Glavna tema tega članka bo koloidni delec. Tukaj si bomo ogledali koncept in micele. Seznanili se bomo tudi z glavnimi vrstna pestrost delci, razvrščeni kot koloidni. Oglejmo si ločeno različne lastnosti izraz, ki se preučuje, nekateri posamezni koncepti in še veliko več.
Uvod
Koncept koloidnega delca je tesno povezan z različnimi raztopinami. Skupaj lahko tvorijo različne sisteme mikroheterogene in razpršene narave. Delci, ki tvorijo takšne sisteme, so običajno veliki od enega do sto mikronov. Poleg tega, da ima površino z jasno ločeni z mejami med dispergiranim medijem in fazo je za koloidne delce značilna lastnost nizke stabilnosti, same raztopine pa se ne morejo tvoriti spontano. Prisotnost velike raznolikosti v strukturi notranja struktura in velikosti povzročajo ustvarjanje veliko število metode za proizvodnjo delcev.
Koncept koloidnega sistema
V koloidnih raztopinah tvorijo delci v celoti dispergirane sisteme, ki so vmesni med raztopinami, ki so definirane kot prave in grobo dispergirane. V teh raztopinah so kapljice, delci in celo mehurčki, ki tvorijo dispergirano fazo, velikosti od enega do tisoč nm. Porazdeljeni so po razpršenem mediju, običajno neprekinjeni, in se od prvotnega sistema razlikujejo po sestavi in/ali agregatnem stanju. Da bi bolje razumeli pomen takšne terminološke enote, jo je bolje obravnavati v ozadju sistemov, ki jih tvori.
Definiranje lastnosti
Med lastnostmi koloidnih raztopin je mogoče identificirati glavne:
- Nastajajoči delci ne motijo prehoda svetlobe.
- Prozorni koloidi imajo lastnost dispergiranja svetlobni žarki. Ta pojav imenujemo Tyndallov učinek.
- Naboj koloidnega delca je enak za disperzne sisteme, zaradi česar se ne morejo pojaviti v raztopini. Pri Brownovem gibanju se razpršeni delci ne morejo izločiti, kar je odvisno od njihovega vzdrževanja v stanju letenja.
Glavne vrste
Osnovne klasifikacijske enote koloidnih raztopin:
- Suspenzija delcev trdna vrsta v plinih se imenuje dim.
- Suspenzija tekočih delcev v plinih se imenuje megla.
- Aerosol nastane iz majhnih trdnih ali tekočih delcev, suspendiranih v plinastem okolju.
- Plinska suspenzija v tekočinah oz trdne snovi imenovana pena.
- Emulzija je tekoča suspenzija v tekočini.
- Sol je disperzni sistem ultramikroheterogenega tipa.
- Gel je suspenzija dveh komponent. Prvi ustvari tridimenzionalni okvir, katerega praznine bodo napolnjene z različnimi topili z nizko molekulsko maso.
- Suspenzijo trdnih delcev v tekočinah imenujemo suspenzija.
V vseh teh koloidni sistemi in velikosti delcev se lahko zelo razlikujejo glede na njihov izvor in agregatno stanje. Toda kljub tako izjemno raznolikemu številu sistemov z različnimi strukturami so vsi koloidni.
Raznolikost vrst delcev
Primarni delci s koloidnimi dimenzijami so glede na vrsto notranje zgradbe razdeljeni na naslednje vrste:
- Suspenzoidi. Imenujejo se tudi ireverzibilni koloidi, ki ne morejo samostojno obstajati v dolga obdobjačas.
- Koloidi micelarnega tipa ali, kot jih imenujemo tudi polkoloidi.
- Reverzibilni koloidi (molekularni).
Procesi nastajanja teh struktur se med seboj zelo razlikujejo, kar otežuje proces njihovega razumevanja na podrobni ravni, na ravni kemije in fizike. Koloidni delci, iz katerih nastanejo takšne imajo izjemno različne oblike in pogoji za proces nastajanja celovitega sistema.
Določitev suspenzij
Suspenzoidi so raztopine, ki vsebujejo kovinske elemente in njihove različice v obliki oksida, hidroksida, sulfida in drugih soli.
Vsi sestavni delci zgoraj omenjenih snovi imajo molekularno ali ionsko kristalno mrežo. Tvorijo fazo razpršene vrste snovi - suspenzijo.
Posebnost, ki jim omogoča razlikovanje od vzmetenja, je prisotnost več visoka stopnja disperzija. Vendar so med seboj povezani z odsotnostjo stabilizacijskega mehanizma za disperzijo.
Nepovratnost suspenzij je razložena z dejstvom, da usedlina iz procesa parjenja preprečuje, da bi oseba ponovno pridobila sole z ustvarjanjem stika med usedlino in razpršenim medijem. Vse suspenzije so liofobne. V takšnih raztopinah se delci, povezani s kovinami in derivati soli, ki so bili zdrobljeni ali kondenzirani, imenujejo koloidni.
Proizvodna metoda se ne razlikuje od dveh načinov, na katera vedno nastanejo razpršeni sistemi:
- Pridobljeno z disperzijo (mletje velikih teles).
- Metoda kondenzacije ionskih in molekularno raztopljenih snovi.
Določanje koloidov micelija
Micelarne koloide imenujemo tudi polkoloidi. Delci, iz katerih so ustvarjeni, lahko nastanejo, če obstaja zadostna raven amfifilnega tipa. Takšne molekule lahko tvorijo samo snovi z nizko molekulsko maso z združevanjem v molekulski agregat - micel.
Molekule difilne narave so strukture, sestavljene iz ogljikovodikov radikal, parametri in lastnosti podobni nepolarnemu topilu in hidrofilni skupini, ki ji pravimo tudi polarna.
Micele so posebni skupki pravilno razporejenih molekul, ki se držijo skupaj predvsem z uporabo disperzijskih sil. Micele nastanejo na primer v vodnih raztopinah detergentov.
Določanje molekularnih koloidov
Molekularni koloidi se imenujejo spojine z visoko molekulsko maso tako naravnega kot sintetičnega izvora. Molekulska masa se lahko giblje od 10.000 do nekaj milijonov. Molekularni fragmenti takih snovi imajo velikost koloidnega delca. Same molekule se imenujejo makromolekule.
Povezave visoke molekularni tip, predmet redčenja, se imenujejo pravi, homogeni. V primeru ekstremnega redčenja začnejo ubogati splošne serije zakoni za razredčene spojine.
Pridobivanje koloidnih raztopin molekularnega tipa je precej preprosta naloga. Dovolj je, da pride v stik z ustreznim topilom.
Nepolarna oblika makromolekul se lahko raztopi v ogljikovodikih, polarna oblika pa se lahko raztopi v polarnih topilih. Primer slednjega je raztapljanje različnih beljakovin v raztopini vode in soli.
Te snovi se imenujejo reverzibilne zaradi dejstva, da njihovo izhlapevanje z dodajanjem novih delov povzroči, da molekularni koloidni delci prevzamejo obliko raztopine. Proces njihovega raztapljanja mora iti skozi fazo, v kateri nabrekne. Ona je značilna lastnost, ki loči molekularne koloide od ozadja drugih sistemov, o katerih smo razpravljali zgoraj.
Med postopkom nabrekanja molekule, ki tvorijo topilo, prodrejo v trdno debelino polimera in s tem potisnejo makromolekule narazen. Slednji v povezavi z njihovim velike velikosti začnejo počasi difundirati v raztopine. Navzven je to mogoče opaziti s povečanjem volumetrične vrednosti polimerov.
Struktura micela
Micele koloidnega sistema in njihovo strukturo bomo lažje preučevali, če upoštevamo proces nastajanja. Vzemimo AgI. IN v tem primeru med naslednjo reakcijo bodo nastali koloidni delci:
AgNO 3 +KI à AgI↓+KNO 3
Molekule srebrovega jodida (AgI) tvorijo praktično netopne delce, znotraj katerih bodo kristalno mrežo tvorili srebrovi kationi in jodovi anioni.
Nastali delci imajo sprva amorfno strukturo, nato pa s postopno kristalizacijo pridobijo trajen videz.
Če vzamemo AgNO 3 in KI v ustreznih ekvivalentih, potem kristalni delci bo rasel in dosegel pomembna velikost, ki presega celo velikost samega koloidnega delca, in se nato hitro oborijo.
Če vzamete eno od snovi v presežku, lahko iz nje umetno naredite stabilizator, ki bo kazal na stabilnost delcev koloidnega srebrovega jodida. Če je preveč AgNO 3, bo raztopina vsebovala več pozitivnih srebrovih ionov in NO 3 -. Pomembno je vedeti, da je proces nastajanja kristalnih mrež AgI podrejen Paneth-Fajansovemu pravilu. Posledično lahko poteka le v prisotnosti ionov, vključenih v sestavo te snovi, ki so v tej raztopini predstavljeni s srebrovimi kationi (Ag +).
Pozitivni ioni argentuma se bodo še naprej dopolnjevali na ravni tvorbe kristalne mreže jedra, ki je trdno vključeno v strukturo micela in sporoča električni potencial. Zaradi tega se ioni, ki se uporabljajo za dokončanje jedrske mreže, imenujejo ioni, ki določajo potencial. Pri nastajanju koloidnega delca - micele - obstajajo druge značilnosti, ki določajo tak ali drugačen potek procesa. Vendar je bilo tukaj vse obravnavano na primeru in omembi najpomembnejših elementov.
Nekaj konceptov
Izraz koloidni delec je tesno povezan z adsorpcijsko plastjo, ki nastane sočasno z ioni, ki določajo potencial, med adsorpcijo skupno število protiioni.
Granula je struktura, ki jo tvorita jedro in adsorpcijska plast. Ima električni potencial istega predznaka kot E-potencial, vendar bo njegova vrednost manjša in odvisna od začetne vrednosti protiionov v adsorpcijski plasti.
Lepljenje koloidnih delcev je proces, ki se imenuje koagulacija. V razpršenih sistemih vodi do tvorbe večjih delcev iz majhnih delcev. Za proces je značilna kohezija med majhnimi strukturne komponente s tvorbo koagulacijskih struktur.
Obrnimo se k drugemu pojavu, ko lokacijo nabojev določa potencial, ki ga do neke mere ustvarijo naboji sami. Ta učinek je pomemben za obnašanje koloidov. Koloid je suspenzija majhnih nabitih delcev v vodi. Čeprav so ti delci mikroskopski, so še vedno zelo veliki v primerjavi z atomom. Če koloidni delci ne bi bili nabiti, bi radi koagulirali (združili) v velike kepe; vendar, ko so nabiti, se odbijajo in ostanejo obešeni. Če je sol še vedno raztopljena v vodi, disociira (razširi) na pozitivne in negativne ione. (Takšni raztopini ionov pravimo elektrolit.) Negativne ione privlačijo koloidni delci (predpostavili bomo, da so njihovi naboji pozitivni), pozitivne ione pa odbijajo. Ugotoviti moramo, kako so ioni, ki obdajajo vsak delček koloida, porazdeljeni v prostoru.
Da bo ideja jasnejša, razmislimo le o enodimenzionalnem primeru. Predstavljajmo si koloidni delec v obliki zelo velike (v primerjavi z atomom!) krogle; potem lahko majhen del njegove površine štejemo za ravnino. (Na splošno je pri razumevanju novega pojava bolje, da ga razumemo s skrajno poenostavljenim modelom; in šele nato, ko razumemo bistvo problema, se lotimo natančnejših izračunov.)
Predpostavimo, da porazdelitev ionov ustvarja gostoto naboja in električni potencial, povezane z elektrostatičnim zakonom ali v enodimenzionalnem primeru z zakonom
Kako bi bili ioni porazdeljeni v takem polju, če bi potencial upošteval to enačbo? To lahko ugotovite z uporabo načel statistična mehanika. Vprašanje je, kako ugotoviti, da gostota naboja, ki izhaja iz statistične mehanike, izpolnjuje tudi pogoj (7.28)?
Po statistični mehaniki (glej številko 4, poglavje 40) so delci, ki so v toplotnem ravnovesju v polju sil, porazdeljeni tako, da je gostota delcev s koordinato podana s formulo
, (7.29)
kjer je potencialna energija, je Boltzmannova konstanta in je absolutna temperatura.
Predpostavimo, da imajo vsi ioni enak električni naboj, pozitiven ali negativen. Na razdalji od površine koloidnega delca bo imel pozitivni ion potencialno energijo
Gostota pozitivnih ionov je takrat enaka
,
in gostota negativnega
Skupna gostota naboja
,
(7.30)
Če nadomestimo v (7.28), vidimo, da mora potencial zadostiti enačbi
(7.31)
Ta enačba je rešena v splošni pogled[pomnožimo obe strani in integriramo čez ], vendar se bomo, če nadaljujemo s poenostavljanjem problema, tukaj omejili le na mejni primer majhnih potencialov oz. visoke temperature. Malo ustreza razredčeni raztopini. Eksponent je takrat majhen in lahko vzamemo
(7.32)
Enačba (7.31) daje
(7.33)
Opazite, da je zdaj na desni strani znak plus (rešitev ni oscilatorna, ampak eksponentna).
Splošna rešitev (7.33) ima obliko
, (7.34)
Konstante in so določene iz dodatnih pogojev. V našem primeru mora biti nič, sicer se bo potencial za velike obrnil v neskončnost. Torej,
kjer je potencial at na površini koloidnega delca.
Potencial se zmanjša za faktor 10 z razdaljo do (slika 7.7). Število se imenuje Debyejeva dolžina; Je merilo debeline ionske lupine, ki obdaja vsak velik nabit delec v elektrolitu. Enačba (7.36) navaja, da postane lupina tanjša, ko se koncentracija ionov poveča ali temperatura zniža.
Slika 7.7. Sprememba potenciala na površini koloidnega delca. - Debye dolžina.
Konstanto v (7.36) je enostavno dobiti, če poznate površinski naboj in na površini nabitega delca. To vemo
(7.37)
Rekli smo, da se koloidni delci ne zlepijo zaradi električnega odbijanja. Zdaj pa vidimo, da se nedaleč od površine delca zaradi ionske lupine, ki nastaja okoli njega, polje zmanjša. Če bi lupina postala dovolj tanka, bi imeli delci možnost trčiti drug ob drugega. Potem bi se zlepili, koloid bi se izločil in padel iz tekočine. Iz naše analize je razvidno, da se po dodajanju primerne količine soli koloidu začne padavina. Ta proces se imenuje "izsoljenje koloida".
Drug zanimiv primer je učinek raztapljanja soli na obarjanje beljakovin. Beljakovinska molekula je dolga, kompleksna in prožna veriga aminokislin. Na njem so tu in tam naboji, včasih pa je po celotni verigi razporejen naboj enega predznaka, recimo negativnega. Kot posledica medsebojnega odbijanja negativnih nabojev beljakovinska veriga se zravna. Če so v raztopini še druge podobne verižne molekule, potem se zaradi enakega odboja ne držijo skupaj. Tako se v tekočini pojavi suspenzija verižnih molekul. Toda takoj, ko tam dodate sol, se bodo lastnosti suspenzije spremenile. Debyejeva dolžina se bo zmanjšala, molekule se bodo začele približevati druga drugi in se zvijati v spirale. In če je soli veliko, se bodo molekule beljakovin začele obarjati. Obstaja veliko drugih kemijski pojavi, kar lahko razumemo na podlagi analize električnih sil.
Micel je strukturna koloidna enota. Potrebni pogoji micelne tvorbe so:
a) nastanek kot posledica reakcije težko topne snovi, m molekule, ki tvorijo enota koloidni delec.
Na primer: ;
b) prisotnost stabilizatorja - elektrolita, ki zagotavlja ione, adsorbirane na površini težko topne spojine. Po pravilu Panetta–Faianza, Najbolje se adsorbira tisti ion, ki je del kristalne mreže adsorbenta. Absorbirane ione, ki dokončajo kristalna mreža težko topno spojino imenujemo ioni, ki določajo potencial koloidnega delca, saj naboj delca v znaku sovpada z nabojem teh ionov. Adsorpcija ionov, ki določajo potencial, se zgodi spontano, spremlja pa jo zmanjšanje prosta energija površina jedra (∆G s).
Stabilizator je običajno začetni material vzeti v presežku. Če v obravnavani reakciji sol vzamemo v presežku, bo to stabilizator. In potem bo adsorbirani ion ion.
riž. 4. Shema strukture koloida
miceli: 1 – adsorpcijska plast; 2 – plast napitnih ionov; 3 – difuzna plast
Ko je soli presežek, stabilizator zagotavlja jodidne ione, ki jih površina selektivno adsorbira:
Nastane agregat z ioni, ki določajo potencial micelnega jedra.
Drugi stabilizatorski ioni ( protiioni) tvorita dve plasti blizu trdne površine: adsorpcija(nepremično), trdno povezano z jedrom in difuzijo(mobilno), ki se nahaja na določeni razdalji od jedra v disperzijskem mediju. Jedro skupaj z adsorpcijsko plastjo protiionov imenujemo koloidni delec (granula).
Strukturo micele je priročno predstaviti v obliki formule. Za sol je formula micela zapisana na naslednji način, če je stabilizator
če je stabilizator AgNO 3:
Če je stabilizator, bo formula micela zapisana takole:
Količine ionov in protiionov, ki določajo potencial, morajo ustrezati njihovi stehiometriji v molekuli stabilizatorja. Ker je površinska energija na jedru koloidnega delca večja od površinske energije na plasti ionov, ki določajo potencial, se protiioni adsorbirajo na x manj. Jedro skupaj z adsorpcijsko plastjo (plast ionov, ki določajo potencial in del protiionov) sestavlja granulo. Koloidni delec (granula), obdan z elektrolitnimi protiioni, se imenuje micel. Micela je nevtralni delec, koloidni delec pa ima praviloma naboj, katerega znak in velikost sta določena z elektrokinetičnim potencialom x, ki nastane na meji med adsorpcijsko in difuzno plastjo.
Pri uporabi reakcije izmenjave je sestava micelov odvisna od tega, kaj je čemu dodano!
1 . Sol kalcijevega fluorida smo dobili z mešanjem 32 ml raztopine natrijevega fluorida z molsko koncentracijo NaF 8,0·10 -3 mol/l in 25 ml raztopine kalcijevega klorida z molsko koncentracijo CaCl 2 9,6·10 -3 mol/l. Napišite formulo micela nastalega sola, navedite vse njegove sestavine. Določite vrsto koloida, znak naboja zrnca delca koloidnega sola in smer njegovega gibanja v električnem polju.
rešitev. Vedeti molske koncentracije raztopini NaF in CaCl 2 določite količino natrijevega fluorida ν(NaF) in kalcijevega klorida ν(CaCl 2), ki sta vstopila v reakcijo izmenjave po enačbi
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.
Po reakcijski enačbi snovi medsebojno delujejo v razmerju ν(NaF):ν(CaCl 2) = 2:1, iz zgornjih izračunov pa je razvidno, da je ν(NaF):ν(CaCl 2) = ( 2,56 10 - 4)/(2,4·10 -4) = 1,07:1, tj. v raztopini je presežek kalcijevega klorida, ki v tem primeru služi kot stabilizator koloidnega micela. Ker glede na pogoje problema govorimo o o vodnih raztopinah medsebojno delujočih soli, potem bodo stabilizatorski ioni (Ca + in Cl -) hidrirani, tj. obdan z molekulami topila H 2 O. Hkrati zarodek koloidni delec, ki nastane iz netopnih molekul kalcijev fluorid CaF2, ki je kristalna snov, ne absorbira vode. Od tukaj prvi sklep– trčen delec je hidrofoben.
Od stabilizatorskih ionov je kalcijev ion Ca 2+ genetsko blizu sestave zarodka (po Peskov-Fajansovem pravilu). Od tukaj naprej drugi sklep – ioni, ki določajo potencial tam bodo ioni Ca 2+ ρН 2 O, in zato zrnca koloidni micel bo pozitivno nabit, tj. v električnem polju bo premakniti proti katodi.
Nasprotniki v tej raztopini hidratizirani kloridni ioni služijo kot stabilizatorji 2Cl - ·(q+l)H2O, ki se nahajajo okoli jedra dve plasti: prva je adsorpcijska, sestavljena iz 2Cl - ·qH 2 O, druga je difuzna, njena struktura je 2Cl - ·lH 2 O.
Zdaj lahko zapišemo micelarno formulo delca sola kalcijevega 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 .
potencial- |zarodek _| adsorbti. difuzna plast plast
definiranje | jedro| protiioni
ion | zrnca |
| micel|
Kot lahko vidimo, je granula sola CaF 2 v tem primeru pozitivno nabita in ob nanosu električno polje zrnca se bodo pomikala proti negativno nabiti elektrodi (katodi), protiioni difuzne plasti (2xCl - ·lH 2 O) pa proti pozitivno nabiti elektrodi (anodi).
Odgovori: nastane hidrofobni sol, granula je pozitivno nabita, premika se pod delovanjem električnega polja do katode.
2 . Sol barijevega sulfata smo dobili z mešanjem enake količine raztopine barijevega nitrata in žveplove kisline. Napiši formulo sol micela, katerega zrnca se v električnem polju premikajo proti anodi. Odgovorite na vprašanje, ali bodo začetne molske koncentracije elektrolitov enake. Navedite naravo in strukturo micela sol.
rešitev. Netopna dispergirana faza v koloidni raztopini, ki nastane z mešanjem raztopin Ba(NO 3) 2 in H 2 SO 4, bo glede na reakcijo izmenjave kristalinični barijev sulfat
Ba(NO 3) 2 + H 2 SO 4 = ↓BaSO 4 + 2HNO 3.
Ker ima razpršena faza kristalna struktura, potem je micel, ki nastane na njegovi osnovi, hidrofoben. Če se granula premika proti anodi, to pomeni, da se je negativni naboj in zato so lahko le hidratirani anioni SO 4 2- · pH 2 O ioni, ki določajo potencial (Peskov-Fajansovo pravilo). Jasno je, da so protiioni hidratirani protoni 2H + ·(q+l)H 2 O, tj. Stabilizator elektrolita je žveplova kislina, kar pomeni, da bi morala biti njegova koncentracija v tem sistemu večja v primerjavi s koncentracijo raztopine barijevega nitrata: C μ (H 2 SO 4) > C μ (Ba(NO 3) 2 .
Ob upoštevanju analize bomo sestavili formulo micele hidrofobnega sola barijevega sulfata:
([(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 .
potencialno- | zarodek | adsorbti. difuzna plast plast
definiranje | jedro| protiioni
ion| zrnca |
| micel|
Odgovori: sol barijevega sulfata je hidrofoben, zrnca so negativno nabita, v raztopini C μ (H 2 SO 4) > C μ (Ba(NO 3) 2 .
3 . Kot posledica delne hidrolize soli po na enačbo:
FeCl 3 + 3H 2 O = ↓Fe(OH) 3 + 3HCl.
Napiši možne formule solnih micel Fe(OH) 3 ob upoštevanju, da so bili med nastajanjem delcev železovega hidroksida (3) v raztopini prisotni naslednji ioni: Fe 3+, FeO +, H +, Cl -, OH -. V tem primeru so vsi ioni hidrirani z molekulami topila.
rešitev. Kot kaže enačba hidrolize, podana v izjavi problema, je tvorba netopni hidroksidželezo (3) ustreza razmerju Cμ(Fe 3+):Cμ(OH -) = ν(Fe 3+):ν(OH -) = 1:3.
Določimo količino snovi vsakega udeleženca v procesu hidrolize. V skladu s tabelo št. 3 dodatka št. 10 je gostota 2% raztopine železovega klorida (3) pri normalne razmere enako 1,015 g/cm3. Odvisnost mase FeCl 3 in masni deležω(FeCl 3) se določi iz razmerja m(FeCl 3) = ω(FeCl 3)·V raztopina (FeCl 3)·ρ raztopina (FeCl 3). Po drugi strani pa je količina snovi soli ν(FeCl 3) = m(FeCl 3)/M(FeCl 3), kjer je M(FeCl 3) – molska masaželezov klorid, je enako M(FeCl 3) = 56 + 3·35,5 = 162,5 g/mol. Od tu naprej formula za izračun za določitev količine soli in s tem količine Fe 3+ ionske snovi, ki je vstopila v reakcijo hidrolize:
ν(Fe 3+) = ν(FeCl 3) = [ω(FeCl 3) · V raztopina (FeCl 3) · ρ raztopina (FeCl 3)]/M(FeCl 3).
Naredimo ustrezne izračune in dobimo:
ν(Fe 3+) = ν(FeCl 3) = (0,02·15·1,015)/162,5 = 1,85·10 -3 mol.
Za določitev koncentracije Cμ in količine snovi ν hidroksidnih ionov OH – spomnimo se pravila ionskega produkta vode. Navaja, da sta v nevtralni raztopini molski koncentraciji H + in OH – ionov enaki in ne presegata 1·10 -7 mol/l. Med hidrolizo bo, kot kaže enačba v nalogi problema, koncentracija OH še nižja (hidroliza povzroči nakisanje raztopine). Tudi če predpostavimo, da je v našem sistemu 100 ml čisto vodo, potem ne bodo vsebovale več kot 1·10 -7 mol OH – ionov.
Posledično voda (kot vir OH – in H + ionov) ne more delovati kot stabilizatorski elektrolit med tvorbo micelov železovega hidroksida (3). Toda drugi ioni - Fe 3+, FeO +, Cl - lahko sodelujejo pri stabilizaciji koloidnih delcev. Na podlagi teh premislekov bomo izdelali dve možni formuli za sol micele, ne da bi pozabili, da je železov hidroksid amorfna snov in zato aktivno adsorbira molekule topila. To pomeni, da bosta obe možni miceli po naravi hidrofilni.
Primer 1): ioni, ki določajo potencial – Fe 3+ ·pH 2 O; protiioni - 3Сl - ·(q+ℓ)H 2 O. Pod temi pogoji bo formula hidrofilnega micela Fe(OH) 3 sola videti takole: ([(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 .
Primer 2): ioni, ki določajo potencial – FeO + ·pH 2 O; protiioni - Cl - ·(q+ℓ)H 2 O. Hidrofilni micel, njegova formula
([(m(Fe(OH) 3 ·rH 2 O·nFeО + ·pH 2 O) n+ ·(n-x)Cl – ·qH 2 O] x+ + xCl – ·ℓH 2 O) 0 .
V obeh primerih imajo zrnca pozitiven naboj in se v električnem polju premikajo proti katodi.
Odgovori: možna tvorba dveh hidrofilnih micel z granulami pozitivnega naboja
([(m(Fe(OH) 3 ·rH 2 O·nFeО + ·pH 2 O) n+ ·(n-x)Cl – ·qH 2 O] x+ + xCl – ·ℓH 2 O) 0
in ([(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 . Prusko modri sol lahko dobimo z reakcijo neekvivalentnih količin razredčenih raztopin železovega (3) klorida in kalijevega fericianata K 4 . Napišite formule za micele hidrofobnih solov, pri čemer upoštevajte, da se kompleksni ioni hidrirajo z enako močjo kot enostavni.
rešitev. Tvorba koloidnih raztopin temelji na reakciji izmenjave, ki vodi do nastanka netopne faze:
4FeCl 3 + 3K 4 = ↓Fe 4 3 + 12KCl.
Netopni delci železovega (3) heksacianoferata (2) tvorijo koloidno jedro, ki je hidrofobno, saj snov ima kristalna struktura. Glede na to, katera od soli je vzeta v presežku, so lahko ioni, ki določajo potencial, hidratirani 4- · pH 2 O anioni ali hidratirani Fe 3+ · pH 2 O kationi različne primere bodisi 4K + ·(q+l)H 2 O ali 4Cl - ·(q+l)H 2 O.
Na podlagi analize bomo sestavili formule za možne micele:
a) C N K 4 > C N FeCl 3, torej
([ (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 .
Čeprav sta obe miceli hidrofobni, sta naboja njunih granul nasprotnega predznaka. Če mešate raztopine v enakih količinah, se bodo naboji kompenzirali v fazi tvorbe granul in micele bodo koagulirale (uničene bodo).
Odgovori: formule micelov, ki nastanejo v dveh različnih primerih, imajo obliko:
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 . Izračunajte prostornino 0,0025 M raztopine KI, ki jo je treba dodati 0,035 L 0,003 N. raztopino Pb(NO 3) 2, da dobimo hidrofobni sol svinčevega jodida in med elektroforezo se njegovi protiioni premaknejo na anodo. Sestavite formulo sol micela.
rešitev. Kot je bilo že večkrat poudarjeno, nastanek koloidne raztopine temelji na reakciji izmenjave, ki vodi do nastanka netopne dispergirane faze: 2KI + Pb(NO 3) 2 = ↓PbI 2 + 2 KNO 3.
Če se protiioni micela med elektroforezo premaknejo k anodi, so torej negativno nabiti in ioni, ki določajo potencial, pozitivnih ionov. Po Peskov-Fajansovem pravilu so lahko za dispergirano fazo PbI 2 takšni le svinčevi kationi Pb 2+. Od tod je razvidno, da raztopina svinčevega nitrata Pb(NO 3) 2 deluje kot stabilizatorski elektrolit in anioni NO 3 postanejo protiioni.
V takih pogojih mora biti stabilizator elektrolita v presežku, zato
C N (Pb(NO 3) 2 V(Pb(NO 3) 2 > C N (KI) V(KI).
Rešimo nastalo neenačbo glede prostornine raztopine kalijevega jodida, pri čemer si zapomnimo, da je 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).
To pomeni, da je za pridobitev sola svinčevega jodida potrebno uporabiti manj kot 42 ml 0,0025 mol/L raztopine kalijevega jodida.
Formula hidrofobnega micela sol svinčevega jodida je:
Odgovori: Za pridobitev sola svinčevega jodida s pozitivno granulo in negativnimi protiioni je treba uporabiti manj kot 42 ml raztopine KI;
Sol micel je po naravi hidrofoben, njegova formula je
([(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 .
Prepustnostε = 81, srednja viskoznost η = 1·10-3 N·s/m2. 18. Kolikšen tlak je treba uporabiti pri iztiskanju 96% raztopine skozi membrano barijevega karbonata? etilni alkohol tako da je pretočni potencial enak 1,98 V? Specifični elektrokinetični potencial je 0,054 V medij = 1,1·10-4 Ohm-1m-1, dielektrična konstanta ε = 81, viskoznost medija η = 1,2·10-3 N·s/m2. 19. Izračunajte vrednost elektrokinetičnega potenciala sola v metilni alkohol , če je hitrost elektroforeze U = 6,6 10-6 m/s, je napetostni gradient zunanje polje Н = 300 V/m, dielektrična konstanta medija ε = 34, viskoznost medija η = 6,12·10-4 N·s/m2. 20. Pri kakšni jakosti toka bo med elektroosmotskim gibanjem vodne raztopine KCl skozi polistirensko membrano njena volumetrična hitrost enaka = 8,6·10-10 m3/s? Specifična električna prevodnost medija je = 7,5·10-2 Ohm-1m-1, dielektrična konstanta vode je ε = 81, viskoznost medija je η = 1·10-3 N·s/m2. Vrednost elektrokinetičnega potenciala = 0,062 V. 21. Izračunajte vrednost elektrokinetičnega potenciala na meji: membrana barijevega karbonata – 96 % raztopina etilnega alkohola. Potencial pretoka je 0,7 V, uporabljeni tlak je 7,9 103 N/m2, električna prevodnost = 1 10-4 Ohm-1m-1, dielektrična konstanta ε = 81, viskoznost medija η = 1,2 10 -3 N s/m2. 22. Izračunajte vrednost elektrokinetičnega potenciala svinčevega sola v metilnem alkoholu, če se je hitrost nivoja raztopine premaknila za 1,1 mm v 10 minutah, pri razdalji med elektrodama 10 cm in napetosti zunanjega polja 30 V. Dielektrična konstanta medija ε = 34, viskoznost medija η = 6,12·10-4 N·s/m2. 23. Izračunajte vrednost elektrokinetičnega potenciala na meji polistirenske membrane - vodna raztopina miceli so agregat glavne snovi, sestavljen iz velikega števila molekul (atomov) kristalne ali amorfne strukture. Agregat je električno nevtralen, vendar ima visoko adsorpcijsko kapaciteto in je sposoben adsorbirati ione iz raztopine na svojo površino - potencialno določajoče ione (POI). Pri izbiri ionov, ki določajo potencial, se uporablja empirično pravilo Fajans-Panet-Peskova: »Na trdni površini agregata se primarno adsorbirajo ioni, ki: so del agregata; in manj trdno povezana z jedrom. Na splošno nastane micel. Micela je za razliko od koloidnega delca električno nevtralna. Elektrolit, katerega ioni tvorijo DES, se imenuje elektrolit - stabilizator, saj stabilizira sol in mu daje agregatno stabilnost. Primeri reševanja nalog Primer 1. Sol srebrovega jodida smo dobili s kemično kondenzacijo s prebitkom srebrovega nitrata. Na katero elektrodo se bo delec premaknil med elektroforezo? Napišite formulo sol micela. Rešitev: 1. Razmislite o tvorbi micela sol srebrovega jodida s presežkom srebrovega nitrata: AgNO3(ex.) KJ AgJ KNO3 Ker je srebrov nitrat vzet v presežku, bo zato raztopina AgNO3 stabilizatorski elektrolit , katerih ioni tvorijo DES: AgNO3 Ag NO3 2. V skladu s pravilom Fajans-Panet-Peskov bodo ioni Ag ioni, ki določajo potencial, potem bodo ioni NO3 protiioni. elektrolitov, če se med elektroforezo delec premakne na katodo? Napišite formulo sol micela. Al(OH)3. Napišite formulo micela sol Cu2. 3. Micelno formulo bomo zapisali takole: mgJnAg + . (n-x) N O3-x+. xN O3 - protiioni, ki določajo potencial agregata, protiioni ioni jedro adsorpcijska plast difuzna plast koloidni delec (granule) micel m - število molekul ali atomov, ki tvorijo agregat;, nezadostna za popolno raztapljanje usedline. V tem primeru je nastal sol Al(OH)3. Napiši formulo za micel sol, pri čemer upoštevaj, da se v električnem polju delci sola premikajo proti katodi. 22. Hidrosol kovinskega zlata lahko pripravimo z redukcijo kalijevega avrata KAuO2 s formaldehidom. Kalijev aurat služi kot stabilizator za sol. Napišite formulo micela in določite predznak naboja koloidnega delca. Na katero elektrodo se bodo premaknili delci med elektroforezo? pri določeni koncentraciji lahko povzročijo koagulacijo koloidne raztopine. 2. Pravilo predznaka naboja: koagulacijo koloidne raztopine (sola) povzroči tisti elektrolitski ion, katerega predznak naboja je nasproten naboju koloidnega delca. Ta elektrolitski ion se imenuje koagulacijski ion. 3. Vsak elektrolit ima koagulacijski prag glede na dani sol. Koagulacijski prag () – minimalna koncentracija elektrolita, ki zadostuje za očitno koagulacijo sola: V C , (10.1) W kjer je: - koagulacijski prag, mol/l; V je prostornina elektrolita, ki povzroča koagulacijo, ml; C - koncentracija elektrolita, mol / l; ima ion Ca2+, zato bo imel elektrolit Ca(NO3)2 najnižji koagulacijski prag.
