Золь иодида серебра при электрофорезе

Примеры решения задач. Пример 10.1. Золь иодида серебра получен при добавлении к раствору AgNO3 избытка KI

Пример 10.1. Золь иодида серебра получен при добавлении к раствору AgNO₃ избытка KI. Определить заряд частиц полученного золя и написать формулу его мицеллы.

Решение. При смешивании растворов AgNO₃ и KI протекает реакция

Ядро коллоидной частицы золя иодида серебра состоит из агрегата молекул (mAgI) и зарядообразующих ионов I ‾ , которые находятся в растворе в избытке и обеспечивают коллоидным частицам отрицательный заряд. Противоионами являются гидратированные ионы калия. Формула мицеллы иодида серебра имеет вид: 2O] x — + xК + ∙zH₂O> 0 .

Пример 10.2.Золь кремневой кислоты был получен при взаимодействии растворов K₂SiO₃ и HCl. Написать формулу мицеллы золя и определить, какой из электролитов был взят в избытке, если противоионы в электрическом поле движутся к катоду.

Решение. Образование золя кремневой кислоты происходит по реакции

Чтобы двигаться к катоду (отрицательному электроду) противоионы должны иметь положительный заряд, а коллоидные частицы золя должны быть заряжены отрицательно. На электронейтральном агрегате частиц (mH₂SiO₃) адсорбируются ионы элемента, входящего в состав ядра. Таковыми являются ионы HSiO₃ ‾ , которые образуются в результате гидролиза соли K₂SiO₃:

Ионы HSiO₃ ‾ , адсорбируясь на поверхности частиц золя кремниевой кислоты, сообщают им отрицательный заряд. Противоионами являются гидратированные ионы водорода H + . Формула мицеллы золя кремневой кислоты:

Так как коллоидные частицы золя кремневой кислоты заряжены отрицательно за счет ионов HSiO₃ ‾ , то, следовательно, в избытке был взят K₂SiO₃.

Пример 10.3. Какого из веществ, K₂SO₄ или KCl, потребуется меньше, чтобы вызвать коагуляцию коллоидного раствора гидроксида железа (II), полученного по реакции FeCl₂ + 2NaOH = Fe(OH)₂ + 2NaCl?

Решение. Из формулы коллоидной частицы золя гидроксида железа(II)

[(mFe(OH)₂nFe 2+ 2(n-x)Cl ‾ ∙yH₂O] 2 x + видно, что частицы золя имеют положительный заряд. Коагуляцию золя вызывает тот из ионов прибавленного электролита, заряд которого противоположен заряду коллоидной частицы. В данной задаче – это ионы SO₄ 2− и Cl‾. Коагулирующая способность иона определяется его зарядом – чем больше заряд иона, тем больше его коагулирующая способность. Заряд иона SO₄ 2− больше заряда иона Cl‾, поэтому, чтобы вызвать коагуляцию коллоидного раствора гидроксида железа (II), раствора K₂SO₄ потребуется меньше, чем раствора KCl.

Пример 10.4. Составить схему строения мицеллы золя гидроксида меди (II) в растворе хлорида меди.

Решение. В состав мицеллы гидроксида меди входят: агрегат молекул (mCu(OH)₂), адсорбированный слой, состоящий из зарядообразующих ионов меди Cu 2+ и гидратированных противоионов хлора, и диффузный слой гидратированных противоионов хлора. Схема строения мицеллы гидроксида меди:

№ 10.1. Составить схему строения мицеллы золя сульфида мышьяка As₂S₃ в растворе сульфида натрия.

№ 10.2.Какой из солей: Ca(NO₃)₂, NaNO₃ или Al(NO₃)₃ потребуется меньше для коагуляции золя хлорида серебра?

№ 10.3. Составить схему строения мицеллы золя сульфата бария в растворе сульфата натрия.

№ 10.4. Образование золя сульфата бария происходит по реакции

Написать формулу мицеллы золя BaSO₄ и определить, какой из электролитов был в избытке, если противоионы в электрическом поле движутся к аноду.

№ 10.5. Составить схему строения мицеллы золя кремниевой кислоты в растворе силиката натрия.

№ 10.6. При пропускании избытка сероводорода в раствор AsCl₃ получили золь сульфида мышьяка As₂S₃. Определить знак заряда частиц золя и написать формулу мицеллы золя сульфида мышьяка.

№ 10.7. Золь иодида свинца был получен по реакции

Составить формулу мицеллы золя иодида свинца и определить, какой из электролитов был взят в избытке, если при электрофорезе противоионы двигались к аноду.

№ 10.8. Составить схему строения мицеллы золя кремниевой кислоты в растворе соляной кислоты.

№ 10.9. Какого электролита, FeCl₃ или AgNO₃, нужно взять в избытке, чтобы частицы золя хлорида серебра в электрическом поле двигались к аноду? Написать формулу мицеллы золя.

№ 10.10. Составить схему строения мицеллы гидроксида железа (III) в растворе соляной кислоты.

№ 10.11. Составить схему строения мицеллы оловянной кислоты H₂SnO₃ в растворе станната калия K₂SnO₃.

№ 10.12. Какой из солей, NaCl, Na₂SO₄ или Na₃PO₄, потребуется больше для коагуляции золя гидроксида железа (III), частицы золя которого заряжены положительно?

№ 10.13. Золь бромида серебра был получен по реакции

Составить формулу мицеллы золя и определить, какой из электролитов был взят в избытке, если при электрофорезе частицы золя двигались к катоду.

№ 10.14. Составить схему строения мицеллы гидроксида железа (III) в растворе хлорида железа (III).

№ 10.15. Какого из веществ, CrCl₃, Ba(NO₃)₂ или K₂SO₄, потребуется меньше для коагуляции золя кремниевой кислоты, частицы которого заряжены отрицательно?

№ 10.16. Составить схему строения мицеллы сульфида сурьмы (III) в растворе сульфата калия.

№ 10.17. Золь сульфида кадмия был получен по реакции

Составить формулу мицеллы золя сульфида кадмия и определить, какой из электролитов был взят в избытке, если при электрофорезе противоионы двигались к аноду.

№ 10.18. Золь хлорида свинца был получен по реакции

№ 10.19. При пропускании избытка сероводорода в раствор SbCl₃ получили золь сульфида сурьмы Sb₂S₃. Определить знак заряда частиц золя и написать формулу мицеллы золя сульфида сурьмы.

№ 10.20. Представить строение мицеллы оксида олова (IV) в растворе K₂SnO₃.

Дата добавления: 2015-09-11 ; просмотров: 8637 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

источник

Примеры решения типовых задач. Задача 1. Пороги коагуляции золя электролитами оказались равными (моль/л): C(NaNO3) = 0,25; C[Fe (NO3)3] = 0,0005; C[Mg(NO3)2] = 0,02

Задача 1. Пороги коагуляции золя электролитами оказались равными (моль/л): C(NaNO₃) = 0,25; C[Fe (NO₃)₃] = 0,0005; C[Mg(NO₃)₂] = 0,02. Какие ионы электролитов являются коагулирующими? Как заряжены частицы золя?

Решение: Все применяемые в качестве коагулянтов электролиты содержат нитрат анион. Если коагулирующей способностью обладали бы анионы коагулянта, то пороги коагуляции для всех электролитов должны были быть одинаковыми. Однако, в ряду Na + , Mg 2+ , Fe 3+ значения порогов коагуляции резко уменьшаются. То есть, с ростом заряда катиона коагулянта порог коагуляции падает. Как известно, коагулирующей активностью обладают ионы, противоположно заряженные по отношению к коллоидной частице. Поэтому можно заключить, что коллоидная частица изучаемого золя имеет отрицательный заряд.

Ответ: коагулирующими являются ионы Na + , Mg 2+ , Fe 3+ . Коллоидная частица заряжена отрицательно.

Задача 2. Золь кремниевой кислоты Н₂SiO₃ был получен при взаимодействии растворов К₂SiO₃ и HCl. Напишите формулу мицеллы золя и определите, какой из электролитов был в избытке, если противоионы диффузного слоя в электрическом поле движутся к катоду?

Решение: Если противоионы диффузного слоя движутся к катоду, то они имеют положительный заряд, а коллоидная частица – отрицательный. Следовательно, потенциал образующими ионами в процессе мицеллообразования оказались отрицательно заряженные анионы SiO₃ 2- .

Из сказанного следует, что в избытке была взята кремневая кислота, а мицелла имеет формулу, приведенную ниже:

Ответ: 2SiO₃) m(SiO₃ 2- ) 2(m-x)K + ] 2 x — 2xK + >.

Задача 3. Какой объем 0,0025 м КI надо добавить к 0,035 л 0,003 н Рb(NO₃)₂, чтобы получить золь иодида свинца и при электрофорезе коллоидная частица двигались бы к аноду. Напишите формулу мицеллы золя.

Решение:Так как коллоидная частица двигается к аноду, значит коллоидная частица заряжена отрицательно. Следовательно, при образовании золя в избытке оказался иодид калия, а мицелла имеет формулу:

2) mI — (m-x)K + ] x — xK — >

Пользуясь законом эквивалентов можно подсчитать объемы реагирующих растворов для полной нейтрализации: V₁C₁(1/z) = V₂C₂(1/z).

V(KI)=V[Рb(NO₃)₂] C[1/zРb(NO₃)₂]/C(1/zKI) = 0,035 0,003/0,0025=0,042л

где C(1/z) – молярная концентрация эквивалента, моль/л.

Задача 4. Свежеполученный и очищенный осадок Al(OH)₃ разделили на 3 части. К первой добавили небольшое количество растворов, содержащих (перечисление по порядку добавления) Al₂(SO₄)₃, HCl и Н₂SO₄, соответственно. Во всех трех случаях образовались золи гидроксида алюминия. Напишите формулы мицелл образовавшихся золей. Какой заряд будут иметь гранулы?

Решение. При введении в раствор катионов алюминия, не границе раздела фаз осадок/раствор происходит адсорбция катионов алюминия на рыхлой и активной поверхности гидроксида алюминия. Таким образом, ядро из молекул гидроксида алюминия, заряжается положительно. К этому агломерату притягиваются противоположно заряженные сульфат анионы (в растворе имеются только сульфат анионы), которые формируют слой ионов внутренней обкладки. Таким образом, появляется двойной электрический слой с определенным электрическим потенциалом. При этом, число отрицательных зарядов привнесенные сульфат анионами, в сумме, меньше, чем суммарный положительный заряд катионов алюминия. Поэтому, образованная гранула – коллоидная частица имеет положительный заряд. К положительно заряженной грануле притягиваются противоионы – отрицательные сульфат анионы, которые формируют диффузный слой противоионов. Таким образом, при введении в раствор сульфата алюминия наблюдается частичное растворение осадка с переходом в раствор, где формируется гидрозоль гидроксида алюминия. Это явление называется химическая пептизация.

3 mAl 3+ (m- x)SO₄ 2- ] 3x+ x (SO₄ 2- )>.

Когда к раствору с осадком гидроксида алюминия добавили раствор серной кислоты, то произошла химическая реакция нейтрализации, в результате чего осадок гидроксида алюминия частичен растворяется, а в растворе, над осадком появляются катионы алюминия:

2Al(OH)₃ + 3Н₂SO₄Al₂(SO₄)₃ + 6Н₂O

Наличие в растворе свободных катионов алюминия способствуют процессу химической пептизации (см. выше). В результате пептизации еще некоторая часть осадка гидроксида алюминия переходит в раствор, где формируются гидрозоли гидроксида алюминия точно такой же структуры (см. выше), что и в первом случае.

При введении в раствор соляной кислоты, наблюдаются те же процессы, что и во втором, только здесь в качестве противоионов вступают анионы хлора.

Al(OH)₃ + 3НCl AlCl₃ + 3Н₂O

и далее формируется соответствующий гидрозоль:

3 mAl 3+ (m- 3x)Cl — ] 3x+ 3x Cl — >.

Во всех трех случаях заряд коллоидной частицы положителен, так как во всех случаях потенциал определяющим ионом являются катионы алюминия.

Ответ: 1) 3 mAl 3+ (m- x)SO₄ 2- ] 3x+ x (SO₄ 2- )>.

3) 3 mAl 3+ (m- 3x)Cl — ] 3 x + 3x Cl — >

Варианты задач по теме 4.1. дисперсные системы

1. Являются ли коллоидные растворы гомогенными системами? Какова дисперсность коллоидных растворов?

2. Какие условия необходимо соблюдать при получении гидрозолей?

3. Как можно разрушать коллоидные системы. Назовите их и приведите примеры. Коагуляция, полог коагуляции и методы его определения.

4. Определение заряда коллоидных частиц методом электрофореза.

5. Физико-химическая трактовка явления светорассеивания (эффект Тиндаля) в коллоидных системах.

6. Каков состав ядра коллоидной частицы в растворе: а) сульфида сурьмы; б) гидроксида железа(Ш), иодида свинца (II) и бромида серебра?

7. Какие ионы могут быть заряд образующими в коллоидной частице золя: а) гидроксида железа(Ш); б) сульфида сурьмы?

8. Запишите формулу мицеллы золя: а) гидроксида железа (Ш) при смешении раствора хлорида железа ((Ш)) с менее концентрированным раствором гидроксида натрия.

9. Перечислите, какие методы коагуляции вам известны? В чем заключается явление коагуляции?

10. Почему при пропускании постоянного тока через раствор гидрозоля он коагулирует? Как можно использовать этот метод для определения заряда коллоидных частиц?

11. Что называют эффектом Тиндаля? Как используется этот эффект для идентификации коллоидных растворов?

12. Перечислите известные вам методы получения коллоидных растворов, опишите их суть.

13. Перечислите условия, при которых смешение растворов не приводит к образованию гидрозоля?

14. Почему образование гидрозоля не происходит, если смешать равные эквивалентные количества электролитов?

15. Какие гидрозоли надо смешать друг с другом, чтобы произошла совместная коагуляция этих золей? Приведите практический пример такой коагуляции.

16. Ионы какого заряда обладают коагуляционной активностью?

17. Почему на практике в водоканалах в процессах очистки воды используют сульфат алюминия или сульфат железа (III)?

18. Напишите формулу мицеллы сульфата бария, полученного сливанием равных объемов раствора BaCl₂ и менее разбавленного раствора Н₂SO₄.

19. Какой объем 0,001М AsCl₃ надо добавить к 0,02 л 0,003 М H₂S, чтобы не произошло образование золи сульфида мышьяка, а выпал в осадок As₂S₃.

20. Напишите формулу мицеллы золя бромида серебра, полученного при взаимодействии разбавленного раствора нитрата серебра с избытком бромида натрия. Какой заряд гранула? Как изменится этот заряд, если в избытке окажется нитрат серебра?

21. Золь иодида серебра получен добавлением к 20мл раствора KI (С_М=0,01моль/л) 28 мл раствора AgNO₃ (C_М=0,005 моль/л). Напишите формулу мицеллы полученного золя и определите направление движения гранулы золя при электрофорезе.

22. Свежеполученный и очищенный осадок Fe(OH)₃ разделили на 2 части. К первой добавили небольшое количество FeCl₃, а к другой НСl. В том и другом случае образовался золь гидроксида железа (III). Напишите формулы мицелл золя. Какой заряд будут иметь гранулы?

23. Какой объем 0,0002 М Fe(NO₃)₂ требуется для коагуляции 0,025л золя сульфида мышяка, если порог коагуляции равен 0,067 ммоль/л?

24. Золь кремниевой кислоты H₂SiO₃ был получен при взаимодействии раствора K₂SiO₃ и HCl. Напишите формулу мицеллы золя и определите какой из электролитов был в избытке, если противоионы в электрическом поле движутся к катоду?

25. Пороги коагуляции электролитов для некоторого гидрозоля равны: С_NaNO=300 ммоль/л; C_MgCl=25 ммоль/л; C_Na_SO =295 ммоль/л; C_AlCl =0.5 ммоль/л. Какой заряд несут гранулы золя?

26. Напишите формулы мицелл золей иодида серебра, полученного при взаимодействии разбавленных растворов AgNO₃ и KI при условиях: а) KI в избытке; б) KI в недостатке.

27. Для коагуляции 10 мл золя иодида серебра потребовалось 4,5мл раствора нитрата бария, молярной концентрацией 0,05 моль/л. Определите порог коагуляции электролита.

28. Свежеполученный и очищенный осадок As₂S₃ разделили на 2 части. К первой добавили небольшое количество разбавленного раствора хлорида мышяка, а к другой сульфид натрия. Напишите формулы мицелл образовавшихся золей.

29. Золь кремниевой кислоты H₂SiO₃ был получен при взаимодействии раствора K₂SiO₃ и HCl. Напишите формулу мицеллы золя и определите, какой из электролитов был в избытке, если гранулы гидрозоля в электрическом поле движутся к аноду?

30. Для коагуляции 20 мл золя сульфида мышяка (V) потребовалось 2,0мл раствора сульфата алюминия, молярной концентрацией 0,05 моль/л . Определите порог коагуляции электролита.

31. Напишите формулу мицеллы ортофосфата кальция, полученного сливанием равных объемов раствора СaCl₂ и менее разбавленного раствора Н₃РO₄.

32. Золь бромида серебра получен добавлением к 50мл раствора KBr (С_М=0,02моль/л) 40 мл раствора AgNO₃ (C_М=0,001 моль/л). Напишите формулу мицеллы полученного золя и определите направление движения гранулы золя при электрофорезе.

33. Золь гидроксида железа (III) получен смешиванием равных объемов 0,002 н NaOH и 0.0003 М Fe₂(SO₄)₃. Какой знак имеют частицы образовавшегося золя? Напишите формулу мицеллы.

34. Как расположатся пороги коагуляции в ряду CrCl₃; Ba(NO₃)₂; K₂SO₄ для золя ортофосфата серебра, гранулы которого при электрофорезе двигаются к аноду? Дайте мотивированный ответ.

35. Какой объем 0,0025 м KI надо добавить к 0,035л 0,003н Pb(NO₃)₂, чтобы получить золь иодида свинца и при электрофореза противоионы двигались бы к аноду. Напишите формулу мицеллы золя.

36. Напишите формулы мицелл гидрозолей ортофосфата кальция, полученного при взаимодействии разбавленных растворов ортофосфата натрия и хлорида кальция, при условии: а) при избытке ортофосфата натрия; б) при избытке хлорида кальция.

37. Для коагуляции 20 мл золя иодида свинца потребовалось 1,0 мл раствора хлорида алюминия, молярной концентрации 0,03 моль/л. Определить порог коагуляции этого электролита для золя иодида свинца.

38. Пороги коагуляции некоторого золя электролитами (нитраты натрия, магния и Fe 3+ ) оказались равными (моль/л): 0.25; 0,02 и 0,0005 соответственно. Какие ионы электролитов обладают коагулирующим действием? Как заряжена коллоидная частица?

39. Для коагуляции 50,0 мл золя PbI₂ потребовалось 1,0 мл раствора Al₂(SO₄)₃ молярной концентрации 0,025 моль/л. Определить порог коагуляции этого электролита для золя иодида свинца.

40. Составьте формулу мицеллы золя гидроксида алюминия, полученного при глубоком гидролизе сульфата алюминия.

Дата добавления: 2015-06-29 ; Просмотров: 16976 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

источник

Решение. При смешивании растворов AgNO₃ и KI протекает реакция

Пример 10.2. Золь кремневой кислоты был получен при взаимодействии растворов K₂SiO₃ и HCl. Написать формулу мицеллы золя и определить, какой из электролитов был взят в избытке, если противоионы в электрическом поле движутся к катоду.

Решение. Образование золя кремневой кислоты происходит по реакции

Таковыми являются ионы HSiO₃ ‾ , которые образуются в результате гидролиза соли K₂SiO₃:

K₂SiO₃ + H₂O KHSiO₃ + KOH или в ионной форме

SiO₃ 2− + H₂O HSiO₃ ‾ + OH ‾ .

Ионы HSiO₃ ‾ , адсорбируясь на поверхности частиц золя кремниевой кислоты, сообщают им отрицательный заряд. Противоионами являются гидратированные ионы водорода H + .

Формула мицеллы золя кремневой кислоты:

Решение. Из формулы коллоидной частицы золя гидроксида железа (II) [(mFe(OH)₂·nFe 2+ 2(n-x)Cl ‾ ?yH₂O] 2 x + видно, что частицы золя имеют положительный заряд. Коагуляцию золя вызывает тот из ионов прибавленного электролита, заряд которого противоположен заряду коллоидной частицы. В данной задаче – это ионы SO₄ 2− и Cl‾. Коагулирующая способность иона определяется его зарядом – чем больше заряд иона, тем больше его коагулирующая способность. Заряд иона SO₄ 2− больше заряда иона Cl‾, поэтому, чтобы вызвать коагуляцию коллоидного раствора гидроксида железа (II), раствора K₂SO₄ потребуется меньше, чем раствора KCl.

Пример 10.4. Составить схему строения мицеллы золя гидроксида меди (II) в растворе хлорида меди.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Сдача сессии и защита диплома — страшная бессонница, которая потом кажется страшным сном. 8771 — | 7143 — или читать все.

195.133.146.119 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

источник

Частицы дисперсных размеров получают либо измельчением крупных тел (диспергированием), либо объединением (конденсацией) атомов, молекул, ионов.

Образование систем высокой дисперсности по конденсационному механизму возможно, если возникает большое число зародышей новой, термодинамически более стабильной фазы, с другой стороны, скорость роста этих зародышей лежит в области умеренных значений.

Процессы, приводящие к появлению коллоидной системы, можно разделить на две группы: химические, то естьпротекание химических реакций, приводящих к возникновению высокой концентрации слаборастворимого соединения; и физические, такие как изменение давление, температура, растворителя и т.д.

Любая химическая реакция, приводящая к образованию нерастворимого продукта, может быть использована для получения коллоидной системы. К образованию коллоидных растворов – золей приводят различные химические реакции: окисления-восстановления, гидролиза, обмена и т.д. Любой золь состоит из мицелл и интермицеллярной жидкости. Под интермицеллярной жидкостью понимают дисперсионную среду, содержащую растворенные электролиты и неэлектролиты.

Мицеллы – это электрически нейтральные структурные единицы, находящиеся в растворе и участвующие в броуновском движении. Они представляют собой сложное структурное образование, состоящее из агрегата (ядра), потенциалообразующих ионов и противоионов.

Коллоидная частица, или золь, включает в себя ядро, адсорбированные ионы, противоионы и растворитель. Ядро состоит из электронейтрального агрегата частиц малорастворимых соединений, на которых адсорбируются ионы элементов, входящих в состав ядра. При выборе потенциалообразующих ионов пользуются эмпирическим правилом Фаянса – Панета –Пескова: на твердой поверхности агрегата в первую очередь адсорбируются ионы, которые

· способны достраивать кристаллическую решетку агрегата;

· образуют малорастворимое соединение с ионами агрегата;

· изоморфны с ионами агрегата.

Поверхность ядра приобретает определенный заряд благодаря избирательной адсорбции ионов определенного знака, называемых потенциалообразующими ионами. К этим ионам электростатически притягивается эквивалентное количество ионов противоположного знака, называемых противоионами. Часть противоионов прочно связана с ядром в составе его адсорбционного слоя, образуя гранулу, или коллоидную частицу; остальные входят в диффузный слой за границей скольжения. Коллоидная частица содержит ещё молекулы растворителя. Адсорбированные ионы и противоионы с растворителем образуют адсорбционный слой. Суммарно заряд частицы равен разности зарядов адсорбированных ионов и противоионов. Знак заряда коллоидной частицы определяется знаком заряда потенциалообразующих ионов. Вокруг частиц находится диффузный слой ионов, заряд которых равен заряду коллоидной частицы. Коллоидная частица и диффузный слой образуют электронейтральную мицеллу.

В качестве примера приведем золь йодида серебра:

а) при избытке в растворе нитрата серебра

двойной электрический слой

плотный слой диффузный слой

где 1- потенциалообразующие ионы

б) при избытке в растворе йодида калия

двойной электрический слой

плотный слой диффузный слой

где 1- потенциалообразующие ионы

Электролит, ионы которого образуют двойной электрический слой (ДЭС), называется электролитом-стабилизатором, поскольку он стабилизирует золь, придавая ему агрегативную устойчивость.

Пример 30. Золь йодида серебра получен методом химической конденсациипри избытке нитрата серебра. К какому электроду будет двигаться частица при электрофорезе? Напишите формулу мицеллы золя.

Решение. Рассмотрим процесс образования мицеллы золя йодида серебра при избытке нитрата серебра:

Так как нитрат серебра взят в избытке, следовательно, раствор AgNO₃ будет являться электролитом-стабилизатором, ионы которого образуют ДЭС:

AgNO₃ → Ag + + NO

Согласно правилу Фаянса – Панета – Пескова, ионы серебра Ag + будут являться потенциалообразующими ионами, а ионы NO – противоионами.

Формулу мицеллы можно записать в следующем виде:

·yH₂O] x+ ∙xNO ·zH₂O> 0

Так как коллоидная частица заряжена положительно, то при электрофорезе она будет двигаться к отрицательно заряженному электроду (катоду).

Пример 31. Для получения золя хлорида серебра смешали 15 см 3 0,025 н раствора хлорида калия с 85 см 3 0,005 н раствора нитрата серебра. Написать формулу мицеллы полученного золя.

Решение. Находим число мг-экв KCl:

15см 3 ∙0,025 мг-экв/см 3 = 0,375мг-экв

Определяем количество мг-экв AgNO₃:

85∙0,005 мг-экв/см 3 = 0,425 мг-экв

Очевидно, что в растворе имеется избыток AgNO₃. ядром коллоидных частиц золя AgCl будут адсорбироваться преимущественно ионы Ag + и частично ионы NO .

Формула мицеллы хлорида серебра будет

19. Какой объём 0,005н раствора нитрата серебра надо прибавить к 20см 3 0,015н раствора иодида калия, чтобы получить положительный золь иодида серебра? Написать формулу мицеллы.

19. Золь бромида серебра получен смешиванием 25см 3 0,008н раствора бромида калия и 18см 3 0,0096н раствора нитрата серебра. Определить знак заряда частиц золя и написать формулу его мицеллы

19. Золь иодида серебра получен при постепенном добавлении к 20см 3 0,01н раствора иодида калия 15см 3 0,2%-ного раствора нитрата серебра. Написать формулу мицеллы образовавшегося золя. Плотность раствора нитрата серебра равна единице.

19. Золь хлорида серебра получен смешиванием равных объёмов 0,0095М хлорида калия и 0,012М нитрата серебра. Написать формулу мицеллы.

19. Золь сульфата бария получен сливанием равных объёмов растворов нитрата бария и серной кислоты. Одинаковы ли исходные концентрации электролитов, если при электрофорезе частица перемещается к аноду? Напишите формулу мицеллы золя BsSO₄..

19. Напишите формулы мицелл золей: Al(OH)₃, стабилизированного AlCl₃; SiO₂, стабилизированного H₂SiO₃. К каким электродам будут двигаться коллоидные частицы каждого из указанных золей при электрофорезе?

19. Для получения золя AgCl смешали 10 мл 0,02 М KCl и 100 мл 0,05 М AgNO₃. Напишите формулу мицеллы полученного золя. К какому электроду будет двигаться частица при электрофорезе?

19. Золь хлорида серебра получен смешиванием равных объёмов 0,0095 М хлорида калия и 0,012 М нитрата серебра. Напишите формулу мицеллы.

19. Золь гидроксида алюминия получен сливанием равных объёмов растворов хлорида алюминия и гидкроксида натрия. Одинаковы ли исходные концентрации электролитов, если при электрофорезе частица перемещается к катоду? Напишите формулу мицеллы золя Al(OH)₃.

19. Напишите формулу мицеллы гидрозоля AgBr, полученного при сливании разбавленного раствора AgNO₃ с избытком КBr. Как изменится строение мицеллы, если гидрозоль AgBr получать при сливании сильно разбавленного раствора КBr с избытком AgNO₃?

Для дисперсных систем характерна кинетическая и агрегативная устойчивость. Под кинетической, или седиментационной, устойчивостью понимают способность частиц дисперсной фазы в результате диффузии и броуновского движения находиться во взвешенном состоянии. С уменьшением размера частиц такая устойчивость возрастает, поэтому коллоидно-дисперсные системы являются кинетически устойчивыми. Под агрегативной устойчивостью понимают способность частиц дисперсной фазы противодействовать их укрупнению путем слипания.

Устойчивость золя можно нарушить, устранив одноименный заряд коллоидных частиц и защитную гидратную оболочку. При введении в систему сильного электролита, имеющего противоионы по отношению к заряженным коллоидным частицам, число противоионов в коллоидной частице становится таким, что их заряд полностью нейтрализует заряд потенциалообразующих ионов, т.е. коллоидная частица становится незаряженной. Такое состояние частицы называется изоэлектрическим. Коллоидные частицы не защищены и при столкновении слипаются, укрупняются. Процесс укрупнения частиц, потеря агрегативной устойчивости золя называется коагуляцией. В результате коагуляции снижается кинетическая устойчивость системы, приводящая к седиментации хлопьев коагулята и разделению фаз. Таким образом, кинетическая неустойчивость приводит к агрегативной неустойчивости коллоидной системы.

Для начала явной, т.е. различимой глазом, коагуляции необходимо прибавить к золю некоторое минимальное количество электролита (С), называемое порогом коагуляции. При концентрациях электролита, меньших порога, коагуляция протекает в скрытом состоянии. Коагуляцию золей вызывают те из ионов прибавляемого электролита, заряд которых противоположен по знаку заряда коллоидных частиц. Коагулирующей способностью (Р) иона называется величина, обратная порогу коагуляции:

Р = (132)

Коагулирующее действие иона в значительной степени зависит от его заряда. Чем выше заряд противоиона во введенном электролите, тем при меньшей концентрации наблюдается эффект коагуляции (правило Шульце – Гарди). Коагулирующая способность ионов одного и того же заряда зависит от гидратации ионов. Чем больше гидратация, тем больше порог коагуляции и ниже коагулирующая способность иона. Порог коагуляции золей невелик и выражается в моль/дм 3 или мг-экв/ дм 3 .

Пример 32. В три колбы было налито по 100 см 3 золя Fe(OH)₃. Чтобы вызвать коагуляцию золя, потребовалось добавить в первую колбу 10,5 см 3 1 н. хлорида калия, во вторую – 62,5 см 3 0,01 н. сульфата натрия и в третью – 37,0 см 3 0,001 н. фосфата натрия. Вычислите порог коагуляции каждого электролита и определите знак заряда частиц золя.

Решение. Определяем, сколько мг-экв KCl содержится в 10,5 см3 1 н. хлорида калия:

10,5 см 3 ∙ 1 мг-экв/см 3 =10,5 мг-экв KCl.

Общий объём раствора (золь + раствор электролита) равен:

100 см 3 + 10,5 см 3 = 110,5 см 3 .

Вычисляем порог коагуляции (мг-экв) для хлорида калия:

С_KCl = .

Аналогично рассчитываем пороги коагуляции для электролитов Na₂SO₄ и Na₃PO₄. В 62,5 см3 0,01 н. раствора Na₂SO₄ содержится:

62,5 см 3 ∙ 0,01 мг-экв/см 3 =0,625 мг-экв.

С _Na2_SO4 =

В 37,0 см3 0,001 н. раствора Na₃PO₄ содержится:

37,0 см 3 ∙ 0,001 мг-экв/см 3 =0,037 мг-экв Na₃PO₄.

С _Na3_PO4 = .

Электролиты KCl, Na₂SO₄ и Na₃PO₄ содержат катионы одинакового заряда, а анионы – разного заряда. Чем больше заряд иона, тем меньше оказывается порог коагуляции. Самый минимальный порог коагуляции и наивысшая коагулирующая способность и ионов . Следовательно, частицы золя Fe(OH)₃ заряжены положительно.

Пример 33. Пороги коагуляции золя Fe(OH)₃ для электролитов KI и K₂Cr₂O₇ соответственно равны 10,0 и 0,195 ммоль/л эоля.

Во сколько раз коагулирующая способность бихромата калия больше, чем у йодида калия?

Решение. Коагулирующие способности электролитов являются величинами, обратными их порогам коагуляции (132):

Р _KI = = 0,1; Р = .

Р _KI : Р = 0,1 : 5,1 = 1 : 51.

Для золя Fe(OH)₃ коагулирующая способность бихромата калия больше, чем йодида калия, в 51 раз.

20. Пороги коагуляции электролитов для золя иодида серебра (моль/л): C_KCl=256,0; C_Ba₍_NO3)2=6,0; C_Al₍_NO3)3=0,067; C_KNO₃=260,0; C_Sr₍_NO3)2 =7,0. Определить знак заряда частиц данного золя и вычислить коагулирующую способность каждого из электролитов.

20. Золь иодида серебра получен смешиванием равных объёмов растворов иодида калия и нитрата серебра. Пороги коагуляции С(моль/л) для различных электролитов и данного золя имеют следующие значения: С_Са(_NO3)2 =315; C_NaCl=300; C_MgCl₂=320; C_Na₃_PO4=0,6; C_Na₂_SO4=20; C_AlCl₃=330. Какой из электролитов: KI или AgNO₃ взят в большей концентрации для приготовления золя? Дайте обоснованный ответ.

20. В три колбы налито по 50 см 3 золя гидроксида железа. Чтобы вызвать коагуляцию золя, потребовалось добавить в первую колбу 5,30 см 3 1н KCl; в другую – 31,5 см 3 0,01н Na₂SO₄; в третью – 18,7 см 3 0,001н Na₃PO₄. Вычислить порог коагуляции каждого электролита и определить знак заряда золя.

20. К 5см 3 золя Fe(OH)₃ для начала явной коагуляции необходимо добавить один из следующих растворов: 4см 3 3н хлорида калия; 0,5см 3 0,01н сульфата калия; 3,9см 3 0,0005н железистосинеродистого калия. Вычислить порог коагуляции для этих электролитов. Во сколько раз коагулирующая способность K₄[Fe(CN)₆] выше, чем у K₂SO₄ и KCl?

20. Концентрации коагуляции электролитов (моль/л) для данного золя оказались равными:

С = 50,0; С = 0,717; С = 0,093; С_NaCl = 51,0; С = 0,810;

С = 0,095.

Определите знак заряда золя.

20. Пороги коагуляции электролитов для золя йодида серебра:

С_KCl = 256,0; C =6,0; С =0,067; С =260,0; С = 7,0.

Определите знак заряда частиц данного золя и вычислите коагулирующую способность каждого из электролитов.

20. Золь хлорида серебра получен смешиванием равных объемов 0,0095 М хлорида калия и 0,012 н. нитрата серебра. Какой из электролитов: K₃[Fe(CN)₆], K₄[Fe(CN)₆] или MgSO₄ будет иметь наибольший порог крагуляции для данного золя?

20. К 100 см 3 0,003%-ного раствора хлорида натрия добавлено 250 см 3 0,001 н. нитрата серебра. Для изучения коагуляции к полученному золю хлорида серебра добавлены следующие электролиты: KBr, Ba(NO₃)₂, K₂CrO₄, MgSO₄, AlCl₃. Какой из добавленных электролитов имеет наименьший порог коагуляции; наименьшую коагулирующую спосоность?

20. Для положительного золя Fe(OH)₃ коагулирующими ионами являются анионы. Пороги коагуляции солей с одновалентными анионами близки между собой и составляют в среднем 10,69 ммоль/дм 3 . Соли с двухвалентными анионами имеют также близкие между собой пороги коагуляции 0,200 ммоль/дм 3 . Во сколько раз коагулирующая способность двухвалентных анионов больше, чем одновалентных?

20. Какое количество электролита 0,01 М K₂Cr₂O₇ (см 3 ) нужно добавить к 1л золя гидроксида алюминия, чтобы вызвать его коагуляцию? Порог коагуляции 0,63 ммоль/дм 3 .

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

источник

Примеры решения задач. Пример 1. Золь хлорида серебра получен при смешивании 20 мл 0,025 М раствора нитрата серебра и 40 мл 0,005 М раствора хлорида калия

Пример 1. Золь хлорида серебра получен при смешивании 20 мл 0,025 М раствора нитрата серебра и 40 мл 0,005 М раствора хлорида калия. Записать формулу мицеллы, объяснить её строение. Какой из электролитов: NaCl, Na₂SO₄, Na₃PO₄ обладает наибольшим порогом коагуляции, какой ион является ионом-коагулятором?

Дано: V(p-pa AgNO₃) = 20 мл C(AgNO₃) = 0,025 моль/л V(p-pa KCl) = 40 мл C(KCl) = 0,005 моль/л

С_ког (Х) − ?

Решение: запишем уравнение реакции: AgNO₃ + KCl = AgCl¯ + KNO₃ Для получения золя одно из реагирующих веществ должно быть взято в избытке. Поэтому вычисляем количество реагирующих веществ: v(KCl) = C(KCl) . V(p-pa) = 0,005×0,04 = 0,0002 моль v(AgNO₃) = C(AgNO₃) . V(p-pa) = 0,025×0,02 =

0,0005моль (в избытке), поэтому строение мицеллы выражается формулой:

|адсорб. слой | диф. слой |

| гранула |

| мицелла |

Ag + − потенциалопределяющие ионы; суммарный их заряд больше суммарного заряда противоионов адсорбционного слоя и поэтому гранула имеет положитель-ный заряд. NO₃ − − противоионы; часть из них (n – x) находится в адсорбцион-ном, а оставшая часть (х) – в диффузном (или подвижном) слое. По правилу Шульце и Гарди ионом-коагулятором является ион добавляемого электролита, заряд которого противоположен заряду гранулы: в данном случае ионом-коагу-лятором является анион. Коагулирующая способность иона возрастает с увели-чением заряда, а порог коагуляции уменьшается. Значит:

Пример 2. Определить средний сдвиг частицы золя за 15 с при температуре 20 о С, если радиус частицы 5 . 10 −8 м, вязкость среды 1 . 10 −3 Па . с.

Дано: t = 20 o C, T = 293K r = 5 . 10 −8 м h = 1 . 10 −3 Па . с R = 8,31 Дж/моль . K t = 15 с N_A = 6,02 . 10 23 моль −1

D − ?

Решение: средний сдвиг частицы при броуновском движении вычисляется по уравнению Эйнштейна-Смолуховского:

, где

− коэффициент диффузии.

м 2 /с,

м.

Пример 3. Определить величину электрокинетического (дзета-)потенциала, если под напряжением 100 В граница окрашенного золя переместилась за 10 мин на 1 см. Расстояние между электродами 10 см, диэлектрическая проницаемость вакуума e_о= 8,85 . 10 -12 ф/м, относительная диэлектрическая проницаемость среды e = 81, вязкость дисперсионной среды 0,001 Па . с.

Дано: e = 81 e_о= 8,85 . 10 -12 ф/м h = 0,001 Па . с l = 10 см = 0,1 м t = 10 мин = 600 с V = 100 B s = 1 см = 0,01 м

z = ?

Решение: электрокинетический потенциал вычисляется по формуле:

Ответ: 23 мВ.

Пример 4. Гидрозоль сернистого мышьяка содержит 7,2 кг As₂S₃ в 1 м 3 . Средний радиус частиц 1 . 10 −9 м. Вычислите частичную концентрацию золя и его осмотическое давление при t = 0 о С, если плотность твердого As₂S₃ составляет 2,8 . 10 3 кг/м 3 . Частицы имеют сферическую форму.

Дано: t = 0 о С = 273 K d = 2,8 . 10 3 кг/м 3 m(As₂S₃) = 7,2 кг V(золя) = 1 м 3 r = 1 . 10 −9 м P_осм − ?

Решение: осмотическое давление золей рассчитывается по формуле:

, где v − численная (или частичная) концентрация. 1) вычисляем массовую концентрацию:

кг/м 3

2) определяем массу одной частицы:

3) вычисляем численную концентрацию (число частиц в единице объема):

4) вычисляем осмотическое давление золя:

Пример 5. Коагуляция 100 мл золя Fe(OH)₃ вызывается добавлением следую-щих количеств из электролитов: 10 мл раствора KCl с C( 1 /_zX) = 1 моль/л, 63 мл раствора K₂SO₄ с C( 1 /_zX) = 0,01 моль/л, 37 мл раствора K₃PO₄ с C( 1 /_zX) = 0,001 моль/л. Вычислить пороги коагуляции электролитов и определить знак заряда коллоидной частицы.

Решение: вычисляем пороги коагуляции электролитов:

1) , ммоль/л

2) , ммоь/л

3) , моль/л

Как видно из формул солей, они состоят из одинакового катиона (K + ) и анионов, разных зарядов. Так как пороги коагуляции у солей отличается много-кратно, причем, при переходе от однозарядного хлорид-иона к 2-х зарядному сульфат-иону, а далее к трехзарядному фосфат-иону, то ионом коагулятором является анион. В соответствии с правилом Шульце и Гарди, гранула золя имеет положительный заряд.

Вопросы и задачи для самоподготовки

1. Что является предметом изучения, задачей коллоидной химии? Какие методы исследования она использует?

2. Каковы основные этапы и роль отдельных ученых в развитии коллоидной химии?

3. По каким признакам Т.Грэм разделил все вещества на кристаллоиды и коллоиды, что означают эти названия? В чём состоит относительность такого разделения веществ, кто выявил эту относительность?

4. Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз (объяснения и примеры).

5. Классификация дисперсных систем по размерам частиц дисперсной фазы.

6. Классификация дисперсных и коллоидных систем по характеру взаимо-действия дисперсионной среды и дисперсной фазы.

7. Классификация дисперсных систем по взаимодействию частиц (по подвиж-ности дисперсной фазы). Дать объяснения и привести примеры.

8. Дать определение коллоидным системам. Из каких фаз они состоят?

9. Что представляют собой молекулярно-дисперсные системы, каковы их основные признаки?

10. Отличительные признаки коллоидных систем сравнительно с другими дисперсными системами.

11. В чем состоит получение коллоидных систем методом физического диспергирования? Разновидности метода, их применение и практическое значение.

12. Что такое химическое диспергирование − пептизация? Дать объяснения и привести пример.

13. Получение коллоидных систем методом физической конденсации. Разновидности метода и их применение.

14. Получение коллоидных систем методом химической конденсации. Разновидности метода и их применение.

15. Почему приходится очищать коллоидные растворы от примесей низкомо-лекулярных веществ? Какие методы для этого применяются? Что такое диализ, электродиализ и ультрафильтрация?

16. Какое значение при лечении больных и в производстве лекарственных препаратов имеют диализ, электродиализ и ультрафильтрация?

17. Чем обусловлено броуновское движение частиц в коллоидных растворах, отчего зависит его интенсивность? Среднее смещение (сдвиг) частиц.

18. Что такое диффузия, ее физический смысл и как она проявляется в коллоидных системах? Какие характеристики коллоидных частиц позволяет установить определение скорости их диффузии?

19. Как проявляется осмотическое давление в коллоидных растворах, чем оно отличается от осмотического давления истинных растворов?

20. Какие особенности присущи вязкости лиофобных коллоидных растворов по сравнению с вязкостью истинных растворов? Уравнение Эйнштейна, его применимость.

21. Что такое седиментация частиц и седиментационное равновесие в коллоидных системах? Какие количественные параметры их характеризуют?

22. Какие различают виды взаимодействия света с веществом? Как и почему происходит рассеяние света в коллоидных системах? В чем состоит явление Фарадея-Тиндаля?

23. Отчего зависит интенсивность рассеяния света в коллоидных системах? Что такое опалесценция, чем она обусловлена? Дать объяснения, привести примеры.

24. В каком случае интенсивность рассеяния света коллоидным раствором больше: при освещении синим светом (λ= 410 нм) или красным светом (λ=630 нм)? Ответ обосновать.

25. Что такое ультрамикроскопия? Какие характеристики коллоидных систем могут быть определены этим методом?

26. Какое строение имеют коллоидные частицы лиофобных золей. Дать объяснение и привести примеры.

27. Что такое электротермодинамический (фи-) и электрокинетический (дзета-) потенциалы коллоидных частиц, что они характеризуют и отчего зависят?

28. Что представляют явления электрофореза и электроосмоса в коллоидных системах, каков их механизм, где и как они используются?

29. Что такое агрегативная устойчивость коллоидных систем? Каковы факторы

агрегативной устойчивости, что является количественной мерой её?

30. Что такое кинетическая устойчивость коллоидных систем? Каковы факторы кинетической устойчивости, что является количественной мерой такой устойчивости?

31. Какой процесс называют коагуляцией? Какими способами можно вызвать коагуляцию в лиофобных коллоидных системах?

32. Как изменяются число частиц и их порядок при коагуляции?

33. В чем состоит правило Шульца-Гарди для коагулирующего действия электролитов? Как объясняется различная коагулирующая способность ионов электролитов по современным представлениям?

34. Что такое порог коагуляции золей электролитами? Для чего нужна эта величина, отчего она зависит? Что выражает коагулирующая способность, отчего зависит?

35. Каким образом ионы электролитов вызывают коагуляцию коллодных частиц? Рассмотреть механизмы коагулирующего действия электролитов.

36. Как и почему скорость коагуляции золей зависит от концентрации коагулирующего электролита? Какие виды коагуляции различают в зависимости от ее скорости?

37. Как происходит коагуляция золей смесями электролитов (совместная коагуляция)? Дать объяснения, привести примеры и графики.

38. Что представляет взаимная коагуляция золей, где она используется?

39. Каким образом метод капилляризации позволяет определить знак заряда коллодных частиц? Определить знак заряда коллоидной частицы и написать формулу мицеллы золя берлинской лазури, полученного смешением растворов гексацианоферрата (II) калия и хлорида железа (III), учитывая, что фильтровальная бумага, конец которой опущен в указанный золь окрашена синим цветом.

40. Указать, какой вид будет иметь пятно золи, нанесенное на фильтровальную бумагу. Золь получен при взаимодействии избытка хлорида железа (III) и гексацианоферрата (II) калия. Определить заряд коллоидной частицы, написать формулу мицеллы.

41. Свежеосажденный гидроксид алюминия обрабатывали небольшим коли-чеством соляной кислоты, в результате чего часть осадка растворилось с образованием хлорида алюминия по реакции Al(OH)₃ + HCl ® AlCl₃ + H₂O. При этом образовался золь гидроксида алюминия. Указать каким методом получен золь, привести формулу мицеллы и объяснить её строение.

42. Свежеосажденный гидроксид алюминия обрабатывали небольшим количес-твом соляной кислоты, в результате чего часть осадка растворилось с обра-зованием основной соли по реакции Al(OH)₃ + HCl ® Al(OH)₂Cl + H₂O. При этом образовался золь гидроксида алюминия. Указать каким методом получен золь, привести формулу мицеллы и объяснить её строение.

43. Свежеосажденный гидроксид алюминия обрабатывали небольшим коли-чеством соляной кислоты, в результате чего часть осадка растворилось с образованием основной соли по реакции Al(OH)₃ + HCl ® Al(OH)Cl₂ + H₂O.

При этом образовался золь гидроксида алюминия. Указать каким методом получен золь, привести формулу мицеллы и объяснить её строение.

44. Свежеосажденный гидроксид алюминия обрабатывали небольшим коли-чеством щелочи, в результате чего часть осадка провзаимодействовала с образованием гидроксоалюмината натрия по реакции Al(OH)₃ + NaOH ® Na[Al(OH)₄]. При этом образовался золь гидроксида алюминия. Указать каким методом получен золь, написать формулу мицеллы, объяснить её строениие.

45. Свежеосаждённый гидроксид железа (III) обрабатывали небольшим коли-чеством раствора хлорида железа (III), в результате чего часть осадка про-взаимодействовала с образованием золя Fe(OH)_3. Указать каким методом получен золь, написать формулу мицеллы, объяснить её строение.

46. Золь ферроцианата меди был получен при добавлении к раствору сульфата меди избытка раствора желтой кровяной соли K₄[Fe(CN)₆]. Указать каким методом получен золь, написать формулу мицеллы, объяснить ее строение.

47. Золь ферроцианата меди был получен при добавлении к раствору желтой кровяной соли K₄[Fe(CN)₆] избытка раствора сульфата меди. Указать каким методом получен золь, написать формулу мицеллы, объяснить ее строение.

48. Рассмотреть возможные варианты строения коллоидных частиц хлорида серебра, полученных при смешении растворов AgNO₃ и KCl.

49. Напишите формулу мицеллы золя иодида серебра, полученного добавлением к 30 мл 0,006 М раствора иодида калия 40 мл 0,004 М раствора нитрата серебра. Укажите способ получения золя.

50. Золь золота получен при действии на избыток аурата калия (KAuO₂) фор-мальдегида (CH₂O) в щелочной среде по реакции: KAuO₂ + CH₂O + K₂CO₃ → Au_(тв) + HCOOK + KHCO₃ + H₂O. Указать каким методом получен золь, написать формулу мицеллы, объяснить её строение.

51. Золь золота получен при смешении пероксида водорода и избытка раствора «золотой соли» по реакции H₂O₂ + HАuCl₄ → Au_(тв) + HCl + O₂.Указать метод получения золя, написать формулу мицеллы, объяснить её строение.

52. Золь серы получен добавлением 5 мл раствора серы в этиловом спирте к 30 мл дистиллированной воды. Каким методом получен золь, объяснить его физический механизм.

53. При длительном стоянии сероводородной воды в результате окисления H₂S кислородом воздуха образуется сера в коллоидном состоянии. Указать метод получения золя серы, написать формулу мицеллы, объяснить её строение.

54. Золь гидроксида железа (III) получен при добавлении к 85 мл кипящей дистиллированной воды 15 мл 2%-ного раствора хлорида железа (III). При этом соль частично подвергается гидролизу по реакции FeCl₃ + H₂O → Fe(OH)_3(тв) + HCl. Написать возможные формулы мицелл золя гидроксида железа, учитывая, что при образовании его частиц в растворе присутствуют ионы Fe 3+ , FeO + , H + и Cl . Каким методом получен золь?

55. Каков средний сдвиг частиц при броуновском движении, если радиус их 6,5 . 10 −6 м, время наблюдения 1 с, вязкость дисперсионной среды 1 . 10 −3 Н . с/м,

Т = 298 K, R = 8,31 Дж/К . моль. Ответ: 1,47 . 10 −7 м.

56. Определить величину среднего сдвига частиц дыма хлорида аммония при 273 K за время 5 с, если радиус частиц 1 . 10 −8 м, вязкость воздуха 1,7 . 10 −5 Н . с/м 2 . R = 8,31 . Дж/К . моль.

57. Определить величину среднего сдвига при броуновском движении у частиц гидрозоля Fe(OH)₃ при T = 293 K за время 4 с, если радиус частиц 1 . 10 −8 м, вязкость воды 1 . 10 −3 Н . с/м 2 . R = 8,31 . Дж/К . моль. Ответ: 2,23 . 10 −5 м.

58. Определить величину дзета-потенциала, если под напряжением 100 В гра-ница золя переместилась за 15 мин на 1,5 см. Расстояние между электродами 20 см, диэлектрическая проницаемость вакуума e_о= 8,85 . 10 −12 ф/м, относи-тельная диэлектрическая проницаемость среды e = 81, вязкость диспер-сионной среды 0,001 Па . с. Ответ: 46 мВ.

59. Вычислить электрофоретическую подвижность частиц золя Fe(OH)₃, если граница золя под напряжением 150 В переместилась за 10 мин на 7,5 мм. Расстояние между электродами 15 см. Ответ: 1,25 . 10 −8 В/м . с.

60. Определите величину электрофоретической подвижности, если к двум элек-тродам, находящимся на расстоянии 30 см, приложено напряжение в 100 В. При этом за 15 мин наблюдалось перемещение окрашенного золя на 10 мм. Ответ: 3,33 . 10 −9 В/м . с.

61. При электрофорезе гидрозоля гидроксида железа (III) к двум электродам, находящимся на расстоянии 15 см, приложено напряжение в 150 В. При этом

за 10 мин наблюдалось перемещение окрашенного золя на 7,5 мм. Диэлек-трическая проницаемость вакуума e_о= 8,85 . 10 −12 ф/м, относительная диэлек-трическая проницаемость среды e = 81, вязкость системы 0,001 Па . с. Вычислите величину электрокинетического потенциала. Ответ: 17,4 мВ.

62. При электрофорезе частицы золя хлорида серебра, полученного смешиванием равных объёмов раствора нитрата серебра с концентрацией 0,005 моль/л и хлорида натрия, перемещаются к катоду. Определите знак заряда коллоидной частицы и напишите формулу мицеллы. В каком диапозоне находилось значение концентрации раствора хлорида натрия?

63. При электрофорезе частицы золя хлорида серебра, полученного смешива-нием равных объёмов раствора нитрата серебра с концентрацией 0,005 моль/л и хлорида натрия, перемещаются к аноду. Определите знак заряда коллоидной частицы и напишите формулу мицеллы. В каком диапозоне находилось значение концентрации раствора хлорида натрия?

64. При смешении равных объемов гексацианоферрата (II) калия и хлорида железа (III) получили золь берлинской лазури (гексацианоферрата (II) железа (III) − Fe₄[Fe(CN)₆]₃, который в электрическом поле перемещается к аноду. Какое вещество служит стабилизатором, концентрация какого раствора было больше? Напишите формулу мицеллы. Объясните её строение.

65. Какой минимальный объем раствора сульфида аммония с концентрацией 0,001 моль/л следует добавить к 15 мл раствора хлорида марганца (II) с концентрацией 0,003 М для того, чтобы получить золь с отрицательно заряженными частицами? Ответ: больше 45 мл.

66. Вычислить мицеллярную массу частиц гидрозоля сернистого мышьяка As₂S₃, если форма частиц сферическая, их средний радиус 1 . 10 −8 м, плотность твердого As₂S₃ составляет 2,8 . 10 3 кг/м 3 . Ответ: 7057 а.е.

67. Вычислите осмотическое давление золя при 0 о С, если в единице объема золя содержится 1,02 . 10 23 мицелл As₂S₃. Ответ: 384 Па.

68. Гидрозоль сернистого мышьяка содержит 7,2 кг As₂S₃ в 1 м 3 . Средний ра-диус частиц 1 . 10 −9 м. Вычислите частичную концентрацию золя и его осмо-тическое давление при t = 0 о С, если плотность твердого As₂S₃ составляет 2,8 . 10 3 кг/м 3 . Частицы имеют сферическую форму. Ответ: 2578 Па.

69. Определить осмотическое давление гидрозоля золота, если его массовая концентрация C_в = 2 кг/м 3 , форма частиц сферическая, средний радиус 3 . 10 −9 м, плотность золота 19,3 . 10 3 кг/м 3 , Т = 293 К. Ответ: 3,709 Па.

70. Золь хлорида серебра получен при смешивании равных объёмов 0,0095 М раствора КСl и 0,012 М раствора AgNО₃. Какой из электролитов − K₃[Fe(CN)₆], K₄[Fe(CN)₆] или MgSO₄ будет обладать наименьшей коагулирующей способностью и почему?

71. Явная коагуляция 2 л золя гидроксида алюминия наступила при добавлении 10,6 мл раствора K₄[Fe(CN)₆] с концентрацией 0,01 моль/л. Вычислите порог коагуляции золя гексацианоферрат-ионами; напишите формулу мицеллы золя гидроксида алюминия. Ответ: 0,053 ммоль/л.

72. Золь хлорида серебра получен смешиванием растворов нитрата серебра и хлорида натрия. Пороги коагуляции этого золя электролитами KNO₃, Mg(NO₃)₃, AlCl₃ равны 50; 0,8 и 0,06 ммоль/л соответственно. Как относятся между собой величины коагулирующих способностей электролитов? Укажите коагулирующие ионы и знак заряда гранулы коллоидной частицы.

73. Для изучения явления коагуляции к золю золота, стабилизированному ауратом калия (KAuO₂), были добавлены электролиты NaCl, BaCl₂ и FeCl₃. У какого из этих электролитов будет наименьший порог коагуляции и почему?

74. Коагуляция 100 мл золя Fe(OH)₃ вызывается добавлением следующих количеств какого либо из электролитов: 10,5 мл раствора KCl с C( 1 /_zX) = 0,1 моль/л, 62,5 мл раствора Na₂SO₄ с C( 1 /_zX) = 0,01 моль/л, 37 мл раствора Na₃PO₄ с C( 1 /_zX) = 0,001моль/л. Вычислить пороги коагуляции электролитов и определить знак заряда коллоидной частицы.

75. Коагуляция 100 мл золя Fe(OH)₃ вызывается добавлением следующих коли-честв какого либо из электролитов: 10 мл раствора KCl с C( 1 /_zX) = 1 моль/л, 63 мл раствора K₂SO₄ с C( 1 /_zX) = 0,01 моль/л, 37 мл раствора K₃PO₄ с C( 1 /_zX) = 0,001 моль/л. Вычислить пороги коагуляции электролитов и определить знак заряда коллоидной частицы.

76. В трех колбах содержатся по 20 мл золя гидроксида железа. В первой колбе коагуляция наблюдалась при добавлении к золю 2,1 мл раствора NaCl с мо-лярной концентрацией эквивалента 1 моль/л, во второй − 12,5 мл раствора Na₂SO₄ с С( 1 /₂ Х) = 0,01 моль/л, в третей колбе − 7,4 мл раствора Na₃[Fe(CN)₆] с С( 1 /₃Х) = 0,001 моль/л. Вычислите пороги коагуляции элек-тролитов, определите знак заряда коллоидной частицы.

77. Для коагуляции 10 мл золя хлорида серебра можно добавить один из сле-дующих растворов электролитов: 2 мл 1 N раствора NaNO₃, 12 мл 0,01 N раствора Ca(NO₃)₂, 7 мл 0,001N раствора Al(NO₃)₃. Вычислите пороги коа-гуляции электролитов и определите знак заряда частиц золя.

78. Определите знак заряда коллоидной частицы, если известно, что пороги коагуляции электролитов составляет (в ммоль/л): C_к(AlCl₃) = 0,093; C_к(MgCl₂) = 0,71; C_к(NaCl) = 51; C_к(KNO₃) = 50; C_к(Al(NO₃)₃) = 0,095 и C_к(MgSO₄) = 0,81. Расположите ионы в ряд по коагулирующей способности.

79. Пороги коагуляции некоторого золя электролитами оказались равными (в ммоль/л): C_к(NaNO₃) = 300; C_к(Na₂SO₄) = 295; C_к(MgCl₂) = 25 и C(AlCl₃) = 0,5. Определите знак заряда коллоидной частицы. Ответ обосновать.

80. Пороги коагуляции некоторого золя электролитами составляет (в ммоль/л): C_к(NaNO₃) = 250; C_к(Mg(NO)₃) = 20; C_к(FeCl₃) = 0,5 и C(Al(NO₃)₃) = 0,6, C_к(NaCl) = 255. Определите знак заряда частицы. Ответ обосновать.

81. Вычислите порог коагуляции раствора сульфата натрия, если добавление 3 мл 0,1N раствора Na₂SO₄ вызывает коагуляцию 15 мл некоторого золя.

82. Золь сульфида кадмия получен смешиванием равных объёмов растворов Na₂S и Cd(NO₃)₂. Пороги коагуляции для различных электролитов имеют следующие значения (ммоль/л): C_к(Ca(NO)₃) = 265, C_к(NaCl) = 250, C_к(MgCl₂) = 290, C_к(Na₃PO₄) = 0,4, C_к(Na₂SO₄) = 15, C_к(AlCl₃) = 300. Определите знак заряда частицы золя и напишите формулу мицеллы золя.

83. Золь гидроксида меди получен при сливании 100 мл 0,05 N раствора NaOH и 250 мл 0,001 N раствора Cu(NO₃)₂. Какой из прибавленных электролитов − KBr, Ba(NO₃)₂, K₂CrO₄, Al(NO₃)₃, MgSO₄, ThCl₄ имеет наименьший, и какой наибольший порог коагуляции? Ответ обосновать.

84. Порог коагуляции золя гидроксида железа (III) фосфат-ионами равен 0,37 ммоль/л. Какой объем 5%-ного раствора фосфата натрия (плотность раствора 1,05 г/мл) потребуется для коагуляции 750 мл золя?

85. Какой объем 0,001 М раствора хлорида железа (III) надо добавить к 0,03 л 0,002 М раствора нитрата серебра, чтобы частицы золя хлорида серебра в электрическом поле двигались к аноду? Напишите формулу мицеллы золя, объясните её строение. Какой из электролитов вызовет коагуляцию этого золя с наименьшим порогом коагуляции: KCl, Ba(NO₃)₂, MgSO₄, AlCl₃, K₂SO₄, Na₃PO₄?

86. К 100 мл 0,03%-ного раствора NaCl (плотность 1 г/мл) добавили 250 мл 0,001 М раствора нитрата серебра. Напишите формулу мицеллы золя, объясните её строение. К какому электроду будут двигаться частицы образующегося золя в электрическом поле? Какой из электролитов вызовет коагуляцию этого золя с наименьшим порогом коагуляции: KCl, Ba(NO₃)₂, MgSO₄, AlCl₃, K₂SO₄, Na₃PO₄?

Глава 7. ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Изучение данной темы способствует формированию следующих компетенций: ОК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-5.

7.1. СВОЙСТВА РАСТВОРОВ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Теоретическое пояснение:высокомолекулярными соединениями (ВМС) называют вещества с молекулярной массой от нескольких тысяч до нескольких миллионов. Их молекулы состоят из большого числа одинаковых группировок атомов (звеньев), связанных между собой ковалентными связями.

ВМС классифицируют по происхождению, химическому составу цепи, структуре макромолекул, методу получения, отношению к нагреванию и т.п.

По происхождению различают природные, искусственные и синтетические полимеры.

Природные полимеры получаются в процессе биосинтеза в клетках живых и растительных организмов. Примерами таких ВМС являются целлюлоза, крахмал [C₆H₁₁O₅]_n, различные белки [−CH(R)-CO-NH-CH(R)−]_n, аминокислоты, ферменты, гормоны. В настоящее время осуществляется синтез белковых соединений, что позволит обеспечить человечество белковым рационом и создать лекарственные препрараты.

Искусственные полимеры (целлюлоза, лигнин, белки, нуклеиновые кислоты, натуральный каучук, шерсть, шелк) получают из природных материалов путем выделения, очистки и переработки природных полимеров.

Синтетические полимеры производят из различных низкомолекулярных соединений с кратными связями, напряженными циклами, подвижными функциональными группами путем их объединения в линейные цепи или блоки различной разветвленности и степени сшитости в трехмерные макромолекулы. К таким полимерам относят полиэтилен [−CH₂-CH₂−]_n, политетрафторэтилен или фторпласт [−CF₂-CF₂−]_n, полистирол [−CH₂-CH(C₆H₅)−]_n, каучуки [−CH₂-CH=CH-CH₂−]_n, капрон [−CO-(CH₂)₅-NH−]_n и др.

По строению макромолекул различают линейные, разветвленные и трехмерные (сетчатые), а по химическому составу карбоцепные, гетероцепные и элементорганические полимеры.

Свойства ВМС определяются химическим составом, строением, взаимным расположением молекул.

Растворы ВМС, ввиду большого размера макромолекул, проявляют свойства, схожие с лиофобными коллоидными растворами. Макромолекулы так же, как и коллоидные частицы, имеют малую скорость движения, не способны проникать через полупроницаемые мембраны, образуют осадки, рассеивают свет, проявляя эффект Фарадея-Тиндаля. В отличие от коллоидных веществ, ВМС образуют термодинамически устойчивые истинные растворы. Это проявляется в том, что растворение полимеров происходит самопроизвольно, без затраты энергии, им несвойственна коагуляция. В связи с этим, растворы полимеров рассматривают как лиофильные коллоидные системы.

Устойчивость растворов ВМС объясняется двумя факторами: наличием соль-ватной оболочки (главный фактор) и электрического заряда. Сольватная обо-лочка макромолекул возникает в результате притяжения к их полярным группам

и упорядоченной ориентации дипольных молекул воды. При разрушении соль-ватных оболочек макромолекулы теряют устойчивость, самопроизвольно объе-диняются и выпадают в осадок. Это происходит при добавлении к растворам ВМС низкомолекулярных веществ с высокой полярностью их молекул или ионов. Такими водоотнимающими средствами являются низшие спирты, средние соли сильных кислот и оснований. Молекулы этих веществ сильно гидрати-руются и образуют собственные сольватные оболочки, отнимая воду из соль-ватных оболочек макромолекул. Осаждение полимеров вследствие разрушения сольватных оболочек и потери устойчивости макромолекул называется высали-ванием. Как установил Гофмейстер, по способности гидратироваться и по выса-ливающему действию различные ионы образуют определенную последователь-ность, называемая лиотропным рядом:

анионы: цитрат-ион 3− > SO₄ 2− > F − > CH₃COO − > Cl − > NO₃ − > I − > CNS −

катионы: Li + > Na + > K + > Rb + > Cs + > Mg 2+ > Ca 2+ > Sr 2+ > Ba 2+

Высаливание полимеров, в отличие от коагуляции, обратимо. При удалении высаливающего соединения, например, путем диализа, макромолекулы восста-навливают свои сольватные оболочки и осажденный полимер самопроизвольно растворяется. Это позволяет использовать высаливание при очищении отдель-ных белков, при получении различных биопрепаратов в фармацевтической и микробиологической промышленности.

Рис.9. Графическое определение молекулярной массы полимера

Растворы полимеров проявляют опреде-ленное осмотическое давление, которое резко повышается при увеличении кон-центрации раствора. Это объясняется ки-нетикой не только самих макромолекул, но и отдельных сегментов макромолекул (участка цепи). Причем, с ростом кон-центрации число их увеличивается нели-нейно. Осмотическое давление растворов ВМС рассчитывают по уравнению Галлера:

где С_m − массовая концентрация полимера, K – вириальный коэффициент, учитывающий форму и гибкость макромолекулы.

Постоянство осмотического давления растворов полимеров позволяет использовать осмометрический метод для определения молекулярной массы. Для этого измеряют осмотическое давление растворов разной концентрации поли-меров и графически (рис.9) определяют его молекулярную массу.

В биолоических системах суммарное осмотическое давление создается низкомолекулярными веществами и биополимерами. Это давление называется

онкотическим давлением. Оно косвенно отражает транспорт питательных веществ и конечных продуктов обмена.

Макромолекулы полимеров могут иметь определенный заряд. В отличие от коллоидных частиц, заряд у макромолекул возникает не за счет избирательной адсорбции ионов, а вследствие диссоциации собственных ионогенных групп. Полимеры, имеющие ионогенные группы, называют полиэлектролитами. В зави-симости от знака заряда различают поликатиониты (имеют положительно заря-женные группы), полианиониты (имеют отрицательно заряженные группы) и полиамфолиты, имеющие как отрицательно, так и положительно заряженные группы. Примерами полиамфолитов являются нуклеиновые кислоты, белки и другие биополимеры, молекулы которых содержат карбоксильные (−COOH), амино- (−NH₂) и другие функциональные группы. Ввиду наличия разноименно заряженных групп общий суммарный заряд полиамфолитов и их устойчивость зависят от рН раствора. При некотором значении рН раствора степень диссоциа-ции противоположно диссоциирующих групп оказывается равной и число поло-жительных и отрицательных зарядов макромолекулы уравнивается. Такое сос-тояние электронейтральности называют изоэлектрическим, а значение рН рас-твора – изоэлектрической точкой. В изоэлектрическом состоянии устойчивость, степень набухания, растворимость ВМС, вязкость и осмотическое давление их растворов будут наименьшими, что объясняется уменьшением степени сольватации макромолекул из-за уменьшения общего числа заряженных групп.

Высокая устойчивость ВМС в растворе обуславливает защитное действие их на гидрофобные коллоидные частицы. При добавлении полимера к коллоидному раствору его молекулы адсорбируются на коллоидные частицы и придают им гидрофильный характер. Коллоидные частицы окружаются сольватными оболоч-ками макромолекул полимера и поэтому коллоидные системы становятся более устойчивыми к коагулирующему действию электролитов. Это явление назы-вается коллоидной защитой. Защитное действие полимеров на коллоидные частицы измеряется защитными, например, железным, рубиновым, золотым, серебряным числами. Это минимальная масса сухого полимера, необходимого для защиты 10 мл золя от коагуляции при введении в золь 1 мл 10%-ного коагулирующего электролита.

Явление коллоидной защиты имеет место и в организме. Например, белки плазмы крови защищают от объединения и роста частиц труднорастворимых солей мочевой, щавелевой, фосфорной и желчных кислот. Понижение степени такой защиты служит предрасполагающим моментом при отложении камней в моче- и желчевыводящих путях и в развитии подагры.

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2019 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.02 с) .

источник