Вопросы для самоконтроля

1. Какие оптические свойства растворов вам известны?

2. Какие оптические свойства наблюдаются при падении света на коллоидную систему?

3. При каких условиях справедливо уравнение Рэлея?

4. Перечислите факторы, от которых зависит интенсивность рассеянного света.

5. Какая зависимость лежит в основе нефелометрического метода анализа?

6. Нарисуйте схему нефелометра.

7. Как можно определить концентрацию золя с помощью нефелометрии?

Лабораторная работа №18 Определение размеров частиц золя турбидиметрическим методом

Цель работы  ознакомиться с турбидиметрическим методом анализа и определить размеры частиц золя.

Теоретическая часть

Турбидиметрия  метод исследования, основанный на измерении ослабления проходящего через коллоидную систему света в результате светорассеяния. Измерения проводят с помощью обычных колориметров или спектрофотометров, позволяющих определить мутность системы.

Рассеянный свет можно считать фиктивно поглощен­ным и поэтому принять, что закономерности рассеяния света подчиняются уравнению Бугера  Ламберта  Бера:

_,

_, (1)

где J₀  интенсивность падающего света; J_n  интенсивность - света, прошедшего через систему; D = lg (J₀/J_n)  оптическая плотность; τ  мутность; l  толщина слоя.

Мутность системы τ можно выразить через интенсивность рассеянного света (J_p). Для 1 см³ дисперсной системы справедливо равенство J_n = J₀ - J_p ; основанное на законе сохранения энергии. Тогда при l = 1 см следует:

.(2)

Путем математических преобразований можно показать, что:

. (3)

Тогда уравнение Рэлея для дисперсных систем со сферическими твердыми частицами дисперсной фазы будет иметь вид:

_, (4)

где   длина волны падающего света, см; n₁ - показатель преломления дисперсной фазы; n_o  показатель преломления дисперсионной среды; C_об  объемная доля дисперсной фазы; V  объем частицы, см³.

Если принять

_, (5)

то получим

τ = K ∙ C_об ∙V, (6)

откуда

.

Уравнение Рэлея справедливо лишь для разбавленных растворов, так как оно не учитывает вторичного рассеяния света и взаимодействия между частицами. Поэтому для определения размера частиц следует определить мутность  для ряда растворов с разной кратностью разбавления и экстраполировать величину /С_об до С_об = 0:

[τ] = lim()_. (7)

Далее строят график в координатах  / С_об = f (C_об) и путем экстраполяции находят значение /С_об при С_об = 0. Для вычисления (К) необходимо знать значение λ :

= _,

где _вак = 540 нм для светофильтра № 5 и кюветы длиной 5 см.

После вычисления объема частицы V рассчитывают радиус частицы по уравнению:

. (8)

Необходимые для расчетов значения плотностей и по­казателей преломления некоторых веществ приведены в таблице 18.1.

Таблица 18.1  Свойства веществ, необходимые для вычисления размера частиц

Вещество	Плотность , г/см^1	Показатель преломления, n
Полистирол	1,06	1,593
СКС-ЗО	0,93	1,545
СКС-50	0,99	1,558
Гидрозоль железа	1,01	1,558
Вода	1,00	1,333

Практическая часть

Из исследуемого гидрозоля железа с содержанием дисперсной фазы 1 : 500 приготовьте четыре пробы с кратностью разбавления 1 : 2000; 1 : 3000; 1 : 5000; 1 : 10000, отобрав пипеткой соответствующее количество исходного раствора в мерные колбы и разбавив их водой до 100 см³.

Измерьте величину оптической плотности D приготовленных растворов, используя кювету длиной 5 см и светофильтр № 5. Измерения проведите в соответствии с инструкцией к фотоэлектроколориметру (смотрите лабораторную работу № 15). Для каждого образца золя измерения проведите три раза и определите среднее значение оптической плотности D. Полученные значения запишите в таблицу 18.2

Обработка результатов эксперимента

1. По формуле (1) вычислите мутность .

2. На миллиметровой бумаге постойте график в координатах /С_об = f (С_об) и путем экстраполяции определите значение /С_об при С_об = 0.

3. По уравнению (5) найдите величину К и рассчитайте объем частицы золя V по уравнению (6), подставив в него значение /С_об при С_об = 0.

4. Рассчитайте радиус частицы по уравнению (8).

Таблица 18.2  Экспериментальные данные для расчета размеров частиц по уравнению Рэлея

Разбавление	D	Свес, г/см^3	Соб,	, см^-1	/Cоб
1 : 10000
1 : 5000
1 : 3000
1 : 2000