Pagrindinė šio straipsnio tema bus koloidinė dalelė. Čia pažvelgsime į koncepciją ir miceles. Taip pat susipažinsime su pagrindine rūšių įvairovė dalelės, klasifikuojamos kaip koloidinės. Pagyvenkime atskirai įvairių savybių tiriamas terminas, kai kurios atskiros sąvokos ir daug daugiau.
Įvadas
Koloidinės dalelės sąvoka glaudžiai susijusi su įvairiais tirpalais. Kartu jie gali susidaryti įvairios sistemos mikroheterogeniškas ir išsklaidytas gamtoje. Tokias sistemas sudarančių dalelių dydis paprastai svyruoja nuo vieno iki šimto mikronų. Be to, kad turi paviršių su aiškiai atskirti sienomis tarp dispersinės terpės ir fazės koloidinės dalelės pasižymi mažo stabilumo savybe, o patys tirpalai negali susidaryti savaime. Didelė struktūros įvairovė vidinė struktūra o dydžiai sukelia kūrybą didelis skaičius dalelių gamybos būdai.
Koloidinės sistemos samprata
Koloidiniuose tirpaluose visos dalelės sudaro dispersinio tipo sistemas, kurios yra tarpinės tarp tirpalų, kurie apibrėžiami kaip tikrosios ir stambiai išsklaidytos. Šiuose tirpaluose lašai, dalelės ir net burbuliukai, sudarantys dispersinę fazę, yra nuo vieno iki tūkstančio nm. Jie yra pasiskirstę visoje išsklaidytoje terpėje, dažniausiai ištisiniai ir skiriasi nuo pradinės sistemos sudėtimi ir (arba) agregacijos būkle. Norint geriau suprasti tokio terminologinio vieneto prasmę, geriau jį apsvarstyti atsižvelgiant į sistemas, kurias jis sudaro.
Savybių apibrėžimas
Tarp koloidinių tirpalų savybių galima išskirti pagrindines:
- Susidarančios dalelės netrukdo šviesai praeiti.
- Skaidrūs koloidai turi savybę sklaidytis šviesos spinduliai. Šis reiškinys vadinamas Tyndall efektu.
- Koloidinės dalelės krūvis yra vienodas dispersinėms sistemoms, dėl to jos negali atsirasti tirpale. Brauno judesyje išsklaidytos dalelės negali nusodinti, o tai lemia jų palaikymas skrydžio būsenoje.
Pagrindiniai tipai
Pagrindiniai koloidinių tirpalų klasifikavimo vienetai:
- Dalelių suspensija kieto tipo dujose vadinamas dūmais.
- Skystų dalelių suspensija dujose vadinama rūku.
- Aerozolis susidaro iš mažų kietų arba skystų dalelių, suspenduotų dujų aplinkoje.
- Dujinė suspensija skysčiuose arba kietosios medžiagos vadinamas putomis.
- Emulsija yra skysta suspensija skystyje.
- Solis yra dispersinė ultramikroheterogeninio tipo sistema.
- Gelis yra 2 komponentų suspensija. Pirmasis sukuria trimatį rėmą, kurio tuštumos bus užpildytos įvairiais mažos molekulinės masės tirpikliais.
- Kietųjų dalelių suspensija skysčiuose vadinama suspensija.
Visose šiose koloidinės sistemos ir dalelių dydžiai gali labai skirtis priklausomai nuo jų kilmės pobūdžio ir agregacijos būsena. Tačiau net nepaisant tokio nepaprastai įvairaus skirtingų struktūrų sistemų skaičiaus, jos visos yra koloidinės.
Dalelių rūšių įvairovė
Pirminės dalelės, turinčios koloidinius matmenis, pagal vidinės struktūros tipą skirstomos į šiuos tipus:
- Suspensoidai. Jie taip pat vadinami negrįžtamaisiais koloidais, kurie negali egzistuoti savarankiškai ilgus laikotarpius laiko.
- Micelinio tipo koloidai arba, kaip jie dar vadinami, puskoloidai.
- Grįžtamieji koloidai (molekuliniai).
Šių struktūrų susidarymo procesai labai skiriasi vienas nuo kito, o tai apsunkina jų supratimo procesą detaliu lygmeniu, chemijos ir fizikos lygmenimis. Koloidinės dalelės, iš kurių susidaro tokie turi itin skirtingos formos ir vientisos sistemos formavimosi proceso sąlygos.
Suspensijų nustatymas
Suspensoidai yra tirpalai, kuriuose yra metalinių elementų ir jų variacijų oksido, hidroksido, sulfido ir kitų druskų pavidalu.
Visos aukščiau paminėtų medžiagų sudedamosios dalelės turi molekulinę arba joninę kristalinę gardelę. Jie sudaro dispersinio tipo medžiagos - suspensijos - fazę.
Išskirtinis bruožas, leidžiantis juos atskirti nuo pakabų, yra daugiau aukšta norma dispersija. Tačiau jie yra tarpusavyje susiję, nes nėra stabilizavimo mechanizmo sklaidai.
Suspensijų negrįžtamumas paaiškinamas tuo, kad garinimo proceso nuosėdos neleidžia žmogui vėl gauti zolių, nes susidaro kontaktas tarp pačių nuosėdų ir išsklaidytos terpės. Visos suspensijos yra liofobinės. Tokiuose tirpaluose susmulkintos arba kondensuotos su metalais ir darinių druskomis susijusios dalelės vadinamos koloidinėmis.
Gamybos metodas nesiskiria nuo dviejų būdų, kuriais visada sukuriamos išsklaidytos sistemos:
- Gaunama dispersijos būdu (šlifuojant didelius kūnus).
- Joninių ir molekulinių ištirpusių medžiagų kondensacijos metodas.
Grybienos koloidų nustatymas
Miceliniai koloidai dar vadinami puskoloidais. Dalelės, iš kurių jos susidaro, gali atsirasti, jei yra pakankamai amfifilinio tipo. Tokios molekulės gali sudaryti tik mažos molekulinės masės medžiagas, susijungdamos į molekulinį agregatą – micelę.
Difilinės prigimties molekulės yra struktūros, susidedančios iš angliavandenilio radikalas, parametrai ir savybės, panašios į nepolinį tirpiklį ir hidrofilinę grupę, kuri dar vadinama poline.
Micelės yra specialios reguliariai išdėstytų molekulių sankaupos, kurios yra laikomos kartu pirmiausia naudojant dispersines jėgas. Micelės susidaro, pavyzdžiui, vandeniniuose ploviklių tirpaluose.
Molekulinių koloidų nustatymas
Molekuliniai koloidai vadinami didelės molekulinės masės junginiai tiek natūralios, tiek sintetinės kilmės. Molekulinė masė gali svyruoti nuo 10 000 iki kelių milijonų. Tokių medžiagų molekuliniai fragmentai yra koloidinės dalelės dydžio. Pačios molekulės vadinamos makromolekulėmis.
Ryšiai aukšti molekulinis tipas, skiedžiami, vadinami tikraisiais, vienalyčiais. Jie, esant dideliam praskiedimui, pradeda paklusti bendroji serija praskiestų junginių dėsniai.
Gauti molekulinio tipo koloidinius tirpalus yra gana paprasta užduotis. Pakanka susisiekti su atitinkamu tirpikliu.
Nepolinė makromolekulių forma gali ištirpti angliavandeniliuose, o polinė – poliniuose tirpikliuose. Pastarojo pavyzdys – įvairių baltymų tirpinimas vandens ir druskos tirpale.
Šios medžiagos vadinamos grįžtamomis dėl to, kad jas išgarinant pridedant naujų porcijų, molekulinės koloidinės dalelės tampa tirpalo pavidalu. Jų ištirpimo procesas turi pereiti etapą, kuriame jis išsipučia. Ji yra būdingas bruožas, kuris išskiria molekulinius koloidus nuo kitų aukščiau aptartų sistemų fono.
Brinkimo proceso metu tirpiklį sudarančios molekulės prasiskverbia per kietą polimero storį ir taip išstumia makromolekules. Pastarieji susiję su jų dideli dydžiai pradeda lėtai sklisti į tirpalus. Išoriškai tai galima pastebėti padidėjus polimerų tūrinei vertei.
Micelinė struktūra
Koloidinės sistemos miceles ir jų struktūrą tirti bus lengviau, jei atsižvelgsime į formavimosi procesą. Paimkime AgI. IN šiuo atveju koloidinės dalelės susidarys tokios reakcijos metu:
AgNO 3 +KI à AgI↓+KNO 3
Sidabro jodido (AgI) molekulės sudaro praktiškai netirpias daleles, kurių viduje kristalinę gardelę sudarys sidabro katijonai ir jodo anijonai.
Susidariusios dalelės iš pradžių turi amorfinę struktūrą, bet vėliau, palaipsniui kristalizuojant, įgauna nuolatinę išvaizdą.
Jei imsime AgNO 3 ir KI atitinkamais ekvivalentais, tai kristalų dalelės augs ir pasieks reikšmingas dydis, viršijančios net pačios koloidinės dalelės dydį, o paskui greitai nusėda.
Jei vartojate vieną iš medžiagų per daug, galite dirbtinai iš jos pagaminti stabilizatorių, kuris parodys koloidinio sidabro jodido dalelių stabilumą. Jei AgNO 3 yra per daug, tirpale bus daugiau teigiamų sidabro jonų ir NO 3 -. Svarbu žinoti, kad AgI kristalų gardelių susidarymo procesas paklūsta Panet-Fajanso taisyklei. Vadinasi, jis gali veikti tik esant jonams, įtrauktiems į šios medžiagos sudėtį, kuriuos šiame tirpale vaizduoja sidabro katijonai (Ag +).
Teigiami argentumo jonai ir toliau bus užbaigti branduolio kristalinės gardelės formavimo lygiu, kuris yra tvirtai įtrauktas į micelės struktūrą ir perduoda elektrinį potencialą. Būtent dėl šios priežasties jonai, naudojami branduolinei gardelei užbaigti, vadinami potencialą lemiančiais jonais. Koloidinės dalelės – micelės – susidarymo metu atsiranda ir kitų požymių, lemiančių vienokią ar kitokią proceso eigą. Tačiau čia viskas buvo aptarta naudojant pavyzdį ir paminėjus svarbiausius elementus.
Kai kurios sąvokos
Koloidinės dalelės terminas yra glaudžiai susijęs su adsorbcijos sluoksniu, kuris adsorbcijos metu susidaro kartu su potencialą lemiančio tipo jonais. bendras skaičius priešionai.
Granulė yra struktūra, kurią sudaro šerdis ir adsorbcinis sluoksnis. Jo elektrinis potencialas yra tokio pat ženklo kaip E potencialas, tačiau jo vertė bus mažesnė ir priklausys nuo pradinės priešionų vertės adsorbcijos sluoksnyje.
Koloidinių dalelių sulipimas yra procesas, vadinamas koaguliacija. Išsklaidytose sistemose iš mažų dalelių susidaro didesnės dalelės. Procesui būdinga sanglauda tarp mažų konstrukciniai komponentai susidarant krešėjimo struktūroms.
Pereikime prie kito reiškinio, kai krūvių vietą nulemia tam tikru mastu pačių krūvių kuriamas potencialas. Šis poveikis yra reikšmingas koloidų elgsenai. Koloidas yra mažų įkrautų dalelių suspensija vandenyje. Nors šios dalelės yra mikroskopinės, jos vis tiek yra labai didelės, palyginti su atomu. Jei koloidinės dalelės nebūtų įkrautos, jos būtų linkusios koaguliuoti (susijungti) į didelius gumulėlius; tačiau apkaltinti jie atstumia vienas kitą ir lieka sustabdyti. Jei druska vis dar ištirpsta vandenyje, ji disocijuoja (pasklinda) į teigiamus ir neigiamus jonus. (Toks jonų tirpalas vadinamas elektrolitu.) Neigiami jonai pritraukiami prie koloidinių dalelių (laikysime, kad jų krūviai yra teigiami), o teigiami jonai atstumiami. Turime išsiaiškinti, kaip kiekvieną koloido dalelę supantys jonai pasiskirsto erdvėje.
Kad idėja būtų aiškesnė, panagrinėkime tik vienmatį atvejį. Įsivaizduokime koloidinę dalelę labai didelio (palyginti su atomu!) rutulio pavidalu; tada nedidelę jo paviršiaus dalį galime laikyti plokštuma. (Apskritai, bandant suprasti naują reiškinį, geriau jį suprasti naudojant itin supaprastintą modelį; ir tik tada, supratus problemos esmę, reikia atlikti tikslesnius skaičiavimus.)
Tarkime, kad jonų pasiskirstymas sukuria krūvio tankį ir elektrinis potencialas, susijęs pagal elektrostatinį dėsnį, arba vienmačiu atveju pagal įstatymą
Kaip jonai pasiskirstytų tokiame lauke, jei potencialas paklustų šiai lygčiai? Tai galite sužinoti naudodami principus statistinė mechanika. Kyla klausimas, kaip nustatyti, ar statistinės mechanikos atsirandantis krūvio tankis tenkina ir sąlygą (7.28)?
Pagal statistinę mechaniką (žr. 4 leidimą, 40 skyrių), dalelės, būdamos šiluminėje pusiausvyroje jėgos lauke, pasiskirsto taip, kad dalelių tankis su koordinatėmis pateikiamas formule
, (7.29)
kur yra potenciali energija, yra Boltzmanno konstanta ir yra absoliuti temperatūra.
Tarkime, kad visi jonai turi tą patį elektrinį krūvį, teigiamą arba neigiamą. Nutolęs nuo koloidinės dalelės paviršiaus teigiamas jonas turės potencialią energiją
Tada teigiamų jonų tankis lygus
,
o neigiamo tankis
Bendras įkrovimo tankis
,
(7.30)
Pakeitę į (7.28), matome, kad potencialas turi tenkinti lygtį
(7.31)
Ši lygtis išspręsta bendras vaizdas[padauginkite abi puses iš ir integruokite per ], tačiau toliau supaprastindami problemą apsiribosime tik ribojančiu mažo potencialo atveju arba aukšta temperatūra. Šiek tiek atitinka praskiestą tirpalą. Tada rodiklis yra mažas, ir mes galime imti
(7.32)
(7.31) lygtis suteikia
(7.33)
Atkreipkite dėmesį, kad dabar dešinėje pusėje yra pliuso ženklas (sprendinys nėra svyruojantis, o eksponentinis).
Bendrasis sprendimas (7.33) turi formą
, (7.34)
Konstantos ir nustatomos iš papildomų sąlygų. Mūsų atveju jis turi būti lygus nuliui, kitaip didelių potencialas pasisuks į begalybę. Taigi,
kur yra potencialas at koloidinės dalelės paviršiuje.
Potencialas mažėja 10 kartų su atstumu iki (7.7 pav.). Skaičius vadinamas Debye ilgiu; Tai yra joninio apvalkalo, supančio kiekvieną didelę elektrolito dalelę, storio matas. (7.36) lygtis teigia, kad, didėjant jonų koncentracijai arba mažėjant temperatūrai, apvalkalas plonėja.
7.7 pav. Potencialo pokytis koloidinės dalelės paviršiuje. - Debye ilgis.
Konstantą (7.36) lengva gauti, jei žinote paviršiaus krūvis o įelektrintos dalelės paviršiuje. Mes tai žinome
(7.37)
Sakėme, kad koloidinės dalelės nesulimpa dėl elektros atstūmimo. Tačiau dabar matome, kad netoli nuo dalelės paviršiaus dėl aplinkui atsirandančio jonų apvalkalo laukas mažėja. Jei apvalkalas taptų pakankamai plonas, dalelės turėtų galimybę susidurti viena su kita. Tada jie suliptų, koloidas nusodintų ir iškristų iš skysčio. Iš mūsų analizės aišku, kad į koloidą įpylus tinkamą druskos kiekį, prasidės krituliai. Šis procesas vadinamas „koloido išsūdymu“.
Kitas įdomus pavyzdys – druskos tirpimo poveikis baltymų nusodinimui. Baltymų molekulė yra ilga, sudėtinga ir lanksti aminorūgščių grandinė. Ant jo šen bei ten yra krūvių, o kartais vieno ženklo, tarkime neigiamo, krūvis pasiskirsto visoje grandinėje. Dėl abipusio neigiamų krūvių atstūmimo baltymų grandinė išsitiesina. Jeigu tirpale yra ir kitų panašių grandinės molekulių, tai jos nesulimpa dėl to paties atstūmimo. Taip skystyje atsiranda grandinės molekulių suspensija. Bet kai tik ten įbersite druskos, suspensijos savybės pasikeis. Debye ilgis sumažės, molekulės pradės artėti viena prie kitos ir susisukti į spiralę. Ir jei yra daug druskos, tada baltymų molekulės pradės nusodinti. Yra daug kitų cheminiai reiškiniai, kurią galima suprasti remiantis elektrinių jėgų analize.
Micelė yra struktūrinis koloidinis vienetas. Būtinos sąlygos micelių formacijos yra:
a) susidaro dėl mažai tirpios medžiagos reakcijos, m susidarančios molekulės vienetas koloidinė dalelė.
Pavyzdžiui: ;
b) stabilizatoriaus buvimas - elektrolitas, suteikiantis jonų, adsorbuotų mažai tirpaus junginio paviršiuje. Pagal taisyklę Panetta – Faianza, Geriausiai adsorbuotas jonas yra tas, kuris yra adsorbento kristalinės gardelės dalis. Absorbuoti jonai, kurie užbaigia kristalinė gardelė vadinamas sunkiai tirpstantis junginys potencialą lemiantys koloidinės dalelės jonai, kadangi dalelės krūvis pagal ženklą sutampa su šių jonų krūviu. Potencialą lemiančių jonų adsorbcija vyksta spontaniškai, kartu sumažėja nemokama energijašerdies paviršius (∆G s).
Stabilizatorius paprastai yra pradinė medžiaga paimta per daug. Jei nagrinėjamoje reakcijoje druskos paimama per daug, tai bus stabilizatorius. Ir tada adsorbuotas jonas bus jonas.
Ryžiai. 4. Koloido sandaros schema
micelės: 1 – adsorbcinis sluoksnis; 2 – potion jonų sluoksnis; 3 – difuzinis sluoksnis
Kai yra druskos perteklius, stabilizatorius suteikia jodido jonų, kuriuos selektyviai adsorbuoja paviršius:
Susidaro agregatas su potencialą lemiančiais jonais micelės šerdis.
Kiti stabilizatorių jonai ( priešionai) šalia kieto paviršiaus sudaro du sluoksnius: adsorbcija(nejudantis), tvirtai prijungtas prie šerdies ir difuzija(mobilus), esantis tam tikru atstumu nuo branduolio dispersinėje terpėje. Šerdis kartu su adsorbciniu priešjonų sluoksniu vadinama koloidinė dalelė (granulė).
Micelės struktūrą patogu pavaizduoti formulės pavidalu. Soliui micelių formulė parašyta taip, jei stabilizatorius yra
jei stabilizatorius yra AgNO 3:
Jei stabilizatorius yra , tada micelės formulė bus parašyta taip:
Potencialą lemiančių jonų ir priešionų kiekiai turi atitikti jų stechiometriją stabilizatoriaus molekulėje. Kadangi koloidinės dalelės šerdies paviršiaus energija yra didesnė už potencialą lemiančių jonų sluoksnio paviršiaus energiją, priešionai adsorbuojami ant x mažiau. Šerdis kartu su adsorbciniu sluoksniu (potencialą lemiančių jonų sluoksniu ir dalimi priešjonų) sudaro granulę. Koloidinė dalelė (granulė), apsupta elektrolitų priešionių, vadinama micele. Micelė yra neutrali dalelė, o koloidinė dalelė, kaip taisyklė, turi krūvį, kurio ženklą ir dydį lemia elektrokinetinis potencialas x, atsirandantis ties adsorbcijos ir difuzinio sluoksnių riba.
Naudojant mainų reakciją, micelių sudėtis priklauso nuo to, kas į ką pridedama!
1 . Kalcio fluorido zolis buvo gautas sumaišius 32 ml natrio fluorido tirpalo, kurio NaF molinė koncentracija lygi 8,0,10 -3 mol/l, ir 25 ml kalcio chlorido tirpalo, kurio CaCl 2 molinė koncentracija lygi 9,6,10 -3 mol/l. Parašykite gauto zolio micelės formulę, nurodykite visus jos komponentus. Nustatykite koloido tipą, koloidinės solinės dalelės granulės krūvio ženklą ir judėjimo elektriniame lauke kryptį.
Sprendimas. Žinant molinės koncentracijos NaF ir CaCl 2 tirpalais, pagal lygtį nustatykite į mainų reakciją patekusio natrio fluorido ν(NaF) ir kalcio chlorido ν(CaCl 2) kiekį.
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.
Pagal reakcijos lygtį medžiagos sąveikauja viena su kita santykiu ν(NaF):ν(CaCl 2) = 2:1, o iš aukščiau pateiktų skaičiavimų aišku, kad ν(NaF):ν(CaCl 2) = ( 2,56 10 - 4)/(2,4·10 -4) = 1,07:1, t.y. tirpale yra kalcio chlorido perteklius, kuris šiuo atveju tarnauja kaip koloidinės micelės stabilizatorius. Kadangi pagal problemos sąlygas mes kalbame apie apie sąveikaujančių druskų vandeninius tirpalus, tada stabilizatorių jonai (Ca + ir Cl -) bus hidratuoti, t.y. apsuptas tirpiklio molekulių H 2 O. Tuo pačiu metu embrionas koloidinė dalelė, susidaranti iš netirpių molekulių kalcio fluoridas CaF 2, būdama kristalinė medžiaga, nesugeria vandens. Iš čia pirmoji išvada– susidūrimo dalelė yra hidrofobinis.
Iš stabilizatorių jonų kalcio jonas Ca 2+ yra genetiškai artimas embriono sudėčiai (pagal Peskovo-Fajanso taisyklę). Iš čia mes darome antra išvada – potencialą lemiantys jonai bus jonų Ca 2+ ρН 2 O, ir todėl granulė koloidinė micelė bus teigiamai įkrautas, t.y. elektriniame lauke bus judėti link katodo.
PriešpriešaiŠiame tirpale hidratuoti chlorido jonai tarnauja kaip stabilizatoriai 2Cl - ·(q+ℓ)H2O, kurios yra aplink šerdį du sluoksniai: pirmasis yra adsorbcija, susidedantis iš 2Cl - ·qH 2 O, antrasis yra difuzinis, jo struktūra yra 2Cl - ·ℓH 2 O.
Dabar galime parašyti micelinę kalcio fluorido zolio dalelės formulę:
([(m(CaF 2) nCa 2+ ρН 2 O) 2 n+ ·2(n-x)Cl - ·qH 2 O] 2 x+ + 2xCl - ·ℓH 2 O) 0 .
potencialas- |embrionas _| adsorbuoja. difuzinis sluoksnis sluoksnis
apibrėžiantis | šerdis| priešionai
jonų | granulė |
| micelė|
Kaip matome, CaF 2 sol granulės šiuo atveju yra teigiamai įkrautos ir panaudojus elektrinis laukas granulė pajudės link neigiamai įkrauto elektrodo (katodo), o difuzinio sluoksnio (2xCl - ·ℓH 2 O) priešionai – link teigiamai įkrauto elektrodo (anodo).
Atsakymas: susidaro hidrofobinis zolis, granulė teigiamai įkraunama ir veikiama elektrinio lauko juda į katodą.
2 . Bario sulfato zolis buvo gautas maišant vienodos apimties bario nitrato ir sieros rūgšties tirpalai. Parašykite sol micelės formulę, kurios granulė elektriniame lauke juda į anodą. Atsakykite į klausimą, ar pradinės molinės elektrolitų koncentracijos bus vienodos. Nurodykite sol micelės prigimtį ir struktūrą.
Sprendimas. Netirpi dispersinė fazė koloidiniame tirpale, susidariusiame maišant Ba(NO 3) 2 ir H 2 SO 4 tirpalus, pagal mainų reakciją bus kristalinis bario sulfatas
Ba(NO 3) 2 + H 2 SO 4 = ↓BaSO 4 + 2HNO 3.
Kadangi išsklaidyta fazė turi kristalų struktūra, tada jos pagrindu susidariusi micelė yra hidrofobinė. Jei granulė juda link anodo, tai reiškia, kad ji turi neigiamas krūvis ir todėl potencialą lemiančiais jonais gali būti tik hidratuoti SO 4 2- · pH 2 O anijonai (Peskovo-Fajanso taisyklė). Aišku, kad priešionai yra hidratuoti protonai 2H + ·(q+ℓ)H 2 O, t.y. Elektrolito stabilizatorius yra sieros rūgštis, tai reiškia, kad jo koncentracija šioje sistemoje turėtų būti didesnė, palyginti su bario nitrato tirpalo koncentracija: C μ (H 2 SO 4) > C μ (Ba(NO 3) 2 .
Atsižvelgdami į analizę, sudarysime hidrofobinio bario sulfato zolio micelės formulę:
([(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 .
potencialas- | embrionas | adsorbuoja. difuzinis sluoksnis sluoksnis
apibrėžiantis | šerdis| priešionai
jonų| granulė |
| micelė|
Atsakymas: bario sulfato zolis yra hidrofobinis, granulė neigiamai įkrauta, tirpale C μ (H 2 SO 4) > C μ (Ba(NO 3) 2 .
3 . Geležies (3) hidroksido zolis, gaunamas į 85 ml verdančio distiliuoto vandens įpylus 15 ml geležies (3) chlorido tirpalo, kurio FeCl 3 masės dalis yra lygi 2 %, susidaro dėl dalinės druskos hidrolizės pagal. prie lygties:
FeCl 3 + 3H 2 O = ↓Fe(OH) 3 + 3HCl.
Parašykite galimas Fe(OH) 3 sol micelių formules, atsižvelgdami į tai, kad formuojantis geležies hidroksido dalelėms (3) tirpale buvo šie jonai: Fe 3+, FeO +, H +, Cl -, Oi -. Šiuo atveju visi jonai yra hidratuojami tirpiklio molekulėmis.
Sprendimas. Kaip rodo problemos teiginyje pateikta hidrolizės lygtis, susidarymas netirpus hidroksidas geležis (3) atitinka santykį Cμ(Fe 3+):Cμ(OH -) = ν(Fe 3+):ν(OH -) = 1:3.
Nustatykime kiekvieno hidrolizės proceso dalyvio medžiagos kiekį. Pagal 10 priedo lentelę Nr. 3 2 % geležies chlorido tirpalo (3) tankis esant normaliomis sąlygomis lygus 1,015 g/cm3. FeCl 3 masės priklausomybė ir masės dalisω(FeCl 3) nustatomas iš santykio m(FeCl 3) = ω(FeCl 3)·V tirpalas (FeCl 3)·ρ tirpalas (FeCl 3). Kita vertus, druskos medžiagos kiekis ν(FeCl 3) = m(FeCl 3)/M(FeCl 3), kur M(FeCl 3) – molinė masė geležies chloridas, jis lygus M(FeCl 3) = 56 + 3·35,5 = 162,5 g/mol. Iš čia gauname skaičiavimo formulė druskos medžiagos kiekiui, taigi ir Fe 3+ jonų medžiagos kiekiui, patekusiam į hidrolizės reakciją, nustatyti:
ν(Fe 3+) = ν(FeCl 3) = [ω(FeCl 3) · V tirpalas (FeCl 3) · ρ tirpalas (FeCl 3)]/M(FeCl 3).
Atlikime atitinkamus skaičiavimus ir gaukime:
ν(Fe 3+) = ν(FeCl 3) = (0,02·15·1,015)/162,5 = 1,85·10 -3 mol.
Koncentracijai Cμ ir medžiagos kiekiui ν hidroksido jonai OH nustatyti – prisiminkime vandens joninio produkto taisyklę. Jame teigiama, kad neutraliame tirpale H + ir OH – jonų molinės koncentracijos yra lygios ir neviršija 1·10 -7 mol/l. Hidrolizės metu, kaip rodo lygtis problemos teiginyje, OH koncentracija bus dar mažesnė (hidrolizė veda prie tirpalo rūgštėjimo). Net jei manytume, kad mūsų sistemoje yra 100 ml švarus vanduo, tuomet juose bus ne daugiau 1·10 -7 molių OH – jonų.
Vadinasi, vanduo (kaip OH – ir H+ jonų šaltinis) negali veikti kaip stabilizatorius elektrolitas, kai susidaro geležies hidroksido micelės (3). Tačiau kiti jonai - Fe 3+, FeO +, Cl - gali dalyvauti koloidinių dalelių stabilizavime. Remdamiesi šiais samprotavimais, sukonstruosime dvi galimas sol micelių formules, nepamirštant, kad geležies hidroksidas yra amorfinė medžiaga, todėl aktyviai adsorbuoja tirpiklio molekules. Tai reiškia, kad abi galimos micelės bus hidrofilinės.
1 atvejis): potencialą lemiantys jonai – Fe 3+ ·pH 2 O; priešionai - 3Сl - ·(q+ℓ)H 2 O. Tokiomis sąlygomis Fe(OH) 3 zolio hidrofilinės micelės formulė atrodys taip: ([(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 .
2 atvejis): potencialą lemiantys jonai – FeO + ·pH 2 O; priešionai - Cl - ·(q+ℓ)H 2 O. Hidrofilinė micelė, jos formulė
([(m(Fe(OH) 3 ·rH 2 O · nFeО + ·pH 2 O) n+ ·(n-x)Cl – ·qH 2 O] x+ + xCl – ·ℓH 2 O) 0 .
Abiem atvejais granulės turi teigiamą krūvį ir elektriniame lauke juda katodo link.
Atsakymas: galimas dviejų hidrofilinių micelių susidarymas su teigiamo krūvio granulėmis
([(m(Fe(OH) 3 ·rH 2 O · nFeО + ·pH 2 O) n+ · (n-x)Cl – ·qH 2 O] x+ + xCl – ·ℓH 2 O) 0
ir ([(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 . Prūsijos mėlynasis zolis gali būti gaunamas reaguojant neekvivalentiškus kiekius praskiestų geležies (3) chlorido ir kalio fericianato K 4 tirpalų. Parašykite hidrofobinių zolių micelių formules, turėdami omenyje, kad sudėtingi jonai hidratuojami tokia pat jėga kaip ir paprastieji.
Sprendimas. Koloidinių tirpalų susidarymas pagrįstas mainų reakcija, dėl kurios susidaro netirpi fazė:
4FeCl 3 + 3K 4 = ↓Fe 4 3 + 12KCl.
Netirpios geležies (3) heksacianoferato (2) dalelės sudaro koloidinį branduolį, kuris yra hidrofobinis, nes medžiaga turi kristalų struktūra. Priklausomai nuo to, kuri iš druskų paimama per daug, potencialą lemiantys jonai gali būti arba hidratuoti 4- · pH 2 O anijonai, arba hidratuoti Fe 3+ · pH 2 O katijonai skirtingų atvejų arba 4K + ·(q+ℓ)H2O, arba 4Cl - ·(q+ℓ)H2O.
Remdamiesi analize, sudarysime galimų micelių formules:
a) C N K 4 > C N FeCl 3, tada
([ (m(Fe 4 3 · n 4- ·рН 2 O) 4 n- · 4 (n-x) K + · q (H 2 O)] 4 x- + 4xK + · ℓ H 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 .
Nors abi micelės yra hidrofobinės, jų granulių krūviai yra priešingi. Jei sumaišysite tirpalus lygiaverčiais kiekiais, granulių susidarymo stadijoje įkrovos bus kompensuojamos, o micelės krešės (jos bus sunaikintos).
Atsakymas: dviem skirtingais atvejais susidariusių micelių formulės turi tokią formą:
a) ([(m(Fe 4 3 · n 4- ·рН 2 O) 4 n- · 4 (n-x) K + · q (H 2 O)] 4 x- + 4xK + · ℓ H 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 . Apskaičiuokite 0,0025 M KI tirpalo tūrį, kurį reikia įpilti į 0,035 l 0,003 N. Pb(NO 3) 2 tirpalu, kad gautų hidrofobinį švino jodido zolį ir elektroforezės metu jo priešionai persikėlė į anodą. Sukurkite sol micelės formulę.
Sprendimas. Kaip jau ne kartą buvo pabrėžta, koloidinio tirpalo susidarymas grindžiamas mainų reakcija, dėl kurios susidaro netirpi dispersinė fazė: 2KI + Pb(NO 3) 2 = ↓PbI 2 + 2 KNO 3.
Jei elektroforezės metu micelės priešionai pereina į anodą, jie yra neigiamai įkrauti, o potencialą lemiantys jonai yra teigiami jonai. Pagal Peskovo-Fajanso taisyklę dispersinei PbI 2 fazei tokie gali būti tik švino katijonai Pb 2+. Iš čia aišku, kad švino nitrato Pb(NO 3) 2 tirpalas veikia kaip stabilizatorius elektrolitas, o NO 3 - anijonai tampa priešionais.
Tokiomis sąlygomis elektrolito stabilizatoriaus turi būti per daug, todėl
C N (Pb(NO 3) 2 V(Pb(NO 3) 2 > C N (KI) V(KI).
Išspręskime gautą nelygybę dėl kalio jodido tirpalo tūrio, prisimindami, kad 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).
Tai reiškia, kad norint gauti švino jodido zolį, reikia naudoti mažiau nei 42 ml 0,0025 mol/l kalio jodido tirpalo.
Hidrofobinės švino jodido micelės formulė yra tokia:
Atsakymas: Norint gauti švino jodido zolį su teigiama granule ir neigiamais priešionais, reikia naudoti mažiau nei 42 ml KI tirpalo;
Solio micelė yra hidrofobinio pobūdžio, jos formulė yra
([(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 .
Leidžiamumasε = 81, vidutinis klampumas η = 1·10-3 N·s/m2. 18. Koks slėgis turi būti taikomas spaudžiant 96% tirpalą per bario karbonato membraną? etilo alkoholis kad srauto potencialas būtų lygus 1,98 V? Elektrokinetinis potencialas yra 0,054 V, specifinis vidutinė = 1,1·10-4 Ohm-1m-1, dielektrinė konstanta ε = 81, vidutinė klampa η = 1,2·10-3 N·s/m2. 19. Apskaičiuokite solo elektrokinetinio potencialo reikšmę in metilo alkoholis , jei elektroforezės greitis U = 6,6 10-6 m/s, įtampos gradientas išorinis laukas Н = 300 V/m, terpės dielektrinė konstanta ε = 34, terpės klampumas η = 6,12·10-4 N·s/m2. 20. Kokios stiprios srovės metu vandeninio KCl tirpalo elektroosmosinio judėjimo metu per polistireno membraną jo tūrinis greitis bus lygus = 8,6·10-10 m3/s? Savitasis terpės elektrinis laidumas = 7,5·10-2 Ohm-1m-1, vandens dielektrinė konstanta ε = 81, terpės klampumas η = 1·10-3 N·s/m2. Elektrokinetinio potencialo reikšmė = 0,062 V. 21. Apskaičiuokite elektrokinetinio potencialo reikšmę ties riba: bario karbonato membrana – 96 % etilo alkoholio tirpalas. Srauto potencialas 0,7 V, taikomas slėgis 7,9 103 N/m2, elektros laidumas = 1 10-4 Ohm-1m-1, dielektrinė konstanta ε = 81, vidutinė klampa η = 1,2 10 -3 N s/m2. 22. Apskaičiuokite švino zolio elektrokinetinio potencialo reikšmę metilo alkoholyje, jei tirpalo lygio greitis per 10 minučių pasislinko 1,1 mm, esant 10 cm atstumui tarp elektrodų ir veikiant 30 V išorinio lauko įtampai. terpės dielektrinė konstanta ε = 34, terpės klampumas η = 6,12·10-4 N·s/m2. 23. Apskaičiuokite elektrokinetinio potencialo reikšmę ties polistireno membranos riba - vandeninis tirpalas micelės yra pagrindinės medžiagos agregatas, susidedantis iš daugybės kristalinės arba amorfinės struktūros molekulių (atomų). Agregatas yra elektriškai neutralus, tačiau turi didelę adsorbcijos gebą ir gali adsorbuoti jonus iš tirpalo ant paviršiaus – potencialą lemiančius jonus (POI). Renkantis potencialą lemiančius jonus, vadovaujamasi empirine Fajanso-Paneto-Peskovo taisyklė: „Ant kieto agregato paviršiaus pirmiausia adsorbuojami jonai, kurie: yra agregato dalis; ir mažiau tvirtai susietas su branduoliu. Apskritai susidaro micelė. Micelė, skirtingai nei koloidinė dalelė, yra elektriškai neutrali. Elektrolitas, kurio jonai sudaro DES, vadinamas elektrolitu - stabilizatoriumi, nes jis stabilizuoja zolį, suteikdamas jam agregacinį stabilumą. Problemų sprendimo pavyzdžiai 1 pavyzdys. Sidabro jodido zolis buvo gautas cheminės kondensacijos būdu su sidabro nitrato pertekliumi. Į kurį elektrodą dalelė judės elektroforezės metu? Parašykite sol micelės formulę. Sprendimas: 1. Apsvarstykite sidabro jodido zolio micelės susidarymą su sidabro nitrato pertekliumi: AgNO3(ex.) KJ AgJ KNO3 Kadangi sidabro nitrato imama per daug, todėl AgNO3 tirpalas bus stabilizatorius. elektrolitas, kurio jonai sudaro DES: AgNO3 Ag NO3 2. Pagal Fajanso-Paneto-Peskovo taisyklę Ag jonai bus potencialą lemiantys jonai, tada NO3 jonai bus priešionai. elektrolitų, jei elektroforezės metu dalelė juda į katodą? Parašykite sol micelės formulę. Al(OH)3. Parašykite Cu2 sol micelių formulę. 3. Micelės formulė bus užrašoma taip: mgJnAg + . (n-x) N O3-x+. xN O3 - potencialą-agregatą lemiantys priešionai priešionai jonai šerdis adsorbcinis sluoksnis difuzinis sluoksnis koloidinė dalelė (granulė) micelė m - agregatą sudarančių molekulių arba atomų skaičius;, nepakanka, kad visiškai ištirptų nuosėdos. Šiuo atveju susidarė Al(OH)3 zolis. Parašykite solo micelės formulę, atsižvelgdami į tai, kad elektriniame lauke solo dalelės juda katodo link. 22. Metalinio aukso hidrozolis gali būti gaunamas redukuojant kalio auratą KAuO2 formaldehidu. Kalio auratas yra zolio stabilizatorius. Parašykite micelės formulę ir nustatykite koloidinės dalelės krūvio ženklą. Į kurį elektrodą dalelės judės elektroforezės metu? esant tam tikrai koncentracijai jie gali sukelti koloidinio tirpalo koaguliaciją. 2. Krūvio ženklo taisyklė: koloidinio tirpalo (sol) koaguliaciją sukelia tas elektrolito jonas, kurio krūvio ženklas yra priešingas koloidinės dalelės krūviui. Šis elektrolito jonas vadinamas koaguliatoriaus jonu. 3. Kiekvienas elektrolitas turi krešėjimo slenkstį tam tikro zolio atžvilgiu. Krešėjimo slenkstis () – minimali elektrolito koncentracija, kurios pakanka akivaizdžiai zolio koaguliacijai sukelti: V C , (10.1) W čia: - krešėjimo slenkstis, mol/l; V – krešėjimą sukeliančio elektrolito tūris, ml; C - elektrolitų koncentracija, mol/l; turi Ca2+ joną, todėl Ca(NO3)2 elektrolitas turės žemiausią krešėjimo slenkstį.
