Обучающие задачи с решениями.

1. Каково строение мицеллы золя иодида серебра, полученного добавлением к 30 мл раствора иодида калия (С(КI) = 0,006 моль/л) 40 мл раствора нитрата серебра(С(AgNO₃) = 0,004 моль/л)?

Решение. Золь получен конденсационным методом по реакции обмена:

AgNO₃ + KI → AgI ↓+ KNO₃

Для того чтобы вместо осадка AgI образовался коллоидный раствор (золь), необходимо условие: один из реагентов должен быть в избытке.

Рассчитаем количество ионов серебра и йода:

n(Ag⁺)=С^.V = 40 ∙10^-3л ∙ 0,004 моль/л = 1,6∙10^-4 моль;

n(I^-) = С^. V = 30 ∙10^-3л ∙ 0,006 моль/л = 1,8∙10^-4 моль,

следовательно, KI – в избытке. В этом случае мицелла имеет строение:

Ответ: гранула заряжена отрицательна.

2. 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. В каком диапазоне находилось значение концентрации раствора хлорида натрия?

Решение. Из анализа результатов электрофореза можно сделать вывод, что гранула мицеллы заряжена положительно. Формула мицеллы с положительным зарядом гранулы имеет вид:

{[mAgCl]∙nAg⁺ ∙ (n-x)}^x+ ∙ x

Для разрушения мицеллы подобного строения необходимо, чтобы хлорид натрия был в недостатке. Так как объёмы смешиваемых растворов одинаковы, то концентрация NaCl должна быть меньше концентрации, т.е. меньше 0,005 моль/л.

Ответ: С(NaCl) < 0,005 моль/л.

3. Пороги коагуляции некоторого золя электролитами , , NaBr равны соответственно 50,0; 0,8; 49,0 ммоль /л. Как относятся между собой величины коагулирующих способностей этих веществ? Укажите коагулирующие ионы. Каков знак заряда коллоидной частицы?

Решение. Порог коагуляции можно рассчитать по формуле

Величина, обратная порогу коагуляции, называется коагулирующей способностью:

К.С.(KNO₃) = = 0,02л/моль;

К.С.(MgCl₂) = = 1,25л/моль;

К.С.(NaBr = = 0,0204л/моль;

MgCl₂ обладает наибольшим коагулирующей способностью

Коагулирующая способность электролитов на коллоидные растворы с ионным стабилизатором подчиняется правилу Шульце-Гарди: коагуляцию коллоидных растворов вызывают ионы, знак заряда которых противоположен знаку заряда гранулы. Коагулирующее действие тем сильнее, чем выше заряд иона коагулянта. Коагулирующее действие иона-коагулянта пропорционально его заряду в шестой степени. К.С. ≈ z².

К.С (Na⁺) : К.С (K⁺) : К.С (Mg⁺²) = 0,0204 : 0,02 : 1,25 = 1 : 1: 62,5

Так как анионы во всех данных электролитах однозарядны, то ионами-коагулянтами являются катионы, следовательно, заряд коллоидной частицы – отрицательный.

Ответ: наибольшим коагулирующим действием обладают ионы Mg⁺²; заряд гранулы золя – отрицательный.

4. К какому электроду будет перемещаться при электрофорезе белок в буферном растворе, содержащем равные концентрации гидрофосфат- и дигидрофосфат-ионов, если при pH = 6,0 белок остаётся на старте?

Решение. При рН = pI = 6,0 (изоэлектрическая точка) белок остаётся на старте, т.е. при электрофорезе не двигается к катоду или аноду. Следовательно, белок электронейтрален (б).

При pH < pI белок заряжается положительно, так как подавляется диссоциация карбоксильной группы (а).

При pHpI белок заряжается отрицательно, так как подавляется диссоциация аминогруппы (в).

(а)	(б)	(в)
pH < pI	pH = pI = 6,0	pH > pI

pH буферного раствора определяется по уравнению Гендерсона-Гассельбаха:

pH = pK(Н₂РО₄^- ) + lg ,

так как по условию задачи [HP = [, то pH = pK(= 7,21 (справочные данные).

Поскольку pI для белка ≈ 6,0, то pH = 7,21 больше pI, следовательно, белок заряжается отрицательно и при электрофорезе будет перемещаться к аноду.

Ответ: при pH = 7,21 белок перемещается при электрофорезе к аноду.

5. Рассчитайте осмотическое давление раствора белка с относительной молекулярной массой 10 000, если его массовая концентрация равна 1,0кг/м³, Т = 310К, молекула белка изотермична (β=1).

Решение. Для расчёта осмотического давления растворов ВМС используется уравнение Галлера.

где β- коэффициент, учитывающий гибкость и форму макромолекул (для изотермичных молекул коэффициент β = 1Па∙м⁶/кг²); C- массовая концентрация ВМС в растворе, [кг/м³]; М -средняя молярная масса ВМС(численно равна относительно молекулярной массе) [кг/моль].

Когда величина βс² очень мала, ею как слагаемым, можно пренебречь.

ρ_осм = + 1Па∙м⁶/кг^{2 .} (1кг/м³)² = 258,6 Па.

Ответ: ρ_осм=258,6 Па.