Лабораторна робота № 14

ОДЕРЖАННЯ І ДОСЛІДЖЕННЯ ЛІОФОБНИХ ЗОЛІВ

Мета роботи: закріплення теоретичного матеріалу за темою " Золі", одержання різноманітних ліофобних золів, вміння складати формули міцел отриманих золів і пояснювати електричні властивості, що спостерігаються, з урахуванням будови міцел.

Методичні вказівки по будові формули міцели.

При оформленні даної лабораторної роботи потрібно вміти написати формулу міцели того або іншого отриманого золю. Для правильного упорядкування формули міцели потрібно користуватися певними правилами, що розберемо на прикладі золюAgI, одержаного реакцією подвійного обміну міжAgNO₃іKI, причому в надлишку узятий AgNO₃.

1) Записується рівняння реакції і вказується отримана нерозчинна сполука: AgNO₃ + KI = AgI¯ + KNO₃,

Молекули (іони) нерозчинної сполуки в кількості m об'єднуються в ядро: [ m AgI].

2) Робиться висновок про те, який електроліт слугує стабілізатором; у даному випадку їм єAgNO₃, так як цей електроліт узятий у надлишку та містить іон Ag⁺, родинний до ядра.

ІонAg ⁺ по правилу Фаянса-Паннета в кількості n адсорбується на поверхні ядра. Їх називають потенціал визначальними іонами [ m AgI] n Ag⁺.

З) Ядро з іонами, що визначають потенціал, притягує еквівалентну кількість протилежно заряджених іонів N0₃^-, що названи противоіонами. Проте, унаслідок дифузійних сил, противоіони розташовуються на різних відстанях від ядра у вигляді іонної атмосфери. Тільки частина противоіонів (n – х) розташовується впритул до ядра. Ці противоіони разом з іонами, що визначають потенціал, складають міцно зв'язану з ядром адсорбційну частину подвійного електричного прошарку (для стислості вона іменується просто адсорбційним прошарком). Ядро з адсорбційним прошарком називається частинкою або гранулою. Гранула несе електричний заряд (дзета-потенціал), оскільки в адсорбційному прошарку не усі заряди іонів, що визначають потенціал, компенсовані противоіонами. Позначення гранули:

.

Гранули переміщуються в середовищі як єдине нерозривне ціле, і саме їхні заряди перешкоджають коагуляції (злипанню ядер). Золі називають позитивними або негативними відповідно до заряду гранули.

4) Інша частина противоіонів x NO₃^- знаходиться далі від ядра й утворює слабко зв'язаний із ядром дифузійний прошарок (точніше, дифузійну частину подвійного електричного прошарку). Ядро разом з адсорбційним і дифузійним прошарком називається міцелою. Міцела електронейтральна, тому що загальна кількість зарядів позитивних і негативних іонів у подвійному прошарку однакова: n Ag⁺ = (n – x)NO₃^- + x NO₃ ^- = n NO₃^-

Методика визначення:

1. Одержання золю йодиду срібла.

а) У чисту пробірку поміщають 2-3 см³ дуже розведеного розчинуKI і добавляють по краплях розведений розчин AgNO₃ до появи легкої димки золюAgI. Напишіть рівняння реакції подвійного обміну і підкресліть формулу того електроліту, що служить стабілізатором у даних умовах. Складіть формулу міцели одержаного золю.

б) У чисту пробірку поміщають 2-3 см³ дуже розведеного розчинуAgNO₃ додають по краплях розведений розчинKI до появи легкої димки золячиAgI. Напишіть рівняння реакції подвійного обміну і підкресліть формулу того електроліту, що служить стабілізатором у даних умовах. Складіть формулу міцели одержаного золю.

2. Одержання золю ферум(ІІІ) гідроксиду за допомогою гідролізу

У склянку із киплячою дистильованою водою додають по краплях 2-3 см³ розчинуFeCl₃ (w=10%). У гарячій воді гідролізFeCl₃ відбувається до кінця:

FeCl₃ + 3H₂O = Fe(OH)₃ + 3HCl

Стабілізатором золю Fe(OH)₃ служить продукт побічної реакції: Fe(OH)₃ частково реагує з HCl з утворенням розчинної сполукиFeOCl, що дисоціює за рівняннямFeOCl = FeО⁺ + Cl^-.

Складіть формулу міцели золюFе(ОН)₃.

3.Одержання золів берлінської лазурі

Берлінська лазур, хімічна формула якоїFe₄[Fe(CN)₆]₃, утворюється в результаті реакції подвійного обміну при змішуванні розчинівFеСl₃ і K₄[Fe(CN)₆] (жовта кров'яна сіль):

4 FеCl₃ + 3 K₄[Fe(CN)₆] = Fe₄[Fе(СN)₆]₃ + 12 KCl.

Дослід проводять у двох варіантах.

а) Реакцію проводять у надлишкуFeCl₃. Для цього в пробірку наливають декілька см³ розчинуFeCl₃ (приблизно 1/4 частина пробірки) і додають піпеткою декілька крапель розчину жовтої кров'яної солі. Складіть формулу міцели одержаного золю, приймаючивувагу наступне. Оскільки до складу ядра входить комплексна сполука, то квадратні дужки, що позначають межі ядра, потрібно зробити більшими по розмірі, чим у формулі хімічної сполуки: . Варто врахувати, що заряди іонів, одержуваних при дисоціації FeCl₃, різні: FeСl₃ = Fе⁺³ + 3Cl^-.У зв'язку з цим у подвійному електричному прошарку міститься n Fe³⁺ та 3 n Cl^-.

б) Ту ж реакцію проводять у надлишку жовтої кров'яної солі, що дисоціює за рівнянням: K₄[Fe(CN)₆] = 4K⁺ + [Fe(CN)₆]^4-.

У пробірку поміщають приблизно 5 см³ розчину жовтої кров'яної солі і додають піпеткою кілька крапель розчину FeСl₃. Напишіть формулу міцели, з огляду на зауваження до пункту а).

4. Одержання золів сірки і каніфолі методом заміни розчинника

Сірка і каніфоль розчинні в етиловому спирті, але не розчинних у воді. У пробірку, заповнену на 3/4 дистильованою водою, додають декілька крапель спиртового розчину сірки. Спирт мішається з водою. У водному середовищі, що утворилося, міститься невелика кількість спирту, сірка не розчиняється і її молекули конденсуються, створюючи золь.

У другій пробірці точно таким же образом одержите золь каніфолі. Роздивитесь пробірку з золями сірки і каніфолі в минущому світлі та під кутом до ходу променя (збоку). При розгляданні збоку в око спостерігача потрапляє світло, розсіяне за рахунок дифракції. Користуючись законом Релея, поясніть, чому в проходячему світлі безбарвний золь здається червонуватим або жовтуватим, а при розгляданні збоку – блакитнуватим. Явище зміни забарвлення називається опалесценцією.

5. Спостереження ефекту Фарадея-Тіндаля

У великій посудині з водою одержують методом заміни розчинника золь каніфолі. Через посудину пропускають вузький промінь світла. Хід променя стає помітний (при розгляданні під кутом до ходу променя) у вигляді світної смуги. Поясніть це явище.

Завдання для самостійної роботи

Підготувати теоретичний матеріал за темою, оформити лабораторний журнал, підготуватися до відповіді на контрольні питання.

Контрольні питання:

1. Що таке дисперсні частинки й у чому полягаєїх принципова відмінність від молекул?

2. Який розмір частинок у молекулярних, колоїдних і грубо дисперсних системах?

3. Які системи називаються дисперсними? Які дисперсні системи називаються ліофобними золями?

4. Що таке питома поверхня дисперсної системи?

5. Чому золі мають величезний надлишок поверхневої енергії?

6. У чому причина термодинамічної нестійкості золів?

7. Виведіть вираження для питомої поверхні дисперсної фази, якщо частинки мають сферичну форму.

8. Скільки дисперсних частинок із розміром а=10^{-7 см, можна одержати при диспергуванні 10 г сірки, якщо форма частинок кубічна, а густина} r = 2´ 10³ кг/м³? Яка питома поверхня виниклої системи?

9. Які умови одержання золів?

10. Якими двома групами методів можна одержати ліофобний золь?

11. Які електроліти можуть відігравати роль стабілізаторів?

12.Яка будова міцели?

13. Чому кінетичною одиницею золю являється гранула?

14. Як можна визначити заряд гранул?

15. Чому частинки золю не можна бачити в звичайний мікроскоп?

16. Як можна відрізнити молекулярний розчин від золю за допомогою спостереження за оптичними властивостями?

17. Чому червоні промені менше розсіюються золем, чим сині?

18. Що таке діаліз?