ПОЛУЧЕНИЕ КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ
.docxПОЛУЧЕНИЕ КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ
Цели работы: 1. Освоение методики получения золей. 2. Построение формул мицелл полученных золей.
Краткие теоретические положения. Коллоидные системы по размерам частиц дисперсной фазы занимают промежуточное положение между истинными растворами (более 10-9 м) и грубодисперсными системами (10-5 – 10-6 м). Они могут быть получены двумя путями: конденсацией молекул или ионов (методом конденсации) и дроблением более крупных частиц до нужной степени дисперсности (метод диспергирования). Известны также случаи самопроизвольного диспергирования дисперсной фазы в дисперсионной среде.
Для придания частицам устойчивости против слипания (агрегативной устойчивости) необходимо создание на поверхности частиц защитных слоев: двойных ионных слоев, вызывающих электростатическое отталкивание (электростатический фактор устойчивости) и сольватных, или адсорбционно-сольватных слоев, препятствующих в силу своих особых структурно-механических свойств соприкосновению и слипанию частиц (структурно-механический фактор стабилизации).
Основные диспергационные методы.
1. Механическое диспергирование – измельчение твердых тел в данной среде в присутствии стабилизаторов в шаровых или коллоидных мельницах, а также с помощью вибрационных измельчителей или ультразвука, вольтовой дуги и т.д.
Дробление до частиц малых размеров требует большой затраты работы, так как поверхность раздела между фазами в таких системах весьма велика.
2. Физико-химическое дробление осадков (пептизация) – дробление рыхлых осадков, в которых имеются отдельные частицы дисперсной фазы, разделенные прослойками дисперсионной среды. Их непосредственному соприкосновению мешают либо двойные ионные слои (они имеют небольшую толщину, но все же не дают частицам слипаться), либо сольватные оболочки, имеющиеся на поверхности частиц. Как первая, так и вторая причина обеспечивают отталкивание частиц на близких расстояниях, тогда как на более далеких преобладают силы межмолекулярного притяжения, не дающие частицам разойтись за счет теплового движения.
Перевести такой осадок в коллоидный раствор (пептизировать) можно разными способами:
а) адсорбционная пептизация – в этом случае отталкивание частиц осадка друг от друга вызывается двойными ионными слоями, образуемыми на поверхности частиц за счет адсорбции ионов добавляемого электролита-пептизатора;
б) пептизация путем поверхностной диссоциации связана с образованием двойного ионного слоя в результате диссоциации молекул, находящихся на поверхности твердой фазы. Пептизатор в этом случае способствует процессу диссоциации (например, вызывает образование на поверхности частиц растворимых соединений);
в) пептизация путем промывания осадка применяется тогда, когда на поверхности частиц, образующих осадок, есть двойные ионные слои, но они сжаты, так как концентрация электролита достаточно большая. При промывании такого осадка водой концентрация электролита в нем уменьшается, двойные ионные слои увеличивают свою толщину, силы электростатического отталкивания между частицами действуют на более далекие расстояния и вызывают коллоидное растворение осадка.
Конденсационные методы получения дисперсионных систем.
1. Физическая конденсация – конденсация молекул одного вещества (будущей дисперсной фазы) в другой (будущей дисперсионной среде). Практически это может быть осуществлено различными путями, например, пропусканием паров одного вещества в другое.
Одним из примеров физической конденсации может быть метод замены растворителя: молекулярный раствор какого-либо вещества постепенно, при перемешивании прибавляют к жидкости, в которой это вещество нерастворимо. При этом происходит конденсация молекул и образование коллоидных частиц.
2. Химическая конденсация – получение коллоидных систем с помощью химических реакций.
Коллоидные растворы могут быть получены с помощью реакций различных типов: двойного обмена, восстановления, гидролиза и других.
Наиболее распространены методы, при которых труднорастворимое вещество образуется в результате химической реакции, протекающей в той среде, которая в дальнейшем является дисперсионной.
При получении коллоидных растворов необходимо вести реакцию в разбавленном растворе, чтобы скорость роста кристаллических частиц была невелика, тогда частицы получаются мелкие (10-7 - 10-9 м) и системе будет обеспечена седиментационная устойчивость. Кроме того, одно из реагирующих веществ должно быть взято в избытке. Это обеспечит образование на поверхности двойного электрического слоя основного фактора агрегативной устойчивости.
Следует отметить, что золи будут наиболее устойчивыми тогда, когда в результате реакции получается небольшое количество электролитов.
Порядок выполнения работы.
Опыт 1: Золь металлического серебра
Соль серебра восстанавливают танином в щелочной среде до металла. Для этого 2 мл 1,7%-ного раствора AgNO3 разбавляют до 100 мл водой, вводят 1 мл 0,1%-ного раствора таннина, а затем 3-4 капли 1%-ного раствора K2CO3. Получается красно-коричневый золь металлического серебра.
Опыт 2: Золь диоксида марганца
Соль марганца восстанавливают тиосульфатом натрия. Для этого 5 мл 1,5 раствора KMnO4 разбавляют водой до 50 мл. В разбавленный раствор вводят по каплям 1,5 – 2 мл 1% раствора Na2S2O3. Образуется вишнево-красный золь MnO2.
Опыт 3: Золь берлинской лазури.
0,5 мл 20% раствора K4[Fe(CN)6] разбавляют водой до 100 мл. К разбавленному раствору добавляют 1 каплю насыщенного раствора FeCl3. Образуется прозрачный синего цвета золь берлинской лазури. От двух капель раствора FeCl3 золь еще больше синеет.
Опыт 4: Золь Cu2[Fe(CN)6]
0,5 мл 20% раствора K4[Fe(CN)6] разбавляют водой до 100 мл. В разбавленный раствор прибавляют 3-4 капли 10% раствора CuSO4 при взбалтывании. Образуется красно-бурого цвета золь Cu2[Fe(CN)6].
Опыт 5: Золь Cо2[Fe(CN)6]
2 мл 20% раствора K4[Fe(CN)6] разбавляют водой до 100 мл. в это раствор медленно при взбалтывании вводят 6-7 мл 0,1% раствора CоSO4. Образуется зеленого цвета золь Cо2[Fe(CN)6].
Опыт 6: Золь йодида серебра.
10 капель 1,7% раствора AgNO3 разбавляют водой до 100 мл. К разбавленному раствору добавляют по каплям при взбалтывании 1 мл 1,7% раствора KI. Образуется голубоватый опалесцирующий золь йодида серебра.
Опыт 7: Золь бромида серебра
15 капель 1,7% раствора AgNO3 разбавляют водой до 100 мл. К разбавленному раствору добавляют по каплям при взбалтывании 0,5 мл 1,2% раствора KBr. Образуется голубоватый опалесцирующий золь.
Опыт 8: Золь гидроксида железа III.
К 100 мл кипящей воды прибавляют 3-4 капли насыщенного раствора FeCl3. При этом энергично протекет гидролиз хлорида железа и появляющиеся молекулы гидроксида железа конденсируются в коллоидные частицы. Образующийся золь имеет вишнево-коричневый цвет.
Опыт 9: Золь канифоли.
К 50 мл воды добавляют при взбалтывании 10-15 капель 10% раствора канифоли в этаноле. Образуется золь канифоли в воде с отрицательно заряженными коллоидными частицами.
Опыт 10. Золь серы.
К 50 мл воды добавляют при взбалтывании 1 мл насыщенного раствора серы в ацетоне. Образуется голубовато-белый золь серы в воде.
Опыт 11 золь парафина.
К 50 мл воды добавляют при взбалтывании 1 мл насыщенного раствора парафина в этаноле. Получается опелесцирующий золь парафина в воде с отрицательно заряженными коллоидными частицами.
Опыт 12. Золь Cu2[Fe(CN)6].
Получают осадок Cu2[Fe(CN)6] добавлением 1 мл 20% -ного раствора K4[Fe(CN)6] к 5 мл 2% -ного раствора СuCl2. Осадок переносят на фильтр и промывают водой. Вначале фильтрат бесцветен, затем медленно переходит в красно-бурый золь.
Определение знака заряда коллоидных частиц. Знак заряда коллоидных частиц в окрашенных золях можно определить методом капиллярного анализа. Метод основан на том, что целлюлозные стенки капилляров фильтровальной бумаги заряжаются отрицательно, а пропитывающая бумагу вода положительно. Если на листок бумаги нанести каплю исследуемого золя, то частицы, заряженные положительно, адсорбируются на стенках капилляров, поэтому золь с положительными частицами дает окрашенное в центре и бесцветное по краям пятно. Золь с отрицательно заряженными частицами, не адсорбирующимися на стенках капилляров, образует равномерно окрашенное пятно.
Форма отчета. Отчет должен содержать название и описание цели работы, описание методики проведения опытов, уравнения химических реакций и формулы мицелл получаемых золей, вывод.