Лабораторная работа свойства дисперсных систем. Тема: Дисперсные системы. Лабораторная работа «Свойства и получение золей. «Пензенский многопрофильный колледж»

Лабораторная работа №2

Тема: Приготовление суспензии карбоната кальция в воде. Получение эмульсии моторного масла. Ознакомление со свойствами дисперсных систем.

Цели: изучить способы приготовления эмульсий и суспензий;научиться отличать коллоидный раствор от истинного; отработать навыки экспериментальной работы, соблюдая правила техники безопасности при работе в кабинете химии.

Методические указания:

Дисперсные системы – это системы, в которых мелкие частицы вещества, или дисперсная фаза, распределены в однородной среде (жидкость, газ, кристалл), или дисперсионной фазе

Химия дисперсных систем изучает поведение вещества в сильно раздробленном, высокодисперсном состоянии, характеризующемся очень высоким отношением общей площади поверхности всех частиц к их общему объему или массе (степень дисперсности).

От названия коллоидных систем произошло название отдельной области химии – коллоидной. «Коллоидная химия» – традиционное название химии дисперсных систем и поверхностных явлений. Важнейшая особенность дисперсного состояния вещества состоит в том, что энергия системы главным образом сосредоточена на поверхности раздела фаз. При диспергировании, или измельчении, вещества происходит значительное увеличение площади поверхности частиц (при постоянном суммарном их объеме). При этом энергия, затрачиваемая на измельчение и на преодоление сил притяжения между образующимися частицами, переходит в энергию поверхностного слоя – поверхностную энергию. Чем выше степень измельчения, тем больше поверхностная энергия. Поэтому область химии дисперсных систем (и коллоидных растворов) считают химией поверхностных явлений.

Коллоидные частицы настолько малы (содержат 103–109 атомов), что не задерживаются обычными фильтрами, не видны в обычный микроскоп, не оседают под действием силы тяжести. Их устойчивость со временем снижается, т.е. они подвержены «старению». Дисперсные системы термодинамически неустойчивы и стремятся к состоянию с наименьшей энергией, когда поверхностная энергия частиц становится минимальной. Это достигается за счет уменьшения общей площади поверхности при укрупнении частиц (что может также происходить при адсорбции на поверхности частиц других веществ).

Классификация дисперсных систем

Дисперсная фаза	Дисперсионная	Название системы
		(Дисперсная система не образуется)
	Жидкость		Пена газированной воды, пузырьки газа в жидкости, мыльная пена
	Твердое тело	Твердая пена	Пенопласт, микропористая резина, пемза, хлеб, сыр
Жидкость		Аэрозоль	Туман, облака, струя из аэрозольного баллона
	Жидкость	Эмульсия	Молоко, сливочное масло, майонез, крем, мазь
	Твердое тело	Твердая эмульсия	Жемчуг, опал
Твердое тело		Аэрозоль, порошок	Пыль, дым, мука, цемент
	Жидкость	Суспензия, золь (коллоидный раствор)	Глина, паста, ил, жидкие смазочные масла с добавкой графита или MoS
	Твердое тело	Твердый золь	Сплавы, цветные стекла, минералы

Методы исследования дисперсных систем (определение размера, формы и заряда частиц) основаны на изучении их особых свойств, обусловленных гетерогенностью и дисперсностью, в частности оптических. Коллоидные растворы обладают оптическими свойствами, отличающими их от настоящих растворов, – они поглощают и рассеивают проходящий через них свет. При боковом рассматривании дисперсной системы, через которую проходит узкий световой луч, внутри раствора на темном фоне виден светящийся голубоватый так называемый конус ТиндаляКонус Тиндаля тем ярче, чем выше концентрация и больше размер частиц. Интенсивность светорассеяния усиливается при коротковолновом излучении и при значительном отличии показателей преломления дисперсной и дисперсионной фаз. С уменьшением диаметра частиц максимум поглощения смещается в коротковолновую часть спектра, и высокодисперсные системы рассеивают более короткие световые волны и поэтому имеют голубоватую окраску. На спектрах рассеяния света основаны методы определения размера и формы частиц.

При определенных условиях в коллоидном растворе может начаться процесс коагуляции. Коагуляция – явление слипания коллоидных частиц и выпадения их в осадок. При этом коллоидный раствор превращается в суспензию или гель. Гели или студни представляют собой студенистые осадки, образующиеся при коагуляции золей. Со временем структура гелей нарушается (отслаивается) – из них выделяется вода(явление синерезиса

Приборы и реактивы; ступка с пестиком, ложка-шпатель, стакан, стеклянная палочка, фонарик, пробирка; вода, карбонат кальция (кусочек мела), масло, ПАВ, мука, молоко, зубная паста, раствор крахмала, раствор сахара. Ход работы: 1 Инструктаж по ТБ Меры безопасности: Осторожно использовать стеклянную посуду. Правила первой помощи: При ранении стеклом удалите осколки из раны, смажьте края раны раствором йода и перевяжите бинтом. При необходимости обратиться к врачу.

Опыт № 1. Приготовление суспензии карбоната кальция в воде

Суспензии имеют ряд общих свойств с порошками, они подобны по дисперсности. Если порошок поместить в жидкость и перемешать, то получится суспензия, а при высушивании суспензия снова превращается в порошок.

В стеклянную пробирку влить 4-5мл воды и всыпать 1-2 ложечки карбоната кальция. Пробирку закрыть резиновой пробкой и встряхнуть пробирку несколько раз. Опишите внешний вид и видимость частиц. Оцените способность осаждаться и способность к коагуляции Запишите наблюдения.

На что похожа полученная смесь?

Опыт № 2. Получение эмульсии моторного масла

В стеклянную пробирку влить 4-5мл воды и 1-2 мл масла, закрыть резиновой пробкой и встряхнуть пробирку несколько раз. Изучить свойства эмульсии. Опишите внешний вид и видимость частиц Оцените способность осаждаться и способность к коагуляции Добавьте каплю ПАВ (эмульгатора) и перемешайте ещё раз. Сравните результаты. Запишите наблюдения.

Опыт № 3. Приготовление коллоидного раствора и изучение его свойств

В стеклянный стакан с горячей водой внести 1-2 ложечки муки(или желатина), тщательно перемешать. Оцените способность осаждаться и способность к коагуляции. Пропустить через раствор луч света фонарика на фоне темной бумаги. Наблюдается ли эффект Тиндаля?

Вопросы для выводов

Как отличить коллоидный раствор от истинного?

Значение дисперсных систем в повседневной жизни.

ОКТЯБРЬСКИЙ КОММУНАЛЬНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ТЕХНИКУМ

Специальность: ………………………………….

Лабораторные работы

по предмету

ВЫПОЛНИЛ Студент группы

…………….

номер группы

………………………………

Фамилия, инициалы.

ПРОВЕРИЛ Преподаватель химии

Шалганова О.Л.

Лабораторная работа №1

Тема: «Смеси и примеси. Приготовление дисперсных систем и изучение их свойств».

Цель: Ознакомиться со свойствами дисперсных систем. Научиться: готовить суспензию и эмульсию; решать задачи на определение массовой доли компонентов смеси и примесей

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

Чистые вещества в природе встречаются очень редко, чаще всего встречаются смеси. Смеси разных веществ в различных агрегатных состояниях могут образовывать гомогенные(растворы) и гетерогенные(дисперсные) системы.

Дисперсными- называют гетерогенные системы, в которых одно вещество - дисперсная фаза ( их может быть несколько) в виде очень мелких частиц равномерно распределено в объеме другого - дисперсионной среде.

Среда и фазы находятся в разных агрегатных состояниях – твердом, жидком и газообразном. По величине частиц веществ, составляющих дисперсную фазу, дисперсные системы делятся 2 группы:

Грубодисперсные (взвеси) с размерами частиц более 100 нм. Это непрозрачные системы, в которых фаза и среда легко разделяются отстаиванием или фильтрованием. Это- эмульсии, суспензии, аэрозоли.

Тонкодисперсные- с размерами частиц от 100 до 1 нм. Фаза и среда в таких системах отстаиванием разделяются с трудом. Это: золи (коллоидные растворы- "клееподобные") и гели (студни).

Коллоидные системы прозрачны и внешне похожи на истинные растворы, но отличаются от последних по образующейся “светящейся дорожке” – конусу при пропускании через них луча света. Это явление называют эффектом Тиндаля . При определенных условиях в коллоидном растворе может начаться процесс коагуляции.			Эффект Тиндаля
Коагуляция – явление слипания коллоидных частиц и выпадения их в осадок. При этом коллоидный раствор превращается в суспензию или гель. Гели или студни представляют собой студенистые осадки, образующиеся при коагуляции золей. Со временем структура гелей нарушается (отслаивается) – из них выделяется вода. Это явление синерезиса Различают 8 типов дисперсных систем.(д/с + д/ф) Г+Ж→аэрозоль (туман, облака, карбюраторная смесь бензина с воздухом в ДВС Г+ТВ→аэрозоль(дым, смог, пыль в воздухе) Ж+Г→пена (газированные напитки, взбитые сливки) Ж+Ж→эмульсия (молоко, майонез, плазма крови, лимфа, цитоплазма) Ж+ТВ→золь, суспензия (речной и морской ил, строительные растворы, пасты) ТВ+Г→твердая пена(керамика, пенопласт, поролон, полиуретан, пористый шоколад) ТВ+Ж→гель(желе, желатин, косметические и медицинские мази, помада) ТВ+ТВ→твердый золь (горные породы, цветные стекла) Решение задач на определение массовой доли компонентов смеси и примесей Какую массу вещества оксида кальция можно получить при термическом разложении 600г известняка, содержащего 10% примесей? При взаимодействии 10.8 г безводного карбоната натрия с избытком азотной кислоты получили 2.24 л (н.у.) оксида углерода (IV).Вычислите содержание примесей в карбонате натрия. ХОД РАБОТЫ

Ход работы			Выводы
Опыт №1 Приготовление суспензии карбоната кальция в воде и изучение ее свойств .
В стеклянную пробирку влить 4-5мл воды и всыпать 1-2 ложечки карбоната кальция. Пробирку закрыть резиновой пробкой и встряхнуть пробирку несколько раз		Наблюдали: ......................................
Опыт №2 Приготовление эмульсии масла в воде и изучение ее свойств
В стеклянную пробирку влить 4-5мл воды и 1-2 мл масла, закрыть резиновой пробкой и встряхнуть пробирку несколько раз. Изучить свойства эмульсии. Добавить 2-3 капли глицерина. Что произошло после его добавлении?		Наблюдали: Внешний вид и видимость частиц: ..................................................................................................................................................................................... Способность осаждаться и способность к коагуляции Внешний вид после добавления глицерина................................................................
Опыт №3 Приготовление коллоидного раствора и изучение его свойств
В стеклянный стакан с горячей водой внести 1-2 ложечки муки(или желатина), тщательно переме-шать. Пропустить через раствор луч света фонарика на фоне темной бумаги		Внешний вид и видимость частиц: ...................................................................................................................................................... Способность осаждаться и способность к коагуляции ....................................................................................................................... ................................. Наблюдается ли эффект Тиндаля...........................................................................

Общий вывод:

...................................................................... ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................

Лабораторная работа №2

Тема: «Растворы. Приготовление растворов»

Цель: Познакомиться с понятиями раствор, концентрация, растворитель, растворенные вещества. Научиться рассчитывать массовую долю, процентную, молярную концентрации, а также готовить растворы на основании данных расчетов.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

Раствор- это однородная система, состоящая из растворителя,растворенных веществ и продуктов их взаимодействия. Растворителем чаще всего является то вещество, которое в чистом виде имеет тоже агрегатное состояние, что и раствор, либо присутствует в избытке.

По агрегатному состоянию различают растворы: жидкие, твердые, газообразные. По соотношению растворителя и растворенного вещества: разбавленные, концентрированные, насыщенные, ненасыщенные, перенасыщенные. Состав раствора обычно передается содержанием в нем растворимого вещества в виде массовой доли, процентной концентраций и молярности.

Массовая доля (безразмерная величина) – это отношение массы растворенного

вещества к массе всего раствора: W м.д. = m раст. вещества

m раствора.

Процентная концентрация (%)– это величина показывающая сколько грамм растворенного вещества cсодержится в 100 гр. раствора :

W % = m раст. вещества 100%

m раствора

Молярная концентрация, или молярность (моль/литр)- это величина показывающая сколько молей растворимого вещества содержатся в 1 литре раствора:

См = m раст. вещес

М r ( раст. вещества ) V раствора .

ХОД РАБОТЫ

Ход работы, задание	Решение, расчеты
Опыт №1 Приготовление раствора соли NaCL
Задание : Определить массу хлорида натрия и массу воды, которые потребуются для приготовления 20% физ.раствора массой 10 гр.	.................................................... ....................................................	.................................................... .................................................... .................................................... ....................................................
	Найти: .................................................... .................................................... .................................................... .................................................... .................................................... ....................................................

Опыт №2 Приготовление раствора сахара и определение его W % и См
Задание : Определить W% и Cм сахарного раствора, состоящего из 20г. воды и 5гр. сахара (С 12 Н 22 О 11), если плотность этого раствора 1,25 г/мл. Как изменится W% данного раствора, если к нему прилить 50 гр воды. Произвести расчеты и приготовить раствор	.................................................... .................................................... .................................................... .................................................... ....................................................	.................................................... .................................................... .................................................... .................................................... .................................................... .................................................... .................................................... .................................................... .................................................... .................................................... .................................................... ....................................................
	…………………………............... .................................................... .................................................... ....................................................
Опыт №3 Приготовление раствора уксуса из уксусной эсенции
Задание : Сколько грамм 70% -ной уксусной эссенции и воды, необходимо взять для приготовления 200гр. раствора 9%ного столового уксуса (плотность1,008г/мл) Произвести расчеты и приготовить раствор.	.................................................... .................................................... .................................................... .................................................... .................................................... .................................................... ....................................................	.................................................... .................................................... .................................................... .................................................... .................................................... .................................................... .................................................... .................................................... .................................................... ....................................................
	…………………………................... Вывод: .................................................... .................................................... .................................................... ....................................................

Общий вывод: .....................................................................................................................................................

Лабораторная работа№3

Тема: "Классы неорганических веществ"

Цель: Познакомиться с понятиями кислота, основание, оксид, амфотерный гидроксид, соли, получить и исследовать наиболее распространенные простые вещества и соединения .

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
Кислоты - сильные Одноосновные Многоосновные Например: Н CL, H 2 SO 4	Гидроксиды Растворимые Нерастворимые Однокислотные Многокислотные		Соли - кислые Основные Например: КНSO 4 , ALOHCL,	Оксиды
				солеобразующие Кислотные Основные Амфотерные Например: СО 2, СаО, С r 2 O 3	несолеобразующие Например: СО
	основания Например: NaOH , Ca (OH ) 2	-амфотерные гидроксиды Например: Zn(OH) 2

ХОД РАБОТЫ

Ход работы	Рисунки, реакции, наблюдения.		Выводы
Опыт № 1 Ознакомление со свойствами неорганических кислот Осторожно! Попадание кислот на кожу вызывает химические ожоги!
Изучим физические свойства кислот: серной, соляной, азотной и уксусной. Прильем к серной и уксусной кислоте по 1-2 капли воды, добавим по 1 капле метилоранжа (или другой индикатор). Поместим по грануле цинка(или алюминия).	Наблюдали: ............................................................................ Допишите уравнения: СН 3 СООН + Zn → .................................... H 2 SO 4 + Zn → ....................................		………………………… ………………………… ………………………… ………………………… …………………………
Опыт № 2 Ознакомление со свойствами оснований Осторожно! Попадание щелочи на кожу вызывает химические ожоги!
Изучим физические свойства гидроксидов натрия u кальция. Поместим их в пробирку с водой. Добавим в каждую по 1 капле фенолфталеина. Нейтрализуем растворы серной кислоты.	Наблюдали: Допишите уравнение: NaOH + H 2 SO 4 → .................................... Са (ОН ) 2 + H 2 SO 4 → ................................	………………………… ………………………… ………………………… ………………………… …………………………

Опыт № 3 Ознакомление со свойствами солей.
а) Соли взаимодействуют с кислотами, образуя новую соль и кислоту. Положим в пробирку кусочек мела и прибавим 1-2 капели раствора НСL.Полученный газ пропустим через раствор индикатора(метилоранж)	Составим реакцию: СаСО 3 +НС L → ..............................................						………………………… ………………………… ………………………… ………………………… ………………………… …………………………………………………… ………………………… ………………………… ………………………… ………………………… …………………………………………………… ………………………… ………………………… ………………………… ………………………… …………………………
			Наблюдали : .............................................................................................................................................. .................
	Наблюдали: ..................................................................................................................................................
б) Соли взаимодействуют со щелочами, образуя нерастворимые в воде основания и новую соль. В две пробирки поместим по 1мл растворов солей FeSO 4 и CuSO 4 , добавим по 1-2капли NaOH. К полученному осадку железа прильем 1-2 капли H 2 SO 4 Осадок меди будем длительно нагревать до его разложения (оксид меди (II) +вода)	Составим реакции: FeSO 4 + NaOH  ……………………… Fe (ОН) 2 + H 2 SO 4  ........................................
		Наблюдали: ................................................................................................................................................
	С uSO 4 + NaOH  …… …………………… С u (ОН) 2 нагреем  ………………............
						Наблюдали: . ...........................................................................................................................................................
в) Взаимодействие солей друг с другом . В пробирку внесем 1 мл раствора хлорида натрия и добавим столько же раствора нитрата серебра.	Составим реакции: NaCL + AgNO 3  ……………….........
					Наблюдали: ………………………………………………………………………....
г) Взаимодействие солей с м еталлами В пробирку c 1мл. CuSO 4 поместим железную скрепку. Для ускорения процесса внесем 1-2 капли серной кислоты.	Составим реакции: CuSO 4 + Fe  ……………….........
				Наблюдали: ………………………………………………………………………....

Общий вывод:

............................................................................................................................................................................ .

............................................................................................................................................................................ .

Цельработы

Знакомство с методами получения дисперсных систем, строением мицелл, устойчивостью коллоидных растворов.

Краткиетеоретическиесведения

Дисперсные системы – это гетерогенные системы, состоящие как минимум из двух фаз, одна из которых (дисперсная фаза ) является раздробленной, прерывной, а другая (дисперсионная среда ) представляет собой нераздробленную, непрерывную часть.

По размеру частиц дисперсные системы классифицируются так:

	Название системы	Характер и размеры	Гетерогенность и
		частиц, м	устойчивость
	Грубодисперсные системы	Крупные частицы,	Гетерогенны, неустойчивы
	(суспензии, эмульсии, аэрозоли)	10–5 –10–7
	Коллоидно-дисперсные	Коллоидные частицы,	Микрогетерогенны,
	системы (золи)	10–7 –10–9	довольно устойчивы
	Истинные растворы	Молекулы, ионы,	Гомогенны, устойчивы
		10 –10

Коллоидными растворами называют высокодисперсные гетерогенные системы, в которых хотя бы одно вещество находится в коллоидном состоянии. Вещество раздроблено до частиц размером 10–7 –10–9 м (дисперсная фаза), невидимых в оптический микроскоп, распределенных в дисперсионной среде.

Коллоидные растворы по размеру частиц занимают промежуточное положение между истинными растворами (10–10 м) и грубодисперсными системами (более 10–7 м), поэтому методы получения коллоидных систем можно разделить на две основные группы:

1) диспергирование – дробление крупных частиц до коллоидной дисперсности;

2) конденсация – соединение отдельных частиц растворенного вещества в более крупные частицы (агрегаты) коллоидных размеров.

Диспергационные методы включают прежде всего механические способы измельчения. Это истирание, дробление, удар, расщепление. В лабораториях и промышленности для этих целей используются дробилки, жернова

и мельницы различного типа (шаровые, коллоидные).

Химия. Лаб. практикум

Для уменьшения затрат энергии применяют поверхностно-активные вещества, присутствие которых облегчает диспергирование и наблюдается эффект адсорбционного понижения прочности, или эффект П. А.Ребиндера.

В настоящее время широко используется ультразвуковой метод, в котором разрывающие усилия возникают вследствие чередующихся локальных сжатий и расширений жидкости при прохождении волны.

Находит применение также метод вольтовой дуги, возникающей между электродами в жидкости (электрическое диспергирование ). Таким образом получают гидрозоли щелочных металлов.

В основе конденсационных методов получения дисперсных систем лежат процессы образования новой фазы из молекул, ионов, атомов в гомогенной среде. При этом система должна находиться в пересыщенном состоянии. Если химический потенциал вещества в новой фазе меньше, чем в исходной, то процесс возможен

По природе сил, вызывающих конденсацию, различают физическую и химическую конденсацию.

Физическая конденсация требует создания условий, при которых молекулы или ионы будут конденсироваться, образуя дисперсную фазу, причем конденсация должна прекратиться, когда частицы достигнут коллоидных размеров. Физическая конденсация может осуществляться из паров или путем замены растворителя.

Конденсация из паров достигается изменением параметров системы. Например, при понижении температуры пар становится пересыщенным и частично конденсируется, что приводит к возникновению новой фазы.

В методе замены растворителя изменяют состав и свойства среды. Например, в насыщенный раствор молекулярной серы в этиловом спирте вливают большой объем воды. Новый смешанный раствор оказывается пересыщенным, молекулы серы образуют частицы новой фазы. Этим методом получают золи серы, фосфора, мышьяка, канифоли, ацетилцеллюлозы, органических веществ. При этом исходные растворы веществ в этиловом спирте или ацетоне вливают в воду.

Методы химической конденсации также основаны на выделении новой фазы из пересыщенного раствора, но она образуется в результате химической реакции, например, реакций окисления, гидролиза, диссоциации, двойного обмена. Размер образующихся частиц зависит от соотношения скоростей образования зародыша и его роста. Для того чтобы получались мелкие частицы, первый фактор должен быть преобладающим. Реакцию надо

вести в разбавленном растворе, чтобы снизить скорость роста кристаллических частиц. Это позволяет получить частицы размером 10–7 –10–9 м, что обеспечивает седиментационную устойчивость системы.

Другое условие: одно из реагирующих веществ необходимо взять в избытке, чтобы сформировать на поверхности двойной электрический слой (ДЭС), который обеспечит агрегативную устойчивость. Например, реакция

AgNO3 + KCl = AgCl + KNO3 при определенных условиях приводит к получению новой фазы. При избытке хлорида калия на поверхности кристаллов

Химия. Лаб. практикум

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 14. ПОЛУЧЕНИЕ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ. УСТОЙЧИВОСТЬ КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ

Краткие теоретические сведения

хлорида серебра образуется двойной электрический слой. Кристалл вместе с двойным электрическим слоем называется мицеллой. Его изображают в виде формулы мицеллы, в нашем случае она имеет вид

{m nCl– (n – x)K+ }x– xK+ .

В центре мицеллы находится кристаллическое тело, называемое агрегатом, на нем адсорбируются ионы, способные достраивать его кристаллическую решетку. Эти ионы сообщают агрегату электрический заряд и называются потенциалопределяющими, вместе они образуют ядро мицеллы. Ядро создает электростатическое поле, под действием которого к нему притягиваются из раствора противоионы, образующие адсорбционный и диффузный слои. Выражение в фигурных скобках представляет собой коллоидную частицу. Она состоит из кристалла m, потенциалопределяющих ионов nCl– , противоионов адорбционного слоя (n – x)K+ и ионов диффузного слоя мицеллы xK+ .

Мицелла электронейтральна, но коллоидная частица имеет заряд. Если заряды ионов внутренней и наружной обкладки неодинаковы, в формуле ставятся коэффициенты. Например, коллоидный раствор берлинской лазури можно получить по реакции

4FeCl3 + 3K4 = Fe4 3 + 12 KCl

Для случая избытка хлорида железа (III) формула мицеллы имеет вид

{m3 ] nFe3+ 3(n – x)Cl– } 3xCl–

Для получения дисперсных систем используется физико-химическое дробление осадков, или пептизация . Формально пептизацию можно отнести к методам диспергирования, но пептизируемый осадок – это уже диспергированный материал, доведенный до коллоидной степени измельчения, в котором частицы в результате слипания образовали крупные агрегаты. Существует три способа перевода такого осадка в коллоидный раствор.

Первый способ – адсорбционная пептизация . К осадку добавляется пептизатор, ионы которого образуют двойной электрический слой на поверхности частиц, что способствует их отталкиванию друг от друга. Например, к свежему рыхлому осадку гидроксида железа (III) прибавляют раствор хлорида железа (III), при этом возникает двойной электрический слой, и частицы уходят в раствор.

Второй способ – пептизация путем поверхностной диссоциации. При добавлении кислоты или щелочи к амфотерному гидроксиду алюминия образуются растворимые соединения, которые формируют двойной электрический слой.

Третий способ – пептизация путем промывания осадка. Он использу-

ется в том случае, когда из-за высокой концентрации электролита двойной электрический слой на поверхности частиц сжат. Промывание способствует снижению концентрации электролита и, как следствие, росту толщины двой-

Химия. Лаб. практикум

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 14. ПОЛУЧЕНИЕ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ. УСТОЙЧИВОСТЬ КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ

Краткие теоретические сведения

ного электрического слоя, что приводит к увеличению расстояния действия сил отталкивания, а это вызывает коллоидное растворение осадка.

Важнейшей и сложнейшей проблемой коллоидной химии является устойчивость дисперсных систем. В коллоидных системах различают два вида устойчивости – седиментационную и агрегативную.

Дисперсная система считается седиментационно-устойчивой , если частицы не оседают и находятся в стабильном равновесии. Это возможно, если размеры частиц постоянны. Но частицы дисперсной фазы склонны укрупняться путем их слипания или перекристаллизации, что приводит к нарушению седиментационной устойчивости и выпадению осадка.

Агрегатная устойчивость – способность дисперсной системы сохранять неизменными размеры частиц. Устойчивость может быть потеряна за счет коагуляции , которая представляет собой процесс слипания частиц с образованием более крупных агрегатов. При этом теряется седиментационная устойчивость и наступает разрушение дисперсной системы с образованием осадков различной структуры, которые называются коагулятами. Коагуляция может наступить под воздействием температуры (нагревание, замораживание), химических агентов, механических факторов и других причин, способных разрушить энергетический барьер.

Все электролиты вызывают коагуляцию после достижения критического значения концентрации Ск , которое называют порогом коагуляции – это минимальная концентрация электролита в коллоидном растворе, вызывающая его коагуляцию. Коагулирующим действием обладает тот ион электролита, который имеет заряд, одинаковый с зарядом противоионов мицеллы. Коагулирующая способность ионов возрастает с ростом их заряда и размера.

Различают концентрационную и нейтрализационную коагуляции электролитами.

Концентрационная коагуляция наблюдается при увеличении концентрации электролита, при этом диффузный слой противоионов мицеллы сжимается, переходя в адсорбционный слой. В результате уменьшается электрокинетический потенциал, что приводит к коагуляции.

При нейтрализационной коагуляции ионы прибавляемого электролита нейтрализуют потенциалопределяющие ионы, они теряют заряд и слипаются.

Современная теория устойчивости дисперсных систем или теория ДЛФО (Дерягин, Ландау, Фервей, Овербек) утверждает, что между частицами дисперсной фазы действуют силы межмолекулярного притяжения и отталкивания. Их баланс определяет поведение системы. Согласно этой теории порог коагуляции определяется по формуле

Сk = const/z6 ,

где z – валентность иона – коагулятора.

Если принять Ск для одновалентного иона за единицу, то согласно уравнению

Химия. Лаб. практикум

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 14. ПОЛУЧЕНИЕ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ. УСТОЙЧИВОСТЬ КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ

Краткие теоретические сведения

C1 k : С2 k : С3 k = 729: 114: 1

Как правило, экспериментальные и теоретические данные хорошо совпадают.

Экспериментальнаячасть

Опыт 1 Приготовлениедисперсныхсистем

методомфизическойконденсации(заменарастворителя)

Золь канифоли . К 10 мл дистиллированной воды добавьте при взбалтывании 15 капель 5 %-го раствора канифоли в этиловом спирте. Образуется молочно-белый золь канифоли в воде с отрицательным зарядом частиц. Почему в спирте канифоль образует истинный раствор, а в воде – коллоидный?

Золь серы . К 50 мл воды добавьте при взбалтывании 1 мл насыщенного раствора серы в ацетоне. Образуется голубовато-белый опалесцирующий золь серы с отрицательным зарядом коллоидных частиц.

Золь серы . К 50 мл воды добавьте при взбалтывании 4-5 мл насыщенного раствора серы в этиловом спирте. Образуется голубоватый опалесцирующий золь серы в виде отрицательно заряженных коллоидных частиц.

Золь антрацена . К 50 мл воды добавьте из капельницы при взбалтывании 0,5 мл насыщенного раствора антрацена в этиловом спирте. Образуется бело-голубой опалесцирующий золь антрацена в воде с отрицательно заряженными коллоидными частицами.

Золь парафина . К 50 мл воды добавьте из капельницы при взбалтывании 1 мл насыщенного раствора парафина в этиловом спирте. Образуется опалесцирующий золь парафина в виде отрицательно заряженных коллоидных частиц.

Опыт 2 Приготовлениедисперсныхсистем методомхимическойконденсации

Золь металлического серебра . Соль серебра восстановите танином в щелочной среде до металла. Для этого 2 мл 1,7 %-го раствора нитрата серебра разбавьте водой до 100 мл и введите 1 мл 0,1 %-го раствора танина, затем 3-4 капли 1 %-го раствора карбоната калия. Образуется красно-коричневый отрицательный золь металлического серебра. Реакция в щелочной средебудет

6AgNO3 + C76 H52 O46 + 3K2 CO3 =

6Ag + C76 H52 O49 + 6KNO3 + 3CO2

Химия. Лаб. практикум

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 14. ПОЛУЧЕНИЕ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ. УСТОЙЧИВОСТЬ КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ

Экспериментальная часть

Внутренняя обкладка ДЭС образована, видимо, ионами ОН– , которые адсорбированы на серебре.

Золь диоксида марганца. 5 мл 1 %-го раствора перманганата калия разбавьте водой до 50 мл и по каплям добавьте 2 мл 1 %-го раствора тиосульфата натрия. Образуется вишнево-красный золь диоксида марганца.

Золь диоксида марганца . 5 мл 1,5 %-го раствора перманганата калия разбавьте водой до 100 мл, нагрейте до кипения. В течение 15 мин введите небольшими порциями (по 0,5 мл) 5 мл концентрированного аммиака. Образуется красно-коричневый золь диоксида марганца.

Золь иодида серебра . 10 капель 1,7 %-го раствора нитрата серебра разбавьте водой до 100 мл и добавьте по каплям при взбалтывании 1 мл 1,7 %-го раствора иодида калия. Образуется голубоватый опалесцирующий золь иодида серебра.

Золь берлинской лазури . 0,1 мл насыщенного раствора FeCl3 разведите в 100 мл воды. В разбавленный раствор введите при взбалтывании 1 каплю 20 %-го раствора K4 . Образуется золь берлинской лазури синего цвета Fe4 3 .

Золь гидроксида железа . К 50 мл кипящей дистиллированной воды прибавьте небольшими порциями 5–10 мл 2 %-го раствора FeCl3 . В результате гидролиза образуется золь гидроксида железа вишнево-красного цвета.

Опыт 3 Получениедисперсныхсистемметодомдиспергирования

Золь флуоресцеина . К 5 мл дистиллированной воды добавьте 2-3 капли раствора соды и внесите маленькую крупинку флуоресцеина. Встряхните раствор, обратите внимание на его цвет в проходящем и отраженном свете.

Золь крахмала . 0,5 г крахмала тщательно разотрите в фарфоровой ступке, перенесите в фарфоровую чашку и перемешайте с 10 мл дистиллированной воды, после чего добавьте еще 90 мл воды. При постоянном перемешивании доведите смесь до кипения. Получится 0,5 %-й золь крахмала.

Золь желатина . 0,5 г желатина залейте 50 мл дистиллированной воды и нагрейте на водяной бане при 40–50 о С до полного растворения набухшего желатина.

Золь яичного альбумина . В мерную колбу на 100 мл внесите 10 г порошка альбумина или белок куриного яйца и взболтайте с 50 мл холодной дистиллированной воды до полного растворения. Долейте водой колбу до метки. Получается золь белка.

Суспензия мела. Налейте в 2 пробирки дистиллированной воды до половины объема, в одну из них добавьте 1 мл 0,5 %-й раствор желатина. Затем внесите в пробирки по 2 г мела и сильно взболтайте. В пробирке с желатином (стабилизатор суспензии) образовалась устойчивая суспензия мела.

Химия. Лаб. практикум

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 14. ПОЛУЧЕНИЕ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ. УСТОЙЧИВОСТЬ КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ

Экспериментальная часть

Получениезолягидроксидажелеза(III) пептизацией

К 5 мл 2 %-го раствора FeCl3 добавьте 20 мл воды, затем добавляйте концентрированный раствор аммиака до образования осадка Fe(OH)3 . Полученный осадок промойте дистиллированной водой и отделите декантацией (декантация – сливание жидкости с отстоявшегося осадка). Для этого осадок взболтайте с большим количеством воды, а после отстаивания прозрачную жидкость над осадком осторожно слейте. О конце отмывания судят по отсутствию запаха аммиака. Промытый осадок разлейте в две колбы. В одну прибавьте в качестве пептизатора раствор хлорида железа (III) (2 мл насыщенного раствора разводят водой до 100 мл), а другую оставьте для сравнения. Осадок с пептизатором взболтайте и осторожно нагрейте до кипения. При наступлении пептизации получается красно-коричневый золь гидроксидажелеза (III).

Опыт 5 Коагуляциязолейэлектролитамииопределениепорогакоагуляции

Налейте в пробирку 5 мл золя гидроксида железа (III), а в бюретку – 0,002 М раствора сульфата натрия. Из бюретки медленно приливайте раствор сульфата натрия в пробирку с золем гидроксида железа (III) при тщательном перемешивании. Признаком начала коагуляции считается помутнение золя по всему объему раствора. Вычислите порог коагуляции по формуле

C k = 5 1000 ,

где с – концентрация электролита, моль/л; ν – объем израсходованного электролита, мл; Ck – порог коагуляции, моль/л.

Повторите опыт, взяв в качестве коагулирующего электролита 0,002 М раствора Na3 PO4 . Определите порог коагуляции. Данные опытов занесите в таблицу:

Электролит	Коагулирующий ион	Порог коагуляции	Относительная
			коагулирующая способность
Na2 SO4	2−
	SO 4
Na3 PO4	3−
	PO 4

Относительная коагулирующая способность вычисляется делением более высокого порога коагуляции на более низкий порог коагуляции. Объясните, почему коагулирующая способность одного иона выше, чем другого?

Химия. Лаб. практикум

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 14. ПОЛУЧЕНИЕ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ. УСТОЙЧИВОСТЬ КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ

Примерырешениятиповыхзадач

П р и м е р 1. Напишите формулу мицеллы для реакции

Na2 SO4 + BaCl2 = BaSO4 ↓ + 2NaCl – стабилизатор (избыток) Na2 SO4 .

Р е ш е н и е. Сульфат бария выпадает в осадок, его молекулы объединяются и образуют ядро коллоидной частицы m. На поверхности ядра адсорбируются из раствора ионы стабилизатора SO4 2– , близкие по природе к составу ядра, и частица приобретает отрицательный заряд. Эти адсорбированные ионы называются потенциалопределяющими. Отрицательно заряженная частица притягивает из раствора ионы противоположного знака – противоионы Ва2+ . Противоионы находятся в движении и часть их адсорбируется на частице. Адсорбированные потенциалопределяющие ионы и противоионы образуют адсорбционный слой. Другая часть противоионов находится в жидкой фазе и образует подвижный диффузионный слой. Ядро вместе с адсорбционным слоем называется коллоидной частицей и имеет заряд, одинаковый с зарядом потенциалопределяющего иона. Коллоидная частица и противоионы диффузного слоя образуют мицеллу. Заряд мицеллы равен нулю.

Строение мицеллы золя BaSO4 можно представить следующей схе-

{m nSO 2 4 − (n – x)Na+ }x– xNa+ .

П р и м е р 2. В каком порядке следует сливать растворы Na2 SO4 и BaCl2 , чтобы получить коллоидную частицу, несущую положительный электрический заряд?

Р е ш е н и е. В примере 1 получена коллоидная частица с отрицательным зарядом. Чтобы перезарядить ее, необходимо взять в качестве стабилизатора (в избытке) раствор BaCl2 и к нему приливать раствор Na2 SO4 . В данном случае в качестве потенциалопределяющих ионов будут адсорбироваться ионы Ва2+ , и частица приобретет положительный заряд, противоионы

– Cl– . Формула образующейся мицеллы будет иметь вид

{m nBa2+ (n – x)Cl– }x+ xCl– .

П р и м е р 3. Золь иодида серебра, получаемый по реакции

KJ + AgNO3 = AgJ + KNO3

Химия. Лаб. практикум

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 14. ПОЛУЧЕНИЕ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ. УСТОЙЧИВОСТЬ КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ

Примеры решения типовых задач

при некотором избытке KJ, коагулируют растворами сульфата калия и ацетата кальция. Коагулирующее действие какого электролита сильнее?

Р е ш е н и е. Строение мицеллы золя следующее:

{m (n – x)J– xK+ }x– nK+ .

Ионами, образующими диффузный слой, т. е. противоионами, являются катионы К+ . Следовательно, при выяснении коагулирующего действия необходимо сравнить заряды катионов вводимого электролита. Так как заряд иона Са2+ выше заряда иона К+ , то в соответствии с правилом Шульце-Гарди коагулирующее действие Са(СН3 СОО)2 сильнее.

П р и м е р 4. Как изменится порог коагуляции золя As2 S3 , если для коагуляции 10 10–6 м3 золя потребуется 1,2 10–6 м3 раствора NaCl с концентрацией 0,5 кмоль/м3 ? Определите порог коагуляции под действием раствора MgCl2 концентрацией 0,036 кмоль/м3 (его потребуется 0,4 10–6 м3 на

10 10–6 м3 золя) и раствора AlCl3 концентрацией 0,01 кмоль/м3 (его потребуется 0,1 10–6 м3 на 10 10–6 м3 золя). Проверьте выполнение условия C1 k : С2 k : С3 k = = 729: 114: 1 = 1: (1/26 ) : (1/36 ) = 1: 0,016: 0,0014.

Р е ш е н и е. Воспользуемся формулой

Ck = cV w ,

где с – концентрация электролита (кмоль.м-3 ); V – объем раствора электролита; w – объем золя.

Формула справедлива при (V << w):

Ck (NaCl) =	0,5 1, 2 10− 6
		10− 6
	0,036 0, 4 10− 6
Ck (MgCl2 ) =					1,44 10 кмоль/м,
	10 10− 6
Ck (AlCl3 ) =		0,01 0,1 10− 6
		10 10− 6

Ck (NaCl): Ck (MgCl2 ): Ck (AlCl3 ) = 6 10–2 :1,44 10–3 :1 10–4 = 1:0,024:0,0017.

Из полученных расчетов следует, что условие коагуляции разноименно заряженными ионами удовлетворительно выполняется.

Химия. Лаб. практикум

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 14. ПОЛУЧЕНИЕ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ. УСТОЙЧИВОСТЬ КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ

Контрольныевопросыизадачи

1. Какие системы называются дисперсными?

2. Чем отличаются истинные растворы, коллоидные и грубодисперсные системы?

3. Назовите методы получения дисперсных систем.

4. Чем объясняется устойчивость золей?

5. Что такое пептизация? Каковы виды пептизации?

6. Что такое химическая и физическая конденсация?

7. Какие условия должны соблюдаться при получении золя методом химической конденсации?

8. Напишите формулу мицеллы для реакций:

а) AgNO3 + NaCl = AgCl + NaNO3 – стабилизатор NaCl.

б) K4 + 2CuSO4 = Cu2 + 12KCl – стабилизаторCuSO4 .

9. Какой процесс называют коагуляцией и какой седиментацией?

10. Что такое порог коагуляции?

11. Как меняется коагулирующее действие электролита с ростом заряда ионакоагулятора и его размера?

12. На каких представлениях базируется теория ДЛФО?

13. Почему электролиты вызывают коагуляцию дисперсных систем?

14. Что такое нейтрализационная коагуляция и чем она отличается от концентрационной коагуляции?

Химия. Лаб. практикум

Цель работы: ознакомление с некоторыми методами получения дисперсных систем.

Задание: получить методом химической конденсации по реакции обмена золи иодида серебра, по реакции восстановления золь диоксида марганца, по реакции гидролиза золь оксида железа (III), методом физической конденсации золь канифоли, методом пегггизации золь гексациано-(И) феррата железа (III); методом механического диспергирования эмульсию. Определить знак заряда частиц золей, составить формулы их мицелл. Отметить явление опалесценции и образование конуса Тиндаля.

Приборы и материалы: штатив с пробирками, стаканы на 100 мл - 3 шт., пипетки на 1мл - 2 шт.; на 5 мл - 2 шт., на 10 мл - 2 шт., воронка, фильтровальная бумага, цилиндр на 100 мл, магнитная мешалка с метальной палочкой, кювета, лампа для освещения золей, предметное стекло, шпатель. Реактивы: AgN0 3 - 0,01 М; Nal (K.I) - 0,01 М; КМп0 4 - 0,01 М; Н 2 0 2 - 2% ; K 4 - 20%; FeCh - 2 М Э; растительное масло; Ci7 НззСООЫа - 0,1 М; MgCl 2 - 0,5 М; спиртовой раствор канифоли; дистиллированная вода.

Порядок выполнения работы

• 1. Получение золей иодида серебра по реакции обмена. Получить дважды золь Agl, используя растворы нитрата серебра и иодида натрия. В первом случае к раствору йодистого натрия (примерно половина пробирки) добавить при взбалтывании несколько капель раствора нитрата серебра; во втором случае, наоборот, к раствору нитрата серебра (примерно половина пробирки) добавить при взбалтывании несколько капель раствора иодида натрия. В обоих случаях образуется опалесцирующий золь иодида серебра, однако строение двойного слоя частиц различно, что приводит к небольшому, визуальному заметному отличию золей. Записать формулы мицелл, считая стабилизатором в каждом случае одно из исходных веществ - Nal или AgN0 3 .
• 2. Получение золя диоксида марганца реакцией восстановления.

К раствору перманганата калия (примерно половина пробирки) прилить несколько капель раствора пероксида водорода. Реакция протекает по уравнению

КМп0 4 + Н 2 0 2 = Мп0 2 + КОН+ Н 2 0 + 0 2 .

Рассмотреть образующийся в присутствии избытка перманганата калия темно-коричневый золь диоксида марганца Мп0 2 . Проверить, дает ли золь конус Тиндаля (рис. 3.1). Для этого залить в кювету небольшое количество золя и осветить лампой. Определить знак заряда частиц по характеру кромки капли золя на фильтровальной бумаге, если известно, что смоченная водой фильтровальная бумага несет отрицательный заряд. Записать формулу мицеллы.

3. Получение золя канифоли методом замены растворителя. Канифоль - хрупкая, стеклообразная, прозрачная масса от светло-желтого до темно-коричневого цвета. Это твердая составная часть смолистых веществ хвойных пород деревьев, остающаяся после отгонки из них летучих веществ (скипидара). Канифоль содержит 60-92% смоляных кислот, основной из которых является абиетиновая (рис. 1.7), 8-20% нейтральных веществ (ссскви-, ди- и тритерпсноиды), 0,5-12% насыщенных и ненасыщенных жирных кислот. Канифоль практически нерастворима в воде. При замене растворителя (спирта) на воду, образуется «белый золь», который в проходящем свете окрашен в оранжевый цвет, а при боковом освещении дает голубую окраску. Стабилизатором этого золя являются продукты окисления канифоли и содержащихся в ней примесей. Строение мицелл в таком золе известно недостаточно.

Рис. 1.7.

К воде (примерно половина пробирки) добавить 1-2 капли спиртового раствора канифоли и встряхнуть. Наблюдать за образованием молочно-белого золя канифоли в воде в проходящем свете и при боковом освещении. Установить, дает ли золь канифоли конус Тиндаля. Для этого налить его в кювету с плоскопараллсльными стенками и наблюдать, проявляется ли опалесценция при пропускании сквозь кювету светового луча.

• 4. Получение золя берлинской лазури методом пептизации. К раствору желтой кровяной соли (примерно половина пробирки) прилить 3-5 капель раствора хлорного железа. Не перемешивать и дождаться образования на дне гелеобразного осадка. Осторожно слить жидкость над гелем и шпателем перенести его в стакан с 30-40 мл дистиллированной воды. Гель самопроизвольно и быстро пептизируется с образованием темносинего золя берлинской лазури - гексациано-(Н) феррат железа (III) Fe 4 > Определить знак заряда частиц по характеру кромки капли золя на фильтровальной бумаге. Записать формулу мицеллы.
• 5. Получение эмульсии механическим диспергированием. Для получения эмульсии в стакан на 100 мл налить 40 мл раствора олеата натрия, являющегося эмульгатором, и добавить 10 мл растительного масла. Поставить стакан на магнитную мешалку, опустить в жидкость метальную палочку и проводить интенсивное перемешивание в течение 10 минут. Отключить режим перемешивания и разделить полученную эмульсию на две части, отмерив с помощью цилиндра 30 мл эмульсии. Перевести эту часть эмульсии в чистый стакан и оставить для сравнения. В оставшуюся часть эмульсии влить при перемешивании 10 мл раствора хлористого магния. Через 1-2 минуты перемешивания эмульсию снять с мешалки и поставить рядом со вторым стаканам. Визуально отметить разницу в состоянии эмульсий и определить их тип двумя способами. Первый способ: каплю эмульсии пипеткой поместить на чистое предметное стекло и рядом поместить каплю воды. Наклонять стекло так, чтобы капли соприкоснулись. Если они сольются, то дисперсионной средой является вода, если не сольются - масло. Второй способ: каплю эмульсии внести в пробирку с 10 мл воды и встряхнуть. Если капля равномерно распределяется в воде, то - это эмульсия прямого типа М/В. Капли эмульсии В/М диспергироваться в воде не будут и останутся на поверхности.

При оформлении отчета проанализировать полученные результаты и сделать выводы по каждому пункту отдельно.

2.Цель: Научиться получать коллоидные растворы и знать свойства золей. Научиться определять электрокинетический потенциал частиц золя методом электрофореза.

3.Задачи обучения:

Коллоидная химия изучает физико-химические свойства гетерогенных высокомолекулярных соединений в твердом состоянии и в растворах. Многие лекарственные препараты выпускают в форме эмульсии, суспензии, коллоидных растворов. Умение приготовить эти препараты, знать сроки годности и условия хранения их невозможно без знания теоретических основ коллоидной химии. Знание электрофореза, гельфильтрации и электродиализа, ультрафильтрации будет нужно непосредственно в практической работе фармацевта.

4.Основные вопросы темы:

1. Предмет коллоидной химии, ее значение в фармации.

2. Дисперсные системы. Дисперсная фаза и дисперсионная среда.

3. Классификация коллоидных систем.

4. Методы получения коллоидных систем.

5. Методы очистки коллоидных систем.

6. Оптические свойства коллоидных систем.

7. Что называется электрокинетическим потенциалом.

8. От каких факторов зависит величина потенциала.

9. Какие существуют методы определения потенциала.

10. Что такое электрофорез.

11. Как связаны электрофоретическая скорость и потенциал.

5. Методы обучения и преподавания: семинар, лабораторная работа, работа в малых группах, обучающее тестирование по теме занятия.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

Лабораторная работа: «Получение коллоидных растворов».

Применяемые реактивы и растворы:

Исходные реактивы для получения коллоидных систем:

FeCl 3 , AgNO 3 , KI – 0,1н.

K 4 – 0,1 н;

K 4 – насыщенный раствор;

Насыщенный раствор серы в спирте:

Na 2 S 2 O 3 – 1%

H 2 C 2 O 4 – 1%

Применяемые приборы и оборудование:

1. Конические колбы

2. Штатив с пробирками

3. Цилиндры мерные на 50 и 100 мл.

Последовательность выполнения работы:

Опыт № 1: Получение гидрозоли серы и канифоли методом замены растворителя.

Канифоль и сера растворяются в этиловом спирте с образованием истинных растворов. Т.к. в воде сера и канифоль практически нерастворимы, то при добавлении их спиртовых растворов к воде происходит конденсация их молекул в более крупные агрегаты.

Описание опыта.

Насыщенный раствор серы в абсолютном спирте приливают по каплям в дистиллированную воду. При взбалтывании получается молочно-белый опалесцирующий золь.

Получение золя гидрата окиси железа методом гидролиза.

В пробирку с кипящей водой добавляют по каплям 2%-ный раствор хлорида железа до образования прозрачного красно-бурого золя гидрата окиси железа.

Сущность реакции.

Под действием высокой температуры реакция гидролиза хлорного железа сдвигается в сторону образования гидроокиси железа:

FeCl 3 + 3H 2 O Fe(OH) 3 + 3HCl

Молекулы нерастворимого в воде гидрата окиси железа образуют агрегаты коллоидных размеров. Устойчивость эти агрегатам придает хлорное железо, имеющееся в растворе, причем ионы железа адсорбируются на поверхности частиц, а ионы хлора являются противоионами.

Строение получившихся мицелл схематически выражается следующей формулой:

Опыт № 2. Получение золя двуокиси марганца.

Получение золя двуокиси марганца основано на восстановлении перманганата калия тиосульфатом натрия:

8KMnO 4 + 3Na 2 S 2 O 3 + H 2 O 8MnO 2 + 3Na 2 SO 4 + 3K 2 SO 4 + 2KOH

В присутствии избытка перманганата образуется золь марганца с отрицательно заряженными частицами:

Описание опыта:

В коническую колбу с помощью пипетки вносят 5 мл. 1,5% раствора перманганата калия и разбавляют водой до 50 мл. Затем в колбу по каплям вводят 1,5 – 2 мл раствора тиосульфата натрия. Получается вишнево-красный золь двуокиси марганца.

Опыт № 3. Получение золя иодистого серебра по реакции двойного обмена.

По реакции двойного обмена можно получить золь путем смешивания разбавленных растворов AgNO 3 и KI. При этом необходимо соблюдать условия, чтобы одно из исходных веществ было в избытке, так как при смешивании в эквивалентных количествах реагентов образуется осадок AgI.

AgNO 3 + KI AgI + KNO 3

Описание опыта:

В колбу наливают 2 мл. 0,1н раствора KI и разбавляют его водой до 25 мл. В другую колбу наливают 1 мл. 0,1н раствора AgNO 3 и также разбавляют водой до 25 мл. Полученные растворы делят пополам и проводят два опыта:

a) постепенно приливают при взбалтывании раствор AgNO 3 в раствор KI, получая золь следующего строения:

b) постепенно приливают при взбалтывании раствор AgNO 3 в раствор KI, получая золь такого строения:

Опыт № 4. Получение золя берлинской лазури по реакции двойного обмена.

Соблюдая условия получения растворов по реакции двойного обмена, описанных в предыдущих опытах, получают золь берлинской лазури сначала в избытке FeCl 3 , затем в избытке K 4 .

Описание опыта:

Опыт проводят следующим образом: к 20 мл. 0,1% K 4 прибавляют при перемешивании 5-6 капель 2% раствора FeCl 3 . Получают золь темно-синего цвета, мицелла которого имеет строение:

Опыт № 5. Получение золя берлинской лазури методом пептизации.

Получение коллоидного раствора берлинской лазури методом пептизации сводится к переводу в коллоидное состояние осадка K Fe, полученного при сливании концентрированных растворов K 4 и FeCl 3 .

Описание опыта:

В пробирку с 5 мл. 2%-ного раствора K 4 . Полученный осадок отфильтровывают, промывают дистиллированной водой и обрабатывают осадок на фильтре 3 мл. 0,1н раствором щавелевой кислоты. В пробирку фильтруется золь берлинской лазури синего цвета.

Строение мицеллы написать самостоятельно.

6. Литература:

Евстратова К.И. и др. Физическая и коллоидная химия. М., ВШ, 1990, с. 365 – 396.

Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. 1980, с. 300 – 309.

Д.А.Фридрихсберг, Курс коллоидной химии, Санкт-Петербург, Химия, 1995, с.7-47,196-62

Патсаев А.К., Шитыбаев С.А., Нарманов М.М. Руководство к лабораторно-практическим занятиям по физколлоидной химии 1-часть. Шымкент, 2002г., с.24-31

Тесты по теме занятия.

7. Контроль:

1. Коллоиды как мыла, являются диполем, хорошо адсорбируются с частицами грязи, сообщают им заряд, способствуют их:

А) коагуляции; В) пептизации; С) коацервации;

2. Способность золя сохранять данную степень дисперсности называют:

А) седиментационной устойчивостью;

В) агрессивной устойчивостью;

С) диссолюционной устойчивостью.

3. По наличию и отсутствию взаимодействия между частицами фазы системы классифицируют на:

A) лиофильные и лиофобные;

B) молекулярнодисперсные и коллоидодисперсные;

C) свободнодисперсные и связнодисперсные.

4. Пептизация свежеприготовленного осадка гидроксида железа действием на него раствором относится FeCl 3 к:

A) химической; B) адсорбционной; C) физической;

5. Способность частиц фазы не оседать под действием силы тяжести называют:

А) химической устойчивостью;

В) диссолюционной устойчивостью;

C) седиментационной устойчивостью.

6. Мицелла гидрозоля железа полученного из осадка Fe(OH) 3 пептизацией раствором FeCl 3 имеет форму:

A) {mFe(OH) 3 nFeO + (n-х)Cl - } + х хCl - ;

B) {mFe(OH) 3 nFe +3 3(n-х)Cl - } +3 х 3хCl - ;

C) {mFe(OH) 3 3nCl - (n-х)Fe +3 } - х х Fe +3 .