лаба9,10,11

Час , протягом якого проводився експеримент, вимірюється за допомогою секундоміра з точністю до 1 с і дорівнює 360 с. Тоді:

Δττ 100 % 3601 100 % 0,28 % .

Похибка вимірювання напруги за допомогою вольтметра становить 2 % (за класом точності вольтметра).

Отже, загальна похибка у визначенні -потенціалу дорівнюватиме 6,13 %.

Питання для самоперевірки

1.Наведіть можливі причини виникнення подвійного електричного шару ПЕШ на міжфазних поверхнях? Наведіть приклади.

2.Дайте характеристику будови ПЕШ на прикладі міцели золю гідроксиду заліза. Як змінюється потенціал зі зміною відстані від поверхні?

3.Які електрокінетичні явища Ви знаєте? Чим вони зумовлені?

4.Що називається міжфазним та електрокінетичним ( -потенціалом) потенціалами? Яка між ними відмінність?

5.Які фактори впливають на -потенціал?

6.Які методи визначення електрокінетичного потенціалу Ви знаєте?

7.Напишіть рівняння Гельмгольца – Смолуховського для визначення - потенціалу. Проаналізуйте його.

8.Які властивості повинна мати бокова рідина?

9.За величиною якого потенціалу судять про стійкість колоїдного розчину?

10.Як визначається заряд колоїдної частинки гідрозолю?

Лабораторна робота № 11

ВИЗНАЧЕННЯ ПОРОГУ КОАГУЛЯЦІЇ ЗОЛЮ ГІДРОКСИДУ ЗАЛІЗА ТА ПЕРЕВІРКА ПРАВИЛА ШУЛЬЦЕ-ГАРДІ

Мета роботи – визначити залежність порогу коагуляції золю гідроксиду заліза від заряду іона-коагулятора та перевірити правило Шульце-Гарді.

Теоретичні відомості

Під стійкістю дисперсних систем розуміють сталість у часі її стану та основних властивостей: дисперсності, рівномірного розподілення частинок дисперсної фази у об’ємі дисперсійного середовища, збереження характеру взаємодії між частинками тощо. Особливо важливою є стійкість ліофобних колоїдів, оскільки вони термодинамічно нестабільні і здатні до коагуляції.

Седиментаційна стійкість – це здатність системи зберігати рівномірне розподілення частинок в об’ємі дисперсійного середовища. Основними умовами цієї стійкості є висока дисперсність та участь частинок дисперсної фази в броунівському русі.

72

Агрегативна стійкість – це здатність системи зберігати свою ступінь дисперсності, тобто не змінювати розміри частинок під впливом зовнішніх факторів. За цими ознаками системи поділяються на два класи:

1)термодинамічно стійкі (ліофільні) системи, які самочинно диспергуються та існують без додаткової стабілізації. Сюди відносяться міцелярні розчини ПАР та розчини ВМС. При утворенні таких систем вільна енергія Гіббса зменшується, тобто ∆G < 0;

2)термодинамічно нестійкі (ліофобні) системи. Сюди відносяться золі, суспензії та емульсії, тобто системи, у яких слабка взаємодія між частинками дисперсної фази та дисперсійним середовищем. При утворенні таких систем виникає велика поверхня розділу фаз. Вони мають значний надлишок вільної поверхневої енергії, тобто ∆G > 0. Такі системи термодинамічно нестійкі. В них відбуваються самочинно процеси, що призводять до зменшення поверхневої енергії за рахунок збільшення розмірів колоїдних частинок внаслідок їх злипання та подальшої коагуляції.

Коагуляцією називається процес злипання частинок дисперсної фази під дією міжмолекулярних сил притягування. Коагуляцію золю може викликати будь-який фактор, що порушує агрегативну стійкість системи, але найважливішим фактором є дія електролітів. Відповідно з теорією ДЛФО введений електроліт у дисперсну систему спричиняє стиснення ПЕШ, а отже і зменшення ζ–потенціалу, який відповідає за її стійкість. Коагуляція золів може відбутися і внаслідок дії фізичних факторів.

Відповідно до теорії ДЛФО, введення електроліту в дисперсну систему спричиняє стиснення ПЕШ на поверхні частинок, внаслідок чого вони можуть зблизитися до відстані, на якій переважають сили притягування. Зменшення товщини ПЕШ супроводжується обміном протиіонів дифузного шару на іони електроліту, які спричиняють коагуляцію. Стиснення ПЕШ відбувається як за рахунок зменшення електричного потенціалу внаслідок специфічної адсорбції іонів введеного електроліту, так і через обмеження дифузії протиіонів у розчин

узв’язку зі збільшенням іонної сили розчину.

Згідно з правилом Шульце – Гарді коагулююча дія властива тому іону електроліту, що має заряд, протилежний заряду колоїдної частинки; коагулююча дія тим сильніша, чим вищий заряд іона-коагулятора. Оскільки колоїдна частинка золю гідроксиду заліза заряджена позитивно, то коагулюючу дію матимуть аніони електролітів, введених у даний золь.

Критичне мінімальне значення концентрації введеного у золь електроліту, за якої даний електроліт спричиняє коагуляцію даного золю, називають порогом коагуляції. Поріг коагуляції розраховують за рівнянням

де С – концентрація електроліту, моль/л ; n – кількість мілілітрів дистильованої води, взятих для розведення.

Коагулююча дія – це величина, обернено пропорційна порогу коагуляції:

73

Коагулююча дія виражається числом об’ємів золю, скоагульованих одним молем іона-коагулятора.

Завдання на виконання роботи

1.Провести коагуляцію золю гідроксиду заліза електролітами: 3 М KCl, 0,05 M K2SO4 , 0,001 M K3[Fe(CN)6].

2.Розрахувати для них пороги коагуляції.

3.Розрахувати коагулюючу здатність для даних електролітів.

4.Порівняння коагулюючої дії різних електролітів.

Прилади, лабораторний посуд та реактиви

Три штативи – кожний з 18 пробірками, колби для великих розведень (розведення більші, ніж 1:10), бюретка місткістю 25 мл, градуйовані піпетки місткістю 10 і 2 мл, золь гідроксиду заліза, електроліти: 3 M KСl, 0,05 M K2SO4, 0,001 M K3[Fe(CN)6].

Порядок виконання роботи

1. Приготувати розчини різних розведень електролітів відповідно до табл.11.1.

Таблиця 11.1

Результати дослідження коагуляції золю гідроксиду заліза

Для виключення впливу катіонів користуються калійними солями.

2.Від кожного розведення відібрати по 2 мл у чисті пробірки і долити у них по 4 мл золю гідроксиду заліза.

3.Через 20 хв позначити пробірки, в яких сталася коагуляція золю (тобто виникло помутніння). Розведення електролітів, що спричинили коагуляцію золю, позначити плюсом, а де не відбулася коагуляція – мінусом

(див. табл.11.1).

74

4.Провести аналогічні дії для другої серії розведень. Розведення готують таким чином, щоб концентрації розчинів коагулюючого електроліту знаходились між двох сусідніх значень концентрації першої серії розбавлень, одна з яких викликала коагуляцію, а друга була нижче порогу коагуляції.

5.Виходячи з одержаних даних, розрахувати поріг коагуляції кожного електроліту за даними останньої пробірки, в якій пройшла коагуляція за найменшої концентрації розчину, використовуючи рівняння (11.1).

6.Розрахувати коагулюючу дію для кожного електроліту за рівнянням

(11.2).

7.Перевірити правило Шульце – Гарді, використовуючи рівняння (11.3).

Опрацювання результатів

Одержані розрахункові дані заносяться до табл. 11.2

Таблиця 11.2

Результати визначення порогу коагуляції та коагулюючої дії іонів різної валентності

Отже, чим більша валентність іона-коагулятора, то більше число об’ємів золю можна скоагулювати одним його молем. Для того, щоб визначити у скільки разів збільшується коагулююча дія зі збільшенням валентності іонакоагулятора, слід коагулюючу дію двозарядного іона розділити на коагулюючу дію однозарядного, а коагулюючу дію тризарядного – на коагулюючу дію однозарядного, тобто:

Оцінка похибки вимірювань

Загальна похибка проведення експерименту

1

При відбиранні 2 мл від кожного розведення використовують градуйовану піпетку місткістю 2 мл. Тоді похибка

75

Похибка під час наливання у пробірки золю по 4 мл за допомогою бюретки місткістю 25 мл

V3 100 % 0,05 100 % 0,2 % . V3 25

Отже, загальну похибку проведення експерименту можна прийняти такою, що дорівнює 2,2 %.

Питання для самоперевірки

1.Наведіть види стійкості дисперсних систем відповідно до класифікації Пєскова? У чому полягають відмінності між ліофільними та ліофобними колоїдними системами?

2.Чим зумовлена агрегативна нестійкість ліофобних дисперсних систем? Які процеси мимовільно проходять у цих системах?

3.Який процес називають коагуляцією? Чим вона завершується? Якими способами можна викликати коагуляцію ліофобної системи?

4.У чому полягає суть теорії стійкості колоїдних систем ДЛФО? Накресліть потенціальні криві взаємодії колоїдних частинок.

5.Що називається порогом коагуляції? Як впливає заряд іонакоагулятора на поріг коагуляції?

6.Що називають коагулюючою дією? Який її фізичний зміст?

7.Які іони введеного у золь електроліту спричиняють його коагуляцію?

8.Сформулюйте правило Шульце – Гарді.

Лабораторна робота № 12

ВИВЧЕННЯ КІНЕТИКИ ТА ВИЗНАЧЕННЯ СТУПЕНЯ НАБУХАННЯ ЖЕЛАТИНИ

Мета роботи – навчитися визначати швидкість та ступінь набухання полярних та неполярних високомолекулярних сполук в різних розчинниках.

Теоретичні відомості

Високомолекулярні сполуки (ВМС) отримали свою назву завдяки великій величині їхньої молекулярної маси, яка відрізняє їх від низькомолекулярних сполук (НМС). До високомолекулярних сполук прийнято відносити речовини з молекулярною масою не менше 5000. Таку велику молекулярну масу можуть мати тільки хімічні речовини, молекули яких складаються з багатьох сотень атомів. Молекули ВМС внаслідок великих розмірів та мас називають

макромолекулами.

Всі макромолекули ВМС незалежно від будови мономерної ланки мають ланцюгову будову. У процесі синтезу лінійне розташування у ланцюгу може

76