Область коллоидного состояния.
Лекции.ИНФО


Область коллоидного состояния.



Коллоидная химия является отраслью науки, посвященной изучению особых дисперсных систем – коллоидов. Однако понятие «коллоид» или «коллоидная система» требует уточнения, так как в разные времена и разными учеными в это понятие вкладывался неодинаковый физический смысл, а вместе с тем неодинаковые задачи и содержание приписывались и самой коллоидной химии.

В связи с этим и термин «коллоидная химия» в настоящее время является несколько устаревшим, так как она значительно меньше занимается химическим составом коллоидных систем и химическими реакциями в них, чем физической структурой, физическими (и даже механическими) свойствами и физико-химическими процессами, характерными для этих систем. Поэтому правильнее именовать ее физико-химией коллоидных систем. Поскольку, однако, в настоящее время круг изучаемых ею дисперсных систем весьма расширился, то точнее было бы именовать ее и еще более общим термином – физической химией дисперсных систем.

Область современной коллоидной химии дисперсных систем, помимо лиофобных золей, высокомолекулярных соединений и их растворов, суспензий, эмульсий, пен, аэрозолей и твердых золей, включает еще одну практически важную группу дисперсных систем, получившую наименование «полуколлоидов».

В эту группу входят вещества, способные с одним и тем же растворителем, в зависимости от концентрации и температуры, давать и молекулярные растворы и типичные золи; к ним относятся мыла, красители и дубильные вещества.

Приведем следующее наиболее современное определение коллоидной химии, принадлежащее И.И.Жукову:

Коллоидная химия ставит своей задачей изучение физико-химических свойств:

а) всех высокодисперсных гетерогенных систем, кладя в основу поверхностные явления на границе фаз;

б) высокомолекулярных и высокополимерных соединений – как в твердом состоянии, так и в состоянии раствора.

Значение коллоидной химии исключительно велико, так как в ней изучаются не только общие вопросы познания физической сущности окружающего нас материального мира, но и вопросы, тесно и непосредственно связанные с проблемами самой жизни, поскольку все живое состоит из сложнейших комплексов веществ в коллоидном состоянии.

Трудно назвать ту отрасль промышленности, в которой в наше время коллоидная химия не находила бы своего практического применения. Такие, например, отрасли промышленности и производства, как пищевая, текстильная, искусственного волокна, кожевенная, резиновая, синтетического каучука, пластмасс, лакокрасочная, мыловаренная, взрывчатых веществ, целлюлозно-бумажная, гидролизная, фармацевтическая, обогащения руд (флотация) – самым тесным образом связаны с коллоидно-химическими процессами. Даже в таких отраслях промышленности, очень далеких, казалось бы, от коллоидной химии, как металлургическая, горнодобывающая, нефтедобывающая и нефтеперерабатывающая, силикатная и строительных материалов, все шире внедряются методы коллоидной химии.

Огромное значение имеют коллоиды и коллоидные процессы, и их изучение в сельском хозяйстве, в первую очередь для почвоведения – в вопросах повышения плодородия почв.

Велико их значение и в медицине.

В практической деятельности мы редко встречаемся с чис­тыми веществами, состоящими из одного компонента. Природ­ные воды, большинство минералов, физиологические жидкости (клеточный сок растений, молоко, кровь и др.) содержат несколь­ко компонентов.

Системы, содержащие одно или несколько веществ в виде частиц (дисперсная фаза), распределенных в той или иной среде (дисперсионная среда), называются дисперсными (от латинского dispersus). Слово "дисперсность" означает измельчение, раздроб­ление.

Эти системы делятся на однофазные - гомогенные и мно­гофазные - гетерогенные. Все молекулярно-ионные растворы от­носятся к гомогенным однофазным системам и называются ис­тинными растворами.

В основу классификации гетерогенных дисперсных систем положены следующие признаки:

1. степень дисперсности, т.е. размер частиц дисперсной фазы;

2. агрегатное состояние фаз;

3. интенсивность взаимодействия частиц дисперсной фазы с
дисперсионной средой. ,

1. Различают три класса дисперсных гетерогенных (неод­нородных) систем, отличающихся размерами частиц (d) дисперс­ной фазы:

a) микрогетерогенные или грубодисперсные системы, d>10-7м
(суспензии, эмульсии, порошки и др.);

b) коллоидные или улътрамикрогетерогенные системы, 10-9 < d < 10-7м;

c) истинные растворы, d < 10-9м.

Дисперсные системы, размер частиц дисперсной фазы ко­торых лежит в пределах от 10-9 до 10-7м, относятся к колло­идно-дисперсным и являются основным объектом изучения кол­лоидной химии.

Таким образом, коллоидными системами называются полидисперсные гетерогенные системы с величиной частиц дисперсной фазы от 10-7 до 10-9 м.

Структурной и кинетической единицей коллоидных систем является не ион и не молекула в обычном смысле, а либо ком­плекс (агрегат), состоящий из большого числа обычных молекул, атомов или ионов, называемых мицеллой, либо макромолекула, т.е. молекула-полимер «гигантских» размеров, обладающая мо­лекулярным весом в десятки и сотни тысяч углеродных единиц.

2. По агрегатному состоянию различают дисперсные сис­темы с газообразной, жидкой и твердой дисперсионной средой. Дисперсные системы с газообразной дисперсионной средой на­зываются аэрозолями (дым, туман). Водные коллоидные раство­ры называются гидрозолями, спиртовые - алкозолями, эфирные -эфирозолями и т.д. Затвердевший золь, или отделившаяся от дис­персионной среды дисперсная фаза образует гель.

Каждая дисперсная фаза и дисперсионная среда могут быть в трех агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом. Исходя из этого, можно было бы ожидать существования в при­роде девяти групп различных дисперсных систем, но система газ в газе не образует агрегатов, а представляет собой гомогенную смесь, не имеющую поверхности раздела между фазами (табл. 21).

Таблица 21

Дисперсные системы

  Дисперсионная среда Дисперсная фаза Система
  Газ Жидкость Туман, облака
  Газ Твёрдое тело Дым, пыль
  Жидкость Газ Пена
  Жидкость Жидкость Эмульсии (молоко, маргарин)
  Жидкость Твёрдое тело Суспензии, Коллоиды
  Твёрдое тело Газ Пемза, хлеб
  Твёрдое тело Жидкость Жемчуг
  Твёрдое тело Твёрдое тело Рубин, голубая каменная соль
     

3. По интенсивности взаимодействия между частицами дис­персной фазы и дисперсионной средой различают два класса коллоидных систем: лиофилъные (от греческих лио - растворяю и филио - люблю) системы и лиофобные (от греческих лио - рас­творяю и фобос - страх) системы.

Лиофильными коллоидными системами являются такие системы, в которых частицы дисперсной фазы прочно связывают большое количество молекул растворителя и также прочно удер­живают их, если коллоид выделяется из раствора.

Лиофильные системы (растворы высокомолекулярных со­единений) вследствие их «любви» к растворителю образуются самопроизвольно. Так, при помещении кусочка сухого желатина или крахмала (состояние геля) в воду через некоторое время в результате гидратации геля образуется коллоидный раствор (золь).

Лиофобными коллоидными системами являются такие системы, в которых частицы дисперсной фазы очень слабо взаи­модействуют с молекулами растворителя.

Для получения золя гидрофобного коллоида необходимо затратить работу (химическую - получение нерастворимого ве­щества в ходе реакции, или физическую - растирания и др.).

Коллоидные растворы обнаруживают ярко выраженные оптические свойства. Простое наблюдение показывает, что рас­творы лиофильных коллоидов всегда мутные (раствор желатина, альбумина и др.), а растворы лиофобных коллоидов почти всегда имеют окраску ( гидрозоль гидроокиси железа - красно-коричневую; гидрозоль берлинской лазури - синюю).

Было установлено, что при прохождении света через кол­лоидный раствор, коллоидные частицы рассеивают свет и тем больше, чем больше их число и сильнее интенсивность света. Этот эффект получил название конуса Тиндаля, а интенсивность свечения выражается законом Рэлея:

I = I0 k

где I - интенсивность рассеянного света; Iо - интенсивность па­дающего света; k - константа, зависящая от разности показателей преломления дисперсной фазы и дисперсионной среды; n - число частиц в единице объема, т.е. концентрация частиц золя; V-объём частицы дисперсной фазы; λ - длина волны падающего света.

Конус Тиндаля в коллоидном растворе является выражени­ем эффекта светорассеяния. Светорассеяние достигается только тогда, когда величина частицы, рассеивающей свет, начинает приближаться к величине длины световой волны. Истинные растворы таким свойством не обладают. По этому свойству легко отличить истинные растворы от коллоидных.

Так как молекулы некоторых веществ по своим размерам могут быть близки к размерам коллоидных частиц, то с этой точ­ки зрения трудно провести резкую границу между истинными и коллоидными растворами. Все же между ними имеется сущест­венное различие: в то время как истинные растворы - термодинамически устойчивые системы, устойчивость коллоид­ных растворов с большей или меньшей скоростью меняется во времени.

Коллоидные растворы представляют собой гетерогенные системы, что и служит одной из причин их неустойчивости. Кол­лоидные растворы обладают большой свободной энергией поверхности и в соответствии со вторым началом термодинамики стремятся к равновесному состоянию, характеризующемуся разделением сис­темы на две фазы, имеющие минимальные межфазовые поверх­ности и, следовательно, минимальную свободную поверхност­ную энергию.

Устойчивость характеризуется длительностью нахождения системы в неизменном состоянии. Различают кинетическую и агрегативную устойчивость коллоидных систем.

Кинетическая устойчивость характеризуется временем со­хранения равномерного распределения частиц дисперсной фазы по всему объёму дисперсионной среды.

Агрегативная устойчивость характеризуется временем со­хранения неизменной степени дисперсности (раздробления час­тиц) дисперсной фазы коллоидной системы.

С помощью ультрамикроскопа было установлено, что кол­лоидные частицы находятся в интенсивном броуновском движе­нии. Чем мельче частицы, тем интенсивнее движение, и наоборот, чем крупнее, тем меньше скорость их движения. Одновременно с этим частицы находятся под влиянием силы земного притяжения.

Таким образом, коллоидные частицы находятся под воз­действием двух взаимно противоположных сил: броуновского движения, стремящегося равномерно распределить частицы по всему объему дисперсионной среды, и силы тяжести, стремящей­ся собрать эти частицы на дне сосуда. Чем крупнее частицы, тем сильнее проявляется действие земного тяготения, тем скорее они отделяются от дисперсионной среды и тем меньше их кинетиче­ская устойчивость.

В природе коллоидные системы образуются двумя путями: конденсационным и дисперсионным. Воспроизведение этих путей и лежит в основе методов получения коллоидов.

В первом случае коллоиды получаются за счет соединения (конденсации) ионов или молекул с образованием более крупных частиц. Причиной вызывающей образование таких частиц является пересыщенное состояние данного вещества в среде другого вещества, в котором первое находится в растворенном состоянии. Так, например, при понижении температуры воздуха, насыщенного водяными пара­ми, создается пересыщение, которое сопровождается образовани­ем тумана; при сливании спиртового раствора канифоли с водой, образуется золь мастики, так как канифоль трудно растворяется в воде и вследствие этого образуются частицы канифоли коллоид­ных размеров.

Во втором случае - коллоиды образуются за счет раздроб­ления (диспергирования) крупных частиц до частиц коллоидных размеров. Так, например, для раздробления глинистых минералов применяют шаровые мельницы, представляющие собой эксцен­трически вращающиеся барабаны из прочной стали, частично заполненные шарами из того же материала.

Так как почвы в большинстве случаев представляют собой мелкие комочки из слипшихся между собой отдельных частиц, в том числе и коллоидных, то для разделения их на отдельные бо­лее мелкие частицы применяют химический метод раздробления. В этом случае в качестве реагента обычно употребляют растворы различных солей натрия и щелочей. Такой метод раздробления получил название пептизации.

Полученные коллоидные растворы очищают от примесей электролитной природы посредством диализа. Диализ основан на способности полупроницаемых мембран пропускать частицы ис­тинных растворов и не пропускать коллоидные частицы, по­скольку размер пор полупроницаемой мембраны меньше чем d частицы. Диализ продолжают до отсутствия качественной реакции на определяемые ионы или молекулы. Другим методом очистки коллоидных растворов является ультрафильтрация.

Образование и структура коллоидной мицеллы.

При конденсационном способе получения коллоидных рас­творов частицы дисперсной фазы в зависимости от условий обра­зования могут приобретать положительный или отрицательный знак заряда. Например, при взаимодействии растворов KI и AgNО3 одинаковой концентрации, но при избытке AgNO3 вследствие образования осадка AgI по всему объему дисперсионной среды возникают мельчайшие час­тички иодида серебра, образуя ядро коллоидной мицеллы. Возникшие частицы растут за счет имеющихся в растворе ионов Ag+ и I-, чередуясь в последова­тельности AgIAgIAgIAg+... до тех пор, пока рост не приостано­вится из-за недостатка одного их этих ионов. В приведенном примере рост, очевидно, закончится тогда, когда все ионы I- будут закрыты ионами Ag+ на поверхности образовавшихся частиц, вследствие чего эта поверхность зарядится положительно. Такие ионы будут называться потенциалопределяющими. По правилу Панета-Фаянса, этими ионами могут быть только ионы, входящие в состав ядра и находящиеся в избытке. В данном случае это ион Ag+. Ядро мицеллы с роем потенциалопределяющих ионов получило название агрегат. Под действием электростатических сил притяжения к положительно заряженной поверхности (агрегату) притягиваются противоположно заряженные ионы из избытка. Рой противоионов, окружающих частицу, состоит из двух качественно неодинаковых слоев. Первый слой состоит из противоионов, находящихся под максимальным воздействием электрического поля частицы, а потому и менее подвижных, второй слой состоит из противоионов, более удаленных от поверхности частицы, а потому более подвижных, в силу чего этот слой ионов и называют подвижным или диффузным.

Такие частицы схематически записываются следующим образом:

{(AgI)m nAg+ (n-x)NO3-}х+ xNO3- ,

где (AgI)m - ядро коллоидной мицеллы, nAg+ - количество потен-циалопределяющих ионов, (n-x)NO3- - количество противоионов (компенсирующих) в неподвижном слое, xNO3- -количество про­тивоионов в подвижном (диффузном) слое.

При избытке KI возникает тот же гидрозоль иодида серебра (AgI), но с отрицательно заряженными частицами:

{(AgI)mnI-(n-х)К+}х- хK+,

В этих условиях мицелла приобретает следующий вид (рис.16).

Распространяя приведенный пример на более широкий ряд подобных явлений, можно вывести следующее правило: при конденсационном пути образования коллоидных частиц они заряжаются знаком того иона, который

 
 

 


Рис. 16. Мицелла золя иодида серебра, полученного при избытке KI.

 

находится в избытке и который дает малорастворимое соединение с ионом,

входящим в состав коллоидной частицы. В полярной дисперсионной среде (вода) мицелла приобретает сольватную оболочку.

Зарядившаяся частица, вместе с роем противоионов, называется мицеллой, и является электронейтральной. Ядро мицеллы вместе с потенциалопределяющими ионами и противоионами неподвижного слоя называется гранулой, в отличие от мицеллы она несет электрический заряд.

В коллоидных системах на границе раздела дисперсная фаза - дисперсионная среда возникает двойной электрический слой (ДЭС).

Первая теория образования ДЭС была разработана Гельмгольцем, согласно которой двойной электрический слой состоит из двух слоев - один из которых расположен на твердой поверхности -потенциалопределяющие ионы, другой - в жидкой фазе параллельно поверхности на расстоянии молекулярного порядка от нее - обменные ионы, т.е. характер взаимодействия по типу плоского конденсатора (рис.17). Такая система в целом электронейтральна.

Гуи и Чэпмен выдвинули теорию диффузного расположе­ния противоионов. По этой теории противоионы не могут быть сосредоточены только у межфазовой поверхности и образовывать моноионный слой, а рассеяны в жидкой фазе на некотором рас­стоянии от границы раздела. Такая

 
 


Рис.17. Распределение ионов в двойном электрическом слое («-» - потенциалопределяющие ионы, «+» - противоионы): I -по Гельмгольцу, II- по Гуи и Чэпмену, III- по Штерну (вверху -расположение ионов, внизу - кривые падения потенциа­ла).

 

размытая структура двойного слоя определяется, с одной стороны, электрическим полем у «твёрдой» фазы, стремящимся притянуть эквивалентное количество противоположно заряженных ионов возможно ближе к твердой поверхности, а с другой стороны, тепловым движением ионов, вследствие которого противоионы стремятся рассеяться во всем объеме жидкой фазы. В зависимости от преобладания той или иной силы состояние противоионов оказывается неодинаковым. Действие электрического поля в непосредственной близости от межфазной границы преобладает, с удалением от нее сила поля ослабевает и проявляется все сильнее тепловое движение, рас­сеивающее противоионы двойного слоя, вследствие чего концен­трация противоионов падает и становится равной концентрации тех же ионов, находящихся в жидкой фазе. Таким образом, возникает диффузный слой противоионов, связанный с твер­дой поверхностью, находящийся с ней в динамическом равнове­сии (рис.17 II).

Штерном была предложена схема строения ДЭС, в которой он объединил схемы Гельмгольца и Гуи - Чэпмена. Согласно Штерну, первый слой противоионов притягивается к твердой по­верхности под влиянием как электростатических, так и адсорб­ционных сил, частично компенсируя φ0 - потенциал поверхности. В результате этого часть противоионов удерживается поверхно­стью на очень близком расстоянии, слой порядка 1-2 молекул, образуя плоский конденсатор (по теории Гельмгольца). Противоионы, нужные для полной компенсации потенциалопределяющих ио­нов, в результате теплового движения образуют диффузную часть двойного слоя. Толщина этого слоя может быть значитель­ной и зависит от свойств и состава системы (рис.17 III). В на­стоящее время наиболее распространенной является схема ДЭС по Штерну.

Разность потенциалов между твердой поверхностью коллоидной частицы (ядро с роем потенциалопределяющих ионов) и раствором (два слоя противоинов), называется термодинамическим или полным - φ0 - потенциалом, величина его определяет размер мицеллы (кинетическую устойчивость).

Потенциал, который возникает на границе неподвижного и диффузного слоев противоионов, называется электрокинетическим или дзета-потенциалом (ζ). ζ - потенциал определяет агрегативную устойчи­вость коллоидной системы.

В то время как термодинамический потенциал представля­ет собой падение потенциала во всем двойном электрическом слое, электрокине­тический потенциал - это падение потенциала в диффузной части ДЭС. Величина ζ - потенциала находится в прямой зависимости от степени размытости ДЭС, т.е. от его толщины; толщина ДЭС тем больше, чем меньше концентрация электролита в золе (рис.18).

Величина ζ - потенциала зависит от многих факторов, таких как температура, рН среды, концентрации электролита и золя и других. Экспериментально величину и знак ζ - потенциала можно определить по передвижению коллоидных частиц (электрофо­рез) или по передвижению

дисперсионной среды (электроосмос) в электрическом поле. Эти явления получили название электрокинетических явлений I порядка (под действием электрического поля движется дисперсная фаза или дисперсионная среда).

 
 


Рис.18. Зависимость ζ - потенциала и толщины диффузного слоя от концентрации электролита С (C4>C3>C2>C1), d - размер диффузного слоя противоионов.

 

Электрокинетические явления II порядка – это потенциал течения и

потенциал оседания (под действием движения дисперсной фазы или дисперсионной среды возникает электрический ток).

Экспериментальная часть:

Задание 1. Получение гидрозоля гидроокиси железа кон­денсационным методом (метод гидролиза).

В тщательно вымытой конической колбе емкостью 250 мл нагревают до кипения 100 мл дистиллированной воды. Затем в кипящую воду по каплям добавляют 10 мл 2% раствора хлорида железа (Ш) и кипятят раствор еще несколько минут.

После прибавления к кипящей воде раствора хлорида желе­за (Ш) образуется коллоидный раствор гидроокиси железа, окра­шенный в интенсивно красно-коричневый цвет.

Реакция получения гидроокиси железа (Ш) идет по схеме:

FeCl3 + 3H2O = Fe(OH)3 + 3HCl

Поверхностные молекулы агрегата Fe(OH)3 вступают в химическое взаимодействие с НС1:

Fe(OH)3 + HC1 = FeOCl + 2H2O

Образующиеся в результате этой реакции молекулы хлорокиси железа, подвергаясь электролитической диссоциации, обра­зуют ионы FeO+ + Сl-: FeOCl ↔ FeO+ + Сl-.

Таким образом, строение мицеллы гидроокиси железа можно изобразить следующим образом:

{[m(Fe(OH)3] • n FeO+ •(n-х)Сl- } • х Сl-

Как видно из схемы строения мицеллы, золь гидроксида железа (Ш) заряжен положительно.

Аналогичный опыт проделайте с холодной водой и ответь­те, почему в этом случае не образуется коллоидный раствор.

Задание 2. Оптические свойства коллоидных растворов. Испытание на коллоидность полученных растворов.

Яркий луч света, пропущенный в совершенно однородную среду (истинные растворы) не обнаруживается в этой среде. На­оборот, при прохождении такого луча через неоднородную среду (коллоидные растворы), его путь, при наблюдении сбоку, обозна­чается на всем протяжении в виде светлого конуса, называемого конусом Тиндаля.

Полученные растворы, помещенные в кюветки с плоскопараллельными стенками, ставят на пути прохождения луча от источника света. В случае прохождения света через коллоидный раствор наблюдается яркая полоса, образованная совокупностью частиц дисперсной фазы, рассеивающих падающий на них свет. При прохождении того же пучка света через истинный раствор эффекта Тиндаля не наблюдается.

Определяют по наличию или отсутствию эффекта Тиндаля
коллоидные и истинные растворы в сосудах с плоскопараллель­
ными стенками № 1-6 и записывают в тетрадь.

Задание №3. Очистка коллоидных растворов (диализ) .

Диализ основан на способности некоторых полупроницае­мых мембран (животных, растительных или приготовленных ис­кусственно) пропускать истинные растворы и не пропускать кол­лоидные. Диализ проводят в особых приборах - диализаторах. Для диализа небольших количеств растворов применяются пер­гаментные, коллодиевые мешки, свиные или рыбьи пузыри. Диа­лизаторы состоят из двух сосудов - внутреннего и внешнего. Внутренний сосуд предназначен для диализируемой жидкости и весь или частично (дно) состоит из полупроницаемой мембраны. Внешний сосуд предназначен для растворителя и представляет собой сосуд большого размера.

Полученный гидрозоль гидрата окиси железа (Ш) вылива­ют в подготовленный диализатор и погружают его в сосуд с дис­тиллированной водой. Возникшие в процессе образования гидро­золя ионы Н+ и С1- будут проникать через полупроницаемую мембрану, а ионы С1- дают специфическую реакцию с раство­ром AgNO3 (выпадает белый осадок). Диализ следует вести до исчезновения реакции на хлор-ионы.

Задание 4. Наблюдение броуновского движения частиц приготовленного золя при помощи ультрамикроскопа.

С помощью преподавателя наносят на предметное стекло каплю гидрозоля, накрывают покровным стеклом, ставят в поле зрения ультрамикроскопа и наблюдают движение коллоидных частиц.

При наблюдении броуновского движения можно заметить, что чем мельче частички, тем в более интенсивном движении они находятся, поэтому они менее подвержены влиянию земного притяжения и, следовательно, больше времени находятся в рав­номерном распределении по всему объему дисперсионной среды.

Время сохранения равномерного распределения частиц дисперсной фазы по всему объему дисперсионной среды харак­теризует кинетическую устойчивость данной коллоидной системы.

Задание 5. Электрокинетические свойства коллоидных систем. Определение знака заряда и величины ζ-потенциала гидрофобных коллоидов электрофоретическим методом

1. приготовление золя хлорида серебра (метод реакции двойного обмена).

Вколбу емкостью 100 мл наливают определенный объем (полученный по заданию преподавателя) 0,02 н раствора азотнокислого серебра. К этому раствору небольшими порциями и при непрерывном и энергичном встряхивании приливают опре­деленное преподавателем количество 0,02н хлорида калия. В приготовленном золе хлорида серебра методом электрофореза определяют величину и знак электрокинетического потенциала.

2. Определение катода и анода источника тока.

Определяют катод и анод источника тока. Для это­го на стеклянную пластинку помещают фильтровальную бумажку и смачивают её небольшим количеством насыщенного раствора КСl и каплей фенолфталеина. Вилку шнура включают в сеть. Прикасаются двумя электродами к смоченной фильтровальной бумаге, обнаруживают и помечают катод по розовой окраске фенолфталеина вокруг него (не допускать соприкосновения электродов, так как это вызовет короткое замыкание).

3. Определение ζ-потенциала методом электрофореза.

 
 


Рис.18. Электрофоретическая трубка:

В - воронка; К - кран; а - надстилающая жидкость; б — гидро­золь.

 

Приготовленным гидрозолем хлорида серебра заполняют электрофоретическую трубку (рис.18): через воронку (В) нали­вают небольшую порцию гидрозоля. Осторожно открывают кран (К) так, чтобы гидрозоль заполнил отверстия крана, не выступая из него, следя за тем, чтобы в трубке не образовались пузырьки воздуха, после чего кран закрывают. Через одно из колен U-образной трубки наполняют её надстилающей жидкостью до половины. Затем заполняют воронку оставшимся гидрозолем, следя за тем, чтобы в трубке не образовались пузырьки воздуха. Встав­ляют электроды в отверстия колен U - образной трубки и изме­ряют расстояние между электродами вдоль трубки по пути прохождения электрического тока (величина написана на во­ронке).

Постепенно открывают кран. Вследствие разности уровней в трубке и воронке гидрозоль начнет медленно поступать в труб­ку. Чем медленнее поднимается гидрозоль, тем резче будет гра­ница между ним и надстилающей жидкостью. При правильном заполнении электрофоретической трубки электроды должны быть погружены в надстилающую жидкость приблизительно на 0,5 см, а граница раздела - находиться в пределах градуирован­ной части трубки.

После заполнения трубки кран закрывают и записывают положение границы золя и надстилающей жидкости в катодном и анодном коленах в таблицу 22. Включают электроды в розетку и пропускают через трубку постоянный ток в течении 5 мин. В процессе прохождения тока по вольтметру фиксируют электро­движущую силу.

Таблица 22

Результаты определения ζ- потенциала

положение границ раздела, см смещение, S, см время, t, сек Е, В l, см ζ - потенциал знак заряда
до прохождения тока после прохождения тока
катод анод катод анод            
                   

 

Через 300 секунд выключают ток и вновь записывают по­ложение границ раздела в таблицу 22. Вычисляют величину ζ - потенциала по уравнению

ζ = × ×

где η - вязкость дисперсионной среды, ε - диэлектрическая про­ницаемость, - расстояние между электродами (см), Е - электро­движущая сила (В), S - расстояние (см), пройденное дисперсной фазой за время τ (с).

После подстановки постоянных величин уравнение прини­мает вид

ζ = 209× ×

Смещение золя S равно полусумме расстояний, пройден­ных дисперсной фазой в катодном и анодном коленах U - образ­ной трубки.

Знак заряда коллоидных частиц противоположен знаку за­ряда того электрода, по направлению к которому смещался золь.

Вопросы для самоконтроля:

1. Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию и степени дисперсности.

2.Классификация коллоидных систем по степени взаимодействия частиц дисперсной фазы с дисперсионной средой.

3. Методы получения и очистки коллоидных систем.

4. Что такое пептизация.

5. Почему гидрофобные коллоидные системы термодинамически неустойчивые?

6. Кинетическая и агрегативная устойчивость коллоидных систем.

7. Теория ДЭС по Штэрну.

8. Строение коллоидной мицеллы.









Читайте также:

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-26; Просмотров: 193;


lektsia.info 2017 год. Все права принадлежат их авторам! Главная