Коагуляция. Определение порога коагуляции.

Построение мицеллы золя (продолжение).

Задача. Золь сульфата бария получен смешением равных объемов растворов нитрата серебра и серной кислоты. Написать формулу мицеллы золя и определить, к катоду или аноду в электрическом поле будет перемещаться гранула?

Решение:

Химическая реакция: Ba(NO₃)₂+ H₂SO_{4 (избыток)}= Ba SO₄ +2HNO₃

Золь

М_r (Ba(NO₃)₂) = 138·1 + 2·(14·1 + 16·3)=281 М_r (H₂SO₄) = 1·2 + 32·1 +16·4 =96

V= , если объемы равные по условию задачи,то = .Отсюда m1 < m2, т.е. H₂SO_{4 (избыток).}

Строение мицеллы золя:

{( Ba SO₄)·m·n SO₄^2- ·2(n-x)H⁺} · 2xH⁺H⁺+NO₃^-

ядро адсорбционный дифуз. дисперсионная среда

слой слой

гранула (-)

мицелла

золь

Так как гранула отрицательно заряжена, то частица будет перемещаться в электрическом поле к положительному аноду.

Задача. Золь бромида серебра получен путем смешивания равных объемов 0.008н раствора бромида кали и 0.0096н раствора нитрата серебра. Определить знак заряда частицы зол и ее направление в электрическом поле.

Решение: Химическая реакция KBr + AgNO₃= AgBr + KNO₃

М_r(KBr) = …+…=119 М_r(AgNO₃) = 1·…+1·…+3·…=170

1н - 119г 1н - 170г

0.008н -хг х= =0.952г 0.0096г – хг х= =1.632г избыток AgNO₃

Структура мицеллы золя:

{(Ag Br)·m·n Ag⁺·(n-x)NO₃^-} · x NO₃^-K⁺+NO₃^-

Cамостоятельно обозначить границы адсорбционного и диффузионного слоев, гранулы и ее заряда, мицеллы золя, дисперсионной среды, границы золя. Движение к катоду или аноду?

Методы получения коллоидных систем: 1.дисперсионный – раздробление грубодисперсных веществ до размеров 1-100 нм, 2. конденсационный – укрупнение частиц за счет слипания атомов или молекул веществ.

Коагуляция – процесс укрупнения коллоидных частиц в результате их слипания.

Седиментация – процесс выпадения или всплытия коллоидных частиц под действием силы тяжести или силы выталкивания. Далеко зашедшая коагуляция.

Коагуляция и седиментация – два взаимопродолжающихся процесса.

Коагуляция

скрытая явная:

(невидимая) -осадок, всплытие

-хлопья

-помутнение системы

-цветовые изменения в системе

Факторы, вызывающие коагуляцию: повышение температуры, добавление электролита, прибавление золя с противоположным зарядом гранулы (взаимная коагуляция).

Эти факторы снижают поверхностную энергию и уменьшают поверхность раздела двух фаз.

Причина состоит в том, что диффузионный слой мицеллы золя десольватируется, сжимается. Теряется его способность отталкивать соседние коллоидные частицы. Возрастает действие сил межмолекулярного притяжения. Идет коагуляция с переходом в седиментацию.

Та наибольшая величина ξ(кси) -потенциала, при которой коагуляция протекает с заметной скоростью, называется критической. Для многих золей она составляет 25 – 30 мв. При значениях ξ(кси) –потенциала выше 30мв золи практически устойчивы. Чем величина ξ(кси) –потенциала ниже критической, тем с большей скоростью коагулируют золи. В изоэлектрическом состоянии коагуляция золей протекает с предельной скоростью.

Повышение температуры приводит к повышению коагуляции потому, что тепловое движение частиц снижает сольватацию(гидратацию).

Чаще всего коагуляцию вызывают добавкой электролитов. Для начала явной коагуляции необходимо прибавить к золю некоторое минимальное количество электролита (с), называемое порогом коагуляции. При концентрациях электролита, меньших порога, коагуляция протекает в скрытом состоянии.

Коагулирующая способность Р иона называется величина, обратная порогу коагуляции. Р= Коагуляцию золей вызывают те из ионов прибавляемого электролита, заряд которых противоположен заряду гранулы золя. Согласно правилу Шульце – Гарди чем выше валентность коагулирующего иона, тем сильнее выражено его коагулирующая способность.

Коагулирующая способность ионов одной и той же валентности зависит от гидратации ионов. Чем больше гидратация, тем больше порог коагуляции и ниже коагулирующая способность иона. Порог коагулции у золей невелик и выражается в миллимолях или миллиграмм-эквивалентах на 1л золя ( или ).

Дл золя As₂S₃ c отрицательной гранулой электролиты К⁺, Ba²⁺, Al³⁺вызывают коагуляцию. Р(К⁺) : Р(Ba²⁺) : Р(Al³⁺) =1:72:540. Чем выше степень окисления, тем выше коагулирующая способность и меньше порог коагуляции.

Задача 1.В три колбы налито по 100см³(мл) золя Fе(ОН)₃.

Для того, чтобы вызвать коагуляцию золя, потребовалось добавить: в первую колбу – 10.5 мл 1н.раствора хлорида калия, во вторую - 62.5мл 0.001н.раствора фосфата натрия. Вычислить порог коагуляции каждого электролита и определить знак заряда частиц золя.

Решение: заряд ионов металлов одинаков(+). А количество веществ для коагуляции разное. Не они коагулянты, а анионы. Гранула мицеллы золя заряжена положительно.

Для КСl: масса его в растворе (10.5мл·1н):1000=0.0105г или 10.5мг С_КС_l=10.5:(100+10.5)=95мг/л

Для Na₂SO₄: масса его в растворе (62,5·0.01н):1000=0.000625г или 0.625мг. С _Na₂_SO₄=0.625: (100+62,5)=3.8 мг/л

Для Na₃PO_{4 :}масса его в растворе (37.0·0.001н):1000= 0.000037г или 0.037мг. С _Na3_PO₄=0.037: (100+37)=0.27 мг/л.

Задача 2. Пороги коагуляции золя Fе(ОН)₃ для электролитов КJ и K₂Cr₂O₇ соответственно равны10,0 и 0,195 ммоль на 1л золя. Во сколько раз коагулирующая способность бихромата калия больше, чем у иодида калия?

Решение: Р _К_J= 1:10 = 0.1 Р _K₂_Cr₂_O₇= 1:0.195 =5.1 Р_К_J : Р _K₂_Cr₂_O₇= 0.1:5.1 = 1:51.

Задача 3. Пороги коагуляции электролитов для золя иодида серебра в ммоль/л оказались равными

с_KCl= 256.0c_Ba(NO3)2=6.0

c_KNO3=260.0c_Sr(NO3)2=7.0c_Al(NO3)3= 0.067

Какой заряд частиц данного золя? Вычислить коагулирующую способность каждого из электролитов.

Решение: Коагуляцию вызывают катионы. Поэтому гранула заряжена отрицательно.

Коагулирующая способность: 1/c(KCl)=1/256=0.0039 1/c(KNO₃)= 1/260=0.003846 1/c(_Ba₍_NO₃₎₂)= 1/6=0.167

1/c_Sr(NO3)2=1/ 7=0.1428 1/c_Al(NO3)3=1/0.067= 14.9

Глина и песок имеют в воде отрицательный заряд гранулы мицеллы золя. Пример мутная вода реки Урал.

Для её очистки применяют сульфат алюминия. Коагулянт взаимодействует с водой

Al₂(SO₄)₃+6H₂O = 3H₂SO₄ + 2Al(OH)₃

Строение мицеллы золя:

{(Al(OH)₃·m·2n Al³⁺·3(n-x)SO₄^2-} ·3 x SO₄^2-6H⁺+3SO₄^2-

Гранула положительно заряжена, а в реке отрицательно. Происходит притяжение и совместное выпадение золей.

Тест

Коагуляция. Определение порога коагуляции.

1.Закончите предложение: процесс укрупнения коллоидных частиц в результате их слипания – это …

2. Закончите предложение: процесс выпадения коллоидных частиц в осадок под действием силы тяжести или всплытия их под действием сил выталкивания – это … (коагуляция, седиментация, поверхностная энергия.)

3. Закончите предложение: седиментация – это далеко зашедшая … .

4.Два взаимопродолжающиеся процесса – это:

А. коагуляция и поверхностная энергия. Б.коагуляция и седиментация. В. седиментация и поверхностная энергия.

5.Исключите лишнее. Коагуляция классифицируется на: А. скрытую Б. невидимую В. явную Г.неявную.

6. Найдите соответствие:

Коагуляция	Явления при коагуляции
1. Скрытая 2. Явная	А.выпадение осадка или всплытие частиц Б.образование хлопьев В.помутнение дисперсионной среды Г.изменение цвета дисперсионной среды Д.изменения не фиксируются невооруженным взглядом.

7.Взаимная коагуляция – это осаждение золей при добавлении золя с зарядом :

А.одинаковым с гранулой мицеллы золя Б. противоположным грануле мицеллы золя.

8.Факторы, снижающие поверхностную энергию коллоидной системы:

А. изменение температуры Б. добавление электролита В. добавление другого золя с противоположным зарядом гранулы Г. все ответы верны.

9.Критическим кси-потенциалом для коллоидных систем является поверхностная энергия в мВ:

А. 10 Б. 15 В. 25-30 Г. более 30.

10. При критическом кси-потенциале для коллоидных систем скорость коагуляции:

А. минимальная Б. максимальная В. постоянная.

11.При изменении рН системы белков коагуляция с последующей седиментацией :

А. наблюдается Б. не наблюдается.

12. Минимальное количество электролита, добавленного в дисперсную систему, вызывающее явную коагуляцию, называют:

А. кси-потенциалом Б. порогом коагуляции В. сольватацией.

13. Закончите предложение: величина, обратная порогу коагуляции, называется … .

14.Правило Шульце – Гарди определяет коагулирующее действие иона электролита от:

А. концентрации Б. температуры В. валентности.

15. Коагулирующая способность ионов электролита с одинаковой валентностью от гидратации их:

А. зависит Б. не зависит.

16. При больщой гидратации:

А. порог коагуляции больше, Р меньше. Б. порог коагуляции меньше, Р больше.

17. Единица измерения коагуляции: А. ммоль/л Б. мг-экв/л В. мВ.

Ранжирование: «5»- 20 баллов. «4»- 16-19 баллов. «3»- 12-15 баллов. «2»- менее 11 баллов.

12 3 Следующая ⇒