Основната тема на тази статия ще бъде колоидна частица. Тук ще разгледаме концепцията и мицелите. А също така се запознайте с основното видово разнообразие от частици, свързани с колоидните. Отделно се спираме на различните характеристики на изследвания термин, някои отделни понятия и много други.

Въведение

Концепцията за колоидна частица е тясно свързана с различни разтвори. Заедно те могат да образуват различни микрохетерогенни и диспергирани системи. Размерът на частиците, образуващи такива системи, обикновено варира от един до сто микрона. В допълнение към наличието на повърхност с ясно разделени граници между дисперсната среда и фазата, колоидните частици се характеризират със свойството ниска стабилност, а самите разтвори не могат да се образуват спонтанно. Наличието на голямо разнообразие в структурата на вътрешната структура и размери предизвиква създаването на голям брой методи за получаване на частици.

Концепцията за колоидна система

В колоидните разтвори частиците в своята цялост образуват системи от дисперсен тип, които са междинни между разтворите, които се определят като истински и груби. В тези разтвори капките, частиците и дори мехурчетата, които образуват дисперсната фаза, имат размери от един до хиляда nm. Те са разпределени в дебелината на дисперсната среда, като правило, непрекъснати и се различават от оригиналната система по състав и/или състояние на агрегиране. За да разберете по-добре значението на такава терминологична единица, е по-добре да я разгледате на фона на системите, които тя формира.

Дефиниране на свойства

Сред свойствата на колоидните разтвори могат да се определят основните:

• Образуващите се частици не пречат на преминаването на светлината.
• Прозрачните колоиди имат способността да разсейват светлинните лъчи. Това явление се нарича ефект на Тиндал.
• Зарядът на колоидната частица е еднакъв за дисперсните системи, в резултат на което те не могат да се появят в разтвор. При брауновото движение диспергираните частици не могат да се утаят, което се дължи на поддържането им в състояние на полет.

Основни видове

Основните единици за класификация на колоидни разтвори:

• Суспензия от твърди частици в газове се нарича дим.
• Суспензията на течни частици в газове се нарича мъгла.
• Аерозолът се образува от малки частици от твърд или течен тип, суспендирани в газова среда.
• Газова суспензия в течности или твърди вещества се нарича пяна.
• Емулсията е течна суспензия в течност.
• Солта е дисперсна система от ултрамикрохетерогенен тип.
• Гелът е суспензия от 2 компонента. Първият създава триизмерна рамка, чиито празнини ще бъдат запълнени с различни разтворители с ниско молекулно тегло.
• Суспензия от твърди частици в течности се нарича суспензия.

Във всички тези колоидни системи размерите на частиците могат да варират значително в зависимост от техния произход и състояние на агрегиране. Но дори въпреки такъв изключително разнообразен брой системи с различни структури, всички те са колоидни.

Видово разнообразие от частици

Първичните частици с колоидни размери, според вида на вътрешната структура, се разделят на следните видове:

1. Суспензоиди. Те се наричат ​​още необратими колоиди, които не могат да съществуват сами за дълги периоди от време.
2. Колоиди от мицеларен тип или, както се наричат ​​още, полуколоиди.
3. Колоиди от обратим тип (молекулярни).

Процесите на формиране на тези структури са много различни един от друг, което усложнява процеса на тяхното разбиране на детайлно ниво, на ниво химия и физика. Колоидните частици, от които се образуват такива частици, имат изключително различни форми и условия за процеса на образуване на интегрална система.

Дефиниция на суспензии

Суспензоидите са разтвори с метални елементи и техните вариации под формата на оксид, хидроксид, сулфид и други соли.

Всички образуващи частици от горните вещества имат молекулярна или йонна кристална решетка. Те образуват фаза от диспергиран тип вещество - суспензоид.

Отличителна черта, която прави възможно разграничаването им от суспензиите, е наличието на по-висок индекс на дисперсия. Но те са свързани помежду си с липсата на стабилизиращ механизъм за финост.

Необратимостта на суспензоидите се обяснява с факта, че утайката от процеса на тяхното изпаряване не позволява на човек да получи отново золи чрез създаване на контакт между самата утайка и диспергираната среда. Всички суспензии са лиофобни. В такива разтвори се наричат ​​колоидни частици, свързани с метали и солеви производни, които са били натрошени или кондензирани.

Методът на получаване не се различава от двата начина, по които винаги се създават дисперсни системи:

1. Получаване чрез дисперсия (раздробяване на големи тела).
2. Метод на кондензация на йонни и молекулярно разтворени вещества.

Определяне на мицеларни колоиди

Мицеларните колоиди се наричат ​​също полуколоиди. Частиците, от които са създадени, могат да възникнат, ако има достатъчно ниво на амфифилен тип. Такива молекули могат да образуват само вещества с ниско молекулно тегло, като ги свързват в агрегат от молекула - мицел.

Амфифилните молекули са структури, състоящи се от въглеводороден радикал с параметри и свойства, подобни на неполярен разтворител и хидрофилна група, която също се нарича полярна.

Мицелите са специални агломерации на равномерно разположени молекули, които се държат заедно предимно чрез използване на дисперсни сили. Мицелите се образуват например във водни разтвори на детергенти.

Определяне на молекулярни колоиди

Молекулярните колоиди са високомолекулни съединения от естествен и синтетичен произход. Молекулното тегло може да варира от 10 000 до няколко милиона. Молекулните фрагменти от такива вещества имат размер на колоидна частица. Самите молекули се наричат ​​макромолекули.

Съединенията от високомолекулен тип, подложени на разреждане, се наричат ​​истински, хомогенни. Те, в случай на екстремно разреждане, започват да се подчиняват на общата серия от закони за разредени формулировки.

Получаването на колоидни разтвори от молекулен тип е доста проста задача. Достатъчно е да се осъществи контакт със съответния разтворител.

Неполярната форма на макромолекулите може да се разтвори във въглеводороди, докато полярната форма може да се разтвори в полярни разтворители. Пример за последното е разтварянето на различни протеини в разтвор на вода и сол.

Тези вещества се наричат ​​обратими поради факта, че подлагането им на изпаряване с добавяне на нови порции кара молекулярните колоидни частици да приемат формата на разтвор. Процесът на тяхното разтваряне трябва да премине през етап, в който то набъбва. Това е характерна черта, която отличава молекулярните колоиди на фона на други системи, които бяха обсъдени по-горе.

В процеса на набъбване, молекулите, които образуват разтворителя, проникват в твърдата дебелина на полимера и по този начин избутват макромолекулите една от друга. Последните, поради големия си размер, започват бавно да дифундират в разтвори. Външно това може да се наблюдава при увеличаване на обемната стойност на полимерите.

Мицеларен уред

Мицелите на колоидната система и тяхната структура ще бъдат по-лесни за изследване, ако разгледаме процеса на формиране. Вземете за AgI. В този случай ще се образуват частици от колоиден тип по време на следната реакция:

AgNO 3 +KI à AgI↓+KNO 3

Молекулите на сребърен йодид (AgI) образуват практически неразтворими частици, вътре в които кристалната решетка ще бъде образувана от сребърни катиони и йодни аниони.

Получените частици първоначално имат аморфна структура, но след това с постепенната им кристализация придобиват постоянен вид.

Ако вземем AgNO 3 и KI в съответните еквиваленти, тогава кристалните частици ще растат и ще достигнат значителни размери, надвишаващи дори размера на самата колоидна частица, и след това бързо ще се утаят.

Ако вземете едно от веществата в излишък, тогава можете изкуствено да направите стабилизатор от него, който ще отчете стабилността на колоидните частици от сребърен йодид. В случай на прекомерно количество AgNO 3, разтворът ще съдържа повече положителни сребърни йони и NO 3-. Важно е да се знае, че процесът на образуване на кристални решетки AgI се подчинява на правилото на Панет-Фаян. Следователно, той може да продължи само в присъствието на йони, които изграждат това вещество, които в този разтвор са представени от сребърни катиони (Ag +).

Положителните йони на Argentum ще продължат да се допълват на нивото на образуване на кристалната решетка на ядрото, което е здраво включено в структурата на мицела и предава електрическия потенциал. Поради тази причина йоните, които се използват за завършване на изграждането на ядрената решетка, се наричат ​​йони, определящи потенциала. При образуването на колоидната частица - мицелите - има и други особености, които определят един или друг ход на процеса. Тук обаче всичко е разгледано със споменаването на най-важните елементи.

Някои концепции

Терминът колоидна частица е тясно свързан с адсорбционния слой, който се образува едновременно с йони от потенциалоопределящ тип, по време на адсорбцията на общото количество противойони.

Гранулата е структура, образувана от ядро ​​и адсорбционен слой. Той има електрически потенциал със същия знак като Е-потенциала, но стойността му ще бъде по-малка и зависи от първоначалната стойност на противойоните в адсорбционния слой.

Адхезията на колоидните частици е процес, който се нарича коагулация. В дисперсните системи води до образуване на по-големи частици от малки частици. Процесът се характеризира с кохезия между малки структурни компоненти за образуване на коагулационни структури.

Структурата на колоидните разтвори.

Колоидни разтвори -микрохетерогенни системи, чиито частици преминават през хартиени филтри, но не преминават през животински мембрани и се наблюдават през ултрамикроскоп.

Колоидните частици имат сложна структура: те се състоят от ядра, йони, образуващи заряд, и противойони.

Колоидните частици се образуват от Правилото на Песков-Фаянс: върху всяка твърда повърхност на ядрото се адсорбират предимно онези йони, които имат същата атомна група с ядрото и са в излишък.

Например, когато се добави към разтвор

KJ + AgNO 3 → AgJ↓ + KNO 3

а) над KJ– образува се мицел с отрицателен заряд на гранулата

( m(AgJ) nJ - (n-x)K + ) x - x K +

m(AgJ) - ядро

nJ - (n-x)K + - адсорбционен слой от противойони

X K + - дифузионен слой от противойони

nJ - потенциалоопределящи йони

( m(AgJ) nJ - (n-x)K + ) x - - гранула

( m(AgJ) nJ - (n-x)K + ) x - x K + - мицел

б) в повече от AgNO 3– образува се мицел с положителен заряд на гранулата

(m(AgJ) nAg + (n-x) NO 3 - ) x+ x NO 3 -

Йоните, които определят заряда на колоидната частица, се наричат потенциалоопределящи.Ядрото с йони, определящи потенциала, привлича от околната среда йони с противоположен заряд, които присъстват в разтвора в излишък.Някои от противойоните образуват адсорбционен слой, докато другата част образува дифузионен слой. Ядро с потенциалоопределящи йони и адсорбционен слой от противойони се нарича гранула, и се нарича гранула с противойони на дифузионния слой мицел.

Електрически заряд на броене. частици възниква в резултат на електролитна дисоциация на веществото на дисперсната фаза или поради селективна адсорбция на йони. Наличието на заряд може да се установи чрез преминаване през кладата. Системата е постоянен електрически ток, под въздействието на който частиците ще се придвижат към електродите. Движението на частиците от дисперсната фаза под действието на електрически ток се нарича електрофореза.

При определени условия не. Частицата може да бъде неутрална -

( m(AgJ) nJ - (n-x)K + ) 0 – изоелектрично състояние, нестабилно, мицелът се разрушава лесно.

2. Свойства на колоидните разтвори. Колоидните разтвори се наричат соли.Според характера на взаимодействието на дисперсионната среда с дисперсната фаза се разграничават:

Золи лиофилен -добре взаимодействащи с вода (разтвори на лепило, желатин, протеин, нишесте, сапун)

Золи лиофобни- слабо взаимодействащи или не взаимодействащи с разтворителя (разтвори на някои сулфиди, метални хидроксиди във вода).

Ако разтворителят е вода, тогава се наричат ​​золите хидрофилни и хидрофобни.

Имоти:

1. Молекулярна кинетика - свързано с хаотичното движение на частиците (дифузия).

2. Електрически свойства - при преминаване на електрически ток "+" заредените гранули се движат към катода, "-" се движат към анода.

3. Оптичен - когато се пропуска видима светлина, частиците от дисперсната фаза на колоидната система разсейват падащата върху тях светлина. Разсеяната светлина образува кол наоколо. Светещи полеви частици. Самият осветен мицел се превръща в източник на светлина и в разтвора се образува светлинен конус; следователно колоидните разтвори са предимно синкави на светлина, когато се наблюдават в странично разсеяна светлина, и червеникави в пропусната светлина.

4. Коагулация, пептизация, седиментация.

Процесът на коагулациятова е уголемяване (слепване) на брой. Частици под въздействието на различни фактори или преминаващи спонтанно.

В този случай лиофилните золи се превръщат в гелове, а хидрофобните - в прах.

Фактори, предизвикващи коагулация:

- температура -нагряването премахва заряда поради укрепването на частиците и разрушаването на хидратната обвивка на зола.

- добавяне на електролитсъдържащ йон със заряд, противоположен на този на колоидната частица.

Минималното количество електролит, което трябва да се добави към 1 литър зол, за да предизвика коагулация, се нарича праг на коагулация (γ)

Нека се обърнем към друго явление, когато местоположението на зарядите се определя от потенциала, създаден до известна степен от самите заряди. Този ефект е от съществено значение за поведението на колоидите. Колоидът е суспензия от малки заредени частици във вода. Въпреки че тези частици са микроскопични, те все още са много големи в сравнение с атома. Ако колоидните частици не бяха заредени, те биха имали тенденция да се коагулират (сливат) в големи бучки; но като се зареждат, те се отблъскват взаимно и остават във висящо състояние. Ако солта все още е разтворена във вода, тогава тя се дисоциира (разпространява) на положителни и отрицателни йони. (Такъв разтвор на йони се нарича електролит.) Отрицателните йони се привличат от колоидните частици (приемаме, че зарядите им са положителни), а положителните йони се отблъскват. Трябва да знаем как йоните около всяка колоидна частица са разпределени в пространството.

За да стане идеята по-ясна, разгледайте само едномерния случай. Представете си колоидна частица като много голяма (в сравнение с атом!) топка; тогава можем да считаме малка част от повърхността му за равнина. (Като цяло, когато се опитвате да разберете ново явление, по-добре е да го разберете на изключително опростен модел; и едва тогава, след като разберете същността на проблема, си струва да предприемете по-точни изчисления.)

Да приемем, че разпределението на йони създава плътност на заряда и електрически потенциал, свързани с електростатичния закон или в едномерния случай със закона

Как ще бъдат разпределени йоните в такова поле, ако потенциалът се подчинява на това уравнение? Можете да разберете, като използвате принципите на статистическата механика. Въпросът е как да се определи , така че плътността на заряда, произтичаща от статистическата механика, също да удовлетворява условието (7.28)?

Според статистическата механика (виж брой 4, гл. 40) частиците, намиращи се в термично равновесие в полето на силите, са разпределени по такъв начин, че плътността на частиците с координата се дава по формулата

, (7.29)

където е потенциалната енергия, е константата на Болцман и е абсолютната температура.

Да приемем, че всички йони имат еднакъв електрически заряд, положителен или отрицателен. На разстояние от повърхността на колоидна частица положителният йон ще има потенциална енергия

Тогава плътността на положителните йони е

,

и плътността на отрицателни

Обща плътност на заряда

,

(7.30)

Замествайки в (7.28), виждаме, че потенциалът трябва да удовлетворява уравнението

(7.31)

Това уравнение се решава в общата форма [умножете двете страни по и интегрирайте върху ], но продължавайки да опростяваме проблема, ние се ограничаваме тук само до граничния случай на ниски потенциали или високи температури. Малкост съответства на разреден разтвор. Тогава степента е малка и можем да вземем

(7.32)

Уравнение (7.31) дава

(7.33)

Забележете, че сега има знак плюс от дясната страна (решението не е осцилаторно, а експоненциално).

Общото решение (7.33) има формата

, (7.34)

Константите и се определят от допълнителни условия. В нашия случай трябва да е нула, в противен случай потенциалът за големи ще се превърне в безкрайност. Така,

където е потенциалът при на повърхността на колоидна частица.

Потенциалът намалява с коефициент при отдалечаване (фиг. 7.7). Числото се нарича дължина на Дебай; това е мярка за дебелината на йонната обвивка, заобикаляща всяка голяма заредена частица в електролита. Уравнение (7.36) гласи, че обвивката става по-тънка, когато концентрацията на йони се увеличава или температурата намалява.

Фигура 7.7. Потенциална промяна на повърхността на колоидна частица. е дължината на Дебай.

Константата в (7.36) се получава лесно, ако е известен повърхностният заряд a на повърхността на заредена частица. Ние знаем това

(7.37)

Казахме, че колоидните частици не се слепват поради електрическо отблъскване. Но сега виждаме, че недалеч от повърхността на частицата, поради йонната обвивка, която се появява около нея, полето намалява. Ако черупката стане достатъчно тънка, частиците ще имат шанс да се сблъскат една с друга. Тогава те се слепват, колоидът се утаява и изпада от течността. От нашия анализ става ясно, че след добавяне на подходящо количество сол към колоида ще започне утаяване. Този процес се нарича "осоляване на колоида".

Друг интересен пример е ефектът от разтварянето на сол върху утаяването на протеини. Белтъчната молекула е дълга, сложна и гъвкава верига от аминокиселини. Има заряди тук и там и понякога заряд с един знак, да речем отрицателен, се разпределя по цялата верига. В резултат на взаимното отблъскване на отрицателните заряди протеиновата верига се изправя. Ако все още има други подобни верижни молекули в разтвора, тогава те не се слепват заедно поради същото отблъскване. Ето как се появява суспензия от верижни молекули в течност. Но си струва да добавите сол там, тъй като свойствата на суспензията ще се променят. Дължината на Дебай ще намалее, молекулите ще започнат да се приближават една към друга и ще се извиват в спирали. И ако има много сол, тогава протеиновите молекули ще започнат да се утаяват. Има много други химически явления, които могат да бъдат разбрани въз основа на анализа на електрическите сили.

1 . Калциев флуориден зол се получава чрез смесване на 32 ml разтвор на натриев флуорид с NaF моларна концентрация, равна на 8,0·10 -3 mol/l, и 25 ml разтвор на калциев хлорид с CaCl2 моларна концентрация, равна на 9,6·10 -3 mol/l. Напишете мицелната формула на получения зол, посочете всичките му съставни части. Определете вида на колоида, знака на заряда на гранула от колоидна золна частица и посоката на нейното движение в електрическо поле.

Решение. Познавайки моларните концентрации на разтворите на NaF и CaCl 2, ние определяме количеството вещества на натриев флуорид ν (NaF) и калциев хлорид ν (СаСl 2), които са влезли в реакцията на обмен съгласно уравнението

2NaF + CaCl 2 \u003d ↓CaF 2 + 2NaCl:

ν(NaF) \u003d Cμ (NaF) V (NaF) \u003d (8,0 10 -3 mol / l) (32 10 -3 l) = 2,56 10 -4 mol,

ν (CaCl 2) \u003d Cμ (CaCl 2) V (CaCl 2) \u003d (9,6 10 -3 mol / l) (25 10 -3 l) = 2,4 10 -4 mol.

Според уравнението на реакцията веществата взаимодействат помежду си в съотношение ν (NaF): ν (CaCl 2) \u003d 2: 1 и от горните изчисления се вижда, че ν (NaF): ν (CaCl 2 ) \u003d (2,56 10 - 4) / (2,4 10 -4) \u003d 1,07: 1, т.е. разтворът съдържа излишък от калциев хлорид, който в този случай служи като стабилизатор на колоидния мицел. Тъй като според условието на задачата става дума за водни разтвори на взаимодействащи соли, йоните на стабилизатора (Ca + и Cl -) ще бъдат хидратирани, т.е. заобиколен от молекули на разтворителя H 2 O. В същото време, зародишколоидна частица, образувана от неразтворими молекули калциев флуорид CaF2, тъй като е кристално вещество, не абсорбира вода. Оттук първо заключение– колоидна частица е хидрофобен.

От стабилизиращите йони генетично близък до състава на ембриона (според правилото на Песков-Фаянс) е калциевият йон Ca 2+. Оттук нататък правим второ заключение – йони, определящи потенциалаще има йони Ca 2+ ρH 2 O, и следователно гранулаколоидни мицели ще бъдат положително заредени, т.е. в електрическо поле ще преминете към катода.

Противодействияхидратираните хлоридни йони на стабилизатора служат в този разтвор 2Cl - (q + l) H2O, които са разположени около ядрото два слоя: първата е адсорбция, състояща се от 2Cl - ·qH 2 O, втората е дифузна, нейната структура е 2Cl - · lH 2 O.

Сега можем да напишем мицеларната формула на частицата калциев флуорид зол:

([(m(CaF 2) nCa 2+ ρH 2 O) 2 n+ 2(n-x)Cl - qH 2 O] 2 x+ + 2xCl - lH 2 O) 0.

потенциал- |зародиш _| адсорбция дифузен слой. слой

определяне | ядро| противойони

и той | гранула |

| мицел|

Както можете да видите, гранулата CaF 2 sol в този случай е положително заредена и когато се приложи електрическо поле, гранулата ще се придвижи към отрицателно заредения електрод (катод) и противойоните на дифузния слой (2xCl - lH 2 O ) ще се движи към положително заредения електрод (анод).

Отговор: образува се хидрофобен зол, гранулата е положително заредена, придвижва се под действието на електрическо поле към катода.

2 . Бариевият сулфатен зол се получава чрез смесване на равни обеми от разтвори на бариев нитрат и сярна киселина. Напишете формулата за зол мицел, чиято гранула се движи към анода в електрическо поле. Отговорете на въпроса дали първоначалните моларни концентрации на електролитите ще бъдат еднакви. Посочете природата и структурата на зол мицела.

Решение. Неразтворимата дисперсна фаза в колоидния разтвор, образуван чрез смесване на разтвори на Ba (NO 3) 2 и H 2 SO 4 ще бъде кристален бариев сулфат, според реакцията на обмен

Ba(NO 3) 2 + H 2 SO 4 = ↓BaSO 4 + 2HNO 3 .

Тъй като дисперсната фаза има кристална структура, мицелът, образуван на нейна основа, е хидрофобен. Ако гранулата се придвижи към анода, тогава тя има отрицателен заряд и следователно само хидратирани аниони SO 4 2-·pH 2 O (правилото на Песков-Фаянс) могат да бъдат йони, определящи потенциала. Ясно е, че хидратираните протони 2Н + ·(q+ℓ)H 2 O действат като противойони, т.е. сярната киселина е стабилизиращият електролит, което означава, че нейната концентрация в тази система трябва да бъде по-голяма в сравнение с концентрацията на разтвора на бариев нитрат: С μ (H 2 SO 4) > С μ (Ba (NO 3) 2 .

Като вземем предвид извършения анализ, изграждаме формулата за мицел на хидрофобен бариев сулфатен зол:

([(m(BaSO 4) nSO 4 2- pH 2 O) 2 n- 2(n-x)H + qH 2 O] 2 x- + 2xH + lH 2 O) 0.

потенциал- | зародиш | адсорбция дифузен слой. слой

определяне | ядро| противойони

и той| гранула |

| мицел|

Отговор: хидрофобен бариев сулфатен зол, отрицателно заредена гранула, в разтвор С μ (H 2 SO 4) > С μ (Ba (NO 3) 2 .

3 . В резултат на частична хидролиза се образува зол на железен хидроксид (3), получен чрез добавяне на 15 ml разтвор на железен хлорид (3) с масова част на FeCl 3, равна на 2%, към 85 ml вряща дестилирана вода. сол съгласно уравнението:

FeCl 3 + 3H 2 O \u003d ↓Fe (OH) 3 + 3HCl.

Напишете възможните формули на Fe(OH) 3 зол мицели, като вземете предвид, че следните йони присъстват в разтвора по време на образуването на частици железен (3) хидроксид: Fe 3+, FeO +, H +, Cl -, OH - . В този случай всички йони се хидратират от молекулите на разтворителя.

Решение. Както показва уравнението на хидролизата, дадено в изложението на проблема, образуването на неразтворим железен хидроксид (3) съответства на съотношението Cμ(Fe 3+):Cμ(OH -) = ν(Fe 3+):ν(OH -) = 1:3.

Нека определим количеството на веществото на всеки от участниците в процеса на хидролиза. Съгласно данните от таблица № 3 на Приложение № 10, плътността на 2% разтвор на железен хлорид (3) при нормални условия е 1,015 g/cm 3 . Зависимостта на масата на FeCl 3 и масовата част ω (FeCl 3) се определя от съотношението m (FeCl 3) \u003d ω (FeCl 3) V p-ra (FeCl 3) ρ p-ra (FeCl 3) . От друга страна, количеството солно вещество ν (FeCl 3) \u003d m (FeCl 3) / M (FeCl 3), където M (FeCl 3) е моларната маса на железен хлорид, то е равно на M (FeCl 3) \u003d 56 + 3 35 .5 = 162.5 g/mol. Оттук получаваме изчислителна формула за определяне на количеството солно вещество, а оттам и количеството вещество на Fe 3+ йони, които са влезли в реакцията на хидролиза:

ν (Fe 3+) \u003d ν (FeCl 3) \u003d [ω (FeCl 3) V p-ra (FeCl 3) ρ p-ra (FeCl 3)] / M (FeCl 3).

Нека направим съответните изчисления и получим:

ν (Fe 3+) \u003d ν (FeCl 3) \u003d (0,02 15 1,015) / 162,5 \u003d 1,85 10 -3 mol

За да определим концентрацията Cμ и количеството вещество ν на OH хидроксидните йони, нека си припомним правилото за йонния продукт на водата. Той гласи, че в неутрален разтвор моларните концентрации на Н + и ОН йони са равни и не надвишават 1 10 -7 mol / l. По време на хидролиза, както показва уравнението в условието на задачата, концентрацията на OH - ще бъде още по-малка (хидролизата води до подкисляване на разтвора). Дори ако приемем, че 100 ml чиста вода присъства в нашата система, тогава те ще съдържат не повече от 1·10 -7 mol OH - йони.

Следователно при никакви обстоятелства водата не може да действа като стабилизиращ електролит при образуването на мицели от железен хидроксид (3) (като източник на OH– и H+ йони). Но други йони - Fe 3+, FeO +, Cl - могат да участват в стабилизирането на колоидните частици. Въз основа на тези съображения, ние изграждаме две възможни формули за зол мицели, като същевременно не забравяме, че железният хидроксид е аморфно вещество и следователно активно адсорбира молекулите на разтворителя. Това означава, че и двата възможни мицела ще бъдат хидрофилни по природа.

Случай 1): потенциалопределящи йони - Fe 3+ pH 2 O; противойони - 3Cl - (q + l) H 2 O. При тези условия формулата на хидрофилния мицел на Fe (OH) 3 зола ще изглежда така: ([(m (Fe (OH) 3 rH 2 O nFe 3 + pH 2 O) 3 n+ 3(n-x)Cl - qH 2 O] 3 x+ + 3xCl - lH 2 O) 0.

Случай 2): потенциалопределящи йони - FeO + pH 2 O; противойони - Cl - (q + l) H 2 O. Хидрофилен мицел, неговата формула

([(m(Fe(OH) 3 rH 2 O nFeO + pH 2 O) n+ (n-x)Cl - qH 2 O] x+ + xCl - lH 2 O) 0.

И в двата случая гранулите имат положителен заряд и се движат към катода в електрическото поле.

Отговор: възможно образуване на две хидрофилни мицели с положително заредени гранули

([(m(Fe(OH) 3 rH 2 O nFeO + pH 2 O) n+ (n-x)Cl - qH 2 O] x+ + xCl - lH 2 O) 0

и ([(m(Fe(OH) 3 rH 2 O nFe 3+ pH 2 O) 3 n+ 3(n-x)Cl - qH 2 O] 3 x+ + 3xCl - lH 2 O) 0 .

4 . Пруският син зол може да се получи чрез взаимодействие на нееквивалентни количества от разредени разтвори на железен (3) хлорид и калиев ферицианат K 4 . Напишете формулите за мицелите на хидрофобните золи, като имате предвид, че сложните йони се хидратират със същата сила като простите.

Решение. Образуването на колоидни разтвори се основава на обменна реакция, водеща до образуването на неразтворима фаза:

4FeCl 3 + 3K 4 = ↓Fe 4 3 + 12KCl.

Неразтворимите частици от хексацианоферат (2) желязо (3) образуват колоидно ядро ​​и хидрофобно, т.к. материята има кристална структура. В зависимост от това коя от солите се приема в излишък, или хидратирани аниони 4- pH 2 O, или хидратирани катиони Fe 3+ pH 2 O могат да действат като йони, определящи потенциала. Съответно противойоните ще бъдат в различни случаи или 4K + (q + l)H 2 O, или 4Cl - (q+l)H 2 O.

Въз основа на направения анализ ще съставим формулите за възможните мицели:

а) C N K 4 > C N FeCl 3, тогава

([ (m (Fe 4 3 n 4- pH 2 O) 4 n- 4 (n-x)K + q (H 2 O)] 4 x- + 4xK + lH 2 O) 0;

б) C N K 4< С N FeCl 3 , тогда

([(m(Fe 4 3 nFe 3+ pH 2 O) 3 n+ 3(n-x)Cl - qH 2 O] 3 x+ + 3xCl - lH 2 O) 0.

Въпреки че и двата мицела са хидрофобни, зарядите на техните гранули са с противоположен знак. Ако разтворите се смесят в еквивалентни количества, зарядите ще бъдат компенсирани на етапа на образуване на гранули и мицелите ще се коагулират (те ще бъдат унищожени).

Отговор: формулите на мицелите, образувани в два различни случая, имат формата:

a) ([(m (Fe 4 3 n 4- pH 2 O) 4 n- 4 (n-x) K + q (H 2 O)] 4 x- + 4xK + lH 2 O) 0;

b) ([(m(Fe 4 3 nFe 3+ pH 2 O) 3 n+ 3(n-x)Cl - qH 2 O] 3 x+ + 3xCl - lH 2 O) 0.

5 . Изчислете обема на 0,0025 М разтвор на KI, който трябва да се добави към 0,035 L от 0,003 N. разтвор на Pb(NO 3) 2 за получаване на хидрофобен зол на оловен йодид и по време на електрофореза неговите противойони се преместват към анода. Постройте мицелната формула на зола.

Решение. Както неведнъж е подчертавано, образуването на колоиден разтвор се основава на обменна реакция, водеща до образуването на неразтворима дисперсна фаза: 2KI + Pb(NO 3) 2 = ↓PbI 2 + 2 KNO 3 .

Ако противойоните на мицела по време на електрофореза се преместят към анода, следователно те са отрицателно заредени, а положителните йони са йоните, определящи потенциала. Съгласно правилото на Песков-Фаян, за дисперсната фаза на PbI 2 такива могат да бъдат само оловни катиони Pb 2+. Оттук става ясно, че разтворът на оловен нитрат Pb(NO 3) 2 действа като стабилизиращ електролит и NO 3 - анионите стават противойони.

При такива условия електролитният стабилизатор трябва да бъде в излишък, следователно,

C N (Pb (NO 3) 2 V (Pb (NO 3) 2 > C N (KI) V (KI).

Нека решим полученото неравенство по отношение на обема на разтвора на калиев йодид, като помним, че C N (KI) = C μ (KI) = 0,0025 mol/l.

V(KI)< [С N (Pb(NO 3) 2 ·V(Pb(NO 3) 2 ]/C N (KI);

V(KI)< (0,003·0,035)/0,0025 < 0,042 (л).

Това означава, че трябва да се използват по-малко от 42 ml от 0,0025 mol/L разтвор на калиев йодид за приготвяне на зол на оловен йодид.

Формулата за хидрофобен мицел на оловен йодиден зол е:

Отговор: за получаване на оловен йодиден зол с положителна гранула и отрицателни противойони трябва да се използват по-малко от 42 ml разтвор на KI;

зол мицел има хидрофобен характер, неговата формула

([(m(PbI 2) nPb 2+ pH 2 O) 2 n+ 2(n-x)NO 3 - qH 2 O] 2 x+ + 2xNO 3 - lH 2 O) 0 .

Напишете формулата за мицел на зол на бариев сулфат, получен чрез взаимодействие на разтвор на бариев хлорид с лек излишък от разтвор на натриев сулфат?

Решение:

Основата за получаване на зол е реакцията:

BaCl 2 + Na 2 SO 4 пр. \u003d 2 NaCl + Ba SO 4 ¯

Условието за получаване на зола е излишък от Na 2 SO 4, който е стабилизатор на зола.

Разтворът ще съдържа натриеви йони и сулфатни йони, образувани по време на дисоциацията на натриев сулфат

Na 2 SO 4 \u003d 2Na + + SO²⁻

Сулфатните йони ще бъдат адсорбирани върху повърхността на агрегатите.

Полученото ядро ​​на колоидна частица:

[(BaSO 4) m ∙nSO²⁻

Ядро, носещо отрицателен заряд, привлича йони с противоположен знак, наречени противойони, от разтвора. В нашия случай натриевите катиони действат като противойони.

мицелна формула на получения зол:

([(BaSO 4) m nSO²⁻]2(n-x)Na + ) 2x- 2xNa +

Към кой електрод ще се придвижат частици от зола, получен при взаимодействието на сребърен нитрат с излишък от натриев хлорид?

Решение . При смесване на разтвори на AgNO3 и NaCl изб. настъпва реакция

AgNO3 + NaCl (напр.) = AgCl + NaNO3.

Сърцевината на золната частица колоиден сребърен хлорид се състои от съвкупност от молекули (mAgCl) и образуващи заряд Cl⁻ йони, които са в излишък в разтвора и осигуряват на колоидните частици отрицателен заряд. Противойоните са хидратирани натриеви йони.

Формулата на мицела от сребърен хлорид е:

[м(AgCl) н Cl-( n–x)Na +] х – х Na+

Колоидната частица има отрицателен заряд, което означава, че ще се движи към положително заредения електрод - катода.

Напишете формулите на мицелите на колоидни разтвори за следните вещества:

а) силициева киселина: агрегат м[Н2SiO3], йонен стабилизатор K2SiO3 ® 2K+ + SiO32–

б) златен хидрозол: агрегат м[Au], йонен стабилизатор NaAuO2 ® Na + + AuO2–

в) калаен диоксид: агрегат м, йонен стабилизатор K2SnO3 ® 2K+ + SnO32–

Решение:

а)Образуването на зол на силициева киселина става чрез реакцията

K 2 SiO 3 излишък + 2HCl \u003d H 2 SiO 3 + 2KCl.

K 2 SiO 3 2K⁺+ SiO3²⁻

Върху електрически неутралния агрегат от частици (mH 2 SiO 3) се адсорбират йоните на елемента, който е част от ядрото. Това са йоните HSiO 3 ‾, които се образуват в резултат на хидролизата на солта K 2 SiO 3:

K 2 SiO 3 + H 2 O KHSiO 3 + KOH или в йонна форма

SiO 3 2− + H 2 O HSiO 3 ‾ + OH ‾ .

HSiO 3 ‾ йони, адсорбирани върху повърхността на частиците силициев зол, им придават отрицателен заряд. Противойоните са хидратирани водородни йони H + . Силициева киселина зол мицела формула:

{[(м H 2 SiO 3) н HSiO 3 ‾ ( n-x)H + ∙ г H2O] х − + х H + ∙ z H2O).

б)Образуването на златен хидрозол става под действието на редуциращ агент върху сол на златна киселина в слабо алкална среда:

2NaAuO 2 + 3HCHO + Na 2 CO 3 \u003d 2Au + ZHCOONa + NaHCO 3 + H 2 O.

Върху агрегата на частиците (mAu) се адсорбират йоните на елемента, който е част от ядрото. Това са AuO 2 ‾ йони,

Сол мицелна формула:

(m nAuO²⁻ (n-x) Na⁺) x ⁻ xNa⁺

в)Образуването на зол от калаен диоксид става както следва:

K2SnO3 2K⁺ + SnO3²⁻

Върху електрически неутрален агрегат от частици (mSnO 2 ) се адсорбират йони на елемент, който е част от ядрото. Това са йони SnO 3 2‾:

K 2 SnO 3 SnO 3 2⁻ + 2K⁺

SnO 3 2‾ йони, адсорбирани върху повърхността на золните частици, им придават отрицателен заряд. Противоионите са K + йони. Мицелната формула на зола от калаен диоксид е:

{[(м SNO2) н SnO 3 2‾ (2 n-x)K + ] 2 − + хК +).