Лабы эпс

U-образной трубки расстояние L между концами агар­ агаровых мостиков. Электрическим сопротивлением самих мостиков можно пренебречь ввиду высокой концентрации

в них электролита.

На основании полученных данных рассчитьmают ~­

потенциал по формуле 2.3.

Экспериментальные и расчетные данные записывают в таблицу (см. табл. 2.3.)

Таблица 2.3. Форма записи экспериментальных и

расчетных результатов по определению электрокинетического потенциала исследуемой

жидкости и влиянию на нее электролитов

*

«$

Время перемещения

«$

1i

границы раздела " е

С.

::с

~

'"<1.>

::с

а

~

о

::s::

.е-

'"

:.:

1':

~~

::с

о

о

«$

о

«$a:I

е-

:.:

:;;:

>.

«$

1

11

1

~

'"'

'-'

::s

ер.

::s

<1.>

с.

f-o

00:

::с

~

<I.>~

<1.>

(..)

~

::s:: ::S

\о

gd'

:;;:

><

<1.>

::s::

~

о

!;:;

<1.»

::S

::s::

::S

@a:I

::s::

::s::

«$

::с

«$

::s::

~

~

<1.>

«$

(..)

::S

::r

§'~

а

~a

;Е

о

00:

~

Q:j

::с

<1.>

1::{

::с

е'"

~

~~

00:

t'

g

~

::S<1.>

1':<1.>

о

~

~

о

«$

t'

<1.>

(..)

t'

::::.:

<1.>

а

c.-t

I

<1.>

О

~<I.>

g

11

о

ff

~~

~ ::.::

~

::Х::

~

р..

<1.>

l.t:I

t:c.

6::>

t:

::Х::

::с

~

цj>

Составляют отчет с выводом, обобщающим полученные

экспериментальные данные.

• При вьmолнении работы по первому варианту первые три

столбца таблицы не заполняются.

- 21 -

www.mitht.ru/e-library

РАБОТА 2

ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ КОАГУЛЯЦИИ лАтЕксов,стАБилизовАнных ионогЕнными ПАВ.

Цель работы

Изучение кинетики коагуляции синтетических

латексов электролитами; определение порога быстрой

коагуляции и выяснение влияния на него валентности

ионов (вывод правила значности); установление

зависимости порога коагуляции от свойств защитного слоя

стабилизатора.

Теоретическая часть

Обычные коллоидные системы являются

агрегативно неустоЙЧИвыми. Присутствие стабилизатора на поверхности частиц обеспечивает BpeMeHHYJO устойчивость этих систем. Различные, порой

незначительные воздействия на систему приводят к нарушению ее устойчивости, к процессу коагуляции.

Поэтому вопросы устойчивости систем составляют

важнейшYJO проблему, которая может быть решена лишь

при глубоком теоретическом и экспериментальном

изучении явления коагуляции.

Коагуляция может происходить при введении

различных электролитов и неэлектролитов, механическом

воздействии, нагревании или замораживании. Наиболее важное место среди астабилизYJOЩИХ факторов занимает

введение электролитов. Электролитная коагуляция

особенно ярко протекает в тех коллоидных системах, в которых стабилизатор имеет ионный характер и

устойчивость в огромной степени обеспечивается

электростатическим отталкиванием коллоидных частиц.

КоагуЛИРYJOщие действие электролита заключается в его

влиянии на свойства двойного электрического слоя, в

результате

чего

происходит

уменьшение

электростатического отталкивания частиц, а значит и

- 22-

www.mitht.ru/e-library

возможное их слипание. В зависимости от интенсивности

коагулирующего влияния электролита возможна различная

вероятность слипания частиц (меньшая ИJШ равная

единице) и, соответственно, протекает медленная или быстрая коагуляция.

Коагулирующая способность электролита

характеризуется его минимальной концентрацией,

необходимой для протекания в системе коагуляции. Эта

концентрация называется порогом коагуляции. Различают

два типа электролитной коагуляции коллоидных систем: 1) нейтрализационную, происходящую в результате снижения

поверхностного потенциала частиц; 2) концентрационную,

протекающую вследствие сжатия диффузной части двойного электрического слоя (потенциал поверхности в

этом случае не изменяется).

Введение электролитов снижает высоту потенциального барьера (см. рис.1.1), но при небольших концентрациях электролита энергетический барьер

остаётся достаточно велик и коагуляция частиц не

происходит. АI~егация наступает при введении определённого для данной системы количества

электролита, соответствующего порогу коагуляции. Порог

быстрой коагуляции Ск определяет количество

электролита, необходимое для коагуляции единицы объема

коллоидной системы при полном исчезновении

потенциального барьера. При сохранении небольшого потенцrального барьера в системе протекает медленная

коагуляция. Поскольку скорость медленной коагуляции

меняется в достаточно широком интервале, определения

порога медленной коагуляции можно проводить при

произвольно выбранной скорости процесса. В таком случае

найденное значение порога медленной коагуляции

является

условным,

характеризуюIЦИМ

лишь

относительную способность электролитов - коагулянтов.

Более объективную оценку коагуЛИРУ1Ощих свойств

электролита выражает порог быстрой коагуляции. Чем

-23 -

www.mitht.ru/e-library

болыпе требуется электролита для протекания в системе быстрой коагуляции, тем выше силы отталкивания

коллоидных частиц и, значит, выше энергетический барьер

на результирующей кривой взаимодействия частиц.

Следовательно, порог быстрой коагуляции является теоретически обоснованной мерой устойчивости системы и может бьпь использован для сравнительной характеристики различных коллоидный систем. При

электролитной коагуляции по концентрационному

механизму (для сильно заряженных золей) порог коагуляции Ск В соответствие справилом Дерягина-Ландау обратно пропорционален заряду z противоионов в шестой

степени, т. е.

	с	= coпst	(2.6)
	k	6
		Z
	в процессе	коагуляции латексов образуются

сравнительно небольшие по размерам седиментационно

устойчивые агрегаты. Поэтому исследование коагуляции латексов удобнее всего проводить турбидиметрическим

методом. Применимость этого метода основьmается на сильной зависимости интенсивности светорассеяния от

размеров частиц. При коагуляции частиц она повышается,

соответственно увеличивается оптическая плотность

латекса.

Порог быстрой коагуляции находят по пороговому объему электролита Ук (мл), при котором оптическая

плотность золя достигает максимального значения, а при

дальнейшем добавлении электролита не изменяется

(рис.2.4). Значение Ск рассчитьmают по формуле
Ск = СэлVK	(2.7)

V

где Сэл - концентрация введённого электролита, моль/л; V - объем золя, мл.

Существует другой, ускоренный метод определения порога быстрой коагуляции, который основан на следующей

- 24-

www.mitht.ru/e-library

зависимости. Как показал эксперимент, мутность или

оптическая плотность коагулирующей системы через определенный небольшой промежуток времени после

введения электролита (например, через 1 мин) сначала

увеличивается с ростом концентрации электролита, а затем

при концентрации, соответствующей порогу быстрой коагуляции, перестает меняться. Таким образом, достаточно получить зависимость "минутной" мутности

или оптической плотносm от концентрации электролита и

тогда по перегибу на соответствующей кривой можно найти значение порога быстрой коагуляции.

D

!г

I

I

1 l

1

j

У" У.."

Рис. 2.4. Зависимость оптической плотности золя от

объема электролита.

Экспериментальная часть

для проведения работы необходимы: Фот.оэлектроколорuметр-нефелом.етр КФК-З. Набор колб и пипеток

Секундом.етр.

Латекс, разбавленный в 103 раз.

Электролиты: 1М раствор хлорида калия; 0,1 М раствор

хлорида кальция; О,ОlМраствор хлорида алюминия.

- 25-

www.mitht.ru/e-library

Из исходных раствором электролитов готовят

рабочие растворы следующих концентраций: 100; 200; 300;

400; 500; 600 и 900 ммоль/л для KCl; 5; 10; 15; 20; 30; 40; 50; и 60 ммоль/л для CaC12 и 0,5; 1; 1,5; 2; 3; 4 и 5 ммоль/л

для АIСlз.

После приготовления растворов электролитов

пристynают к определению оптической плотности

коагулирующего латекса. Предварительно знакомятся с принципом действия и порядком работы на приборе КФК- 3, описанном в работе.

При вьшолнении работы по первому варианту

определяют значения оптической плотности

коагулирующей системы во времени. для этого в кювету прибора наливают 4 мл раствора электролита (концентрация уточняется преподавателем), добавляют 1 мл латекса и включают секундомер. Через 1 мин проводят

первое измерение оптической плотности, затем проводят

измерения в течение 1-1,5 ч через каждые 10-15 мин. По

полученнь~ дaнHЬ~ строят нефелометрическую кривую

коагуляции, по которой определяют длительность первой стадии коагуляции. Проведя опьп для двух электролитов при равной их концентрации или для одного электролита

двух концентраций, делают вывод о коагулирующем

влиянии электролита и характере первой стадии

коагуляции.

для определения порога быстрой коагуляции (второй

вариант работы) в кювету прибора наливают 4 мл раствора

электролита, вводят 1 мл латекса и через 1 мин измеряют

оптическую плотность. результатыI определения

«минутной» оптической плотности для различных

концентраций электролитов записывают в таблицу (см.

табл.2.4).

Строят графики зависимости оптической плотности D от электролита еэл (рис. 2.4). Из точки пересечения продолжения обоих прямолинейных участков кривой

опускают на ось абсцисс и находят порог быстрой

-~·6 -

www.mitht.ru/e-library

коагуляции для каждого электролита. Получив полученные

значения порогов коагуляции на наименьшее из НИХ,

вьmодят правило значности и сопостаашпот справилом

Дерягина - Ландау.

Таблица 2.4. Форма записи результатов измерений

оптической плотности коаryлирующего латекса

KCl		CaC12			АIС1з
Сэл,	D	См,		D	Сэл,		D
ммоль/л		ммоль/л			ммоль/л
О		О			О
100		5			0.5
200		10			1
300		15			1.5
400		20			2
500		30			3
600		40			4
900		50			5

для выполнения работы по третьему варианту

определяют порог быстрой коагуляции, как это описано

вьппе, для двух латексов, стабилизованных различными

ПАВ при действии какого-нибудь одного электролита (по

указанию преподавателя). Работа завершается анализом

полученных экспериментальных данных

-27 -

www.mitht.ru/e-library

РАБОТА 3

КОЛЛОИДПАЯЗА~А

Цель работы

Определение защитного числа и выяснение влияния

природы защитных веществ на их стабилизирующее

действие.

Теоретическая часть При добавлении к лиофобным коллоидным системам

очень

неБолыlIх

количеств

растворов

высокомолекулярных веществ набmoдается явление

коллоидной защиты, Т.е. значительное повыIпниеe устойчивости золей, которое проявляется в том, что

снижается их чувствительность к действИ}О электролитов

или других стабилизирующих факторов (механическому перемеllIИВанию, нагреванию, замораживанИ}О и т.д.).

Причина явления коллоидной защиты заключается в

адсорбции высокомолекулярного вещества на поверхносm лиофобных коллоидных частиц и увеличении устойчивости в основном за счет факторов

неэлектростатической природы. Адсорбирующиеся

макромолекулы, содержащие полярные группы и поэтому

ХОРОllIО гидраmрующиеся, образуют вокруг частиц

гидратные оболочки, которые препятствию слипанию

частиц.

Адсорбционно-гидратные слои благодаря БолыlIмM

размерам макромолекул имеют значительную толщину и,

обладая определенной механической прочностью и

упругостью, не позволяют частицам сблизится на те малыIe

расстояния, где действует интенсивное молекулярное

притяжение (структурно-механическая истерическая

стабилизация).

Важную роль для механизма коллоидной защиты играет энтропийный фактор устойчивости. Кроме того,

если в макромолекулах защитного вещества имеются

ионогенные группы, то адсорбция таких молекул может

- 28-

www.mitht.ru/e-library

привести к повышению заряда КОЛЛОИДНЫХ частиц и

отсюда к усилению их электростатического отталкивания.

Явление коллоидной защиты обычно связанно с

применением высокомолекулярных веществ. Однако оно

может происходить при добавлении к зоmo и двух других стабилизирующих агентов, например, ПАВ неионогенного

типа.

Стабилизирующее действие вещества

характеризуется защитным числом, Т.е. минимальной

массой вещества, выраженной в мг, которая необходима

для защитыI 1О мл золя ОТ коагуляции при введении

раствора электролита в пороговой концентрации.

Ясно, что действие защитного вещества при

адсорбции его на поверхности коллоидных частиц зависит

от природы адсорбированного вещества

его

лиофильности, сродства к дисперсной фазе, строения и

свойств молекул и т.д.

Явление коллоидной защиты НaDlЛО ПIирокое

практическое применение. Например, оно используется в

фармацевтической промыпIлнностии при получении

колларгола (золя серебра), при стабилизации натурального

исинтетического латексов, для создания однородных и

устойчивых смесей латекса с наполнителями, пигментами

ит.Д.

Кроме того, защитное число S можно

характеризовать количеством вещества, требуемого для

стабилизации единицы объема золя. Защитное число S, как

ипорог коагуляции, определяют как визуально, так и

турбидиметрическим методом. Защитное число S (г/л золя)

вычисляют по уравнению
S= СстVзащ	(2.8)

V

где Сст - концентрация стабилизатора раствора, г/л; Vзащ

-объем раствора стабилизатора, необходимый для

предотвращения коагуляции золя, мл.

-29 -

www.mitht.ru/e-library

Значение Vзащ соответствует объему стабилизатора в золе,

содержащем пороговый объем электролита, при котором на кривой зависимости D=f(VCT) появляется нижний горизонтальный участок (рис. 4).

Действие защитного вещества при адсорбции его на

поверхности коллоидных частиц зависит от природы

адсорбированного вещества - его лиофильности, сродства к дисперсной фазе, строения и свойств молекул и т. д.

Методика проведения работы

для проведения работы необходимы:

Бюретки для растворов коагуляторов. Набор пробирок, пипеток, колб.

Золь сульфида сурьмы или насыщенный раствор хлорида железа (Ш) для получения золя гидрата окиси

железа.
	Коагуляторы: 0,002 н. Раствор сульфата натрия или
1 н. Раствор хлорида калия.
	Защитные вещества: желатин,			поливиниловый
спирт	и неионогенное	ПАВ	препарат ОС-20
(оксиэтилированный алифатический спирт).
	Учащийся проводит коллоидную защиту одного из
золей	защитными	веществами,		указанными

преподавателем.

Работу начинают с приготовления 0,5%-ных

растворов защитных веществ по 100 мл каждого раствора.

для этого на технических весах взвешивают навеску

вещества и вносят ее в 100 мл дистиллированной воды.

При растворении высокомолекулярных веществ (желатин,

поливиниловый спирт) смесь вьщерживают при комнатной температуре 15-20 мин для набухания и извлечения

примесей, затем осторожно сливают раствор над гелем.

Снова наливают воду и растворяют при перемешивании

защитное вещество, нагревая его на водяной бане (воду в

бане не следует доводить до кипения). ПАВ растворяют на водяной бане без предварительного набухания.

- 30-

www.mitht.ru/e-library