устойчивость и коагуляция дисперсных систем, которые тесно связаны с природой и количеством стабилизатора в системе. Давно известно, что введение небольших количеств растворов высокомолекулярных соединений (ВМС) в лиофобные соединения значительно повышает их агрегативную устойчивость. Это проявляется в снижении чувствительности лиофобных коллоидов к действию астабилизирующих факторов: электролитов, нагреванию, замораживанию, механическому перемешиванию и других. Резкое повышение агрегативной устойчивости золей при введении небольших количеств ВМС получило название коллоидная защита.
Разные ВМС обладают различной защитной способностью.
Мерой защитного действия принято минимальное количество защитного вещества, при котором не наступает коагуляция определенного объема золя (например) 10мл при добавлении строго определенного объема раствора электролита известной концентрации (чаще всего 1 мл 10% раствора NаС1).
Для золей золота и конго-рубина количество защитного вещества, выражаемое в миллиграммах, называются соответственно золотым и рубиновым числом.
Повышение устойчивости лиофобных золей наблюдается и при введении поверхностно- активных (ПАВ), которые образуют на
поверхности коллоидных частиц адсорбционные пленки. Работами Ребиндера установлено, что адсорбционные пленки ВМС и ПАВ представляют собой пленочные студни, обладающие высокой вязкостью и сопротивлением сдвигу. По этим причинам при столкновении частиц они не успевают за короткий миг соударения «выдавиться» и препятствуют прямому контакту частиц. Такая защита коллоидов от коагуляции была названа Ребиндером “ структурно-механическим фактором“.
С другой стороны, молекулы ВМС и ПАВ содержат полярные группы, благодаря чему образуются гидратные (сольватные) оболочки. Ориентация молекул в гидратных (сольватных) оболочках приводит к свойствам, характерным для квазитвердых тел - высокой вязкости, упругости и сопротивлению сдвигу. Возникновение развитых (сольватных) гидратных оболочек с особыми механическими свойствами вокруг частиц препятствуют их слипанию.
Важную роль в механизме коллоидной защиты играет энтропийный фактор устойчивости, заключающийся в том, что при сближении частиц, окруженных слоями макромолекул, происходит резкое понижение энтропии (и соответствующее возрастание свободной энергии F). Снижение энтропии связано с ограничением свободы движения сегментов цепей при перекрытии полимерных слоев.
Защитное действие вещества зависит от его лиофильности, сродства к дисперсной фазе, структуры молекулы и т.д.
Методика работы.
4.1. Получение золей методом химической конденсации
получение золя гидроксида железа.(111)
В конической колбе на 500 мл доводят до кипения 200 мл дистиллированной воды на электроплитке. Сняв колбу с электроплитки вливают в нее пипеткой 3 мл концентрированного раствора хлорного железа. Затем содержимое колбы кипятят на плитке в течение 1,5-2 минут. Происходит гидролиз хлор-ного железа, в результате чего образуется золь гидроксида железа(111) интенсивно красно-коричневого цвета. Процесс гидролиза протекает ступенчато:
FeCl3 + H-OH ß-tà Fe(OH)С12 + HCl /1/
Fe(ОН)Cl2 + H-OH ß-tà Fe(OH)2С1 + HCl /2/
Fe(ОН)2С1 + H-OH ß-tà Fe(OH)3 + HCl /3/
Большая часть FeCl3 не подверглась гидролизу, т.к. равновесие сильно смещено влево. По этой причине при установившемся равновесии в растворе сохраняется значительная концентрация ионов Fe3+ . Эти ионы и будут потенциалопределяющими ионами в мицелле полученного золя.
4.2. Определение знака заряда частиц золя методом капиллярного анализа.
Иногда можно определить знак заряда коллоидных частиц не прибегая к электрофорезу или электроосмосу, например, для окрашенных золей методом капиллярного анализа, используя зависимость адсорбируемости частиц золя от знака заряда поверхности адсорбента. В качестве такой заряженной поверхности адсорбента в условиях лаборатории может быть использована поверхность капилляров фильтровальной бумаги. При погружении в воду фильтровальной бумаги целлюлозные стенки капилляров заряжаются отрицательно, а прилегающая к ним вода –положительно. За счет сил поверхностного натяжения вода перемещается по капиллярам бумаги. Если в воде находятся заряженные коллоидные частицы, то передвижение их по капиллярам возможно только тогда, когда они заряжены отрицательно и не притягиваются к стенкам капилляров.
Если частицы заряжены положительно, то перемещение их невозможно, т.к они будут оседать на стенках капилляров. Каплю окрашенного золя Fe(OH)3 наносят на фильтровальную бумагу. При этом вода перемещается по капиллярам во всех направлениях, образуя влажный круг. Окрашенные частички дисперсной фазы в зависимости от знака их заряда перемещаются вместе с водой (знак заряда частиц – отрицательный) или оседают на стенках капилляров (знак заряда частиц – положительный).
В первом случае радиусы окрашенного и неокрашенного кругов почти одинаковы. Во втором случае радиус неокрашенного влажного круга значительно больше радиуса окрашенного пятна. По этим результатам делают заключение о знаке заряда частиц золя
Определение порога коагуляции золя.
Коагуляцию золя можно вызвать механическим воздействием, нагрева- нием или замораживанием золя, разбавлением или концентрированием, а также действием электрического поля или ультразвука.
Самым простым и наиболее часто применяемым методом коагуляции является введение в золь электролита. В данной работе коагуляцию золя осуществляли введением в него 0,02 н раствора К2SO4 . Для этого в три пробирки наливают по 10 мл золя и добавляют все возрастающее количество раствора коагулятора: табл.1. Отмечают состояние золя в каждой пробирке (отсутствие или наличие мутности). Результаты заносят в таблицу, и отмечают коагуляцию знаком “+”, а отсутствие ее – знаком “-“ Порог коагуляции (Сп.к.) рассчитывают по формуле
Сп.к = Сэл Vэл / (Vэл +Vзоля )
Сэл – концентрация электролита коагулятора
Vэл,Vзоля - объем электролита и золя, соответственно.