Bu makalenin ana konusu kolloidal parçacık olacaktır. Burada konsepte ve misellere bakacağız. Ayrıca ana bilgilerle de tanışacağız. tür çeşitliliği parçacıklar kolloidal olarak sınıflandırılır. Ayrı ayrı üzerinde duralım çeşitli özellikler incelenen terim, bazı bireysel kavramlar ve çok daha fazlası.
giriiş
Kolloidal parçacık kavramı çeşitli çözümlerle yakından ilişkilidir. Birlikte oluşturabilirler çeşitli sistemler Mikroheterojendir ve doğada dağılmıştır. Bu tür sistemleri oluşturan parçacıkların boyutları genellikle bir ila yüz mikron arasında değişir. Açıkça bir yüzeye sahip olmanın yanı sıra sınırlarla ayrılmış dağılmış ortam ile faz arasında kolloidal parçacıklar düşük stabilite özelliği ile karakterize edilir ve çözeltilerin kendisi kendiliğinden oluşamaz. Yapıda çok çeşitliliğin varlığı iç yapı ve boyutlar yaratıma neden olur büyük sayı Parçacık üretme yöntemleri.
Kolloidal sistem kavramı
Kolloidal çözeltilerde, parçacıklar bütünüyle, gerçek ve kabaca dağılmış olarak tanımlanan çözeltiler arasında orta düzeyde olan dağılmış tipte sistemler oluşturur. Bu çözeltilerde, dağılmış fazı oluşturan damlalar, parçacıklar ve hatta kabarcıklar, bir ila bin nm arasında bir boyuta sahiptir. Dağıtılmış ortam boyunca dağıtılırlar, genellikle süreklidirler ve bileşim ve/veya toplanma durumu bakımından orijinal sistemden farklıdırlar. Böyle bir terminolojik birimin anlamını daha iyi anlamak için, onu oluşturduğu sistemlerin arka planına göre düşünmek daha iyidir.
Özellikleri Tanımlama
Kolloidal çözeltilerin özellikleri arasında ana olanlar tanımlanabilir:
- Oluşturucu parçacıklar ışığın geçişine müdahale etmez.
- Şeffaf kolloidler dağılma özelliğine sahiptir ışık ışınları. Bu olguya Tyndall etkisi denir.
- Koloidal bir parçacığın yükü, dispers sistemler için aynıdır ve bunun sonucunda çözeltide oluşamazlar. Brownian hareketinde, dağılmış parçacıklar çökemez, bu da onların uçuş halindeki bakımlarıyla belirlenir.
Ana türler
Kolloidal çözeltilerin temel sınıflandırma birimleri:
- Parçacıkların süspansiyonu katı tip gazlarda bulunan dumana duman denir.
- Gazlardaki sıvı parçacıkların süspansiyonuna sis denir.
- Aerosol, gaz ortamında asılı kalan küçük katı veya sıvı parçacıklardan oluşur.
- Sıvılarda gaz süspansiyonu veya katılar köpük denir.
- Bir emülsiyon, bir sıvı içindeki sıvı bir süspansiyondur.
- Sol, ultramikroheterojen tipte bir dispers sistemdir.
- Jel, 2 bileşenden oluşan bir süspansiyondur. Birincisi, boşlukları çeşitli düşük molekül ağırlıklı solventlerle doldurulacak olan üç boyutlu bir çerçeve oluşturur.
- Katı parçacıkların sıvılardaki süspansiyonuna süspansiyon denir.
Bütün bunlarda koloidal sistemler ve parçacık boyutları, kökenlerinin doğasına bağlı olarak büyük ölçüde değişebilir ve toplama durumu. Ancak farklı yapılara sahip bu kadar çok sayıda sisteme rağmen hepsi koloidaldir.
Parçacık tür çeşitliliği
Koloidal boyutlara sahip birincil parçacıklar, iç yapı türüne göre aşağıdaki türlere ayrılır:
- Süspansiyonoidler. Bağımsız olarak var olamayacak olan geri dönüşümsüz kolloidler olarak da adlandırılırlar. uzun dönemler zaman.
- Misel tipi kolloidler veya aynı zamanda yarı kolloidler olarak da adlandırıldıkları gibi.
- Tersinir kolloidler (moleküler).
Bu yapıların oluşum süreçleri birbirinden çok farklıdır, bu da onları kimya ve fizik düzeyinde ayrıntılı olarak anlama sürecini zorlaştırır. Kolloidal parçacıklar bunların oluşturulduğu son derece farklı şekiller ve integral bir sistemin oluşum süreci için koşullar.
Süspansiyonların belirlenmesi
Süspansoidler, metal elementleri ve bunların oksit, hidroksit, sülfür ve diğer tuzlar formundaki çeşitlerini içeren çözeltilerdir.
Yukarıda sözü edilen maddelerin tüm kurucu parçacıkları moleküler veya iyonik bir kristal kafeye sahiptir. Dağılmış tipte bir maddenin (süspansiyonoid) bir fazını oluştururlar.
Süspansiyonlardan ayırt edilmelerini sağlayan ayırt edici bir özellik, daha fazla varlığıdır. yüksek oran dağılım. Ancak dağılım için bir stabilizasyon mekanizmasının bulunmaması nedeniyle birbirlerine bağlıdırlar.
Süspansiyonların geri döndürülemezliği, buharlama işleminden kaynaklanan tortunun, tortunun kendisi ile dağılmış ortam arasında temas oluşturarak kişinin tekrar sol elde etmesini engellemesi ile açıklanmaktadır. Tüm süspansiyonlar liyofobiktir. Bu tür çözeltilerde kırılmış veya yoğunlaşmış metallere ve türev tuzlara ilişkin parçacıklara koloidal denir.
Üretim yöntemi, dağınık sistemlerin her zaman oluşturulduğu iki yoldan farklı değildir:
- Dispersiyon (büyük gövdelerin öğütülmesi) yoluyla elde edilir.
- İyonik ve moleküler çözünmüş maddelerin yoğunlaştırılması yöntemi.
Misel kolloidlerinin belirlenmesi
Misel kolloidlere yarı kolloidler de denir. Yeterli düzeyde amfifilik tip varsa, oluşturuldukları parçacıklar ortaya çıkabilir. Bu tür moleküller, bir moleküler agregat (misel) halinde birleşmeleri yoluyla yalnızca düşük molekül ağırlıklı maddeler oluşturabilir.
Difilik doğadaki moleküller aşağıdakilerden oluşan yapılardır: hidrokarbon radikali, parametreler ve özellikler, polar olmayan bir çözücüye ve aynı zamanda polar olarak da adlandırılan bir hidrofilik gruba benzer.
Miseller, öncelikle dağıtıcı kuvvetlerin kullanımı yoluyla bir arada tutulan, düzenli olarak düzenlenmiş moleküllerin özel kümeleridir. Miseller, örneğin deterjanların sulu çözeltilerinde oluşur.
Moleküler kolloidlerin belirlenmesi
Moleküler kolloidlere denir yüksek molekül ağırlıklı bileşikler hem doğal hem de sentetik kökenlidir. Molekül ağırlığı 10.000 ila birkaç milyon arasında değişebilir. Bu tür maddelerin moleküler parçacıkları koloidal bir parçacık boyutuna sahiptir. Moleküllerin kendilerine makromoleküller denir.
Bağlantılar yüksek moleküler tip seyreltmeye tabi olanlara gerçek, homojen denir. Aşırı seyreltme durumunda uymaya başlarlar genel seri Seyreltilmiş bileşikler için yasalar.
Moleküler tipte kolloidal çözeltilerin elde edilmesi oldukça zordur. basit görev. İlgili solvent ile temas kurmak yeterlidir.
Makromoleküllerin polar olmayan formu hidrokarbonlarda çözünebilir ve polar formu polar çözücülerde çözünebilir. İkincisinin bir örneği, çeşitli proteinlerin su ve tuz çözeltisinde çözünmesidir.
Bu maddelere, yeni porsiyonların eklenmesiyle buharlaşmaya tabi tutulmasının moleküler kolloidal parçacıkların bir çözelti şeklini almasına neden olması nedeniyle geri dönüşümlü denir. Bunların çözülme süreci, şiştiği bir aşamadan geçmek zorundadır. O karakteristik özellik Moleküler kolloidleri yukarıda tartışılan diğer sistemlerin arka planından ayıran şey.
Şişme işlemi sırasında, çözücüyü oluşturan moleküller polimerin katı kalınlığına nüfuz ederek makromolekülleri birbirinden uzaklaştırır. İkincisi, kendileriyle bağlantılı olarak büyük boyutlar yavaşça çözümlere yayılmaya başlar. Dışarıdan bakıldığında bu, polimerlerin hacimsel değerinin artmasıyla gözlemlenebilir.
Misel yapısı
Şekillendirme sürecini dikkate alırsak koloidal sistemin misellerini ve yapılarını incelemek daha kolay olacaktır. AGI'yi ele alalım. İÇİNDE bu durumda Aşağıdaki reaksiyon sırasında kolloidal parçacıklar oluşacaktır:
AgNO 3 +KI à AgI↓+KNO 3
Gümüş iyodür (AgI) molekülleri, içinde kristal kafesin gümüş katyonlar ve iyot anyonları tarafından oluşturulacağı pratikte çözünmeyen parçacıklar oluşturur.
Ortaya çıkan parçacıklar başlangıçta amorf bir yapıya sahiptir, ancak daha sonra yavaş yavaş kristalleştikçe kalıcı bir görünüm kazanırlar.
AgNO 3 ve KI'yi karşılık gelen eşdeğerlerde alırsak, o zaman kristal parçacıklar büyüyecek ve başaracak önemli boyut, kolloidal parçacığın boyutunu bile aşıyor ve ardından hızla çöküyor.
Maddelerden birini fazla alırsanız, koloidal gümüş iyodür parçacıklarının stabilitesini gösterecek şekilde yapay olarak bir stabilizatör yapabilirsiniz. Aşırı miktarda AgNO 3 varsa çözelti daha fazla pozitif gümüş iyonu ve NO 3 - içerecektir. AGI kristal kafeslerinin oluşum sürecinin Paneth-Fajans kuralına uyduğunu bilmek önemlidir. Sonuç olarak, yalnızca bu maddenin bileşiminde yer alan ve bu çözeltide gümüş katyonları (Ag +) ile temsil edilen iyonların varlığında ilerleyebilir.
Pozitif argentum iyonları, miselin yapısına sıkı bir şekilde dahil olan ve elektrik potansiyelini ileten çekirdeğin kristal kafesinin oluşumu seviyesinde tamamlanmaya devam edecektir. Bu nedenle nükleer kafesi tamamlamak için kullanılan iyonlara potansiyel belirleyici iyonlar adı verilir. Kolloidal bir parçacığın - bir misel - oluşumu sırasında, sürecin şu veya bu gidişatını belirleyen başka özellikler vardır. Ancak burada her şey bir örnekle ve en önemli unsurlardan bahsedilerek tartışıldı.
Bazı kavramlar
Kolloidal parçacık terimi, adsorpsiyon sırasında potansiyel belirleyici tipteki iyonlarla eş zamanlı olarak oluşan adsorpsiyon katmanıyla yakından ilgilidir. toplam sayı karşı iyonlar.
Granül, bir çekirdek ve bir adsorpsiyon katmanından oluşan bir yapıdır. E-potansiyeli ile aynı işarete sahip bir elektrik potansiyeline sahiptir, ancak değeri daha küçük olacaktır ve adsorpsiyon katmanındaki karşı iyonların başlangıç değerine bağlıdır.
Kolloidal parçacıkların birbirine yapışması pıhtılaşma adı verilen bir süreçtir. Dağınık sistemlerde küçük parçacıklardan daha büyük parçacıkların oluşmasına yol açar. Süreç, küçükler arasındaki uyumla karakterize edilir. yapısal bileşenler pıhtılaşma yapılarının oluşumu ile.
Yüklerin konumu, bir dereceye kadar yüklerin kendileri tarafından yaratılan potansiyel tarafından belirlendiğinde başka bir olguya dönelim. Bu etki kolloidlerin davranışı açısından önemlidir. Kolloid küçük yüklü parçacıkların sudaki süspansiyonudur. Bu parçacıklar mikroskobik olmalarına rağmen atomla karşılaştırıldığında hala çok büyüktürler. Koloidal parçacıklar yüklü olmasaydı, büyük yığınlar halinde pıhtılaşmaya (birleşmeye) eğilimli olacaklardı; ancak yüklendiklerinde birbirlerini iterler ve asılı kalırlar. Tuz hala suda çözünmüşse pozitif ve negatif iyonlara ayrışır (yayılır). (Böyle bir iyon çözeltisine elektrolit denir.) Negatif iyonlar koloidal parçacıklar tarafından çekilir (yüklerinin pozitif olduğunu varsayacağız) ve pozitif iyonlar itilir. Kolloidin her bir parçacığını çevreleyen iyonların uzayda nasıl dağıldığını bulmamız gerekiyor.
Fikri daha açık hale getirmek için sadece tek boyutlu durumu ele alalım. Çok büyük (atomla karşılaştırıldığında!) bir top biçiminde koloidal bir parçacık hayal edelim; o zaman yüzeyinin küçük bir kısmını düzlem olarak düşünebiliriz. (Genel olarak, yeni bir olguyu anlamaya çalışırken, onu son derece basitleştirilmiş bir model kullanarak anlamak daha iyidir; ancak o zaman sorunun özü anlaşıldıktan sonra kişi daha doğru hesaplamalar yapmalıdır.)
İyonların dağılımının bir yük yoğunluğu yarattığını varsayalım ve elektrik potansiyeli, elektrostatik kanunla ilgili veya tek boyutlu durumda kanunla ilgili
Potansiyel bu denkleme uysaydı iyonlar böyle bir alanda nasıl dağılırdı? İlkeleri kullanarak öğrenebilirsiniz istatistiksel mekanik. Soru, istatistiksel mekanikten kaynaklanan yük yoğunluğunun aynı zamanda (7.28) koşulunu da karşıladığının nasıl belirleneceğidir?
İstatistik mekaniğine göre (bkz. sayı 4, bölüm 40), bir kuvvet alanında termal dengede olan parçacıklar, koordinatlı parçacıkların yoğunluğu formülle verilecek şekilde dağıtılır.
, (7.29)
potansiyel enerji nerede, Boltzmann sabiti ve mutlak sıcaklık.
Tüm iyonların pozitif veya negatif aynı elektrik yüküne sahip olduğunu varsayalım. Kolloidal bir parçacığın yüzeyinden belli bir mesafede pozitif iyon potansiyel enerjiye sahip olacaktır.
Pozitif iyonların yoğunluğu şuna eşittir:
,
ve negatifin yoğunluğu
Toplam şarj yoğunluğu
,
(7.30)
(7.28) yerine koyarsak, potansiyelin denklemi sağlaması gerektiğini görüyoruz.
(7.31)
Bu denklem şu şekilde çözülür: genel görünüm[her iki tarafı da çarpın ve integralini alın], ancak sorunu basitleştirmeye devam ederek, burada kendimizi yalnızca küçük potansiyellerin veya sınır durumlarının sınırlayıcı durumuyla sınırlayacağız. yüksek sıcaklıklar. Biraz seyreltik bir çözeltiye karşılık gelir. O halde üs küçüktür ve bunu alabiliriz.
(7.32)
Denklem (7.31) şunu verir
(7.33)
Şimdi sağ tarafta bir artı işareti olduğuna dikkat edin (çözüm salınımlı değil üsteldir).
Genel çözüm (7.33) şu şekildedir:
, (7.34)
Sabitler ve ek koşullardan belirlenir. Bizim durumumuzda sıfır olmalıdır, aksi takdirde büyük olanların potansiyeli sonsuza dönecektir. Bu yüzden,
kolloidal parçacığın yüzeyindeki potansiyel nerede?
Potansiyel, mesafeye bağlı olarak 10 kat azalır (Şekil 7.7). Bu sayıya Debye uzunluğu denir; Elektrolitteki her büyük yüklü parçacığı çevreleyen iyonik kabuğun kalınlığının bir ölçüsüdür. Denklem (7.36), iyon konsantrasyonu arttıkça veya sıcaklık azaldıkça kabuğun inceldiğini belirtir.
Şekil 7.7. Kolloidal bir parçacığın yüzeyindeki potansiyel değişimi. - Debye uzunluğu.
Eğer biliyorsanız (7.36)'daki sabiti elde etmek kolaydır. yüzey yükü ve yüklü bir parçacığın yüzeyinde. Bunu biliyoruz
(7.37)
Koloidal parçacıkların elektriksel itme nedeniyle birbirine yapışmadığını söylemiştik. Ama şimdi görüyoruz ki, parçacığın yüzeyinden çok da uzakta olmayan bir yerde, çevresinde ortaya çıkan iyon kabuğu nedeniyle alan azalıyor. Kabuk yeterince incelirse parçacıkların birbirleriyle çarpışma şansı olur. Daha sonra birbirlerine yapışacaklardı, kolloid çökelecek ve sıvının dışına düşecekti. Analizimize göre kolloide uygun miktarda tuz eklendikten sonra çökeltinin başlayacağı açıktır. Bu işleme "kolloidin tuzlanması" denir.
Bir başka ilginç örnek ise tuz çözünmesinin protein çökelmesi üzerindeki etkisidir. Bir protein molekülü uzun, karmaşık ve esnek bir amino asit zinciridir. Üzerinde burada burada yükler vardır ve bazen negatif diyelim, tek bir işaretin yükü tüm zincir boyunca dağıtılır. Negatif yüklerin karşılıklı itilmesi sonucu protein zinciri düzelir. Çözeltide başka benzer zincir molekülleri varsa, aynı itme nedeniyle birbirlerine yapışmazlar. Sıvıda zincir moleküllerinin bir süspansiyonu bu şekilde ortaya çıkar. Ancak oraya tuz eklediğinizde süspansiyonun özellikleri değişecektir. Debye uzunluğu azalacak, moleküller birbirine yaklaşmaya ve spiral şeklinde kıvrılmaya başlayacak. Ve eğer çok fazla tuz varsa, protein molekülleri çökelmeye başlayacaktır. Başkaları da var kimyasal olaylar Bu, elektriksel kuvvetlerin analizine dayanarak anlaşılabilir.
Misel yapısal koloidal bir birimdir. Gerekli koşullar misel oluşumları şunlardır:
a) Az çözünen bir maddenin reaksiyonu sonucu oluşması, M oluşturan moleküller birim kolloidal parçacık.
Örneğin: ;
b) bir stabilizatörün varlığı - az çözünen bir bileşiğin yüzeyi tarafından adsorbe edilen iyonları sağlayan bir elektrolit. Kurala göre Panetta-Faianza, En iyi adsorbe edilen iyon, adsorbanın kristal kafesinin bir parçası olan iyondur.. Tamamlanan absorbe edilmiş iyonlar kristal kafesçözülmesi zor bileşiğe denir koloidal bir parçacığın potansiyel belirleyici iyonları Parçacığın yükü bu iyonların yüküyle işaret olarak çakıştığı için. Potansiyeli belirleyen iyonların adsorpsiyonu kendiliğinden meydana gelir ve buna bir azalma eşlik eder. serbest enerjiçekirdeğin yüzeyi (∆G s).
Sabitleyici genellikle başlangıç malzemesi fazla alınmıştır. Söz konusu reaksiyonda tuzun fazla alınması durumunda stabilizatör olacaktır. Ve sonra adsorbe edilen iyon iyon olacaktır.
Pirinç. 4. Kolloidin yapısının şeması
miseller: 1 – adsorpsiyon katmanı; 2 – iksir iyonları tabakası; 3 – dağınık katman
Aşırı tuz olduğunda stabilizatör, yüzey tarafından seçici olarak adsorbe edilen iyodür iyonlarını sağlar:
Potansiyeli belirleyen iyonlardan oluşan bir agrega oluşur misel çekirdeği.
Diğer stabilizatör iyonları ( karşı iyonlar) katı yüzeye yakın iki katman oluşturur: adsorpsiyon(hareketsiz), çekirdeğe sıkı bir şekilde bağlı ve yayılma(hareketli), bir dağılım ortamında çekirdekten belirli bir mesafede bulunur. Çekirdeğe, karşı iyonların adsorpsiyon katmanıyla birlikte denir. kolloidal parçacık (granül).
Bir miselin yapısını formül şeklinde göstermek uygundur. Bir sol için, stabilizatör ise misel formülü aşağıdaki gibi yazılır:
stabilizatör AgNO 3 ise:
Stabilizatör ise misel formülü aşağıdaki gibi yazılacaktır:
Potansiyeli belirleyen iyonların ve karşı iyonların miktarları, stabilizatör molekülündeki stokiyometriye karşılık gelmelidir. Kolloidal bir parçacığın çekirdeğindeki yüzey enerjisi, potansiyel belirleyici iyonların katmanındaki yüzey enerjisinden daha büyük olduğundan, karşıt iyonlar yüzeye adsorbe edilir. X az. Çekirdek, adsorpsiyon katmanıyla (potansiyel belirleyici iyonlardan oluşan bir katman ve karşı iyonların bir kısmı) birlikte bir granül oluşturur. Elektrolit karşı iyonları ile çevrelenmiş koloidal bir parçacık (granül) misel olarak adlandırılır. Bir misel nötr bir parçacıktır ve koloidal bir parçacık, kural olarak, işareti ve büyüklüğü, adsorpsiyon ve dağınık katmanlar arasındaki sınırda ortaya çıkan elektrokinetik potansiyel x tarafından belirlenen bir yüke sahiptir.
Bir değişim reaksiyonu kullanıldığında, misellerin bileşimi neyin neye eklendiğine bağlıdır!
1 . Kalsiyum florür solu, 32 ml sodyum florür çözeltisinin 8.0·10-3 mol/1 molar konsantrasyonuna sahip NaF ve 25 ml kalsiyum klorür çözeltisinin 9.6·10-3 molar konsantrasyonuna eşit CaCl2 ile karıştırılmasıyla elde edildi. mol/l. Ortaya çıkan solun miselinin formülünü yazın, tüm bileşenlerini belirtin. Kolloidin tipini, kolloidal sol parçacığının granülünün yükünün işaretini ve elektrik alanındaki hareketinin yönünü belirleyin.
Çözüm. bilmek molar konsantrasyonlar NaF ve CaCl2 çözeltileri, denkleme göre değişim reaksiyonuna giren sodyum florür ν(NaF) ve kalsiyum klorür ν(CaCl2) miktarını belirler.
2NaF + CaCl2 = ↓CaF2 + 2NaCl:
ν(NaF) = Cμ(NaF) V(NaF) = (8,0 10 -3 mol/l) (32 10 -3 l) = 2,56 10 -4 mol,
ν(CaCl2) = Cμ(CaCl2) V(CaCl2) = (9,6 10 -3 mol/l) (25 10 -3 l) = 2,4 10 -4 mol.
Reaksiyon denklemine göre maddeler birbirleriyle ν(NaF):ν(CaCl 2) = 2:1 oranında etkileşime girer ve yukarıdaki hesaplamalardan ν(NaF):ν(CaCl 2) = ( 2,56 10 - 4)/(2,4·10 -4) = 1,07:1, yani. çözeltide, bu durumda kolloidal misel için stabilizatör görevi gören fazla miktarda kalsiyum klorür vardır. Çünkü sorunun koşullarına göre hakkında konuşuyoruz etkileşimli tuzların sulu çözeltileri hakkında, stabilizatör iyonları (Ca + ve Cl -) hidratlanacaktır, yani. H 2 O çözücü molekülleri ile çevrilidir. Aynı zamanda, embriyoçözünmeyen moleküllerden oluşan koloidal parçacık kalsiyum florür CaF2 kristal bir madde olduğundan suyu emmez. Buradan ilk sonuç– çarpışan parçacık hidrofobik.
Stabilizatör iyonlarından kalsiyum iyonu Ca2+ genetik olarak embriyonun bileşimine yakındır (Peskov-Fajans kuralına göre). Buradan yapıyoruz ikinci sonuç – potansiyel belirleyici iyonlar iyonlar olacak Ca 2+ ρН 2 O ve bu nedenle granül koloidal misel pozitif yüklenecek, yani bir elektrik alanında olacak katoda doğru ilerleyin.
Karşı iyonlar bu çözeltide hidratlanmış klorür iyonları stabilizatör görevi görür 2Cl - ·(q+ℓ)H 2 Oçekirdeğin çevresinde bulunan iki katman: birincisi 2Cl - ·qH 2 O'dan oluşan adsorpsiyondur, ikincisi dağınıktır, yapısı 2Cl - ·ℓH 2 O'dur.
Artık bir kalsiyum florür sol parçacığının misel formülünü yazabiliriz:
([(m(CaF 2) nCa 2+ ρН 2 O) 2 n+ ·2(n-x)Cl - ·qH 2 O] 2 x+ + 2xCl - ·ℓH 2 O) 0 .
potansiyel- |embriyo _| adsorbe eder. dağınık katman katman
tanımlayan | çekirdek| karşı iyonlar
iyon | granül |
| misel|
Gördüğümüz gibi bu durumda CaF2 sol granülü pozitif yüklüdür ve uygulandığında elektrik alanı granül negatif yüklü elektroda (katot) doğru hareket edecek ve dağınık katmanın karşı iyonları (2xCl - ·ℓH 2 O) pozitif yüklü elektroda (anot) doğru hareket edecektir.
Cevap: hidrofobik bir sol oluşur, granül pozitif olarak yüklenir, bir elektrik alanının etkisi altında katoda doğru hareket eder.
2 . Baryum sülfat solu karıştırılarak elde edildi eşit hacimler baryum nitrat ve sülfürik asit çözeltileri. Bir granülü elektrik alanında anoda hareket eden sol miselin formülünü yazın. Elektrolitlerin başlangıçtaki molar konsantrasyonlarının aynı olup olmayacağı sorusunu yanıtlayın. Sol miselin doğasını ve yapısını belirtiniz.
Çözüm. Ba(NO3)2 ve H2S04 çözeltilerinin karıştırılmasıyla oluşturulan koloidal çözeltideki çözünmeyen dağılmış faz, değişim reaksiyonuna göre kristal baryum sülfat olacaktır.
Ba(NO3)2 + H2S04 = ↓BaSO4 + 2HNO3.
Dağınık faz olduğundan kristal yapısı, daha sonra temelinde oluşan misel hidrofobiktir. Granül anoda doğru hareket ediyorsa bu, granülün anoda doğru hareket ettiği anlamına gelir. negatif yük ve bu nedenle yalnızca hidratlanmış SO4 2- · pH 2 O anyonları potansiyel belirleyici iyonlar olabilir (Peskov-Fajans kuralı). Karşı iyonların hidratlanmış protonlar 2Н + ·(q+ℓ)H 2 O olduğu açıktır, yani. Elektrolit stabilizatörü sülfürik asit, bu da bu sistemdeki konsantrasyonunun baryum nitrat çözeltisinin konsantrasyonuyla karşılaştırıldığında daha yüksek olması gerektiği anlamına gelir: C μ (H 2 SO 4) > C μ (Ba(NO 3) 2 .
Analizi dikkate alarak, hidrofobik bir baryum sülfat solunun misel formülünü oluşturacağız:
([(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 .
Potansiyel- | embriyo | adsorbe eder. dağınık katman katman
tanımlayan | çekirdek| karşı iyonlar
iyon| granül |
| misel|
Cevap: baryum sülfat sol hidrofobiktir, granül negatif yüklüdür, çözeltide C μ (H 2 SO 4) > C μ (Ba(NO 3) 2 .
3 . FeCl3'ün kütle fraksiyonu% 2'ye eşit olan 15 ml demir (3) klorür çözeltisinin 85 ml kaynar damıtılmış suya eklenmesiyle elde edilen demir (3) hidroksit solu, tuzun kısmi hidrolizi sonucu oluşur. denklem:
FeCl3 + 3H20 = ↓Fe(OH)3 + 3HCl.
Demir hidroksit parçacıklarının (3) oluşumu sırasında çözeltide aşağıdaki iyonların mevcut olduğunu dikkate alarak Fe(OH)3 sol misellerinin olası formüllerini yazın: Fe3+, FeO +, H +, Cl -, AH -. Bu durumda tüm iyonlar çözücü moleküller tarafından hidratlanır.
Çözüm. Problem ifadesinde verilen hidroliz denkleminin gösterdiği gibi, oluşum çözünmeyen hidroksit demir (3), Cμ(Fe 3+):Cμ(OH -) = ν(Fe 3+):ν(OH -) = 1:3 oranına karşılık gelir.
Hidroliz işlemine katılan her bir katılımcının madde miktarını belirleyelim. Ek No. 10'un Tablo No. 3'üne göre, %2'lik ferrik klorür (3) çözeltisinin yoğunluğu normal koşullar 1,015 g/cm3'e eşittir. FeCl3 kütlesinin bağımlılığı ve kütle kesriω(FeCl 3), m(FeCl 3) = ω(FeCl 3)·V çözeltisi (FeCl 3)·ρ çözeltisi (FeCl 3) ilişkisinden belirlenir. Öte yandan, tuz maddesi miktarı ν(FeCl 3) = m(FeCl 3)/M(FeCl 3), burada M(FeCl 3) – molar kütle ferrik klorür, M(FeCl3) = 56 + 3·35,5 = 162,5 g/mol'e eşittir. Buradan anlıyoruz hesaplama formülü tuz maddesi miktarını ve dolayısıyla hidroliz reaksiyonuna giren Fe3+ iyon maddesi miktarını belirlemek için:
ν(Fe 3+) = ν(FeCl 3) = [ω(FeCl 3) · V çözeltisi (FeCl 3) · ρ çözeltisi (FeCl 3)]/M(FeCl 3).
Uygun hesaplamaları yapalım ve şunu elde edelim:
ν(Fe 3+) = ν(FeCl 3) = (0,02·15·1,015)/162,5 = 1,85·10 -3 mol.
Cμ konsantrasyonunu ve ν maddesinin hidroksit iyonları OH miktarını belirlemek için suyun iyonik çarpımı kuralını hatırlayalım. Nötr bir çözeltide H+ ve OH – iyonlarının molar konsantrasyonlarının eşit olduğunu ve 1·10-7 mol/l'yi aşmadığını belirtir. Hidroliz sırasında, problem tanımındaki denklemin gösterdiği gibi, OH konsantrasyonu daha da az olacaktır (hidroliz, çözeltinin asitleşmesine yol açar). Sistemimizde 100 ml olduğunu varsayalım temiz su, o zaman 1·10-7 molden fazla OH – iyonu içermeyeceklerdir.
Sonuç olarak su (OH – ve H + iyonlarının kaynağı olarak), demir hidroksit misellerinin oluşumu sırasında stabilizatör elektrolit görevi göremez (3). Ancak diğer iyonlar (Fe 3+, FeO +, Cl) kolloidal parçacıkların stabilizasyonuna katılabilir. Bu düşüncelere dayanarak, demir hidroksitin amorf bir madde olduğunu ve dolayısıyla solvent moleküllerini aktif olarak adsorbe ettiğini unutmadan, sol miselleri için iki olası formül oluşturacağız. Bu, her iki olası miselin de doğası gereği hidrofilik olacağı anlamına gelir.
Durum 1): potansiyel belirleyici iyonlar – Fe 3+ ·pH 2 O; karşıt iyonlar - 3Сl - ·(q+ℓ)H 2 O. Bu koşullar altında, Fe(OH)3 sol'un hidrofilik miselinin formülü şöyle görünecektir: ([(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 .
Durum 2): potansiyel belirleyici iyonlar – FeO + ·pH2O; karşı iyonlar - Cl - ·(q+ℓ)H 2 O. Hidrofilik misel, formülü
([(m(Fe(OH) 3 ·rH 2 O·nFeО + ·pH 2 O) n+ ·(n-x)Cl – ·qH 2 O] x+ + xCl – ·ℓH 2 O) 0 .
Her iki durumda da granüller pozitif yüke sahiptir ve elektrik alanında katoda doğru hareket eder.
Cevap: pozitif yüklü granüllere sahip iki hidrofilik miselin olası oluşumu
([(m(Fe(OH) 3 ·rH 2 O·nFeО + ·pH 2 O) n+ ·(n-x)Cl – ·qH 2 O] x+ + xCl – ·ℓH 2 O) 0
ve ([(m(Fe(OH) 3 ·rH2O·nFe 3+ ·pH20) 3 n+ ·3(n-x)Cl – ·qH20] 3 x+ + 3xCl – ·ℓH2O) 0 .
4 . Prusya mavisi solu, demir (3) klorür ve potasyum ferrisiyanat K4'ün eşdeğer olmayan seyreltik çözeltilerinin reaksiyona sokulmasıyla elde edilebilir. Karmaşık iyonların basit iyonlarla aynı kuvvetle hidrasyona uğradığını akılda tutarak hidrofobik sol misellerinin formüllerini yazın.
Çözüm. Kolloidal çözeltilerin oluşumu, çözünmeyen bir fazın oluşumuna yol açan bir değişim reaksiyonuna dayanır:
4FeCl3 + 3K4 = ↓Fe43 + 12KCl.
Çözünmeyen demir (3) hekzasiyanoferrat (2) parçacıkları, hidrofobik olan bir kolloid çekirdeği oluşturur, çünkü madde var kristal yapısı. Hangi tuzların fazla alındığına bağlı olarak potansiyel belirleyici iyonlar hidratlanmış 4- · pH 2 O anyonları veya hidratlanmış Fe 3+ · pH 2 O katyonları olabilir. Buna göre karşı iyonlar olacaktır. farklı durumlar ya 4K + ·(q+ℓ)H2O ya da 4Cl - ·(q+ℓ)H2O.
Analize dayanarak olası miseller için formüller oluşturacağız:
a) CNK 4 > CN FeCl 3, bu durumda
([ (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) CNK 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 .
Her iki misel de hidrofobik olmasına rağmen granüllerinin yükleri zıt işaretlidir. Çözeltileri eşdeğer miktarlarda karıştırırsanız, granül oluşumu aşamasında yükler telafi edilecek ve miseller pıhtılaşacaktır (yok edilecektir).
Cevap: İki farklı durumda oluşan misellerin formülleri şu şekildedir:
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 . 0,035 L 0,003 N'ye eklenmesi gereken 0,0025 M KI çözeltisinin hacmini hesaplayın. Hidrofobik bir kurşun iyodür solu elde etmek için Pb(NO3)2 çözeltisi ve elektroforez sırasında karşıt iyonları anoda taşındı. Sol miselin formülünü oluşturun.
Çözüm. Daha önce defalarca vurgulandığı gibi, koloidal bir çözeltinin oluşumu, çözünmeyen bir dağılmış fazın oluşumuna yol açan bir değişim reaksiyonuna dayanır: 2KI + Pb(NO3)2 = ↓PbI2 + 2 KNO3.
Miselin karşıt iyonları elektroforez sırasında anoda doğru hareket ederse negatif yüklü olurlar ve potansiyeli belirleyen iyonlar pozitif iyonlar. Peskov-Fajans kuralına göre, PbI 2'nin dağılmış fazı için yalnızca Pb 2+ kurşun katyonları böyle olabilir. Buradan kurşun nitrat Pb(NO3)2 çözeltisinin stabilizatör elektrolit görevi gördüğü ve NO3 - anyonlarının karşı iyon haline geldiği açıktır.
Bu koşullar altında elektrolit stabilizatörünün fazla olması gerekir, bu nedenle
CN (Pb(NO 3) 2 V(Pb(NO 3) 2 > CN (KI) V(KI).
Ortaya çıkan eşitsizliği potasyum iyodür çözeltisinin hacmine göre çözelim, CN (KI) = C μ (KI) = 0,0025 mol/l olduğunu hatırlayın.
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).
Bu, bir kurşun iyodür solüsyonu elde etmek için 0,0025 mol/L'lik potasyum iyodür çözeltisinin 42 ml'den daha azının kullanılması gerektiği anlamına gelir.
Kurşun iyodür solun hidrofobik miselinin formülü şöyledir:
Cevap: Pozitif granül ve negatif karşı iyonlara sahip bir kurşun iyodür solu elde etmek için 42 ml'den az KI çözeltisi kullanılmalıdır;
Sol misel doğası gereği hidrofobiktir, formülü
([(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 .
geçirgenlikε = 81, orta viskozite η = 1·10-3 N·s/m2. 18. %96'lık bir çözeltiyi baryum karbonat membranından sıkarken hangi basınç uygulanmalıdır? etil alkol akış potansiyeli 1,98 V'a eşit olacak şekilde mi? Elektrokinetik potansiyel 0,054 V'tur, spesifik orta = 1,1·10-4 Ohm-1m-1, dielektrik sabiti ε = 81, orta viskozite η = 1,2·10-3 N·s/m2. 19. Solun elektrokinetik potansiyelinin değerini hesaplayın. metil alkol , eğer elektroforez hızı U = 6,6 ± 10-6 m/s ise voltaj gradyanı dış alan Н = 300 V/m, ortamın dielektrik sabiti ε = 34, ortamın viskozitesi η = 6,12·10-4 N·s/m2. 20. Sulu bir KCl çözeltisinin polistiren membrandan elektroozmotik hareketi sırasında hangi akım gücünde hacimsel hızı = 8,6·10-10 m3/s'ye eşit olacaktır? Ortamın spesifik elektriksel iletkenliği = 7,5·10-2 Ohm-1m-1, suyun dielektrik sabiti ε = 81, ortamın viskozitesi η = 1·10-3 N·s/m2'dir. Elektrokinetik potansiyelin değeri = 0,062 V. 21. Sınırdaki elektrokinetik potansiyelin değerini hesaplayın: baryum karbonat membranı – %96 etil alkol çözeltisi. Akış potansiyeli 0,7 V, uygulanan basınç 7,9 · 103 N/m2, elektriksel iletkenlik = 1 · 10-4 Ohm-1m-1, dielektrik sabiti ε = 81, orta viskozite η = 1,2 · 10 -3 N·s/m2. 22. Çözelti seviyesinin hızı, elektrotlar arasında 10 cm'lik bir mesafe ve uygulanan 30 V harici alan voltajıyla 10 dakikada 1,1 mm hareket ederse, metil alkoldeki kurşun solun elektrokinetik potansiyelinin değerini hesaplayın. Ortamın dielektrik sabiti ε = 34, ortamın viskozitesi η = 6,12·10-4 N·s/m2. 23. Polistiren membranın sınırındaki elektrokinetik potansiyelin değerini hesaplayın - sulu çözelti miseller, kristal veya amorf yapıdaki çok sayıda molekülden (atom) oluşan ana maddenin bir topluluğudur. Agrega elektriksel olarak nötrdür ancak yüksek bir adsorpsiyon kapasitesine sahiptir ve yüzeyindeki çözeltiden iyonları (potansiyel belirleyici iyonları (POI'ler)) adsorbe etme kapasitesine sahiptir. Potansiyeli belirleyen iyonları seçerken Fajans-Panet-Peskov'un ampirik kuralı kullanılır: “Bir agregatın katı yüzeyinde iyonlar öncelikle şu şekilde adsorbe edilir: agreganın bir parçasıdır; ve çekirdekle daha az sıkı bir şekilde ilişkilidir. Genel olarak bir misel oluşur. Kolloidal parçacıklardan farklı olarak misel elektriksel olarak nötrdür. İyonları DES'i oluşturan elektrolite, elektrolit stabilizatörü denir, çünkü solu stabilize ederek ona agregatif stabilite kazandırır. Problem çözme örnekleri Örnek 1. Gümüş iyodür solu, fazla miktarda gümüş nitrat ile kimyasal yoğunlaştırma yoluyla elde edildi. Elektroforez sırasında parçacık hangi elektroda hareket edecek? Sol miselin formülünü yazınız. Çözüm: 1. Fazla miktarda gümüş nitrat ile gümüş iyodür solu miselinin oluşumunu düşünün: AgNO3(örn.) KJ AgJ KNO3 Gümüş nitrat fazla alındığından AgNO3 çözeltisi stabilizatör olacaktır. iyonları DES'i oluşturan elektrolit: AgNO3 Ag NO3 2. Fajans-Panet-Peskov kuralına göre Ag iyonları potansiyel belirleyici iyonlar olacak, ardından NO3 iyonları karşı iyon olacaktır. elektrolitler, eğer elektroforez sırasında parçacık katoda doğru hareket ederse? Sol miselin formülünü yazınız. Al(OH)3. Cu2 sol misellerinin formülünü yazınız. 3. Misel formülü şu şekilde yazılacaktır: mgJnAg + . (n-x) N O3-x+. xN O3 - potansiyel agregayı belirleyen karşı iyonlar karşı iyonlar iyonlar çekirdek adsorpsiyon katmanı dağınık katman kolloidal parçacık (granül) misel m - agregayı oluşturan molekül veya atom sayısı;çökeltiyi tamamen çözmek için yeterli değildir. Bu durumda Al(OH)3 solu oluştu. Bir elektrik alanında sol parçacıklarının katoda doğru hareket ettiğini dikkate alarak sol misel formülünü yazın. 22. Metalik altın hidrosol, potasyum orat KAuO2'nin formaldehit ile indirgenmesiyle hazırlanabilir. Potasyum aurat sol için stabilizatör görevi görür. Miselin formülünü yazın ve koloidal parçacığın yükünün işaretini belirleyin. Elektroforez sırasında parçacıklar hangi elektroda hareket edecek? belirli bir konsantrasyonda koloidal çözeltinin pıhtılaşmasına neden olabilirler. 2. Yük kuralı işareti: Koloidal bir çözeltinin (sol) pıhtılaşması, yük işareti kolloidal parçacığın yükünün tersi olan elektrolit iyonundan kaynaklanır. Bu elektrolit iyonuna pıhtılaştırıcı iyon denir. 3. Her elektrolitin belirli bir sol ile ilişkili olarak bir pıhtılaşma eşiği vardır. Pıhtılaşma eşiği () – solun bariz pıhtılaşmasına neden olmaya yeterli minimum elektrolit konsantrasyonu: V C , (10.1) W burada: - pıhtılaşma eşiği, mol/l; V, pıhtılaşmaya neden olan elektrolitin hacmidir, ml; C - elektrolit konsantrasyonu, mol/l; Ca2+ iyonuna sahip olduğundan Ca(NO3)2 elektroliti en düşük pıhtılaşma eşiğine sahip olacaktır.
