Topik utama artikel ini ialah zarah koloid. Di sini kita akan mempertimbangkan konsep dan misel. Dan juga berkenalan dengan kepelbagaian spesies utama zarah yang berkaitan dengan koloid. Secara berasingan, kami membincangkan pelbagai ciri istilah yang dikaji, beberapa konsep individu dan banyak lagi.

pengenalan

Konsep zarah koloid berkait rapat dengan pelbagai penyelesaian. Secara keseluruhannya, mereka boleh membentuk pelbagai sistem watak mikroheterogen dan tersebar. Zarah-zarah yang membentuk sistem sedemikian biasanya mempunyai saiz dari satu hingga seratus mikron. Sebagai tambahan kepada kehadiran permukaan dengan sempadan yang dipisahkan dengan jelas antara medium tersebar dan fasa, zarah koloid dicirikan oleh sifat kestabilan yang rendah, dan penyelesaian itu sendiri tidak boleh terbentuk secara spontan. Kehadiran pelbagai jenis dalam struktur struktur dan dimensi dalaman menyebabkan penciptaan sejumlah besar kaedah untuk mendapatkan zarah.

Konsep sistem koloid

Dalam larutan koloid, zarah dalam keseluruhannya membentuk sistem jenis tersebar, yang merupakan perantaraan antara larutan, yang ditakrifkan sebagai benar dan kasar. Dalam larutan ini, titisan, zarah, dan juga buih yang membentuk fasa tersebar mempunyai saiz dari satu hingga seribu nm. Mereka diedarkan dalam ketebalan medium yang tersebar, sebagai peraturan, berterusan, dan berbeza daripada sistem asal dalam komposisi dan/atau keadaan pengagregatan. Untuk lebih memahami maksud unit terminologi sedemikian, adalah lebih baik untuk mempertimbangkannya dengan latar belakang sistem yang dibentuknya.

Menentukan sifat

Antara sifat penyelesaian koloid, yang utama boleh ditentukan:

• Membentuk zarah tidak mengganggu laluan cahaya.
• Koloid lutsinar mempunyai keupayaan untuk menyerakkan sinar cahaya. Fenomena ini dipanggil kesan Tyndall.
• Caj zarah koloid adalah sama untuk sistem penyebaran, akibatnya ia tidak boleh berlaku dalam larutan. Dalam gerakan Brown, zarah yang tersebar tidak boleh mendakan, yang disebabkan oleh penyelenggaraannya dalam keadaan terbang.

Jenis utama

Unit klasifikasi utama larutan koloid:

• Suspensi zarah pepejal dalam gas dipanggil asap.
• Suspensi zarah cecair dalam gas dipanggil kabus.
• Aerosol terbentuk daripada zarah kecil jenis pepejal atau cecair terampai dalam medium gas.
• Suspensi gas dalam cecair atau pepejal dipanggil buih.
• Emulsi ialah suspensi cecair dalam cecair.
• Sol ialah sistem tersebar jenis ultramikroheterogen.
• Gel ialah suspensi 2 komponen. Yang pertama mencipta rangka kerja tiga dimensi, lompangnya akan diisi dengan pelbagai pelarut berat molekul rendah.
• Suspensi zarah pepejal dalam cecair dipanggil ampaian.

Dalam semua sistem koloid ini, saiz zarah boleh berbeza-beza bergantung pada sifat asal dan keadaan pengagregatannya. Tetapi walaupun terdapat bilangan sistem yang sangat pelbagai dengan struktur yang berbeza, kesemuanya adalah koloid.

Kepelbagaian spesis zarah

Zarah utama yang mempunyai dimensi koloid, mengikut jenis struktur dalaman, dibahagikan kepada jenis berikut:

1. Suspensoid. Ia juga dipanggil koloid tidak boleh balik, yang tidak dapat wujud sendiri dalam jangka masa yang lama.
2. Koloid jenis misel, atau, sebagaimana ia juga dipanggil, separa koloid.
3. Koloid jenis boleh balik (molekul).

Proses pembentukan struktur ini sangat berbeza antara satu sama lain, yang merumitkan proses memahaminya pada tahap terperinci, pada tahap kimia dan fizik. Zarah koloid, dari mana zarah tersebut terbentuk, mempunyai bentuk dan keadaan yang sangat berbeza untuk proses pembentukan sistem kamiran.

Definisi suspensoid

Suspensoid ialah larutan dengan unsur logam dan variasinya dalam bentuk oksida, hidroksida, sulfida dan garam lain.

Semua zarah pembentuk bahan di atas mempunyai kekisi kristal molekul atau ionik. Mereka membentuk fasa jenis bahan tersebar - suspensoid.

Ciri tersendiri yang memungkinkan untuk membezakannya daripada penggantungan ialah kehadiran indeks penyebaran yang lebih tinggi. Tetapi mereka saling berkaitan dengan ketiadaan mekanisme penstabilan untuk kehalusan.

Ketakterbalikan suspensoid dijelaskan oleh fakta bahawa sedimen proses pengukusan mereka tidak membenarkan seseorang untuk mendapatkan sol sekali lagi dengan mewujudkan sentuhan antara sedimen itu sendiri dan medium yang tersebar. Semua suspensoid adalah liofobik. Dalam larutan sedemikian dipanggil zarah koloid yang berkaitan dengan logam dan derivatif garam yang telah dihancurkan atau terpeluwap.

Kaedah mendapatkan tidak berbeza daripada dua cara di mana sistem tersebar sentiasa dicipta:

1. Menerima secara penyebaran (menghancurkan badan besar).
2. Kaedah pemeluwapan bahan ionik dan terlarut secara molekul.

Penentuan koloid misel

Koloid misel juga dirujuk sebagai separa koloid. Zarah dari mana ia dicipta boleh berlaku jika terdapat tahap jenis amphiphilic yang mencukupi. Molekul sedemikian boleh membentuk hanya bahan berat molekul rendah dengan mengaitkannya ke dalam agregat molekul - misel.

Molekul amfifilik ialah struktur yang terdiri daripada radikal hidrokarbon dengan parameter dan sifat yang serupa dengan pelarut bukan kutub dan kumpulan hidrofilik, yang juga dipanggil polar.

Misel ialah aglomerasi khas molekul-molekul berjarakkan tetap yang disatukan terutamanya melalui penggunaan daya serakan. Misel terbentuk, sebagai contoh, dalam larutan akueus detergen.

Penentuan koloid molekul

Koloid molekul ialah sebatian molekul tinggi dari kedua-dua asal semula jadi dan sintetik. Berat molekul boleh berkisar antara 10,000 hingga beberapa juta. Serpihan molekul bahan tersebut mempunyai saiz zarah koloid. Molekul itu sendiri dipanggil makromolekul.

Sebatian jenis molekul tinggi tertakluk kepada pencairan dipanggil benar, homogen. Mereka, dalam kes pencairan yang melampau, mula mematuhi siri umum undang-undang untuk formulasi cair.

Mendapatkan penyelesaian koloid dari jenis molekul adalah tugas yang agak mudah. Ia cukup untuk membuat sentuhan dengan pelarut yang sepadan.

Bentuk makromolekul bukan kutub boleh larut dalam hidrokarbon, manakala bentuk kutub boleh larut dalam pelarut polar. Contoh yang terakhir ialah pembubaran pelbagai protein dalam larutan air dan garam.

Bahan-bahan ini dipanggil boleh diterbalikkan disebabkan oleh fakta bahawa penyejatan dengan penambahan bahagian baru menyebabkan zarah koloid molekul mengambil bentuk larutan. Proses pembubaran mereka mesti melalui peringkat di mana ia membengkak. Ia adalah ciri ciri yang membezakan koloid molekul dengan latar belakang sistem lain yang dibincangkan di atas.

Dalam proses pembengkakan, molekul yang membentuk pelarut menembusi ke dalam ketebalan pepejal polimer dan dengan itu menolak makromolekul. Yang terakhir, kerana saiznya yang besar, mula perlahan-lahan meresap ke dalam larutan. Secara luaran, ini boleh diperhatikan dengan peningkatan dalam nilai isipadu polimer.

Peranti Micellar

Misel sistem koloid dan strukturnya akan lebih mudah untuk dikaji jika kita mempertimbangkan proses pembentukan. Ambil untuk AgI. Dalam kes ini, zarah jenis koloid akan terbentuk semasa tindak balas berikut:

AgNO 3 +KI à AgI↓+KNO 3

Molekul iodida perak (AgI) membentuk zarah yang hampir tidak larut, di dalamnya kekisi kristal akan dibentuk oleh kation perak dan anion iodin.

Zarah-zarah yang terhasil pada mulanya mempunyai struktur amorfus, tetapi kemudian, apabila penghabluran beransur-ansur mereka diteruskan, mereka memperoleh penampilan kekal.

Jika kita mengambil AgNO 3 dan KI dalam setara yang sepadan, maka zarah kristal akan tumbuh dan mencapai saiz yang ketara, melebihi saiz zarah koloid itu sendiri, dan kemudian cepat mendakan.

Jika anda mengambil salah satu bahan secara berlebihan, maka anda boleh membuat penstabil buatan daripadanya, yang akan melaporkan kestabilan zarah koloid iodida perak. Dalam kes jumlah AgNO 3 yang berlebihan, larutan akan mengandungi lebih banyak ion perak positif dan NO 3 - . Adalah penting untuk mengetahui bahawa proses pembentukan kekisi kristal AgI mematuhi peraturan Panet-Fajans. Oleh itu, ia dapat diteruskan hanya dengan kehadiran ion yang membentuk bahan ini, yang dalam larutan ini diwakili oleh kation perak (Ag +).

Ion Argentum positif akan terus dilengkapkan pada tahap pembentukan kekisi kristal nukleus, yang dimasukkan dengan kukuh dalam struktur misel dan menyampaikan potensi elektrik. Atas sebab inilah ion-ion yang digunakan untuk melengkapkan pembinaan kekisi nuklear dipanggil ion penentu potensi. Semasa pembentukan zarah koloid - misel - terdapat ciri lain yang menentukan satu atau satu lagi proses proses. Walau bagaimanapun, segala-galanya telah dipertimbangkan di sini dengan menyebut unsur-unsur yang paling penting.

Beberapa konsep

Istilah zarah koloid berkait rapat dengan lapisan penjerapan, yang terbentuk serentak dengan ion jenis penentu potensi, semasa penjerapan jumlah pembilang.

Butiran ialah struktur yang dibentuk oleh teras dan lapisan penjerapan. Ia mempunyai potensi elektrik dengan tanda yang sama dengan potensi E, tetapi nilainya akan lebih kecil dan bergantung pada nilai awal pembilang dalam lapisan penjerapan.

Lekatan zarah koloid adalah proses yang dirujuk sebagai pembekuan. Dalam sistem penyebaran, ia membawa kepada pembentukan zarah yang lebih besar daripada zarah kecil. Proses ini dicirikan oleh perpaduan antara komponen struktur kecil untuk membentuk struktur koagulatif.

Struktur larutan koloid.

Larutan koloid - sistem mikroheterogen yang zarahnya melalui penapis kertas tetapi tidak melalui membran haiwan dan dilihat melalui ultramikroskop.

Zarah koloid mempunyai struktur yang kompleks: ia terdiri daripada nukleus, ion pembentuk cas dan pembilang.

Zarah koloid terbentuk daripada Peraturan Peskov-Faience: pada mana-mana permukaan pepejal nukleus, kebanyakannya ion-ion tersebut terserap yang mempunyai kumpulan atom yang sama dengan nukleus, dan lebihan.

Sebagai contoh, apabila ditambah kepada penyelesaian

KJ + AgNO 3 → AgJ↓ + KNO 3

a) melebihi KJ– misel dengan cas negatif granul terbentuk

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

m(AgJ) - teras

nJ - (n-x)K + - lapisan penjerapan pembilang

X K + - lapisan resapan pembilang

nJ - ion penentu potensi

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

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

b) melebihi AgNO 3– misel dengan cas positif granul terbentuk

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

Ion yang menentukan cas zarah koloid dipanggil penentu potensi. Nukleus dengan ion penentu berpotensi menarik daripada ion persekitaran dengan cas bertentangan yang terdapat dalam larutan dalam berlebihan. Sebahagian daripada pembilang membentuk lapisan penjerapan, manakala bahagian lain membentuk lapisan resapan. Teras dengan ion penentu potensi dan lapisan penjerapan pembilang dipanggil berbutir, dan granul dengan pembilang lapisan resapan dipanggil micelle.

Caj elektrik setiap kiraan. zarah timbul akibat daripada penceraian elektrolitik bahan fasa tersebar atau disebabkan oleh penjerapan terpilih ion. Kehadiran cas boleh dikesan dengan melalui pancang. Sistem ini adalah arus elektrik yang berterusan, di bawah pengaruh zarah-zarah akan bergerak ke elektrod. Pergerakan zarah fasa tersebar di bawah tindakan arus elektrik dipanggil elektroforesis.

Dalam keadaan tertentu, tidak. Zarah boleh neutral -

( m(AgJ) nJ - (n-x)K + ) 0 – keadaan isoelektrik, tidak stabil, misel mudah musnah.

2. Sifat larutan koloid. Larutan koloid dipanggil sols. Mengikut sifat interaksi medium penyebaran dengan fasa tersebar, berikut dibezakan:

Zoli lyophilic - berinteraksi dengan baik dengan air (larutan gam, gelatin, protein, kanji, sabun)

Zoli lyophobic- lemah berinteraksi atau tidak berinteraksi dengan pelarut (larutan beberapa sulfida, logam hidroksida dalam air).

Jika pelarut adalah air, maka sol dipanggil hidrofilik dan hidrofobik.

sifat:

1. Kinetik molekul - dikaitkan dengan pergerakan zarah yang huru-hara (penyebaran).

2. Sifat elektrik - apabila arus elektrik dihantar, butiran bercas "+" bergerak ke arah katod, "-" bergerak ke arah anod.

3. Optik - apabila cahaya boleh dilihat dipancarkan, zarah-zarah fasa tersebar sistem koloid menyerakkan kejadian cahaya pada mereka. Cahaya yang bertaburan membentuk pancang di sekeliling. Zarah medan bercahaya. Misel yang diterangi itu sendiri menjadi sumber cahaya dan kon bercahaya terbentuk dalam larutan; oleh itu, larutan koloid kebanyakannya berwarna kebiruan dalam cahaya apabila diperhatikan dalam cahaya berselerak sisi, dan kemerahan dalam cahaya yang dihantar.

4. Pembekuan, peptisasi, pemendapan.

Proses pembekuan ini adalah pembesaran (melekat bersama) kiraan. Zarah di bawah pengaruh pelbagai faktor atau berlalu secara spontan.

Dalam kes ini, sol lyophilic bertukar menjadi gel, dan sol hidrofobik bertukar menjadi serbuk.

Faktor yang menyebabkan pembekuan:

- suhu - pemanasan menghilangkan cas akibat pengukuhan zarah dan pemusnahan cangkerang terhidrat sol.

- menambah elektrolit mengandungi ion dengan cas yang bertentangan dengan zarah koloid.

Jumlah minimum elektrolit yang mesti ditambah kepada 1 liter sol untuk menyebabkan pembekuan dipanggil ambang pembekuan (γ)

Mari kita beralih kepada fenomena lain, apabila lokasi caj ditentukan oleh potensi yang dicipta sedikit sebanyak oleh caj itu sendiri. Kesan ini penting untuk tingkah laku koloid. Koloid ialah penggantungan zarah bercas kecil di dalam air. Walaupun zarah ini adalah mikroskopik, ia masih sangat besar berbanding dengan atom. Jika zarah koloid tidak dicas, ia akan cenderung untuk menggumpal (bercantum) menjadi ketulan besar; tetapi, apabila didakwa, mereka menolak satu sama lain dan kekal dalam penggantungan. Jika garam masih larut dalam air, maka ia terurai (merebak) menjadi ion positif dan negatif. (Penyelesaian ion sedemikian dipanggil elektrolit.) Ion negatif tertarik kepada zarah koloid (kami mengandaikan bahawa casnya adalah positif), dan ion positif ditolak. Kita perlu tahu bagaimana ion yang mengelilingi setiap zarah koloid diedarkan di angkasa.

Untuk menjadikan idea lebih jelas, pertimbangkan hanya kes satu dimensi. Bayangkan zarah koloid sebagai bola yang sangat besar (berbanding atom!); maka kita boleh menganggap sebahagian kecil permukaannya sebagai satah. (Secara umum, apabila cuba memahami fenomena baru, adalah lebih baik untuk memahaminya pada model yang sangat mudah; dan hanya selepas itu, setelah memahami intipati masalah, adakah ia bernilai mengambil pengiraan yang lebih tepat.)

Mari kita andaikan bahawa taburan ion menghasilkan ketumpatan cas dan potensi elektrik, yang berkaitan dengan undang-undang elektrostatik, atau dalam kes satu dimensi oleh undang-undang

Bagaimanakah ion akan diedarkan dalam medan sedemikian jika potensi mematuhi persamaan ini? Anda boleh mengetahui menggunakan prinsip mekanik statistik. Persoalannya ialah bagaimana untuk menentukan , supaya ketumpatan cas berikutan daripada mekanik statistik juga akan memenuhi syarat (7.28)?

Menurut mekanik statistik (lihat isu 4, bab 40), zarah, berada dalam keseimbangan terma dalam medan daya, diagihkan sedemikian rupa sehingga ketumpatan zarah dengan koordinat diberikan oleh formula

, (7.29)

di manakah tenaga keupayaan, ialah pemalar Boltzmann, dan ialah suhu mutlak.

Mari kita andaikan bahawa semua ion mempunyai cas elektrik yang sama, positif atau negatif. Pada jarak dari permukaan zarah koloid, ion positif akan mempunyai tenaga keupayaan

Ketumpatan ion positif ialah

,

dan ketumpatan negatif

Jumlah ketumpatan cas

,

(7.30)

Menggantikan kepada (7.28), kita melihat bahawa potensi mesti memenuhi persamaan

(7.31)

Persamaan ini diselesaikan dalam bentuk umum [darab kedua-dua belah dengan dan integrasikan ke atas ], tetapi, meneruskan untuk memudahkan masalah, kami mengehadkan diri kami di sini hanya kepada kes mengehadkan potensi rendah atau suhu tinggi. Kekecilan sepadan dengan larutan cair. Eksponen kemudiannya kecil, dan kita boleh ambil

(7.32)

Persamaan (7.31) memberi

(7.33)

Perhatikan bahawa kini terdapat tanda tambah di sebelah kanan (penyelesaian bukan berayun, tetapi eksponen).

Penyelesaian am (7.33) mempunyai bentuk

, (7.34)

Pemalar dan ditentukan daripada syarat tambahan. Dalam kes kami, ia mestilah sifar, jika tidak, potensi untuk yang besar akan bertukar kepada infiniti. Jadi,

di manakah potensi at pada permukaan zarah koloid.

Potensi berkurangan dengan faktor apabila bergerak menjauh (Rajah 7.7). Nombor itu dipanggil panjang Debye; ia adalah ukuran ketebalan cangkerang ionik yang mengelilingi setiap zarah bercas besar dalam elektrolit. Persamaan (7.36) menyatakan bahawa cangkerang menjadi lebih nipis apabila kepekatan ion meningkat atau suhu menurun.

Rajah 7.7. Perubahan yang berpotensi pada permukaan zarah koloid. ialah panjang Debye.

Pemalar dalam (7.36) mudah diperoleh jika cas permukaan a pada permukaan zarah bercas diketahui. Kami tahu itu

(7.37)

Kami mengatakan bahawa zarah koloid tidak melekat bersama kerana tolakan elektrik. Tetapi sekarang kita melihat bahawa tidak jauh dari permukaan zarah, disebabkan oleh cangkang ionik yang muncul di sekelilingnya, medan berkurangan. Jika cangkerang menjadi cukup nipis, zarah-zarah itu akan mempunyai peluang untuk berlanggar antara satu sama lain. Kemudian mereka akan melekat bersama, koloid akan mendap dan jatuh daripada cecair. Jelas daripada analisis kami bahawa selepas penambahan jumlah garam yang sesuai kepada koloid, pemendakan akan bermula. Proses ini dipanggil "mengaramkan koloid".

Satu lagi contoh menarik ialah kesan pembubaran garam ke atas pemendakan protein. Molekul protein ialah rantaian asid amino yang panjang, kompleks dan fleksibel. Ia mempunyai caj di sana sini, dan kadangkala caj satu tanda, katakan negatif, diedarkan di sepanjang keseluruhan rantai. Akibat penolakan bersama cas negatif, rantai protein menjadi lurus. Sekiranya masih terdapat molekul rantai lain yang serupa dalam larutan, maka mereka tidak melekat bersama kerana tolakan yang sama. Ini adalah bagaimana penggantungan molekul rantai muncul dalam cecair. Tetapi ia patut menambah garam di sana, kerana sifat penggantungan akan berubah. Panjang Debye akan berkurangan, molekul akan mula mendekati satu sama lain dan bergulung dalam lingkaran. Dan jika terdapat banyak garam, maka molekul protein akan mula memendakan. Terdapat banyak lagi fenomena kimia yang boleh difahami berdasarkan analisis daya elektrik.

1 . Kalsium fluorida sol diperoleh dengan mencampurkan 32 ml larutan natrium fluorida dengan kepekatan molar NaF bersamaan dengan 8.0·10 -3 mol/l dan 25 ml larutan kalsium klorida dengan kepekatan molar CaCl 2 bersamaan dengan 9.6·10 -3 mol/l. Tulis formula misel bagi sol yang diperolehi, nyatakan semua bahagian konstituennya. Tentukan jenis koloid, tanda cas granul bagi zarah sol koloid, dan arah pergerakannya dalam medan elektrik.

Penyelesaian. Mengetahui kepekatan molar larutan NaF dan CaCl 2, kami menentukan jumlah bahan natrium fluorida ν (NaF) dan kalsium klorida ν (СаСl 2) yang masuk ke dalam tindak balas pertukaran mengikut persamaan.

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) \u003d 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) \u003d 2.4 10 -4 mol.

Menurut persamaan tindak balas, bahan berinteraksi antara satu sama lain dalam nisbah ν (NaF): ν (CaCl 2) \u003d 2: 1, dan dari pengiraan di atas dapat dilihat bahawa ν (NaF): ν (CaCl 2 ) \u003d (2.56 10 - 4) / (2.4 10 -4) \u003d 1.07: 1, i.e. larutan mengandungi lebihan kalsium klorida, yang dalam kes ini berfungsi sebagai penstabil misel koloid. Oleh kerana, mengikut keadaan masalah, kita bercakap tentang larutan akueus garam berinteraksi, ion penstabil (Ca + dan Cl -) akan terhidrat, i.e. dikelilingi oleh molekul pelarut H 2 O. Pada masa yang sama, kuman zarah koloid yang terbentuk daripada molekul tidak larut kalsium fluorida CaF 2, sebagai bahan kristal, tidak menyerap air. Dari sini kesimpulan pertama– zarah koloid ialah hidrofobik.

Daripada ion penstabil secara genetik hampir dengan komposisi embrio (mengikut peraturan Peskov-Fajans) ialah ion kalsium Ca 2+. Dari sini kita lakukan kesimpulan kedua – ion penentu potensi akan ada ion Ca 2+ ρH 2 O, dan oleh itu berbutir misel koloid akan bercas positif, iaitu dalam medan elektrik akan bergerak ke katod.

Counterions ion klorida terhidrat penstabil berfungsi dalam larutan ini 2Cl - (q + ℓ) H 2 O, yang terletak di sekeliling nukleus dua lapisan: yang pertama ialah penjerapan, terdiri daripada 2Cl - ·qH 2 O, yang kedua adalah meresap, strukturnya ialah 2Cl - ·ℓH 2 O.

Sekarang kita boleh menulis formula misel zarah sol kalsium 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.

potensi- |kuman _| penjerapan lapisan meresap. lapisan

mentakrifkan | teras| kaunter

dan dia | berbutir |

| micelle|

Seperti yang anda boleh lihat, granul sol CaF 2 dalam kes ini bercas positif dan apabila medan elektrik digunakan, butiran akan bergerak ke arah elektrod bercas negatif (katod), dan pembilang lapisan meresap (2xCl - ℓH 2 O ) akan bergerak ke arah elektrod bercas positif (anod).

Jawab: sol hidrofobik terbentuk, butiran bercas positif, bergerak di bawah tindakan medan elektrik ke katod.

2 . Sol barium sulfat diperoleh dengan mencampurkan isipadu larutan barium nitrat dan asid sulfurik yang sama. Tulis formula untuk sol misel yang butirannya bergerak ke anod dalam medan elektrik. Jawab soalan sama ada kepekatan molar awal elektrolit akan sama. Nyatakan sifat dan struktur sol misel.

Penyelesaian. Fasa terpencar tak larut dalam larutan koloid yang terbentuk dengan mencampurkan larutan Ba ​​(NO 3) 2 dan H 2 SO 4 akan menjadi kristal barium sulfat, mengikut tindak balas pertukaran.

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

Oleh kerana fasa tersebar mempunyai struktur kristal, misel yang terbentuk pada dasarnya adalah hidrofobik. Jika granul bergerak ke anod, maka ia mempunyai cas negatif dan, oleh itu, hanya anion terhidrat SO 4 2-·pH 2 O (Peraturan Peskov-Faience) boleh menjadi ion penentu potensi. Jelaslah bahawa proton terhidrat 2Н + ·(q+ℓ)H 2 O bertindak sebagai pembilang, i.e. asid sulfurik ialah elektrolit penstabil, yang bermaksud bahawa kepekatannya dalam sistem ini harus lebih besar berbanding dengan kepekatan larutan barium nitrat: С μ (H 2 SO 4) > С μ (Ba (NO 3) 2 .

Dengan mengambil kira analisis yang dijalankan, kami membina formula untuk misel sol barium sulfat hidrofobik:

([(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.

Potensi- | kuman | penjerapan lapisan meresap. lapisan

mentakrifkan | teras| kaunter

dan dia| berbutir |

| micelle|

Jawab: sol barium sulfat hidrofobik, granul bercas negatif, dalam larutan С μ (H 2 SO 4) > С μ (Ba (NO 3) 2 .

3 . Satu sol besi hidroksida (3), yang diperoleh dengan menambahkan 15 ml larutan besi klorida (3) dengan pecahan jisim FeCl 3 bersamaan dengan 2%, kepada 85 ml air suling mendidih, terbentuk hasil daripada hidrolisis separa. garam mengikut persamaan:

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

Tulis kemungkinan formula Fe(OH) 3 sol misel, dengan mengambil kira bahawa ion berikut hadir dalam larutan semasa pembentukan zarah besi (3) hidroksida: Fe 3+ , FeO + , H + , Cl - , OH - . Dalam kes ini, semua ion terhidrat oleh molekul pelarut.

Penyelesaian. Seperti yang ditunjukkan oleh persamaan hidrolisis yang diberikan dalam pernyataan masalah, pembentukan hidroksida besi tidak larut (3) sepadan dengan nisbah Cμ(Fe 3+):Cμ(OH -) = ν(Fe 3+):ν(OH -) = 1:3.

Mari kita tentukan jumlah bahan setiap peserta dalam proses hidrolisis. Menurut data jadual No. 3 Lampiran No. 10, ketumpatan larutan 2% ferik klorida (3) dalam keadaan normal ialah 1.015 g/cm 3 . Kebergantungan jisim FeCl 3 dan pecahan jisim ω (FeCl 3) ditentukan daripada nisbah m (FeCl 3) \u003d ω (FeCl 3) V p-ra (FeCl 3) ρ p-ra (FeCl 3) . Sebaliknya, jumlah bahan garam ν (FeCl 3) \u003d m (FeCl 3) / M (FeCl 3), di mana M (FeCl 3) ialah jisim molar besi klorida, ia sama dengan M (FeCl 3) \u003d 56 + 3 35 .5 = 162.5 g/mol. Dari sini kita memperoleh formula pengiraan untuk menentukan jumlah bahan garam, dan dengan itu jumlah bahan ion Fe 3+ yang telah memasuki tindak balas hidrolisis:

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

Mari buat pengiraan yang sepadan dan dapatkan:

ν (Fe 3+) \u003d ν (FeCl 3) \u003d (0.02 15 1.015) / 162.5 \u003d 1.85 10 -3 mol.

Untuk menentukan kepekatan Cμ dan jumlah bahan ν ion hidroksida OH, mari kita ingat peraturan hasil darab ionik air. Ia menyatakan bahawa dalam larutan neutral, kepekatan molar ion H + dan OH adalah sama dan tidak melebihi 1 10 -7 mol / l. Semasa hidrolisis, seperti yang ditunjukkan oleh persamaan dalam keadaan masalah, kepekatan OH - akan menjadi lebih sedikit (hidrolisis membawa kepada pengasidan larutan). Walaupun kita mengandaikan bahawa 100 ml air tulen terdapat dalam sistem kita, maka ia akan mengandungi tidak lebih daripada 1·10 -7 mol OH - ion.

Oleh itu, dalam keadaan apa pun, air tidak boleh bertindak sebagai elektrolit penstabil dalam pembentukan misel besi hidroksida (3) (sebagai sumber ion OH– dan H+). Tetapi ion lain - Fe 3+ , FeO + , Cl - boleh mengambil bahagian dalam penstabilan zarah koloid. Berdasarkan pertimbangan ini, kami membina dua formula yang mungkin untuk sol micelles, sambil tidak lupa bahawa hidroksida besi ialah bahan amorf, dan oleh itu secara aktif menyerap molekul pelarut. Ini bermakna kedua-dua misel yang mungkin akan bersifat hidrofilik.

Kes 1): ion penentu keupayaan - Fe 3+ pH 2 O; counterion - 3Cl - (q + ℓ) H 2 O. Di bawah keadaan ini, formula misel hidrofilik Fe (OH) 3 sol akan kelihatan seperti: ([(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.

Kes 2): ion penentu keupayaan - FeO + pH 2 O; pembilang - Cl - (q + ℓ) H 2 O. Misel hidrofilik, formulanya

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

Dalam kedua-dua kes, butiran mempunyai cas positif dan bergerak ke arah katod dalam medan elektrik.

Jawab: kemungkinan pembentukan dua misel hidrofilik dengan butiran bercas positif

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

dan ([(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 . Sol biru Prusia boleh diperolehi dengan bertindak balas dalam jumlah tidak setara bagi larutan cair besi (3) klorida dan kalium ferrisianat K 4 . Tulis formula untuk misel sol hidrofobik, dengan mengingati bahawa ion kompleks mengalami penghidratan dengan daya yang sama seperti yang mudah.

Penyelesaian. Pembentukan larutan koloid adalah berdasarkan tindak balas pertukaran yang membawa kepada pembentukan fasa tidak larut:

4FeCl 3 + 3K 4 = ↓Fe 4 3 + 12KCl.

Zarah tak larut heksasianoferrat (2) besi (3) membentuk nukleus koloid, dan hidrofobik, kerana. jirim mempunyai struktur kristal. Bergantung pada garam mana yang diambil secara berlebihan, sama ada anion terhidrat 4- pH 2 O atau kation terhidrat Fe 3+ pH 2 O boleh bertindak sebagai ion penentu potensi. Sehubungan itu, pembilang akan berada dalam kes yang berbeza sama ada 4K + (q + ℓ)H 2 O, atau 4Cl - (q+ℓ)H 2 O.

Berdasarkan analisis yang dilakukan, kami akan menyusun formula untuk kemungkinan misel:

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

([ (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.

Walaupun kedua-dua misel adalah hidrofobik, cas butirannya adalah bertentangan dalam tanda. Jika larutan dicampur dalam jumlah yang setara, caj akan diberi pampasan pada peringkat pembentukan granul dan misel akan menggumpal (ia akan musnah).

Jawab: formula misel yang terbentuk dalam dua kes berbeza mempunyai bentuk:

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 . Hitung isipadu 0.0025 M. larutan KI yang akan ditambah kepada 0.035 L 0.003 N. Larutan Pb(NO 3) 2 untuk mendapatkan sol plumbum iodida hidrofobik, dan semasa elektroforesis pembilangnya bergerak ke arah anod. Bina formula misel bagi sol.

Penyelesaian. Seperti yang telah ditekankan lebih daripada sekali, pembentukan larutan koloid adalah berdasarkan tindak balas pertukaran yang membawa kepada pembentukan fasa terserak tidak larut: 2KI + Pb(NO 3) 2 = ↓PbI 2 + 2 KNO 3 .

Jika pembilang misel semasa elektroforesis bergerak ke anod, oleh itu, ia bercas negatif, dan ion positif ialah ion penentu potensi. Menurut peraturan Peskov-Fajans, untuk fasa PbI 2 terdispersi, hanya kation plumbum Pb 2+ boleh menjadi sedemikian. Oleh itu adalah jelas bahawa larutan plumbum nitrat Pb(NO 3) 2 bertindak sebagai elektrolit penstabil dan anion NO 3 - menjadi pembilang.

Di bawah keadaan sedemikian, penstabil elektrolit hendaklah berlebihan, oleh itu,

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

Mari kita selesaikan ketaksamaan yang terhasil berkenaan dengan isipadu larutan kalium iodida, mengingati bahawa 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).

Ini bermakna kurang daripada 42 ml larutan kalium iodida 0.0025 mol/L mesti digunakan untuk menyediakan sol plumbum iodida.

Formula untuk misel hidrofobik sol iodida plumbum ialah:

Jawab: untuk mendapatkan sol plumbum iodida dengan butiran positif dan pembilang negatif, kurang daripada 42 ml larutan KI harus digunakan;

sol micelle mempunyai sifat hidrofobik, formulanya

([(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 .

Tuliskan formula bagi misel sol barium sulfat yang diperoleh dengan bertindak balas larutan barium klorida dengan lebihan sedikit larutan natrium sulfat?

Penyelesaian:

Asas untuk mendapatkan sol ialah tindak balas:

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

Syarat untuk mendapatkan sol ialah lebihan Na 2 SO 4 , iaitu penstabil sol.

Larutan akan mengandungi ion natrium dan ion sulfat yang terbentuk semasa penceraian natrium sulfat

Na 2 SO 4 \u003d 2Na + + SO²⁻

Ion sulfat akan terserap pada permukaan agregat.

Nukleus zarah koloid yang terhasil:

[(BaSO 4) m ∙nSO²⁻

Nukleus yang membawa cas negatif menarik ion berlawanan tanda, dipanggil pembilang, daripada larutan. Dalam kes kami, kation natrium bertindak sebagai counterion.

formula misel sol yang terhasil:

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

Ke elektrod manakah zarah-zarah sol yang diperoleh daripada interaksi perak nitrat dengan lebihan natrium klorida akan bergerak?

Penyelesaian . Apabila mencampurkan larutan AgNO3 dan NaCl izb. tindak balas sedang berlaku

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

Teras zarah sol perak klorida koloid terdiri daripada agregat molekul (mAgCl) dan ion Cl ⁻ pembentuk cas, yang berlebihan dalam larutan dan memberikan zarah koloid dengan cas negatif. Kaunter adalah ion natrium terhidrat.

Formula misel perak klorida ialah:

[m(AgCl) n Cl-( n–x)Na + ] x – x Na+

Zarah koloid mempunyai cas negatif, yang bermaksud ia akan bergerak ke arah elektrod bercas positif - katod.

Tuliskan formula misel larutan koloid bagi bahan berikut:

a) asid silisik: agregat m[Н2SiO3], penstabil ionik K2SiO3 ® 2K+ + SiO32–

b) hidrosol emas: agregat m[Au], penstabil ionik NaAuO2 ® Na + + AuO2–

c) timah dioksida: agregat m, penstabil ionik K2SnO3 ® 2K+ + SnO32–

Penyelesaian:

A) Pembentukan sol asid silisik berlaku melalui tindak balas

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

K 2 SiO 3 2K⁺+ SiO₃²⁻

Pada agregat zarah neutral elektrik (mH 2 SiO 3), ion unsur yang merupakan sebahagian daripada nukleus terjerap. Ini adalah ion HSiO 3‾, yang terbentuk hasil daripada hidrolisis garam K 2 SiO 3:

K 2 SiO 3 + H 2 O KHSiO 3 + KOH atau dalam bentuk ion

SiO 3 2− + H 2 O HSiO 3 ‾ + OH ‾ .

Ion HSiO 3‾, yang terserap pada permukaan zarah sol silika, memberikannya cas negatif. Pembilangnya ialah ion hidrogen terhidrat H + . Formula sol misel asid silicic:

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

b) Pembentukan hidrosol emas berlaku di bawah tindakan agen penurunan ke atas garam asid emas dalam medium beralkali lemah:

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

Pada agregat zarah (mAu), ion unsur yang merupakan sebahagian daripada nukleus diserap. Ini adalah ion AuO 2‾,

Formula sol micelle:

(m nAuO²⁻ (n-x) Na⁺) x ⁻ xNa⁺

V) Pembentukan sol timah dioksida berlaku seperti berikut:

K2SnO3 2K⁺ + SnO3²⁻

Pada agregat zarah neutral elektrik (mSnO 2 ), ion unsur yang merupakan sebahagian daripada nukleus terjerap. Ini adalah ion SnO 3 2‾:

K 2 SnO 3 SnO 3 2⁻ + 2K⁺

Ion SnO 3 2‾, yang terserap pada permukaan zarah sol, memberikannya cas negatif. Counterion ialah ion K +. Formula misel sol timah dioksida ialah:

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