Glavna tema ovog članka bit će koloidna čestica. Ovdje ćemo razmotriti koncept i micele. I također se upoznajte s glavnom raznolikošću vrsta čestica povezanih s koloidnim. Zasebno se zadržavamo na različitim karakteristikama pojma koji se proučava, pojedinim konceptima i još mnogo toga.

Uvod

Koncept koloidne čestice usko je povezan s različitim rješenjima. Zajedno mogu formirati različite mikroheterogene i dispergirane sisteme. Čestice koje formiraju takve sisteme obično su veličine od jednog do sto mikrona. Pored prisustva površine sa jasno razdvojenim granicama između disperznog medija i faze, koloidne čestice se odlikuju svojstvom niske stabilnosti, a same otopine se ne mogu spontano formirati. Prisutnost široke raznolikosti u strukturi unutrašnje strukture i dimenzija uzrokuje stvaranje velikog broja metoda za dobijanje čestica.

Koncept koloidnog sistema

U koloidnim rastvorima, čestice u celini formiraju sisteme dispergovanog tipa, koji su među rastvorima, koji se definišu kao pravi i grubi. U ovim rastvorima, kapi, čestice, pa čak i mehurići koji formiraju disperziranu fazu imaju veličine od jedan do hiljadu nm. Raspoređeni su u debljini dispergovanog medija, po pravilu, kontinuirani, i razlikuju se od originalnog sistema po sastavu i/ili agregatnom stanju. Da bismo bolje razumjeli značenje takve terminološke jedinice, bolje je razmotriti je u pozadini sistema koje ona formira.

Definiranje svojstava

Među svojstvima koloidnih otopina mogu se odrediti glavna:

• Formirajuće čestice ne ometaju prolaz svjetlosti.
• Prozirni koloidi imaju sposobnost raspršivanja svjetlosnih zraka. Ovaj fenomen se naziva Tyndallov efekat.
• Naboj koloidne čestice je isti za disperzne sisteme, zbog čega se oni ne mogu pojaviti u rastvoru. U Brownovom kretanju dispergovane čestice ne mogu taložiti, što je posljedica njihovog održavanja u stanju leta.

Glavni tipovi

Glavne klasifikacijske jedinice koloidnih otopina:

• Suspenzija čvrstih čestica u plinovima naziva se dim.
• Suspenzija tečnih čestica u gasovima naziva se magla.
• Aerosol se formira od malih čestica čvrstog ili tekućeg tipa suspendiranih u plinovitom mediju.
• Plinska suspenzija u tekućinama ili čvrstim tvarima naziva se pjena.
• Emulzija je tečna suspenzija u tečnosti.
• Sol je disperzni sistem ultramikroheterogenog tipa.
• Gel je suspenzija od 2 komponente. Prvi stvara trodimenzionalni okvir, čije će praznine biti ispunjene raznim rastvaračima male molekularne težine.
• Suspenzija čvrstih čestica u tečnostima naziva se suspenzija.

U svim ovim koloidnim sistemima, veličine čestica mogu značajno varirati ovisno o njihovoj prirodi porijekla i stanju agregacije. Ali i pored tako izuzetno raznolikog broja sistema sa različitim strukturama, svi su koloidni.

Raznolikost vrsta čestica

Primarne čestice koloidnih dimenzija, prema vrsti unutrašnje strukture, dijele se na sljedeće tipove:

1. Suspenzoidi. Nazivaju se i ireverzibilni koloidi, koji nisu u stanju da egzistiraju sami u dužem vremenskom periodu.
2. Koloidi micelarnog tipa ili, kako ih još zovu, polukoloidi.
3. Koloidi reverzibilnog tipa (molekularni).

Procesi formiranja ovih struktura se međusobno veoma razlikuju, što otežava proces njihovog razumevanja na nivou detalja, na nivou hemije i fizike. Koloidne čestice, od kojih nastaju takve čestice, imaju izuzetno različite oblike i uslove za proces formiranja integralnog sistema.

Definicija suspenzoida

Suspenzoidi su otopine metalnih elemenata i njihovih varijacija u obliku oksida, hidroksida, sulfida i drugih soli.

Sve formirane čestice gore navedenih supstanci imaju molekularnu ili ionsku kristalnu rešetku. Oni formiraju fazu dispergovane vrste supstance - suspenzije.

Karakteristična karakteristika koja ih omogućava razlikovati od suspenzija je prisustvo većeg indeksa disperzije. Ali oni su međusobno povezani nepostojanjem mehanizma stabilizacije finoće.

Nepovratnost suspenzoida objašnjava se činjenicom da sediment procesa njihovog parenja ne dozvoljava osobi da ponovo dobije sol stvarajući kontakt između samog sedimenta i dispergovanog medija. Svi suspenzoidi su liofobni. U takvim otopinama nazivaju se koloidne čestice koje se odnose na metale i derivate soli koje su zgnječene ili kondenzirane.

Metoda dobijanja se ne razlikuje od dva načina na koja se uvek stvaraju disperzovani sistemi:

1. Primanje disperzijom (drobljenje velikih tijela).
2. Metoda kondenzacije jonskih i molekularno rastvorenih supstanci.

Određivanje micelarnih koloida

Micelarni koloidi se nazivaju i polukoloidi. Čestice od kojih su stvorene mogu se pojaviti ako postoji dovoljan nivo amfifilnog tipa. Takvi molekuli mogu formirati samo tvari male molekularne mase povezujući ih u agregat molekula - micelu.

Amfifilne molekule su strukture koje se sastoje od ugljikovodičnih radikala s parametrima i svojstvima sličnim nepolarnom otapalu i hidrofilne grupe, koja se također naziva polarnom.

Micele su posebne aglomeracije pravilno raspoređenih molekula koje se drže zajedno uglavnom upotrebom disperznih sila. Micele se formiraju, na primjer, u vodenim otopinama deterdženata.

Određivanje molekularnih koloida

Molekularni koloidi su visokomolekularna jedinjenja prirodnog i sintetičkog porijekla. Molekularna težina može se kretati od 10.000 do nekoliko miliona. Molekularni fragmenti takvih supstanci imaju veličinu koloidne čestice. Sami molekuli se nazivaju makromolekuli.

Jedinjenja visokog molekularnog tipa podložna razrjeđivanju nazivaju se pravim, homogenim. Oni, u slučaju ekstremnog razblaženja, počinju da se povinuju opštem nizu zakona za razblažene formulacije.

Dobivanje koloidnih otopina molekularnog tipa prilično je jednostavan zadatak. Dovoljno je uspostaviti kontakt sa odgovarajućim rastvaračem.

Nepolarni oblik makromolekula može se otopiti u ugljovodonicima, dok se polarni oblik može otopiti u polarnim rastvaračima. Primjer potonjeg je otapanje različitih proteina u otopini vode i soli.

Ove tvari se nazivaju reverzibilnim zbog činjenice da njihovo podvrgavanje isparavanju uz dodavanje novih porcija uzrokuje da molekularne koloidne čestice poprime oblik otopine. Proces njihovog rastvaranja mora proći kroz fazu u kojoj nabuja. To je karakteristična karakteristika koja razlikuje molekularne koloide u odnosu na druge sisteme o kojima je bilo riječi.

U procesu bubrenja, molekuli koji formiraju otapalo prodiru u čvrstu debljinu polimera i na taj način guraju makromolekule. Potonji, zbog svoje velike veličine, počinju polako difundirati u otopine. Izvana, to se može primijetiti povećanjem zapreminske vrijednosti polimera.

Micelarni uređaj

Micele koloidnog sistema i njihova struktura biće lakše proučavati ako uzmemo u obzir proces formiranja. Uzmi za AgI. U ovom slučaju, čestice koloidnog tipa će se formirati tokom sljedeće reakcije:

AgNO 3 +KI à AgI↓+KNO 3

Molekuli srebrnog jodida (AgI) formiraju praktično netopive čestice, unutar kojih će kristalnu rešetku formirati kationi srebra i jodni anioni.

Nastale čestice u početku imaju amorfnu strukturu, ali zatim, kako njihova postepena kristalizacija teče, dobijaju trajni izgled.

Ako uzmemo AgNO 3 i KI u odgovarajućim ekvivalentima, tada će kristalne čestice rasti i dostići značajne veličine, premašujući čak i veličinu same koloidne čestice, a zatim će brzo precipitirati.

Ako jednu od supstanci uzmete u višku, onda od nje možete umjetno napraviti stabilizator koji će izvještavati o stabilnosti koloidnih čestica srebrnog jodida. U slučaju prevelike količine AgNO 3 , otopina će sadržavati više pozitivnih jona srebra i NO 3 - . Važno je znati da se proces formiranja AgI kristalnih rešetki pridržava Panet-Fajansovog pravila. Stoga je u stanju da se odvija samo u prisustvu jona koji čine ovu tvar, a koji su u ovoj otopini predstavljeni kationima srebra (Ag +).

Pozitivni Argentum joni će se i dalje kompletirati na nivou formiranja kristalne rešetke jezgra, koja je čvrsto uključena u strukturu micela i prenosi električni potencijal. Iz tog razloga se ioni koji se koriste za završetak izgradnje nuklearne rešetke nazivaju joni koji određuju potencijal. Tokom formiranja koloidne čestice - micela - postoje i druge karakteristike koje određuju jedan ili drugi tok procesa. Međutim, ovdje je sve razmotreno uz navođenje najvažnijih elemenata.

Neki koncepti

Pojam koloidna čestica usko je vezan za adsorpcioni sloj, koji se formira istovremeno sa jonima tipa koji određuju potencijal, tokom adsorpcije ukupne količine protivjona.

Granula je struktura koju čine jezgro i adsorpcijski sloj. Ima električni potencijal istog predznaka kao i E-potencijal, ali će njegova vrijednost biti manja i ovisi o početnoj vrijednosti protujona u adsorpcionom sloju.

Adhezija koloidnih čestica je proces koji se naziva koagulacija. U disperznim sistemima to dovodi do stvaranja većih čestica od malih čestica. Proces karakterizira kohezija između malih strukturnih komponenti kako bi se formirale koagulativne strukture.

Struktura koloidnih rastvora.

Koloidne otopine - mikroheterogeni sistemi čije čestice prolaze kroz papirne filtere, ali ne prolaze kroz životinjske membrane i gledaju se ultramikroskopom.

Koloidne čestice imaju složenu strukturu: sastoje se od jezgara, jona koji stvaraju naboj i protujona.

Koloidne čestice nastaju od Pravilo Peskov-Faience: na bilo kojoj čvrstoj površini jezgra, adsorbiraju se pretežno oni ioni koji imaju istu atomsku grupu kao i jezgro, a nalaze se u višku.

Na primjer, kada se doda u otopinu

KJ + AgNO 3 → AgJ↓ + KNO 3

a) iznad KJ– formira se micela sa negativnim nabojem granule

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

m(AgJ) - jezgro

nJ - (n-x)K + - adsorpcioni sloj protivjona

X K + - difuzioni sloj protivjona

nJ - joni koji određuju potencijal

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

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

b) više od AgNO 3– formira se micela sa pozitivnim nabojem granule

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

Ioni koji određuju naboj koloidne čestice nazivaju se potencijalno određivanje. Jezgro s ionima koji određuju potencijal privlače iz okoline ione suprotnog naboja koji su prisutni u otopini u višak. Neki od protujona formiraju adsorpcijski sloj, dok drugi dio formiraju difuzijski sloj. Jezgro s ionima koji određuju potencijal i adsorpcijskim slojem protujona naziva se granula, a granula s protujonima difuzijskog sloja naziva se micelle.

Električno punjenje po broju. čestice nastaju kao rezultat elektrolitičke disocijacije tvari dispergirane faze ili zbog selektivne adsorpcije iona. Prisustvo naboja može se otkriti prolaskom kroz kočić. Sistem je konstantna električna struja, pod čijim će se utjecajem čestice kretati do elektroda. Kretanje čestica dispergirane faze pod djelovanjem električne struje naziva se elektroforeza.

Pod određenim uslovima, ne. Čestica može biti neutralna -

( m(AgJ) nJ - (n-x)K + ) 0 – izoelektrično stanje, nestabilno, micela se lako uništava.

2. Osobine koloidnih rastvora. Koloidne otopine se nazivaju sols. Prema prirodi interakcije disperzijskog medija sa disperznom fazom, razlikuju se sljedeće:

Zoli liofilni - dobra interakcija s vodom (rastvori ljepila, želatine, proteina, škroba, sapuna)

Zoli liofobni- slabo reaguje ili ne reaguje sa rastvaračem (rastvori nekih sulfida, metalnih hidroksida u vodi).

Ako je rastvarač voda, tada se sol nazivaju hidrofilna i hidrofobna.

Svojstva:

1. Molekularna kinetika - povezano sa haotičnim kretanjem čestica (difuzija).

2. Električna svojstva - kada se propušta električna struja, "+" nabijene granule se kreću prema katodi, "-" kreću prema anodi.

3. optički - kada se vidljiva svjetlost prenosi, čestice dispergirane faze koloidnog sistema raspršuju svjetlost koja pada na njih. Raspršena svjetlost čini kolac okolo. Svetleće čestice polja. Sama osvijetljena micela postaje izvor svjetlosti i u otopini se formira svjetleći konus, stoga su koloidne otopine uglavnom plavkaste na svjetlu kada se posmatraju u bočno raspršenom svjetlu, a crvenkaste u propuštenom svjetlu.

4. Koagulacija, peptizacija, sedimentacija.

Proces koagulacije ovo je uvećanje (lepljenje) broja. Čestice pod uticajem različitih faktora ili prolaze spontano.

U ovom slučaju, liofilni solovi se pretvaraju u gelove, a hidrofobni u prah.

Faktori koji uzrokuju koagulaciju:

- temperatura - zagrijavanje uklanja naboj zbog jačanja čestica i uništavanja hidratizirane ljuske sola.

- dodavanjem elektrolita koji sadrži jon naboja suprotnog naboju koloidne čestice.

Minimalna količina elektrolita koja se mora dodati u 1 litru sola da bi se izazvala koagulacija naziva se prag koagulacije (γ)

Okrenimo se drugom fenomenu, kada je lokacija naelektrisanja određena potencijalom koji u određenoj mjeri stvaraju sami naboji. Ovaj efekat je bitan za ponašanje koloida. Koloid je suspenzija malih nabijenih čestica u vodi. Iako su ove čestice mikroskopske, one su i dalje veoma velike u poređenju sa atomom. Ako koloidne čestice nisu nabijene, one bi imale tendenciju da se koaguliraju (spajaju) u velike grudve; ali, budući nabijeni, odbijaju se i ostaju u suspenziji. Ako je sol još uvijek otopljena u vodi, tada se disocira (širi) na pozitivne i negativne ione. (Takva otopina jona naziva se elektrolit.) Negativni joni privlače koloidne čestice (pretpostavljamo da su njihovi naboji pozitivni), a pozitivni ioni se odbijaju. Moramo znati kako su joni koji okružuju svaku koloidnu česticu raspoređeni u prostoru.

Da bi ideja bila jasnija, razmotrite samo jednodimenzionalni slučaj. Zamislite koloidnu česticu kao veoma veliku (u poređenju sa atomom!) loptu; tada možemo smatrati da je mali dio njegove površine ravan. (Općenito, kada pokušavate razumjeti novu pojavu, bolje je razumjeti je na krajnje pojednostavljenom modelu; i tek tada, nakon što se shvati suština problema, vrijedi uzeti točnije proračune.)

Pretpostavimo da distribucija jona stvara gustinu naboja i električni potencijal, koji su povezani elektrostatičkim zakonom, ili u jednodimenzionalnom slučaju zakonom

Kako bi ioni bili raspoređeni u takvom polju da potencijal odgovara ovoj jednadžbi? Možete saznati koristeći principe statističke mehanike. Postavlja se pitanje kako odrediti , da bi i gustina naelektrisanja koja sledi iz statističke mehanike zadovoljila uslov (7.28)?

Prema statističkoj mehanici (vidi broj 4, pogl. 40), čestice, koje se nalaze u termalnoj ravnoteži u polju sila, raspoređuju se na način da je gustina čestica sa koordinatama data formulom

, (7.29)

gdje je potencijalna energija, je Boltzmannova konstanta i apsolutna temperatura.

Pretpostavimo da svi ioni imaju isti električni naboj, pozitivan ili negativan. Na udaljenosti od površine koloidne čestice, pozitivni ion će imati potencijalnu energiju

Tada je gustina pozitivnih jona

,

i gustina negativnog

Ukupna gustina naelektrisanja

,

(7.30)

Zamjenom u (7.28) vidimo da potencijal mora zadovoljiti jednačinu

(7.31)

Ova jednadžba je riješena u općem obliku [pomnožite obje strane sa i integrirajte preko], ali, nastavljajući da pojednostavljujemo problem, ovdje se ograničavamo samo na granični slučaj niskih potencijala ili visokih temperatura. Mala količina odgovara razblaženom rastvoru. Eksponent je tada mali i možemo uzeti

(7.32)

Jednačina (7.31) daje

(7.33)

Primijetite da je sada na desnoj strani znak plus (rješenje nije oscilatorno, već eksponencijalno).

Opće rješenje (7.33) ima oblik

, (7.34)

Konstante i određuju se iz dodatnih uslova. U našem slučaju, mora biti nula, inače će se potencijal za velike pretvoriti u beskonačnost. dakle,

gdje je potencijal at na površini koloidne čestice.

Potencijal se smanjuje za faktor kada se udaljava (slika 7.7). Broj se naziva Debajeva dužina; to je mjera debljine jonske ljuske koja okružuje svaku veliku nabijenu česticu u elektrolitu. Jednačina (7.36) kaže da ljuska postaje tanja kako se koncentracija jona povećava ili temperatura smanjuje.

Slika 7.7. Potencijalna promjena na površini koloidne čestice. je Debyeova dužina.

Konstantu u (7.36) je lako dobiti ako je poznat površinski naboj a na površini nabijene čestice. Znamo to

(7.37)

Rekli smo da se koloidne čestice ne lijepe zajedno zbog električnog odbijanja. Ali sada vidimo da se nedaleko od površine čestice, zbog jonske ljuske koja se pojavljuje oko nje, polje smanjuje. Ako bi ljuska postala dovoljno tanka, čestice bi imale priliku da se sudare jedna s drugom. Tada bi se zalijepili, koloid bi se slegnuo i ispao iz tečnosti. Iz naše analize je jasno da će nakon dodavanja odgovarajuće količine soli koloidu početi taloženje. Ovaj proces se zove "soljenje koloida".

Još jedan zanimljiv primjer je učinak rastvaranja soli na taloženje proteina. Molekul proteina je dug, složen i fleksibilan lanac aminokiselina. Tu i tamo ima naboja, a ponekad se naboj jednog znaka, recimo negativnog, raspoređuje duž cijelog lanca. Kao rezultat međusobnog odbijanja negativnih naboja, proteinski lanac se ispravlja. Ako u otopini ima još sličnih lančanih molekula, oni se ne lijepe zajedno zbog istog odbijanja. Ovako se pojavljuje suspenzija lančanih molekula u tekućini. Ali vrijedi dodati sol tamo, jer će se svojstva suspenzije promijeniti. Debajeva dužina će se smanjiti, molekuli će se početi približavati jedni drugima i uvijati u spirale. A ako ima puno soli, tada će se proteinski molekuli početi taložiti. Postoje mnoge druge hemijske pojave koje se mogu razumjeti na osnovu analize električnih sila.

1 . Sol kalcijum fluorida se dobija mešanjem 32 ml rastvora natrijum fluorida sa molarnom koncentracijom NaF od 8,0·10 -3 mol/l i 25 ml rastvora kalcijum hlorida sa molarnom koncentracijom CaCl 2 od 9,6·10 -3 mol/l. Napišite micelnu formulu dobijenog sola, označite sve njegove sastavne dijelove. Odredite vrstu koloida, predznak naboja granule čestice koloidnog sola i smjer njenog kretanja u električnom polju.

Rješenje. Poznavajući molarne koncentracije rastvora NaF i CaCl 2, određujemo količinu natrijum fluorida ν (NaF) i kalcijum hlorida ν (SaSl 2) supstanci koje su ušle u reakciju razmene prema jednačini

2NaF + CaCl 2 \u003d ↓CaF 2 + 2NaCl:

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

Prema jednadžbi reakcije, tvari međusobno djeluju u omjeru ν (NaF): ν (CaCl 2) \u003d 2: 1, a iz gornjih proračuna se može vidjeti da ν (NaF): ν (CaCl 2 ) \u003d (2,56 10 - 4) / (2,4 10 -4) = 1,07: 1, tj. rastvor sadrži višak kalcijum hlorida, koji u ovom slučaju služi kao stabilizator koloidne micele. Budući da se prema stanju zadatka radi o vodenim rastvorima interakcionih soli, stabilizatorski joni (Ca + i Cl -) će biti hidratisani, tj. okružen molekulama rastvarača H 2 O. Istovremeno, germ koloidna čestica nastala od nerastvorljivih molekula kalcijum fluorid CaF 2, budući da je kristalna supstanca, ne upija vodu. Odavde prvi zaključak– koloidna čestica je hidrofobna.

Od stabilizatorskih jona genetski blizak sastavu embriona (prema Peskov-Fajansovom pravilu) je kalcijev ion Ca 2+. Odavde radimo drugi zaključak – joni koji određuju potencijal biće jona Ca 2+ ρH 2 O, i stoga granula koloidne micele će biti pozitivno naelektrisana, tj. u električnom polju će premjestiti na katodu.

Counterions hidratisani hloridni joni stabilizatora služe u ovom rastvoru 2Cl - (q + ℓ) H 2 O, koji se nalaze oko jezgra dva sloja: prva je adsorpcija, koja se sastoji od 2Cl - ·qH 2 O, druga je difuzna, njena struktura je 2Cl - ·ℓH 2 O.

Sada možemo napisati micelarnu formulu čestice sol kalcijum fluorida:

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

potencijal- |germ _| adsorpcija difuznog sloja. sloj

utvrđivanje | jezgro| kontrajoni

i on | granula |

| micelle|

Kao što vidite, CaF 2 sol granula je u ovom slučaju pozitivno naelektrisana i kada se primeni električno polje, granula će se kretati prema negativno naelektrisanoj elektrodi (katodi), a protivjoni difuznog sloja (2xCl - ℓH 2 O ) će se kretati prema pozitivno nabijenoj elektrodi (anodi).

Odgovori: formira se hidrofobni sol, granula je pozitivno nabijena, kreće se pod djelovanjem električnog polja do katode.

2 . Sol barijum sulfata se dobija mešanjem jednakih količina rastvora barijum nitrata i sumporne kiseline. Napišite formulu za sol micelu čija se granula kreće do anode u električnom polju. Odgovorite na pitanje da li će početne molarne koncentracije elektrolita biti iste. Navedite prirodu i strukturu sol micele.

Rješenje. Nerastvorljiva disperzna faza u koloidnom rastvoru formiranom mešanjem rastvora Ba (NO 3) 2 i H 2 SO 4 biće kristalni barijum sulfat, prema reakciji razmene

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

Budući da disperzna faza ima kristalnu strukturu, micela formirana na njenoj osnovi je hidrofobna. Ako se granula pomakne ka anodi, tada ima negativan naboj i stoga samo hidratisani anjoni SO 4 2-·pH 2 O (Peskov-Faienceovo pravilo) mogu biti joni koji određuju potencijal. Jasno je da hidratizirani protoni 2N + ·(q+ℓ)H 2 O djeluju kao protujoni, tj. sumporna kiselina je stabilizirajući elektrolit, što znači da bi njena koncentracija u ovom sistemu trebala biti veća u odnosu na koncentraciju rastvora barijum nitrata: S μ (H 2 SO 4) > S μ (Ba (NO 3) 2 .

Uzimajući u obzir provedenu analizu, konstruiramo formulu za micelu hidrofobnog sola barij sulfata:

([(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.

Potencijal- | germ | adsorpcija difuznog sloja. sloj

utvrđivanje | jezgro| kontrajoni

i on| granula |

| micelle|

Odgovori: hidrofobni sol barij sulfata, negativno nabijena granula, u otopini C μ (H 2 SO 4) > S μ (Ba (NO 3) 2 .

3 . Sol željeznog hidroksida (3), dobijen dodavanjem 15 ml otopine željeznog hlorida (3) sa masenim udjelom FeCl 3 jednakim 2%, u 85 ml kipuće destilovane vode, nastaje kao rezultat djelomične hidrolize. soli prema jednačini:

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

Napišite moguće formule Fe(OH) 3 sol micela, vodeći računa da su u rastvoru tokom formiranja čestica gvožđe (3) hidroksida bili prisutni sledeći joni: Fe 3+ , FeO + , H + , Cl - , OH - . U ovom slučaju, svi ioni su hidratizirani molekulima rastvarača.

Rješenje. Kao što pokazuje jednadžba hidrolize data u opisu problema, formiranje nerastvorljivog željezovog hidroksida (3) odgovara omjeru Cμ(Fe 3+):Cμ(OH -) = ν(Fe 3+):ν(OH -) = 1:3.

Odredimo količinu supstance svakog od učesnika u procesu hidrolize. Prema podacima tabele br. 3 Priloga br. 10, gustina 2% rastvora željeznog hlorida (3) u normalnim uslovima iznosi 1,015 g/cm 3 . Ovisnost mase FeCl 3 i masenog udjela ω (FeCl 3) određuje se iz omjera m (FeCl 3) \u003d ω (FeCl 3) V p-ra (FeCl 3) ρ p-ra (FeCl 3) . S druge strane, količina soli tvari ν (FeCl 3) \u003d m (FeCl 3) / M (FeCl 3), gdje je M (FeCl 3) molarna masa željeznog hlorida, jednaka je M (FeCl 3) \u003d 56 + 3 35 ,5 = 162,5 g/mol. Odavde dobijamo proračunsku formulu za određivanje količine soli, a time i količine supstance Fe 3+ jona koji su ušli u reakciju hidrolize:

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

Napravimo odgovarajuće proračune i dobijemo:

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

Da bismo odredili koncentraciju Cμ i količinu tvari ν OH hidroksidnih jona, podsjetimo se pravila ionskog proizvoda vode. Navodi da su u neutralnom rastvoru molarne koncentracije H+ i OH jona jednake i ne prelaze 1 10 -7 mol/l. Tokom hidrolize, kako pokazuje jednadžba u stanju zadatka, koncentracija OH - će biti još manja (hidroliza dovodi do zakiseljavanja rastvora). Čak i ako pretpostavimo da je u našem sistemu prisutno 100 ml čiste vode, onda oni neće sadržavati više od 1·10 -7 mola OH - jona.

Stoga voda ni pod kojim okolnostima ne može djelovati kao stabilizirajući elektrolit u formiranju micela željeznog hidroksida (3) (kao izvor jona OH– i H+). Ali drugi ioni - Fe 3+, FeO +, Cl - mogu učestvovati u stabilizaciji koloidnih čestica. Na temelju ovih razmatranja, konstruiramo dvije moguće formule za sol micele, ne zaboravljajući da je željezov hidroksid amorfna tvar, te stoga aktivno adsorbira molekule otapala. To znači da će obje moguće micele biti hidrofilne prirode.

Slučaj 1): joni koji određuju potencijal - Fe 3+ pH 2 O; kontrajoni - 3Cl - (q + ℓ) H 2 O. Pod ovim uslovima, formula hidrofilne micele sola Fe (OH) 3 će izgledati ovako: ([(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.

Slučaj 2): joni koji određuju potencijal - FeO + pH 2 O; kontrajoni - Cl - (q + ℓ) H 2 O. Hidrofilna micela, njena formula

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

U oba slučaja, granule imaju pozitivan naboj i kreću se prema katodi u električnom polju.

Odgovori: moguće formiranje dvije hidrofilne micele s pozitivno nabijenim granulama

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

i ([(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 . Pruski plavi sol može se dobiti reakcijom neekvivalentnih količina razrijeđenih otopina željeznog (3) hlorida i kalijum fericijanata K 4 . Napišite formule za micele hidrofobnih sola, imajući na umu da složeni ioni podliježu hidrataciji istom silom kao i jednostavni.

Rješenje. Formiranje koloidnih otopina temelji se na reakciji izmjene koja dovodi do stvaranja nerastvorljive faze:

4FeCl 3 + 3K 4 = ↓Fe 4 3 + 12KCl.

Nerastvorljive čestice heksacijanoferata (2) gvožđa (3) formiraju koloidno jezgro, a hidrofobne su, jer. materija ima kristalnu strukturu. U zavisnosti od toga koja se od soli uzima u višku, ili hidratirani anioni 4- pH 2 O ili hidratirani kationi Fe 3+ pH 2 O mogu djelovati kao joni koji određuju potencijal. Prema tome, protujoni će u različitim slučajevima biti ili 4K + (q + ℓ)H 2 O, ili 4Cl - (q+ℓ)H 2 O.

Na osnovu izvršene analize sastavit ćemo formule za moguće micele:

a) C N K 4 > C N FeCl 3, onda

([ (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) 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.

Iako su obje micele hidrofobne, naboji njihovih granula su suprotnog predznaka. Ako se otopine pomiješaju u ekvivalentnim količinama, naboji će se kompenzirati u fazi formiranja granula i micele će koagulirati (biti će uništene).

Odgovori: formule micela formiranih u dva različita slučaja imaju oblik:

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 . Izračunajte zapreminu 0,0025 M. rastvora KI koji treba dodati u 0,035 L 0,003 N. rastvorom Pb(NO 3) 2 da bi se dobio hidrofobni sol olovnog jodida i tokom elektroforeze njegovi protivjoni su se pomerili na anodu. Konstruirajte micelnu formulu sola.

Rješenje. Kao što je više puta naglašeno, formiranje koloidne otopine zasniva se na reakciji izmjene koja dovodi do stvaranja nerastvorljive dispergirane faze: 2KI + Pb(NO 3) 2 = ↓PbI 2 + 2 KNO 3 .

Ako se kontrajoni micele tokom elektroforeze pomaknu do anode, oni su negativno nabijeni, a pozitivni ioni su ioni koji određuju potencijal. Prema Peskov-Fajansovom pravilu, za dispergovanu fazu PbI 2 takvi mogu biti samo katjoni olova Pb 2+. Otuda je jasno da rastvor olovnog nitrata Pb(NO 3) 2 deluje kao stabilizator elektrolita, a NO 3 - anjoni postaju protivjoni.

U takvim uslovima, stabilizator elektrolita bi trebao biti u višku,

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

Rešimo rezultirajuću nejednakost u odnosu na zapreminu rastvora kalijum jodida, imajući u vidu da je 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).

To znači da se manje od 42 ml otopine kalijum jodida od 0,0025 mol/L mora koristiti za pripremu sola olovo jodida.

Formula za hidrofobnu micelu sol olovnog jodida je:

Odgovori: za dobivanje solnog jodida olova sa pozitivnim granulama i negativnim protujonima potrebno je koristiti manje od 42 ml otopine KI;

sol micela ima hidrofobnu prirodu, svoju formulu

([(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 .

Napišite formulu za micelu sola barijum sulfata dobijenu reakcijom rastvora barijum hlorida sa blagim viškom rastvora natrijum sulfata?

Rješenje:

Osnova za dobivanje sola je reakcija:

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

Uslov za dobijanje sola je višak Na 2 SO 4 , koji je stabilizator sol.

Otopina će sadržavati natrijumove ione i sulfatne ione nastale tokom disocijacije natrijum sulfata

Na 2 SO 4 \u003d 2Na + + SO²⁻

Sulfatni joni će se adsorbirati na površini agregata.

Rezultirajuća jezgra koloidne čestice:

[(BaSO 4) m ∙nSO²⁻

Jezgro koje nosi negativan naboj privlači ione suprotnog predznaka, zvane kontrajoni, iz otopine. U našem slučaju katjoni natrijuma djeluju kao protujoni.

micelna formula rezultirajućeg sola:

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

Na koju elektrodu će se kretati čestice sola dobivene interakcijom srebrovog nitrata s viškom natrijum hlorida?

Rješenje . Prilikom miješanja otopina AgNO3 i NaCl izb. dešava se reakcija

AgNO3 + NaCl (npr.) = AgCl + NaNO3.

Jezgro koloidne čestice sol srebrnog hlorida sastoji se od agregata molekula (mAgCl) i Cl⁻ jona koji stvaraju naboj, a koji su u suvišku u otopini i daju koloidne čestice negativnog naboja. Protujoni su hidratizirani joni natrijuma.

Formula micela srebrnog klorida je:

[m(AgCl) n Cl-( n–x)Na + ] x – x Na+

Koloidna čestica ima negativan naboj, što znači da će se kretati prema pozitivno nabijenoj elektrodi - katodi.

Napišite formule micela koloidnih otopina za sljedeće tvari:

a) silicijumska kiselina: agregat m[N2SiO3], ionski stabilizator K2SiO3 ® 2K+ + SiO32–

b) hidrosol zlata: agregat m[Au], ionski stabilizator NaAuO2 ® Na + + AuO2–

c) kalaj dioksid: agregat m, jonski stabilizator K2SnO3 ® 2K+ + SnO32–

Rješenje:

a) Reakcijom dolazi do stvaranja sola silicijumske kiseline

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

K 2 SiO 3 2K⁺+ SiO₃²⁻

Na električni neutralnom agregatu čestica (mH 2 SiO 3) adsorbuju se joni elementa koji je deo jezgra. To su ioni HSiO 3 ‾, koji nastaju kao rezultat hidrolize soli K 2 SiO 3:

K 2 SiO 3 + H 2 O KHSiO 3 + KOH ili u jonskom obliku

SiO 3 2− + H 2 O HSiO 3 ‾ + OH ‾ .

Ioni HSiO 3 ‾, adsorbujući se na površini čestica silicijum-sola, daju im negativan naboj. Protujoni su hidratizirani vodikovi joni H+. Formula sol micela silicijske kiseline:

{[(m H 2 SiO 3) n HSiO 3 ‾ ( n-x)H + ∙ y H2O] x − + x H + ∙ z H2O).

b) Formiranje zlatnog hidrosola događa se pod djelovanjem redukcionog sredstva na sol zlatne kiseline u slabo alkalnom mediju:

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

Na agregatu čestica (mAu) adsorbiraju se joni elementa koji je dio jezgra. To su AuO 2 ‾ joni,

Sol micelna formula:

(m nAuO²⁻ (n-x) Na⁺) x ⁻ xNa⁺

u) Formiranje sola kositrnog dioksida odvija se na sljedeći način:

K2SnO3 2K⁺ + SnO3²⁻

Na električno neutralnom agregatu čestica (mSnO 2 ), adsorbiraju se joni elementa koji je dio jezgra. To su joni SnO 3 2‾:

K 2 SnO 3 SnO 3 2⁻ + 2K⁺

Ioni SnO 3 2‾, adsorbujući se na površini čestica sol, daju im negativan naboj. Protivioni su K+ joni. Formula micela sol kositrnog dioksida je:

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