Материал: 1594
[m(AgI) nAg+ (n-x) NO3−]+x xNO3−,
где m(AgI) – ядро мицеллы (образующееся нерастворимое соединение); nAg+ – потенциалопределяющие ионы (ионы, общие между избытком и ядром); nNO3− – противоионы адсорбционного слоя (другой ион избытка); [m(AgI) nAg+ (n-x) NO3−]+x – гранула мицеллы; xNO3− – противоионы диффузного слоя.
2. Пр мером образования мицеллы в ходе реакции гидролиза
является реакц я получения золя гидроксида железа. В кипящую воду |
|||||||
добавляют немного 2%-ного раствора хлорида железа. Под действием |
|||||||
температуры равновес е в реакции гидролиза смещается полностью |
|||||||
С |
|
|
|
|
|
||
вправо, то есть г дрол з идет до конца, до образования гидроксида |
|||||||
железа. Несмотря на |
з ыток молекул воды, ионов Н+ и ОН─ будет очень |
||||||
мало, так как вода является сла ым электролитом. Константа диссоциации |
|||||||
воды равна 10─14. Хлорид железа, наоборот, является сильным |
|||||||
электрол том, |
в воде |
|
|
все молекулы распадаются на ионы. |
|||
практически |
|
|
|
||||
Поэтому даже не ольшое количество хлорида железа в растворе |
|||||||
обеспечит |
|
онов железа и хлора по сравнению с ионами водорода |
|||||
и гидроксид-ионами. |
|
|
|
|
|
||
|
збыток |
|
|
||||
|
|
FeCl3 + 3H2O = Fe(OH)3 + 3HCl (t = 100 oC). |
|
|
|||
Ядром |
мицеллы |
будет |
нерастворимый |
Fe(OH)3, |
а |
||
|
|
|
А |
|
|
||
|
|
|
|
Д |
|
||
потенциалопределяющими ионами – ионы трехвалентного железа. FeCl3 ↔ Fe3+ + 3Cl-.
Втех случаях, когда между молекулами малорастворимогоИвещества
ирастворителем существует хорошее взаимодействие, коллоидные частицы могут образовываться за счет ионизации этих молекул. Так, при образовании коллоидного раствора кремниевой кислоты молекулы воды
взаимодействуют с молекулами кремниевой кислоты, при этом один ион водорода переходит от кремниевой кислоты к молекуле воды:строениеприходится
41
H2SiO3 + H2O = HSiO3─ + H3O+, или в упрощенном виде
H2SiO3 ↔ H+ + HSiO3─.
Ядром мицеллы будут нерастворимые молекулы кремниевой кислоты, потенциалопределяющими ионами – гидросиликат-ионы, оставшиеся после того, как ионы водорода переместились к молекулам воды. Прот во онами будут ионы водорода.
С |
[mH2SiO3∙nHSiO3∙(n-x)H+]─x xH+. |
|
|
Колло дные растворы лагодаря особому строению коллоидных |
|
частицыдлинойсо змер мы с волны видимого света (400…700 нм). Это
частиц имеют особые опт ческие и электрические свойства.
является пр бАч ной рассе вания света. Если через коллоидный раствор пропускать узк й луч света, то в отраженном свете виден светлый конус. Этот опыт впервые провел Тиндаль, поэтому эффект называется его именем – эффект Тиндаля.
Опт ческ е свойства коллоидных растворов:
а) Размер колло дных частиц составляет 10─5…10─7см, то есть
б) Так как короткие волны рассеиваются сильнее, чем длинные, в проходящем свете есцветный коллоидный раствор кажется желтым, а в
электроосмос. Д
отраженном свете – голубым. Явление изменения окраски коллоидного раствора в зависимости от угла зрения называется опалесценцией.
Электрические свойства коллоидных растворов:
Коллоидные частицы заряжены, поэтому в электрическом поле
наблюдаются особые электрокинетические явления: электрофорез и И
а) Если в коллоидный раствор погрузить два электрода и подключить их к источнику постоянного тока, то коллоидные частицы начнут перемещаться к электроду, имеющему заряд, противоположный заряду коллоидной частицы. Явление перемещения коллоидных частиц в
электрическом поле к одному из электродов называется электрофорезом. б) Если частицы не могут свободно перемещаться, например, в связнодисперсной системе или при наличии в системе полупроницаемой мембраны, то под действием электрического поля начинают перемещаться противоионы диффузного слоя. Явление переноса дисперсионной среды через капиллярно-пористую мембрану под действием постоянного
электрического тока называется электроосмосом.
42
Явления электрофореза и электроосмоса достаточно широко применяются человеком. Электрофорез широко используется в медицине, в биологии. Электроосмос применяют для осушения грунтов, для ускорения процесса твердения бетона.
В коллоидных системах частицы дисперсной фазы очень измельчены, поэтому эти системы характеризуются большой свободной энергией. Любая система стремится к минимуму энергии, поэтому коллоидные растворы термодинамически неустойчивы. Речь может идти только об относ тельной устойчивости, то есть способности системы
сохранять в течен |
определенного времени свою структуру и свойства. |
||||
Различают два в да устойчивости дисперсных систем: агрегативную и |
|||||
С |
|
|
|
|
|
|
(сед ментационную). |
|
|
||
Агрегат вная |
|
устойчивость |
определяется |
способностью |
|
дисперсной |
стемы |
в течение некоторого времени сохранять свою |
|||
первоначальную степень дисперсности. Проще говоря, это способность |
|||||
частиц не сл паться в |
олее крупные агрегаты. В коллоидных растворах |
||||
кинетическую |
|
|
|||
все част цы од наково заряжены, поэтому отталкиваются друг от друга. |
|||||
Все это обеспеч вает высокую агрегативную устойчивость коллоидных |
|||||
растворов. |
|
|
|
|
|
Кинетическая или седиментационная устойчивость дисперсных |
|||||
систем определяется спосо ностью частиц противостоять действию силы |
|||||
тяжести. Небольшой размер коллоидных частиц и их высокая скорость |
|||||
движения за счет диффузии определяют достаточно высокую |
|||||
кинетическую устойчивость коллоидных растворов. |
|
||||
|
бА |
|
|||
Очень часто на практике требуется разрушить коллоидный раствор, |
|||||
например удалить |
из |
воды коллоидные |
загрязнения. |
ля этого надо |
|
частицы начнут слипаться, увеличатсяДв размерах и под действием силы тяжести образуют осадок. Слипание коллоидных частиц в более крупные агрегаты называется коагуляцией.
создать условия для снижения заряда коллоидных частиц. В этом случае И
Существует несколько причин коагуляции:
1.Изменение температуры. При сильном нагревании или, наоборот,
замораживании коллоидных растворов толщина диффузного слоя становится тоньше, величина электрокинетического потенциала – меньше, частицы начинают слипаться – происходит коагуляция.
2.Механическое воздействие: встряхивание, перемешивание. При интенсивном механическом воздействии усиливается диффузия, что также приводит к истончению диффузного слоя и к коагуляции.
43
3.Добавление раствора электролита. При добавлении к коллоидному раствору электролита ионы последнего вытесняют противоионы из диффузного слоя в адсорбционный, в результате чего электрокинетический потенциал снижается до нуля. Происходит
коагуляция.
С5.Повышен е концентрации коллоидных частиц. Если в системе происход т рост ч сла коллоидных частиц, например при твердении вяжущих, то через некоторое время частицам становится тесно, под
4. ливание коллоидных растворов с противоположно заряженными частицами. Если соединить два коллоидных раствора с противоположно заряженными част цами, то разноименные частицы будут притягиваться,
укрупняться, в результате произойдет коагуляция.
действиемпотенциал сн жается, про сходит коагуляция.
соседн х част ц диффузный слой истончается, противоионы переходят з д ффузного слоя в адсорбционный, электрокинетический
Ла ораторная работа № 4
Коллоидные растворы
Цель работы: научиться получать коллоидные растворы и изучить их свойства.
Опыт 1. Получение геля кремниевой кислоты. |
||
бА |
||
Налейте в пробирку 2…3 см3 |
разбавленного раствора силиката |
|
натрия и 3 см3 соляной кислоты (концентрация 2:1). Перемешайте. |
||
Наблюдайте образование геля кремниевой кислоты. Напишите уравнение |
||
реакции и строение коллоидной частицы кремниевой кислоты. |
||
Д |
||
Na2SiO3 + HCl |
H2SiO3 |
+ ... . |
|
И |
|
Опыт 2. Получение золя гидроксида железа.
В химическом стаканчике нагрейте до кипения 50 см3 дистиллированной воды. В кипящую воду добавьте 3…4 капли 2%-ного раствора хлорида железа (III) FeCl3. Обратите внимание на изменение цвета раствора вследствие образования золя. Напишите, какое строение имеет частица получившегося золя. Этот же опыт проведите, вливая раствор хлорида железа в холодную воду. Какая реакция происходит в этом случае? Золь гидроксида железа сохраните для следующих опытов.
44
FeCl3 + H2O(хол.) |
; |
FeCl3 + H2O(кипящ.) |
. |
Напишите продукты реакции и строение золя гидроксида железа. |
|
С |
|
делайте вывод о продуктах гидролиза в зависимости от температуры воды.
Опыт 3. Коагуляц я золя под влиянием электролита.
К части раствора, полученного в опыте 2, прилейте раствор соды |
|||
причине |
|
|
|
Na2CO3 до коагуляц . Объясните наблюдаемое явление. |
|||
{ m[Fe(OH)3] ∙ nFe |
3+ |
- +3x |
- |
|
∙ 3(n-x)Cl } |
... 3xCl + Na2CO3. |
|
б |
|
||
Сделайте вывод о |
|
коагуляции. |
|
Опыт 4. Колло дная защита.
Налейте в 2 про рки по 5 см3 золя гидроксида железа. В одну
добавьте по 2 см3 раствораАсоды и перемешайте. Почему коагуляция заметна только в одном случае? О ъясните этот опыт, используя понятие о стабилизаторах коллоидных растворов.
добавьте 2…3 см3 раствора желатина или крахмального клейстера, а в другую – такой же о ъем дистиллированной воды. В обе пробирки
Сделайте вывод о свойствах стабилизатора коллоидных систем.
|
Вопросы и задания для защиты лабораторной работы |
|
|
«Коллоидные растворы» |
|
1. |
Д |
|
Что называется дисперсной системой? Назовите классификацию |
||
дисперсных систем по агрегатному состоянию дисперсной фазы и |
||
дисперсионной среды, по размерам частиц дисперсной фазы, по степени |
||
взаимодействия между частицами дисперсной фазы и среды и по степени |
||
структурированности дисперсной системы. |
И |
|
|
|
|
2. Назовите способы получения дисперсных систем. |
||
3. |
Какие оптические и электрические свойства характерны для |
|
дисперсных систем? чем они обусловлены? |
|
|
4. |
Объясните механизм образования заряда на поверхности |
|
коллоидных частиц за счет избирательной адсорбции избыточных ионов.
45