Изучение электролитной коагуляции

⇐ ПредыдущаяСтр 11 из 24Следующая ⇒

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 – g (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)₃↓ + 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 → AgI↓ + 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.

Лабораторная работа №11

Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 917; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 6 7 8 9 101112 13 14 15 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!