Topik utama artikel ini adalah partikel koloid. Di sini kita akan melihat konsep dan misel. Kami juga akan berkenalan dengan yang utama keanekaragaman spesies partikel yang tergolong koloid. Mari kita membahasnya secara terpisah berbagai fitur istilah yang dipelajari, beberapa konsep individu dan banyak lagi.
Perkenalan
Konsep partikel koloid erat kaitannya dengan berbagai larutan. Bersama-sama mereka bisa terbentuk berbagai sistem mikroheterogen dan tersebar di alam. Partikel yang membentuk sistem seperti itu biasanya berukuran antara satu hingga seratus mikron. Selain memiliki permukaan dengan jelas dipisahkan oleh perbatasan antara medium terdispersi dan fase, partikel koloid mempunyai sifat stabilitas yang rendah, dan larutannya sendiri tidak dapat terbentuk secara spontan. Kehadiran berbagai macam struktur struktur internal dan ukuran menyebabkan penciptaan jumlah besar metode untuk menghasilkan partikel.
Konsep sistem koloid
Dalam larutan koloid, partikel-partikel secara keseluruhan membentuk sistem tipe terdispersi, yang merupakan perantara antara larutan yang didefinisikan sebagai larutan sejati dan sistem terdispersi kasar. Dalam larutan ini, tetesan, partikel, dan bahkan gelembung yang membentuk fase terdispersi berukuran berkisar dari satu hingga seribu nm. Mereka didistribusikan ke seluruh medium terdispersi, biasanya kontinu, dan berbeda dari sistem aslinya dalam komposisi dan/atau keadaan agregasi. Untuk lebih memahami arti dari unit terminologis tersebut, lebih baik mempertimbangkannya dengan latar belakang sistem yang dibentuknya.
Mendefinisikan Properti
Di antara sifat-sifat larutan koloid, yang utama dapat dibedakan:
- Partikel pembentuknya tidak mengganggu jalannya cahaya.
- Koloid transparan mempunyai sifat untuk menyebar sinar cahaya. Fenomena ini disebut efek Tyndall.
- Muatan partikel koloid sama untuk sistem dispersi, sehingga tidak dapat muncul dalam larutan. Dalam gerak Brown, partikel-partikel yang terdispersi tidak dapat mengendap, hal ini ditentukan oleh pemeliharaannya dalam keadaan terbang.
Tipe utama
Satuan klasifikasi dasar larutan koloid:
- Suspensi partikel tipe padat dalam gas disebut asap.
- Suspensi partikel cair dalam gas disebut kabut.
- Aerosol terbentuk dari partikel padat atau cair kecil yang tersuspensi dalam lingkungan gas.
- Suspensi gas dalam cairan atau padatan disebut busa.
- Emulsi adalah suspensi cair dalam cairan.
- Sol adalah sistem dispersi tipe ultramikroheterogen.
- Gel adalah suspensi dari 2 komponen. Yang pertama menciptakan bingkai tiga dimensi, yang rongganya akan diisi dengan berbagai pelarut dengan berat molekul rendah.
- Suspensi partikel padat dalam cairan disebut suspensi.
Dalam semua ini sistem koloid dan ukuran partikel dapat sangat bervariasi tergantung pada sifat asal dan keadaan agregasi. Namun meskipun jumlah sistem dengan struktur berbeda sangat beragam, semuanya bersifat koloid.
Keanekaragaman spesies partikel
Partikel primer yang mempunyai dimensi koloid dibagi menjadi beberapa jenis berikut menurut jenis struktur internalnya:
- Suspensoid. Mereka juga disebut koloid ireversibel, yang tidak dapat berdiri sendiri di dalamnya periode yang lama waktu.
- Koloid tipe misel, atau disebut juga semikoloid.
- Koloid reversibel (molekuler).
Proses pembentukan struktur-struktur ini sangat berbeda satu sama lain, sehingga mempersulit proses pemahaman mereka pada tingkat yang terperinci, pada tingkat kimia dan fisika. Partikel koloid, dari mana terbentuknya sangat bentuk yang berbeda dan syarat-syarat terjadinya proses terbentuknya suatu sistem yang integral.
Penentuan suspensi
Suspensoid adalah larutan yang mengandung unsur logam dan variasinya berupa oksida, hidroksida, sulfida dan garam lainnya.
Semua partikel penyusun zat tersebut di atas memiliki kisi kristal molekuler atau ionik. Mereka membentuk fase dari jenis zat terdispersi - suspensioid.
Ciri khas yang membedakannya dari suspensi adalah hadirnya lebih banyak tingkat tinggi penyebaran. Namun keduanya saling berhubungan karena tidak adanya mekanisme stabilisasi penyebaran.
Suspensi yang tidak dapat diubah dijelaskan oleh fakta bahwa sedimen dari proses pengukusan mencegah seseorang memperoleh sol lagi dengan menciptakan kontak antara sedimen itu sendiri dan media terdispersi. Semua suspensi bersifat liofobik. Dalam larutan seperti itu, partikel yang berhubungan dengan logam dan garam turunannya yang telah dihancurkan atau dikondensasi disebut koloid.
Metode produksi tidak berbeda dengan dua metode yang selalu digunakan untuk menciptakan sistem terdispersi:
- Diperoleh dengan cara dispersi (menggiling benda besar).
- Metode kondensasi zat terlarut ionik dan molekuler.
Penentuan koloid miselium
Koloid misel disebut juga semikoloid. Partikel dari mana mereka diciptakan dapat muncul jika terdapat tingkat tipe amfifilik yang memadai. Molekul semacam itu hanya dapat membentuk zat dengan berat molekul rendah melalui penggabungannya menjadi agregat molekul - misel.
Molekul yang bersifat amfifilik adalah struktur yang terdiri dari radikal hidrokarbon, parameter dan sifat yang mirip dengan pelarut non-polar dan gugus hidrofilik, yang disebut juga polar.
Misel adalah kelompok khusus dari molekul-molekul yang tersusun teratur yang disatukan terutama melalui penggunaan gaya dispersif. Misel terbentuk, misalnya, dalam larutan deterjen berair.
Penentuan koloid molekuler
Koloid molekul disebut senyawa dengan berat molekul tinggi baik yang berasal dari alam maupun sintetik. Berat molekulnya bisa berkisar antara 10.000 hingga beberapa juta. Fragmen molekul zat tersebut berukuran sebesar partikel koloid. Molekul itu sendiri disebut makromolekul.
Koneksi tinggi tipe molekuler, yang mengalami pengenceran, disebut benar, homogen. Mereka, dalam kasus pengenceran yang ekstrem, mulai patuh seri umum hukum untuk senyawa encer.
Memperoleh larutan koloid tipe molekuler cukup mudah tugas sederhana. Cukup dengan melakukan kontak dengan pelarut yang sesuai.
Bentuk makromolekul nonpolar dapat larut dalam hidrokarbon, dan bentuk polar dapat larut dalam pelarut polar. Contoh yang terakhir adalah pelarutan berbagai protein dalam larutan air dan garam.
Zat-zat ini disebut reversibel karena jika diuapkan dengan penambahan bagian baru, partikel koloid molekuler akan berbentuk larutan. Proses pembubarannya harus melalui tahap membengkaknya. Dia adalah fitur karakteristik, yang membedakan koloid molekuler dari latar belakang sistem lain yang telah dibahas di atas.
Selama proses pembengkakan, molekul-molekul yang membentuk pelarut menembus ke dalam ketebalan padat polimer dan dengan demikian mendorong makromolekul terpisah. Yang terakhir sehubungan dengan mereka ukuran besar mulai perlahan berdifusi ke dalam larutan. Secara eksternal, hal ini dapat diamati dengan peningkatan ukuran volumetrik polimer.
Struktur misel
Akan lebih mudah mempelajari misel sistem koloid dan strukturnya jika kita memperhatikan proses pembentukannya. Mari kita ambil AgI. DI DALAM dalam hal ini partikel koloid akan terbentuk melalui reaksi berikut:
AgNO 3 +KI dan AgI↓+KNO 3
Molekul perak iodida (AgI) membentuk partikel yang praktis tidak larut, di dalamnya kisi kristal akan dibentuk oleh kation perak dan anion yodium.
Partikel yang dihasilkan awalnya memiliki struktur amorf, tetapi kemudian, seiring mengkristal secara bertahap, partikel tersebut memperoleh penampilan permanen.
Jika kita mengambil AgNO 3 dan KI dalam ekuivalen yang bersesuaian, maka partikel kristal akan tumbuh dan mencapai ukuran yang signifikan, bahkan melebihi ukuran partikel koloid itu sendiri, dan kemudian dengan cepat mengendap.
Jika Anda mengambil salah satu zat secara berlebihan, Anda dapat membuat zat penstabil secara artifisial, yang akan menunjukkan stabilitas partikel koloid perak iodida. Jika jumlah AgNO 3 berlebih maka larutan akan lebih banyak mengandung ion perak positif dan NO 3 -. Perlu diketahui bahwa proses pembentukan kisi kristal AgI mengikuti aturan Paneth-Fajans. Oleh karena itu, ia hanya dapat berlangsung dengan adanya ion-ion yang menyusun zat tersebut, yang dalam larutan ini diwakili oleh kation perak (Ag+).
Ion argentum positif akan terus diselesaikan pada tingkat pembentukan kisi kristal inti, yang tertanam kuat dalam struktur misel dan mengkomunikasikan potensial listrik. Karena alasan inilah ion-ion yang digunakan untuk melengkapi kisi inti disebut ion penentu potensial. Selama pembentukan partikel koloid - misel - ada ciri-ciri lain yang menentukan jalannya proses tertentu. Namun, semuanya telah dibahas di sini dengan menggunakan contoh dan menyebutkan elemen terpenting.
Beberapa konsep
Istilah partikel koloid erat kaitannya dengan lapisan adsorpsi, yang terbentuk bersamaan dengan ion-ion yang bersifat penentu potensial selama adsorpsi. jumlah total lawan.
Granul adalah struktur yang dibentuk oleh inti dan lapisan adsorpsi. Ia mempunyai potensial listrik yang tandanya sama dengan potensial E, namun nilainya akan lebih kecil dan bergantung pada nilai awal ion lawan pada lapisan adsorpsi.
Pengikatan partikel-partikel koloid disebut proses koagulasi. Dalam sistem terdispersi, hal ini mengarah pada pembentukan partikel yang lebih besar dari partikel kecil. Prosesnya ditandai dengan kohesi antar kelompok kecil komponen struktural dengan pembentukan struktur koagulasi.
Mari kita beralih ke fenomena lain ketika lokasi muatan ditentukan oleh potensi yang sampai batas tertentu diciptakan oleh muatan itu sendiri. Efek ini signifikan terhadap perilaku koloid. Koloid adalah suspensi partikel bermuatan kecil dalam air. Meskipun partikel-partikel ini berukuran mikroskopis, namun ukurannya masih sangat besar dibandingkan dengan atom. Jika partikel koloid tidak bermuatan, partikel tersebut akan cenderung menggumpal (bergabung) menjadi gumpalan besar; tetapi, karena dituduh, mereka saling tolak-menolak dan tetap ditangguhkan. Jika garam masih larut dalam air, ia akan terdisosiasi (menyebar) menjadi ion positif dan negatif. (Larutan ion seperti itu disebut elektrolit.) Ion negatif tertarik pada partikel koloid (kita asumsikan muatannya positif), dan ion positif ditolak. Kita perlu mencari tahu bagaimana ion-ion yang mengelilingi setiap partikel koloid terdistribusi dalam ruang.
Untuk memperjelas gagasan ini, mari kita pertimbangkan kasus satu dimensi saja. Mari kita bayangkan sebuah partikel koloid dalam bentuk bola yang sangat besar (dibandingkan dengan atom!); maka kita dapat menganggap sebagian kecil permukaannya sebagai bidang datar. (Secara umum, ketika mencoba memahami suatu fenomena baru, lebih baik memahaminya dengan menggunakan model yang sangat disederhanakan; dan baru kemudian, setelah memahami esensi masalahnya, seseorang harus melakukan perhitungan yang lebih akurat.)
Mari kita asumsikan bahwa distribusi ion menciptakan kerapatan muatan dan potensi listrik, dihubungkan menurut hukum elektrostatis, atau dalam kasus satu dimensi menurut hukum
Bagaimana ion-ion akan terdistribusi dalam medan seperti itu jika potensialnya mengikuti persamaan ini? Anda dapat mengetahuinya dengan menggunakan prinsip-prinsip mekanika statistik. Pertanyaannya adalah bagaimana menentukan bahwa kepadatan muatan yang timbul dari mekanika statistik juga memenuhi kondisi (7.28)?
Menurut mekanika statistik (lihat edisi 4, bab 40), partikel-partikel, yang berada dalam kesetimbangan termal dalam medan gaya, didistribusikan sedemikian rupa sehingga kepadatan partikel dengan koordinat diberikan oleh rumus
, (7.29)
dimana adalah energi potensial, adalah konstanta Boltzmann, dan merupakan suhu absolut.
Asumsikan semua ion mempunyai muatan listrik yang sama, positif atau negatif. Pada jarak tertentu dari permukaan partikel koloid, ion positif akan mempunyai energi potensial
Massa jenis ion positif kemudian sama dengan
,
dan kepadatan negatif
Kepadatan muatan total
,
(7.30)
Substitusikan ke dalam (7.28), kita melihat bahwa potensial harus memenuhi persamaan
(7.31)
Persamaan ini diselesaikan di pandangan umum[kalikan kedua ruas dengan dan integrasikan ], namun, dengan terus menyederhanakan permasalahan, kita akan membatasi diri di sini hanya pada kasus pembatas potensial kecil atau suhu tinggi. Sedikit sama dengan larutan encer. Eksponennya kecil, dan kita bisa mengambilnya
(7.32)
Persamaan (7.31) memberi
(7.33)
Perhatikan bahwa sekarang ada tanda plus di sisi kanan (solusinya tidak berosilasi, tapi eksponensial).
Solusi umum (7.33) berbentuk
, (7.34)
Konstanta dan ditentukan dari kondisi tambahan. Dalam kasus kita harus nol, kalau tidak potensi yang besar akan berubah menjadi tak terhingga. Jadi,
dimana adalah potensial pada permukaan partikel koloid.
Potensialnya berkurang 10 kali lipat seiring bertambahnya jarak ke (Gbr. 7.7). Nomor tersebut disebut panjang Debye; Ini adalah ukuran ketebalan kulit ionik yang mengelilingi setiap partikel bermuatan besar dalam elektrolit. Persamaan (7.36) menyatakan bahwa cangkang menjadi lebih tipis dengan meningkatnya konsentrasi ion atau penurunan suhu.
Gambar 7.7. Perubahan potensial pada permukaan partikel koloid. - Panjang debye.
Konstanta pada (7.36) mudah diperoleh jika Anda mengetahuinya muatan permukaan dan pada permukaan partikel bermuatan. Kami tahu itu
(7.37)
Kami mengatakan bahwa partikel koloid tidak saling menempel karena tolakan listrik. Namun sekarang kita melihat bahwa tidak jauh dari permukaan partikel, akibat munculnya cangkang ion di sekitarnya, medannya berkurang. Jika cangkang menjadi cukup tipis, partikel-partikel tersebut mempunyai peluang untuk saling bertabrakan. Kemudian mereka akan saling menempel, koloid akan mengendap dan keluar dari cairan. Dari analisis kami jelas bahwa setelah menambahkan garam dalam jumlah yang sesuai ke dalam koloid, pengendapan akan dimulai. Proses ini disebut “pengasinan koloid”.
Contoh menarik lainnya adalah pengaruh pelarutan garam terhadap pengendapan protein. Molekul protein adalah rantai asam amino yang panjang, kompleks dan fleksibel. Ada muatan di sana-sini, dan kadang-kadang muatan dengan satu tanda, katakanlah negatif, didistribusikan ke seluruh rantai. Akibat saling tolak menolak muatan negatif rantai protein tegak. Jika ada molekul rantai serupa lainnya dalam larutan, maka molekul-molekul tersebut tidak saling menempel karena tolakan yang sama. Ini adalah bagaimana suspensi molekul rantai muncul dalam cairan. Namun begitu garam ditambahkan di sana, sifat suspensi akan berubah. Panjang Debye akan berkurang, molekul-molekul akan mulai saling mendekat dan melengkung menjadi spiral. Dan jika garamnya banyak, maka molekul protein akan mulai mengendap. Masih banyak lainnya fenomena kimia, yang dapat dipahami berdasarkan analisis gaya-gaya listrik.
Misel adalah unit koloid struktural. Kondisi yang diperlukan pembentukan misel adalah:
a) pembentukan sebagai hasil reaksi zat yang sedikit larut, M molekul yang terbentuk satuan partikel koloid.
Misalnya: ;
b) adanya zat penstabil - elektrolit yang menyediakan ion-ion yang teradsorpsi oleh permukaan senyawa yang sedikit larut. Menurut aturan Panetta–Faianza, Ion yang teradsorpsi paling baik adalah ion yang merupakan bagian dari kisi kristal adsorben. Ion terserap yang lengkap kisi kristal senyawa yang sukar larut disebut ion penentu potensial suatu partikel koloid, karena muatan partikel bertanda sama dengan muatan ion-ion tersebut. Adsorpsi ion-ion penentu potensial terjadi secara spontan disertai penurunan energi bebas permukaan inti (∆G s).
Stabilizer biasanya bahan awal diambil secara berlebihan. Jika dalam reaksi tersebut garam diambil secara berlebihan, maka itu akan menjadi penstabil. Dan kemudian ion yang teradsorpsi akan menjadi ion tersebut.
Beras. 4. Skema struktur koloid
misel: 1 – lapisan adsorpsi; 2 – lapisan ion ramuan; 3 – lapisan difus
Ketika terdapat kelebihan garam, penstabil menghasilkan ion iodida yang secara selektif diserap oleh permukaan:
Agregat dengan ion-ion penentu potensial terbentuk inti misel.
Ion penstabil lainnya ( lawan) membentuk dua lapisan di dekat permukaan padat: adsorpsi(tidak bergerak), terhubung erat ke inti, dan difusi(bergerak), terletak pada jarak tertentu dari inti dalam media pendispersi. Inti bersama dengan lapisan adsorpsi ion lawan disebut partikel koloid (butiran).
Lebih mudah untuk merepresentasikan struktur misel dalam bentuk rumus. Untuk sol, rumus misel ditulis sebagai berikut jika zat penstabilnya adalah
jika penstabilnya adalah AgNO 3:
Jika penstabilnya adalah , maka rumus miselnya akan ditulis sebagai berikut:
Jumlah ion penentu potensial dan ion lawan harus sesuai dengan stoikiometrinya dalam molekul penstabil. Karena energi permukaan pada inti partikel koloid lebih besar daripada energi permukaan pada lapisan ion penentu potensial, ion lawan teradsorpsi pada X lebih sedikit. Inti, bersama dengan lapisan adsorpsi (lapisan ion penentu potensial dan bagian dari ion lawan) membentuk butiran. Partikel koloid (butiran) yang dikelilingi oleh ion lawan elektrolit disebut misel. Misel adalah partikel netral, dan partikel koloid, pada umumnya, mempunyai muatan, yang tanda dan besarnya ditentukan oleh potensial elektrokinetik x yang timbul pada batas antara lapisan adsorpsi dan lapisan difusi.
Saat menggunakan reaksi pertukaran, komposisi misel bergantung pada apa yang ditambahkan ke dalamnya!
1 . Sol kalsium fluorida diperoleh dengan mencampurkan 32 ml larutan natrium fluorida dengan konsentrasi molar NaF sebesar 8,0·10 -3 mol/l dan 25 ml larutan kalsium klorida dengan konsentrasi molar CaCl 2 sebesar 9,6·10 -3 perempuan jalang. Tuliskan rumus misel sol yang dihasilkan, sebutkan semua komponennya. Menentukan jenis koloid, tanda muatan butiran partikel sol koloid, dan arah geraknya dalam medan listrik.
Larutan. Penuh arti konsentrasi molar larutan NaF dan CaCl 2, tentukan jumlah natrium fluorida ν(NaF) dan kalsium klorida ν(CaCl 2) yang dimasukkan ke dalam reaksi pertukaran menurut persamaan
2NaF + CaCl 2 = ↓CaF 2 + 2NaCl:
ν(NaF) = Cμ(NaF) V(NaF) = (8,0 10 -3 mol/l) (32 10 -3 l) = 2,56 10 -4 mol,
ν(CaCl 2) = Cμ(CaCl 2) V(CaCl 2) = (9,6 10 -3 mol/l) (25 10 -3 l) = 2,4 10 -4 mol.
Berdasarkan persamaan reaksi, zat-zat berinteraksi satu sama lain dengan perbandingan ν(NaF):ν(CaCl 2) = 2:1, dan dari perhitungan di atas terlihat jelas bahwa ν(NaF):ν(CaCl 2) = ( 2.56 10 - 4)/(2.4·10 -4) = 1.07:1, yakni terdapat kelebihan kalsium klorida dalam larutan, yang dalam hal ini berfungsi sebagai penstabil misel koloid. Karena sesuai dengan kondisi permasalahannya yang sedang kita bicarakan tentang larutan berair garam yang berinteraksi, maka ion penstabil (Ca + dan Cl -) akan terhidrasi, yaitu. dikelilingi oleh molekul pelarut H 2 O. Pada saat yang sama, embrio partikel koloid yang terbentuk dari molekul yang tidak larut kalsium fluorida CaF 2, sebagai zat kristal, tidak menyerap air. Dari sini kesimpulan pertama– partikel yang bertabrakan adalah hidrofobik.
Dari ion penstabil, ion kalsium Ca 2+ secara genetik dekat dengan komposisi embrio (menurut aturan Peskov-Fajans). Dari sini kita melakukannya kesimpulan kedua – ion penentu potensial akan ada ion Ca 2+ ρН 2 O, dan oleh karena itu butir misel koloid akan bermuatan positif, yaitu. dalam medan listrik akan ada bergerak menuju katoda.
Counterion dalam larutan ini ion klorida terhidrasi berfungsi sebagai penstabil 2Cl - ·(q+ℓ)H 2 O, yang terletak di sekitar inti dua lapisan: yang pertama adsorpsi, terdiri dari 2Cl - ·qH 2 O, yang kedua difus, strukturnya 2Cl - ·ℓH 2 O.
Sekarang kita dapat menulis rumus misel partikel sol kalsium fluorida:
([(m(CaF 2) nCa 2+ ρН 2 O) 2 n+ ·2(n-x)Cl - ·qH 2 O] 2 x+ + 2xCl - ·ℓH 2 O) 0 .
potensi- |embrio _| menyerap. lapisan difus lapisan
mendefinisikan | inti| lawan
ion | butir |
| misel|
Seperti yang dapat kita lihat, butiran sol CaF 2 dalam hal ini bermuatan positif dan ketika diterapkan medan listrik butiran akan bergerak menuju elektroda bermuatan negatif (katoda), dan ion lawan dari lapisan difusi (2xCl - ·ℓH 2 O) akan bergerak menuju elektroda bermuatan positif (anoda).
Menjawab: sol hidrofobik terbentuk, butiran bermuatan positif, bergerak di bawah aksi medan listrik ke katoda.
2 . Sol barium sulfat diperoleh dengan pencampuran volume yang sama larutan barium nitrat dan asam sulfat. Tuliskan rumus sol misel yang butirannya bergerak ke anoda dalam medan listrik. Jawablah pertanyaan apakah konsentrasi molar awal elektrolit akan sama. Tunjukkan sifat dan struktur misel sol.
Larutan. Fase terdispersi yang tidak larut dalam larutan koloid yang dibentuk dengan mencampurkan larutan Ba(NO 3) 2 dan H 2 SO 4 akan menjadi kristal barium sulfat, sesuai dengan reaksi pertukaran
Ba(NO 3) 2 + H 2 SO 4 = ↓BaSO 4 + 2HNO 3.
Sejak fase terdispersi sudah struktur kristal, maka misel yang terbentuk pada dasarnya bersifat hidrofobik. Jika butiran bergerak menuju anoda, berarti sudah muatan negatif dan, oleh karena itu, hanya anion SO 4 2- · pH 2 O terhidrasi yang dapat menjadi ion penentu potensial (aturan Peskov-Fajans). Jelas bahwa ion lawannya adalah proton terhidrasi 2H + ·(q+ℓ)H 2 O, yaitu. Penstabil elektrolit adalah asam sulfat, artinya konsentrasinya dalam sistem ini harus lebih besar dibandingkan dengan konsentrasi larutan barium nitrat: C μ (H 2 SO 4) > C μ (Ba(NO 3) 2 .
Dengan mempertimbangkan analisis, kami akan membuat rumus misel sol hidrofobik barium sulfat:
([(m(BaSO 4)· nSO 4 2- ·рН 2 O) 2 n- ·2(n-x)H + ·qH 2 O] 2 x- + 2xH + ·ℓH 2 O) 0 .
Potensi- | embrio | menyerap. lapisan difus lapisan
mendefinisikan | inti| lawan
ion| butir |
| misel|
Menjawab: sol barium sulfat bersifat hidrofobik, granul bermuatan negatif, dalam larutan C μ (H 2 SO 4) > C μ (Ba(NO 3) 2 .
3 . Sol besi (3) hidroksida, diperoleh dengan menambahkan 15 ml larutan besi (3) klorida dengan fraksi massa FeCl 3 sebesar 2% ke dalam 85 ml air suling mendidih, terbentuk sebagai hasil hidrolisis parsial garam menurut ke persamaan:
FeCl 3 + 3H 2 O = ↓Fe(OH) 3 + 3HCl.
Tuliskan kemungkinan rumus misel sol Fe(OH) 3, dengan memperhatikan bahwa selama pembentukan partikel besi hidroksida (3), ion-ion berikut terdapat dalam larutan: Fe 3+, FeO +, H +, Cl -, OH -. Dalam hal ini, semua ion terhidrasi oleh molekul pelarut.
Larutan. Seperti yang ditunjukkan oleh persamaan hidrolisis yang diberikan dalam rumusan masalah, pembentukan hidroksida yang tidak larut besi (3) sesuai dengan perbandingan Cμ(Fe 3+):Cμ(OH -) = ν(Fe 3+):ν(OH -) = 1:3.
Mari kita tentukan jumlah zat masing-masing peserta dalam proses hidrolisis. Menurut Tabel No. 3 dari Lampiran No. 10, massa jenis larutan besi klorida 2% (3) pada kondisi normal sama dengan 1,015 g/cm3. Ketergantungan massa FeCl 3 dan fraksi massaω(FeCl 3) ditentukan dari hubungan m(FeCl 3) = ω(FeCl 3)·V larutan (FeCl 3)·ρ larutan (FeCl 3). Sebaliknya, banyaknya zat garam ν(FeCl 3) = m(FeCl 3)/M(FeCl 3), dimana M(FeCl 3) – massa molar besi klorida, sama dengan M(FeCl 3) = 56 + 3·35.5 = 162.5 g/mol. Dari sini kita dapatkan rumus perhitungan untuk menentukan jumlah zat garam, dan juga jumlah zat ion Fe 3+ yang masuk ke dalam reaksi hidrolisis:
ν(Fe 3+) = ν(FeCl 3) = [ω(FeCl 3) · larutan V (FeCl 3) · ρ larutan (FeCl 3)]/M(FeCl 3).
Mari buat perhitungan yang sesuai dan dapatkan:
ν(Fe 3+) = ν(FeCl 3) = (0,02·15·1.015)/162.5 = 1.85·10 -3 mol.
Untuk menentukan konsentrasi Cμ dan jumlah zat ion hidroksida OH – mari kita ingat aturan produk ionik air. Dinyatakan bahwa dalam larutan netral konsentrasi molar ion H+ dan OH – adalah sama dan tidak melebihi 1·10 -7 mol/l. Selama hidrolisis, seperti yang ditunjukkan oleh persamaan dalam rumusan masalah, konsentrasi OH akan semakin kecil (hidrolisis menyebabkan pengasaman larutan). Sekalipun kita berasumsi ada 100 ml di sistem kita air bersih, maka mengandung tidak lebih dari 1·10 -7 mol ion OH –.
Akibatnya air (sebagai sumber ion OH – dan H+) tidak dapat berperan sebagai penstabil elektrolit selama pembentukan misel besi hidroksida (3). Tetapi ion lain - Fe 3+, FeO +, Cl – dapat berpartisipasi dalam stabilisasi partikel koloid. Berdasarkan pertimbangan ini, kami akan menyusun dua kemungkinan rumus untuk misel sol, dengan tidak melupakan bahwa besi hidroksida adalah zat amorf, dan oleh karena itu secara aktif menyerap molekul pelarut. Ini berarti bahwa kedua kemungkinan misel akan bersifat hidrofilik.
Kasus 1): ion penentu potensial – Fe 3+ ·pH 2 O; ion lawan - 3Сl - ·(q+ℓ)H 2 O. Pada kondisi ini, rumus misel hidrofilik sol Fe(OH) 3 akan terlihat seperti: ([(m(Fe(OH)) 3 ·rH 2 O ·nFe 3+ ·pH 2 O) 3 n+ ·3(n-x)Cl – ·qH 2 O] 3 x+ + 3xCl – ·ℓH 2 O) 0 .
Kasus 2): ion penentu potensial – FeO + ·pH 2 O; ion lawan - Cl - ·(q+ℓ)H 2 O. Misel hidrofilik, rumusnya
([(m(Fe(OH) 3 ·rH 2 O·nFeО + ·pH 2 O) n+ ·(n-x)Cl – ·qH 2 O] x+ + xCl – ·ℓH 2 O) 0 .
Dalam kedua kasus tersebut, butiran memiliki muatan positif dan bergerak menuju katoda dalam medan listrik.
Menjawab: kemungkinan pembentukan dua misel hidrofilik dengan butiran bermuatan positif
([(m(Fe(OH) 3 ·rH 2 O·nFeО + ·pH 2 O) n+ ·(n-x)Cl – ·qH 2 O] x+ + xCl – ·ℓH 2 O) 0
dan ([(m(Fe(OH) 3 ·rH 2 O·nFe 3+ ·pH 2 O) 3 n+ ·3(n-x)Cl – ·qH 2 O] 3 x+ + 3xCl – ·ℓH 2 O) 0 .
4 . Sol biru Prusia dapat diperoleh dengan mereaksikan larutan encer besi (3) klorida dan kalium ferisianat K 4 dalam jumlah yang tidak setara. Tuliskan rumus misel sol hidrofobik, dengan mengingat bahwa ion kompleks mengalami hidrasi dengan kekuatan yang sama seperti ion sederhana.
Larutan. Pembentukan larutan koloid didasarkan pada reaksi pertukaran yang mengarah pada pembentukan fase tidak larut:
4FeCl 3 + 3K 4 = ↓Fe 4 3 + 12KCl.
Partikel besi (3) hexacyanoferrate (2) yang tidak larut membentuk inti koloid yang bersifat hidrofobik, karena zat tersebut memilikinya struktur kristal. Tergantung pada garam mana yang diambil secara berlebihan, ion penentu potensial dapat berupa anion terhidrasi 4- · pH 2 O atau kation Fe 3+ · pH 2 O terhidrasi. Oleh karena itu, ion lawannya akan menjadi kasus yang berbeda baik 4K + ·(q+ℓ)H 2 O, atau 4Cl - ·(q+ℓ)H 2 O.
Berdasarkan analisis, kami akan menyusun rumus kemungkinan misel:
a) C N K 4 > C N FeCl 3, lalu
([ (m(Fe 4 3 ·n 4- ·рН 2 O) 4 n- ·4(n-x)K + ·q(H 2 O)] 4 x- + 4xK + ·ℓH 2 O) 0 ;
b) C N K 4< С N FeCl 3 , тогда
([(m(Fe 4 3 ·nFe 3+ ·pH 2 O) 3 n+ · 3(n-x)Cl - ·qH 2 O] 3 x+ + 3xCl - ·ℓH 2 O) 0 .
Meskipun kedua misel bersifat hidrofobik, muatan butirannya berlawanan tandanya. Jika Anda mencampurkan larutan dalam jumlah yang setara, muatan akan terkompensasi pada tahap pembentukan butiran dan misel akan menggumpal (mereka akan hancur).
Menjawab: rumus misel yang terbentuk dalam dua kasus berbeda berbentuk:
a) ([(m(Fe 4 3 ·n 4- ·рН 2 O) 4 n- ·4(n-x)K + ·q(H 2 O)] 4 x- + 4xK + ·ℓH 2 O) 0 ;
b) ([(m(Fe 4 3 ·nFe 3+ ·pH 2 O) 3 n+ · 3(n-x)Cl - ·qH 2 O] 3 x+ + 3xCl - ·ℓH 2 O) 0 .
5 . Hitunglah volume larutan KI 0,0025 M yang harus ditambahkan ke dalam 0,035 L larutan 0,003 N. larutan Pb(NO 3) 2 untuk mendapatkan sol hidrofobik timbal iodida dan selama elektroforesis ion lawannya dipindahkan ke anoda. Buatlah rumus sol misel.
Larutan. Seperti yang telah ditekankan lebih dari sekali, pembentukan larutan koloid didasarkan pada reaksi pertukaran yang mengarah pada pembentukan fase terdispersi yang tidak larut: 2KI + Pb(NO 3) 2 = ↓PbI 2 + 2 KNO 3.
Oleh karena itu, jika ion lawan misel berpindah ke anoda selama elektroforesis, ion tersebut bermuatan negatif, dan ion penentu potensial adalah ion positif. Menurut aturan Peskov-Fajans, untuk fase terdispersi PbI 2 hanya kation timbal Pb 2+ yang dapat menjadi seperti itu. Dari sini jelas bahwa larutan timbal nitrat Pb(NO 3) 2 bertindak sebagai penstabil elektrolit dan anion NO 3 menjadi ion lawan.
Dalam kondisi seperti itu, penstabil elektrolit harus berlebih, oleh karena itu,
C N (Pb(NO 3) 2 V(Pb(NO 3) 2 > C N (KI) V(KI).
Mari kita selesaikan pertidaksamaan volume larutan kalium iodida, dengan mengingat bahwa C N (KI) = C μ (KI) = 0,0025 mol/l.
V(KI)< [С N (Pb(NO 3) 2 ·V(Pb(NO 3) 2 ]/C N (KI);
V(KI)< (0,003·0,035)/0,0025 < 0,042 (л).
Artinya untuk memperoleh sol timbal iodida, diperlukan kurang dari 42 ml larutan kalium iodida 0,0025 mol/L.
Rumus misel hidrofobik sol timbal iodida adalah:
Menjawab: Untuk memperoleh sol timbal iodida dengan butiran positif dan ion lawan negatif, harus digunakan larutan KI kurang dari 42 ml;
Misel sol bersifat hidrofobik, rumusnya adalah
([(m(PbI 2) · nPb 2+ · pH 2 O) 2 n+ · 2(n-x)NO 3 - · qH 2 O] 2 x+ + 2xNO 3 - ·ℓH 2 O) 0 .
Permitivitasε = 81, viskositas sedang η = 1·10-3 N·s/m2. 18. Berapa tekanan yang harus diberikan ketika larutan 96% diperas melalui membran barium karbonat? etil alkohol sehingga potensial alirannya sama dengan 1,98 V? Potensial elektrokinetik adalah 0,054 V, spesifik sedang = 1,1·10-4 Ohm-1m-1, konstanta dielektrik ε = 81, viskositas sedang η = 1,2·10-3 N·s/m2. 19. Hitung nilai potensial elektrokinetik sol masuk metil alkohol , jika kecepatan elektroforesis U = 6,6 · 10-6 m/s, maka gradien tegangan bidang luar Н = 300 V/m, konstanta dielektrik medium ε = 34, viskositas medium η = 6.12·10-4 N·s/m2. 20. Berapa kuat arus selama pergerakan elektroosmotik larutan KCl berair melalui membran polistiren, kecepatan volumetriknya akan sama dengan = 8,6·10-10 m3/s? Konduktivitas listrik spesifik medium adalah = 7,5·10-2 Ohm-1m-1, konstanta dielektrik air adalah ε = 81, viskositas medium adalah η = 1·10-3 N·s/m2. Nilai potensial elektrokinetik = 0,062 V. 21. Hitung nilai potensial elektrokinetik pada batas : membran barium karbonat – larutan etil alkohol 96%. Potensi aliran 0,7 V, tekanan yang diberikan 7,9 103 N/m2, konduktivitas listrik = 1 10-4 Ohm-1m-1, konstanta dielektrik ε = 81, viskositas sedang η = 1,2 10 -3 N s/m2. 22. Hitung nilai potensial elektrokinetik sol timbal dalam metil alkohol, jika kecepatan perpindahan level larutan sebesar 1,1 mm dalam waktu 10 menit, dengan jarak antara elektroda 10 cm dan tegangan medan luar yang diberikan sebesar 30 V . Konstanta dielektrik medium ε = 34, viskositas medium η = 6,12·10-4 N·s/m2. 23. Hitung nilai potensial elektrokinetik pada batas membran polistiren - larutan berair misel adalah kumpulan zat utama, terdiri dari sejumlah besar molekul (atom) dengan struktur kristal atau amorf. Agregat bersifat netral secara listrik, tetapi memiliki kapasitas adsorpsi yang tinggi dan mampu mengadsorpsi ion-ion dari larutan pada permukaannya – ion penentu potensial (POI). Saat memilih ion penentu potensial, aturan empiris Fajans-Panet-Peskov digunakan: “Pada permukaan padat suatu agregat, ion-ion yang: merupakan bagian dari agregat teradsorpsi; dan kurang terikat erat dengan nukleus. Secara keseluruhan, misel terbentuk. Misel, tidak seperti partikel koloid, bersifat netral secara listrik. Elektrolit yang ion-ionnya membentuk DES disebut penstabil elektrolit karena menstabilkan sol sehingga memberikan stabilitas agregatif. Contoh penyelesaian masalah Contoh 1. Sol perak iodida diperoleh melalui kondensasi kimia dengan perak nitrat berlebih. Ke elektroda manakah partikel akan berpindah selama elektroforesis? Tuliskan rumus sol misel. Larutan: 1. Perhatikan pembentukan misel sol perak iodida dengan perak nitrat berlebih: AgNO3(mis.) KJ AgJ KNO3 Karena perak nitrat diambil secara berlebihan, maka larutan AgNO3 akan menjadi penstabil elektrolit , yang ion-ionnya membentuk DES: AgNO3 Ag NO3 2. Sesuai dengan aturan Fajans-Panet-Peskov, ion Ag adalah ion penentu potensial, sedangkan ion NO3 adalah ion lawan. elektrolit, jika selama elektroforesis partikel berpindah ke katoda? Tuliskan rumus sol misel. Al(OH)3. Tuliskan rumus misel sol Cu2. 3. Rumus misel akan ditulis sebagai berikut: mgJnAg + . (n-x) N O3-x+. xN O3 - ion lawan penentu agregat potensial ion lawan lapisan adsorpsi inti lapisan difus partikel koloid (butiran) misel m - jumlah molekul atau atom yang membentuk agregat;, tidak cukup untuk melarutkan sedimen sepenuhnya. Dalam hal ini, sol Al(OH)3 terbentuk. Tuliskan rumus misel sol, dengan memperhatikan bahwa dalam medan listrik, partikel sol bergerak menuju katoda. 22. Hidrosol emas metalik dapat dibuat dengan mereduksi kalium aurat KAuO2 dengan formaldehida. Kalium aurat berfungsi sebagai penstabil sol. Tuliskan rumus misel dan tentukan tanda muatan partikel koloid tersebut. Ke elektroda manakah partikel akan berpindah selama elektroforesis? pada konsentrasi tertentu dapat menyebabkan koagulasi larutan koloid. 2. Aturan tanda muatan: koagulasi larutan koloid (sol) disebabkan oleh ion elektrolit yang tanda muatannya berlawanan dengan muatan partikel koloid. Ion elektrolit ini disebut ion koagulasi. 3. Setiap elektrolit mempunyai ambang koagulasi dalam kaitannya dengan sol tertentu. Ambang koagulasi () – konsentrasi elektrolit minimum yang cukup untuk menyebabkan koagulasi sol: V C , (10.1) W dimana: - ambang koagulasi, mol/l; V adalah volume elektrolit yang menyebabkan koagulasi, ml; C - konsentrasi elektrolit, mol/l; mempunyai ion Ca2+ maka elektrolit Ca(NO3)2 mempunyai ambang koagulasi yang paling rendah.
