Hovedtemaet for denne artikkelen vil være en kolloidal partikkel. Her skal vi vurdere konseptet og miceller. Og også bli kjent med det viktigste artsmangfoldet av partikler relatert til kolloidalt. Hver for seg dveler vi ved de ulike trekkene ved begrepet som studeres, noen individuelle konsepter og mye mer.

Introduksjon

Konseptet med en kolloidal partikkel er nært knyttet til ulike løsninger. Sammen kan de danne en rekke mikroheterogene og spredte systemer. Partiklene som danner slike systemer varierer vanligvis i størrelse fra 1 til 100 mikron. I tillegg til tilstedeværelsen av en overflate med klart adskilte grenser mellom det disperse mediet og fasen, er kolloidale partikler karakterisert ved egenskapen lav stabilitet, og løsningene i seg selv kan ikke dannes spontant. Tilstedeværelsen av et bredt utvalg i strukturen til den indre strukturen og dimensjonene forårsaker opprettelsen av et stort antall metoder for å oppnå partikler.

Konseptet med et kolloidalt system

I kolloidale løsninger danner partikler i sin helhet systemer av en dispergert type, som er mellomliggende mellom løsninger, som er definert som sanne og grove. I disse løsningene har dråper, partikler og til og med bobler som danner den dispergerte fasen størrelser fra én til tusen nm. De er fordelt i tykkelsen av det dispergerte mediet, som regel kontinuerlig, og skiller seg fra det opprinnelige systemet i sammensetning og/eller aggregeringstilstand. For bedre å forstå betydningen av en slik terminologisk enhet, er det bedre å vurdere den mot bakgrunnen av systemene den danner.

Definere egenskaper

Blant egenskapene til kolloidale løsninger kan de viktigste bestemmes:

• Dannende partikler forstyrrer ikke passasjen av lys.
• Transparente kolloider har evnen til å spre lysstråler. Dette fenomenet kalles Tyndall-effekten.
• Ladningen til en kolloidal partikkel er den samme for disperse systemer, som et resultat av at de ikke kan oppstå i løsning. I Brownsk bevegelse kan ikke dispergerte partikler utfelles, noe som skyldes deres vedlikehold i en tilstand av flukt.

Hovedtyper

De viktigste klassifiseringsenhetene for kolloidale løsninger:

• En suspensjon av faste partikler i gasser kalles røyk.
• Suspensjon av væskepartikler i gasser kalles tåke.
• En aerosol dannes av små partikler av fast eller flytende type suspendert i et gassmedium.
• En gasssuspensjon i væsker eller faste stoffer kalles skum.
• En emulsjon er en flytende suspensjon i en væske.
• Sol er et spredt system av ultramikroheterogen type.
• En gel er en suspensjon av 2 komponenter. Den første skaper et tredimensjonalt rammeverk, hvis hulrom vil bli fylt med forskjellige løsemidler med lav molekylvekt.
• En suspensjon av faste partikler i væsker kalles en suspensjon.

I alle disse kolloidale systemene kan partikkelstørrelser variere sterkt avhengig av deres opprinnelsesart og aggregeringstilstand. Men selv til tross for et så ekstremt mangfoldig antall systemer med forskjellige strukturer, er alle kolloidale.

Artsmangfold av partikler

Primærpartikler med kolloidale dimensjoner, i henhold til typen indre struktur, er delt inn i følgende typer:

1. Suspensoider. De kalles også irreversible kolloider, som ikke er i stand til å eksistere på egen hånd over lange perioder.
2. Micellar-type kolloider, eller, som de også kalles, semi-kolloider.
3. Kolloider av reversibel type (molekylær).

Prosessene for dannelse av disse strukturene er veldig forskjellige fra hverandre, noe som kompliserer prosessen med å forstå dem på et detaljert nivå, på kjemi- og fysikknivå. Kolloidale partikler, som slike partikler dannes fra, har ekstremt forskjellige former og betingelser for prosessen med dannelse av et integrert system.

Definisjon av suspensoider

Suspensoider er løsninger med metallelementer og deres variasjoner i form av oksid, hydroksid, sulfid og andre salter.

Alle formende partikler av de ovennevnte stoffene har et molekylært eller ionisk krystallgitter. De danner en fase av en dispergert type stoff - en suspensoid.

Et særtrekk som gjør det mulig å skille dem fra suspensjoner er tilstedeværelsen av en høyere spredningsindeks. Men de er sammenkoblet av fraværet av en stabiliseringsmekanisme for finhet.

Irreversibiliteten til suspensoider forklares av det faktum at sedimentet i prosessen med damping ikke tillater en person å få soler igjen ved å skape en kontakt mellom selve sedimentet og det dispergerte mediet. Alle suspensoider er lyofobe. I slike løsninger kalles kolloidale partikler relatert til metaller og saltderivater som har blitt knust eller kondensert.

Metoden for å oppnå er ikke forskjellig fra de to måtene som spredte systemer alltid opprettes på:

1. Mottak ved dispergering (knusing av store kropper).
2. Metode for kondensering av ioniske og molekylært oppløste stoffer.

Bestemmelse av micellære kolloider

Micellære kolloider er også referert til som semi-kolloider. Partiklene som de er laget av kan oppstå hvis det er et tilstrekkelig nivå av amfifil type. Slike molekyler kan kun danne stoffer med lav molekylvekt ved å assosiere dem til et aggregat av et molekyl - en micelle.

Amfifile molekyler er strukturer som består av et hydrokarbonradikal med parametere og egenskaper som ligner på et ikke-polart løsningsmiddel og en hydrofil gruppe, som også kalles polar.

Miceller er spesielle agglomerasjoner av molekyler med jevne mellomrom som hovedsakelig holdes sammen ved bruk av spredte krefter. Miceller dannes for eksempel i vandige løsninger av vaskemidler.

Bestemmelse av molekylære kolloider

Molekylære kolloider er høymolekylære forbindelser av både naturlig og syntetisk opprinnelse. Molekylvekten kan variere fra 10.000 til flere millioner. Molekylære fragmenter av slike stoffer har størrelsen på en kolloidal partikkel. Selve molekylene kalles makromolekyler.

Forbindelser av høymolekylær type som er gjenstand for fortynning kalles sanne, homogene. De, i tilfelle ekstrem fortynning, begynner å følge den generelle serien av lover for fortynnede formuleringer.

Å skaffe kolloide løsninger av molekylær type er en ganske enkel oppgave. Det er nok å komme i kontakt med det tilsvarende løsningsmidlet.

Den ikke-polare formen av makromolekyler kan oppløses i hydrokarboner, mens den polare formen kan oppløses i polare løsningsmidler. Et eksempel på sistnevnte er oppløsningen av ulike proteiner i en løsning av vann og salt.

Disse stoffene kalles reversible på grunn av det faktum at å utsette dem for fordampning med tilsetning av nye porsjoner fører til at molekylære kolloidale partikler tar form av en løsning. Prosessen med deres oppløsning må gå gjennom et stadium der den svulmer. Det er et karakteristisk trekk som skiller molekylære kolloider mot bakgrunnen av andre systemer som ble diskutert ovenfor.

I prosessen med svelling trenger molekylene som danner løsningsmidlet inn i polymerens faste tykkelse og skyver derved makromolekylene fra hverandre. Sistnevnte, på grunn av sin store størrelse, begynner sakte å diffundere inn i løsninger. Eksternt kan dette observeres med en økning i den volumetriske verdien av polymerer.

Micellær enhet

Micellene i det kolloidale systemet og deres struktur vil være lettere å studere hvis vi vurderer formingsprosessen. Ta for AgI. I dette tilfellet vil partikler av kolloidal type dannes under følgende reaksjon:

AgNO 3 +KI à AgI↓+KNO 3

Sølvjodid (AgI) molekyler danner praktisk talt uløselige partikler, inne i hvilke krystallgitteret vil bli dannet av sølvkationer og jodanioner.

De resulterende partiklene har i utgangspunktet en amorf struktur, men etter hvert som deres gradvise krystallisering fortsetter, får de et permanent utseende.

Hvis vi tar AgNO 3 og KI i de tilsvarende ekvivalentene, vil de krystallinske partiklene vokse og nå betydelige størrelser, til og med overskride størrelsen på selve den kolloidale partikkelen, og deretter raskt utfelles.

Hvis du tar et av stoffene i overkant, kan du kunstig lage en stabilisator av det, som vil rapportere om stabiliteten til kolloidale partikler av sølvjodid. Ved for mye AgNO 3 vil løsningen inneholde flere positive sølvioner og NO 3 - . Det er viktig å vite at prosessen med dannelse av AgI-krystallgitter adlyder Panet-Fajans-regelen. Derfor er det i stand til å fortsette bare i nærvær av ioner som utgjør dette stoffet, som i denne løsningen er representert av sølvkationer (Ag +).

De positive Argentum-ionene vil fortsette å fullføres på dannelsesnivået av krystallgitteret til kjernen, som er fast inkludert i micellestrukturen og kommuniserer det elektriske potensialet. Det er av denne grunn at ionene som brukes til å fullføre konstruksjonen av kjernegitteret kalles potensialbestemmende ioner. Under dannelsen av en kolloidal partikkel - miceller - er det andre funksjoner som bestemmer et eller annet forløp av prosessen. Alt har imidlertid blitt vurdert her med omtale av de viktigste elementene.

Noen konsepter

Begrepet kolloidal partikkel er nært knyttet til adsorpsjonslaget, som dannes samtidig med ioner av den potensialbestemmende typen, under adsorpsjonen av den totale mengden motioner.

Et granulat er en struktur dannet av en kjerne og et adsorpsjonslag. Den har et elektrisk potensial med samme fortegn som E-potensialet, men verdien vil være mindre og avhenger av startverdien til motioner i adsorpsjonslaget.

Adhesjonen av kolloidale partikler er en prosess som omtales som koagulering. I disperse systemer fører det til dannelse av større partikler fra små partikler. Prosessen er preget av kohesjon mellom små strukturelle komponenter for å danne koagulative strukturer.

Strukturen til kolloidale løsninger.

Kolloide løsninger - mikroheterogene systemer hvis partikler passerer gjennom papirfiltre, men ikke passerer gjennom dyremembraner og sees gjennom et ultramikroskop.

Kolloide partikler har en kompleks struktur: de består av kjerner, ladningsdannende ioner og motioner.

Kolloide partikler dannes av Peskov-Faience regel: på en hvilken som helst fast overflate av kjernen, er hovedsakelig de ionene adsorbert som har samme atomgruppe som kjernen, og er i overkant.

For eksempel når det legges til en løsning

KJ + AgNO 3 → AgJ↓ + KNO 3

a) i overkant av KJ– det dannes en micelle med negativ ladning av granulatet

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

m(AgJ) - kjerne

nJ - (n-x)K + - adsorpsjonslag av motioner

X K + - diffusjonslag av motioner

nJ - potensialbestemmende ioner

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

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

b) i overkant av AgNO 3– det dannes en micelle med positiv ladning av granulatet

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

Ionene som bestemmer ladningen til en kolloidal partikkel kalles potensialbestemmende. Kjernen med potensialbestemmende ioner tiltrekker fra miljøet ioner med motsatt ladning som er tilstede i løsning i overskytende. Noen av motionene danner et adsorpsjonslag, mens den andre delen danner et diffusjonslag. En kjerne med potensialbestemmende ioner og et adsorpsjonslag av motioner kalles granulat, og et granulat med motioner av diffusjonslaget kalles micelle.

Elektrisk ladning per telling. partikler oppstår som et resultat av elektrolytisk dissosiasjon av stoffet i den dispergerte fasen eller på grunn av selektiv adsorpsjon av ioner. Tilstedeværelsen av en ladning kan oppdages ved å passere gjennom staken. Systemet er en konstant elektrisk strøm, under påvirkning av hvilken partiklene vil bevege seg til elektrodene. Bevegelsen av partikler i den spredte fasen under påvirkning av en elektrisk strøm kalles elektroforese.

Under visse betingelser, nei. Partikkelen kan være nøytral -

( m(AgJ) nJ - (n-x)K + ) 0 – isoelektrisk tilstand, ustabil, micelle blir lett ødelagt.

2. Egenskaper til kolloidale løsninger. Kolloide løsninger kalles sols. I henhold til arten av interaksjonen mellom dispersjonsmediet og den dispergerte fasen, skilles følgende:

Zoli lyofile - godt samspill med vann (løsninger av lim, gelatin, protein, stivelse, såpe)

Zoli lyofobisk- svakt eller ikke interagerer med løsningsmidlet (løsninger av noen sulfider, metallhydroksider i vann).

Hvis løsningsmidlet er vann, kalles solene hydrofil og hydrofob.

Eiendommer:

1. Molekylær kinetikk - assosiert med den kaotiske bevegelsen av partikler (diffusjon).

2. Elektriske egenskaper - når en elektrisk strøm passerer, beveger "+" ladede granuler seg mot katoden, "-" beveger seg mot anoden.

3. Optisk - når synlig lys sendes, sprer partiklene i den spredte fasen av det kolloidale systemet lyset som faller inn på dem. Spredt lys danner en stake rundt. Glødende feltpartikler. Den opplyste micellen blir i seg selv en lyskilde og en lysende kjegle dannes i løsningen; derfor er kolloidale løsninger for det meste blåaktige i lys når de observeres i sidespredt lys, og rødlige i transmittert lys.

4. Koagulasjon, peptisering, sedimentering.

Koagulasjonsprosessen dette er en forstørrelse (holde sammen) av en telling. Partikler under påvirkning av ulike faktorer eller passerer spontant.

I dette tilfellet blir lyofile soler til geler, og hydrofobe soler blir til pulver.

Faktorer som forårsaker koagulasjon:

- temperatur - oppvarming fjerner ladningen på grunn av styrkingen av partiklene og ødeleggelsen av det hydratiserte skallet til solen.

- tilsetning av en elektrolytt som inneholder et ion med en ladning motsatt ladningen til den kolloidale partikkelen.

Minimumsmengden elektrolytt som må tilsettes 1 liter sol for å forårsake koagulasjon kalles koagulasjonsterskel (γ)

La oss vende oss til et annet fenomen, når plasseringen av ladningene bestemmes av potensialet som til en viss grad skapes av selve ladningene. Denne effekten er avgjørende for oppførselen til kolloider. Et kolloid er en suspensjon av små ladede partikler i vann. Selv om disse partiklene er mikroskopiske, er de fortsatt veldig store sammenlignet med atomet. Hvis de kolloidale partiklene ikke var ladet, ville de ha en tendens til å koagulere (smelte sammen) til store klumper; men etter å ha blitt siktet frastøter de hverandre og forblir i suspensjon. Hvis salt fortsatt er oppløst i vann, dissosieres (spres) det til positive og negative ioner. (En slik løsning av ioner kalles en elektrolytt.) Negative ioner tiltrekkes av kolloidale partikler (vi antar at ladningene deres er positive), og positive ioner frastøtes. Vi må vite hvordan ionene rundt hver kolloidpartikkel er fordelt i rommet.

For å gjøre ideen klarere, vurder bare den endimensjonale saken. Se for deg en kolloidal partikkel som en veldig stor (sammenlignet med et atom!) ball; da kan vi betrakte en liten del av overflaten som et plan. (Generelt, når du prøver å forstå et nytt fenomen, er det bedre å forstå det på en ekstremt forenklet modell; og først da, etter å ha forstått essensen av problemet, er det verdt å ta mer nøyaktige beregninger.)

La oss anta at fordelingen av ioner skaper en ladningstetthet og elektrisk potensial, knyttet til den elektrostatiske loven, eller i det endimensjonale tilfellet av loven

Hvordan ville ionene fordelt seg i et slikt felt hvis potensialet fulgte denne ligningen? Du kan finne ut ved å bruke prinsippene for statistisk mekanikk. Spørsmålet er hvordan bestemme , slik at ladningstettheten som følger av statistisk mekanikk også vil tilfredsstille betingelsen (7.28)?

I følge statistisk mekanikk (se utgave 4, kap. 40) er partikler, som er i termisk likevekt i kraftfeltet, fordelt på en slik måte at tettheten av partikler med koordinat er gitt av formelen

, (7.29)

hvor er den potensielle energien, er Boltzmann-konstanten og er den absolutte temperaturen.

La oss anta at alle ioner har samme elektriske ladning, positiv eller negativ. I avstand fra overflaten til en kolloidal partikkel vil et positivt ion ha en potensiell energi

Tettheten av positive ioner er da

,

og tettheten av negativ

Total ladningstetthet

,

(7.30)

Substituerer vi inn i (7.28), ser vi at potensialet må tilfredsstille ligningen

(7.31)

Denne ligningen er løst i den generelle formen [multipliser begge sider med og integrer over ], men fortsetter å forenkle problemet, begrenser vi oss her bare til det begrensende tilfellet med lave potensialer eller høye temperaturer. Litenhet tilsvarer en fortynnet løsning. Eksponenten er da liten, og vi kan ta

(7.32)

Ligning (7.31) gir

(7.33)

Legg merke til at nå er det et plusstegn på høyre side (løsningen er ikke oscillerende, men eksponentiell).

Den generelle løsningen (7.33) har formen

, (7.34)

Konstanter og bestemmes ut fra tilleggsforhold. I vårt tilfelle må det være null, ellers vil potensialet for store bli til uendelig. Så,

hvor er potensialet på overflaten av en kolloidal partikkel.

Potensialet avtar med en faktor når man beveger seg bort (fig. 7.7). Tallet kalles Debye-lengden; det er et mål på tykkelsen på det ioniske skallet som omgir hver stor ladet partikkel i elektrolytten. Ligning (7.36) sier at skallet blir tynnere når ionekonsentrasjonen øker eller temperaturen synker.

Figur 7.7. Potensiell endring på overflaten av en kolloidal partikkel. er Debye-lengden.

Konstanten i (7.36) er lett å få hvis overflateladningen a på overflaten av en ladet partikkel er kjent. Vi vet det

(7.37)

Vi sa at kolloidale partikler ikke kleber sammen på grunn av elektrisk frastøting. Men nå ser vi at ikke langt fra overflaten av partikkelen, på grunn av det ioniske skallet som dukker opp rundt den, avtar feltet. Hvis skallet ble tynt nok, ville partiklene ha en sjanse til å kollidere med hverandre. Da holdt de seg sammen, kolloidet ville sette seg og falle ut av væsken. Det er klart fra vår analyse at etter tilsetning av en passende mengde salt til kolloidet, vil nedbør begynne. Denne prosessen kalles "utsalting av kolloidet".

Et annet interessant eksempel er effekten av saltoppløsning på proteinutfelling. Et proteinmolekyl er en lang, kompleks og fleksibel kjede av aminosyrer. Den har ladninger her og der, og til tider er en ladning på ett tegn, si negativt, fordelt langs hele kjeden. Som et resultat av gjensidig frastøtning av negative ladninger, retter proteinkjeden seg ut. Hvis det fortsatt er andre lignende kjedemolekyler i løsningen, så fester de seg ikke sammen på grunn av den samme frastøtingen. Slik oppstår en suspensjon av kjedemolekyler i en væske. Men det er verdt å tilsette salt der, da egenskapene til suspensjonen vil endre seg. Debye-lengden vil avta, molekylene vil begynne å nærme seg hverandre og krølle seg sammen i spiraler. Og hvis det er mye salt, vil proteinmolekylene begynne å felle ut. Det er mange andre kjemiske fenomener som kan forstås basert på analyse av elektriske krefter.

1 . Kalsiumfluoridsol oppnås ved å blande 32 ml natriumfluoridløsning med NaF molar konsentrasjon lik 8,0·10 -3 mol/l og 25 ml kalsiumkloridløsning med CaCl 2 molar konsentrasjon lik 9,6·10 -3 mol/l. Skriv micelleformelen til den oppnådde solen, angi alle dens bestanddeler. Bestem typen kolloid, tegnet på ladningen til et granulat av en kolloid solpartikkel, og retningen på dens bevegelse i et elektrisk felt.

Løsning. Når vi kjenner de molare konsentrasjonene av NaF- og CaCl 2-løsninger, bestemmer vi mengden natriumfluorid ν (NaF) og kalsiumklorid ν (СаСl 2) stoffer som gikk inn i utvekslingsreaksjonen i henhold til ligningen

2NaF + CaCl2 \u003d ↓CaF2 + 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.

I følge reaksjonsligningen samhandler stoffene med hverandre i forholdet ν (NaF): ν (CaCl 2) \u003d 2: 1, og fra beregningene ovenfor kan man se at ν (NaF): ν (CaCl 2) ) \u003d (2,56 10 - 4) / (2,4 10 -4) \u003d 1,07: 1, dvs. løsningen inneholder et overskudd av kalsiumklorid, som i dette tilfellet fungerer som en stabilisator av den kolloidale micellen. Siden vi i henhold til problemets tilstand snakker om vandige løsninger av interagerende salter, vil stabilisatorionene (Ca + og Cl -) bli hydrert, dvs. omgitt av løsemiddelmolekyler H 2 O. Samtidig kim kolloidal partikkel dannet fra uløselige molekyler kalsiumfluorid CaF 2, som er et krystallinsk stoff, absorberer ikke vann. Herfra første konklusjon– kolloid partikkel er hydrofobisk.

Av stabilisatorionene som er genetisk nær embryoets sammensetning (ifølge Peskov-Fajans-regelen) er Ca 2+ kalsiumionet. Herfra gjør vi det andre konklusjon – potensialbestemmende ioner det vil være ioner Ca 2+ ρH 2 O, og derfor granulat kolloidale miceller vil være positivt ladet, dvs. i et elektrisk felt vil flytte til katoden.

motsetninger hydratiserte kloridioner av stabilisatoren tjener i denne løsningen 2Cl - (q + 1) H2O, som er plassert rundt kjernen to lag: den første er adsorpsjon, bestående av 2Cl - ·qH2O, den andre er diffus, dens struktur er 2Cl - ·ℓH2O.

Nå kan vi skrive micellarformelen til kalsiumfluoridsolpartikkelen:

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

potensiell- |kim _| adsorpsjon diffust lag. lag

definere | cellekjernen| motioner

og han | granulat |

| micelle|

Som du kan se, er CaF 2 solgranulen i dette tilfellet positivt ladet, og når et elektrisk felt påføres, vil granulen bevege seg mot den negativt ladede elektroden (katoden), og motionene til det diffuse laget (2xCl - ℓH 2 O ) vil bevege seg mot den positivt ladede elektroden (anode).

Svar: det dannes en hydrofob sol, granulen er positivt ladet, beveger seg under påvirkning av et elektrisk felt til katoden.

2 . Bariumsulfatsolen oppnås ved å blande like volumer av løsninger av bariumnitrat og svovelsyre. Skriv formelen for en solmicelle hvis granulat beveger seg til anoden i et elektrisk felt. Svar på spørsmålet om de første molare konsentrasjonene av elektrolytter vil være de samme. Angi arten og strukturen til en solmicelle.

Løsning. Den uløselige dispergerte fasen i den kolloidale løsningen dannet ved å blande løsninger av Ba (NO 3) 2 og H 2 SO 4 vil være krystallinsk bariumsulfat, ifølge utvekslingsreaksjonen

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

Siden den dispergerte fasen har en krystallinsk struktur, er micellen dannet på basis av den hydrofob. Hvis granulen beveger seg til anoden, har den en negativ ladning, og derfor kan bare hydratiserte anioner SO 4 2-·pH 2 O (Peskov-Faience-regelen) være potensialbestemmende ioner. Det er klart at hydratiserte protoner 2Н + ·(q+ℓ)H 2 O fungerer som motioner, dvs. svovelsyre er den stabiliserende elektrolytten, noe som betyr at dens konsentrasjon i dette systemet bør være større sammenlignet med konsentrasjonen av bariumnitratløsningen: С μ (H 2 SO 4) > С μ (Ba (NO 3) 2 .

Under hensyntagen til analysen som er utført, konstruerer vi formelen for en micelle av en hydrofob bariumsulfatsol:

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

Potensiell- | kim | adsorpsjon diffust lag. lag

definere | cellekjernen| motioner

og han| granulat |

| micelle|

Svar: hydrofob bariumsulfatsol, negativt ladet granulat, i løsning С μ (H 2 SO 4) > С μ (Ba (NO 3) 2 .

3 . En jernhydroksidsol (3), oppnådd ved å tilsette 15 ml av en løsning av jernklorid (3) med en massefraksjon av FeCl 3 lik 2 %, til 85 ml kokende destillert vann, dannes som et resultat av delvis hydrolyse av saltet i henhold til ligningen:

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

Skriv de mulige formlene for Fe(OH) 3-solmiceller, ta i betraktning at følgende ioner var tilstede i løsningen under dannelsen av jern(3)-hydroksidpartikler: Fe 3+ , FeO + , H + , Cl - , OH -. I dette tilfellet blir alle ioner hydrert av løsemiddelmolekyler.

Løsning. Som hydrolyseligningen gitt i problemstillingen viser, tilsvarer dannelsen av uløselig jernhydroksid (3) forholdet Cμ(Fe 3+):Cμ(OH -) = ν(Fe 3+):ν(OH -) = 1:3.

La oss bestemme mengden av stoffet til hver av deltakerne i hydrolyseprosessen. I henhold til dataene i tabell nr. 3 i vedlegg nr. 10 er tettheten til en 2 % løsning av jernklorid (3) under normale forhold 1,015 g/cm 3 . Avhengigheten av massen av FeCl 3 og massefraksjonen ω (FeCl 3) bestemmes fra forholdet m (FeCl 3) \u003d ω (FeCl 3) V p-ra (FeCl 3) ρ p-ra (FeCl 3) . På den annen side, mengden saltstoff ν (FeCl 3) \u003d m (FeCl 3) / M (FeCl 3), der M (FeCl 3) er den molare massen av jernklorid, er den lik M (FeCl). 3) \u003d 56 + 3 35,5 = 162,5 g/mol. Herfra får vi en beregningsformel for å bestemme mengden saltstoff, og derav mengden av stoffet av Fe 3+ -ioner som har gått inn i hydrolysereaksjonen:

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

La oss gjøre de tilsvarende beregningene og få:

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

For å bestemme konsentrasjonen Cμ og mengden av substans ν av OH-hydroksidioner, la oss huske regelen for det ioniske produktet av vann. Den sier at i en nøytral løsning er de molare konsentrasjonene av H + og OH-ioner like og ikke overstiger 1 10 -7 mol / l. Under hydrolyse, som ligningen i tilstanden til problemet viser, vil konsentrasjonen av OH - være enda mindre (hydrolyse fører til surgjøring av løsningen). Selv om vi antar at 100 ml rent vann er tilstede i systemet vårt, vil de ikke inneholde mer enn 1·10 -7 mol OH - ioner.

Vann kan derfor under ingen omstendigheter fungere som en stabiliserende elektrolytt i dannelsen av miceller av jernhydroksid (3) (som en kilde til OH– og H+ ioner). Men andre ioner - Fe 3+ , FeO + , Cl - kan delta i stabiliseringen av kolloidale partikler. Basert på disse betraktningene konstruerer vi to mulige formler for solmiceller, samtidig som vi ikke glemmer at jernhydroksid er et amorft stoff, og derfor aktivt adsorberer løsemiddelmolekyler. Dette betyr at begge mulige miceller vil være hydrofile av natur.

Tilfelle 1): potensialbestemmende ioner - Fe 3+ pH 2 O; motioner - 3Cl - (q + ℓ) H 2 O. Under disse forholdene vil formelen til den hydrofile micellen til Fe (OH) 3-solen se slik ut: ([(m (Fe (OH) 3 rH 2 O nFe 3) + pH 2 O) 3 n+ 3(n-x)Cl - qH2O] 3 x+ + 3xCl - 1 H2O) 0.

Tilfelle 2): potensialbestemmende ioner - FeO + pH 2 O; motioner - Cl - (q + ℓ) H 2 O. Hydrofil micelle, dens formel

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

I begge tilfeller har granulene en positiv ladning og beveger seg mot katoden i det elektriske feltet.

Svar: mulig dannelse av to hydrofile miceller med positivt ladede granuler

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

og ([(m(Fe(OH)3rH2O nFe3+ pH 20)3n+3(n-x)Cl - qH20]3 x+ + 3xCl - 1H20) 0 .

4 . Den prøyssiske blåsolen kan oppnås ved å reagere ikke-ekvivalente mengder av fortynnede løsninger av jern(3)klorid og kaliumferricyanat K 4 . Skriv formlene for miceller av hydrofobe soler, og husk at komplekse ioner gjennomgår hydrering med samme kraft som enkle.

Løsning. Dannelsen av kolloidale løsninger er basert på en utvekslingsreaksjon som fører til dannelsen av en uløselig fase:

4FeCl 3 + 3K 4 = ↓ Fe 4 3 + 12 KCl.

Uløselige partikler av heksacyanoferrat (2) jern (3) danner en kolloid kjerne, og hydrofobe, fordi. materie har en krystallinsk struktur. Avhengig av hvilket av saltene som tas i overskudd, kan enten hydratiserte anioner 4- pH 2 O eller hydratiserte kationer Fe 3+ pH 2 O fungere som potensialbestemmende ioner. Følgelig vil motioner i forskjellige tilfeller være enten 4K + (q + ℓ) H2O, eller 4Cl-(q+l)H2O.

Basert på analysen som er utført, vil vi komponere formlene for mulige miceller:

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

([(m (Fe43n4- pH 20) 4n-4 (n-x)K + q (H2O)]4 x- + 4xK + 1H20) 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 - ℓ H 2 O) 0.

Selv om begge micellene er hydrofobe, er ladningene til granulatene motsatte fortegn. Hvis løsningene blandes i tilsvarende mengder, vil ladningene bli kompensert på stadiet av granulatdannelse og micellene vil koagulere (de vil bli ødelagt).

Svar: formlene til micellene dannet i to forskjellige tilfeller har formen:

a) ([(m (Fe 4 3 n 4- pH 2 O) 4 n- 4 (n-x) K + q (H 2 O)] 4 x- + 4xK + 1 H 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 - ℓ H 2 O) 0.

5 . Beregn volumet av 0,0025 M. KI-løsning som skal tilsettes til 0,035 L 0,003 N. løsning av Pb(NO 3) 2 for å oppnå en hydrofob sol av blyjodid, og under elektroforese flyttet dets motioner til anoden. Konstruer micelleformelen til solen.

Løsning. Som det er blitt understreket mer enn én gang, er dannelsen av en kolloidal løsning basert på en utvekslingsreaksjon som fører til dannelsen av en uløselig dispergert fase: 2KI + Pb(NO 3) 2 = ↓PbI 2 + 2 KNO 3 .

Hvis motionene til en micelle under elektroforese beveger seg til anoden, er de derfor negativt ladet, og de positive ionene er de potensialbestemmende ionene. I henhold til Peskov-Fajans-regelen, for den dispergerte PbI 2-fasen, kan bare blykationer Pb 2+ være slike. Derfor er det klart at blynitratløsning Pb(NO 3) 2 fungerer som en stabilisatorelektrolytt og NO 3 - anioner blir motioner.

Under slike forhold bør elektrolyttstabilisatoren være i overkant, derfor

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

La oss løse den resulterende ulikheten med hensyn til volumet av kaliumjodidløsningen, og husk at 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).

Dette betyr at mindre enn 42 ml av en 0,0025 mol/L kaliumjodidløsning må brukes for å fremstille en blyjodidsol.

Formelen for en hydrofob micelle av en blyjodidsol er:

Svar: For å oppnå en blyjodidsol med et positivt granulat og negative motioner, bør mindre enn 42 ml KI-løsning brukes;

sol micelle har en hydrofob natur, dens formel

([(m(PbI2) nPb2+ pH 20) 2n+ 2(n-x)NO3 - qH20] 2 x+ + 2xNO3 - 1 H20) 0 .

Skrive formelen for en micelle av en bariumsulfatsol oppnådd ved å reagere en løsning av bariumklorid med et lite overskudd av en løsning av natriumsulfat?

Løsning:

Grunnlaget for å oppnå en sol er reaksjonen:

BaCl2 + Na2SO4 eks. \u003d 2 NaCl + Ba SO 4 ¯

Betingelsen for å oppnå solen er et overskudd av Na 2 SO 4 , som er en solstabilisator.

Løsningen vil inneholde natriumioner og sulfationer dannet under dissosiasjonen av natriumsulfat

Na 2 SO 4 \u003d 2Na + + SO²⁻

Sulfationer vil bli adsorbert på overflaten av aggregatene.

Den resulterende kjernen til en kolloidal partikkel:

[(BaSO 4) m ∙nSO²⁻

En kjerne som bærer en negativ ladning tiltrekker ioner med motsatt fortegn, kalt motioner, fra løsningen. I vårt tilfelle fungerer natriumkationer som motioner.

micelleformel for den resulterende solen:

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

Til hvilken elektrode vil partikler av solen som oppnås ved interaksjon av sølvnitrat med et overskudd av natriumklorid flytte seg?

Løsning . Ved blanding av løsninger av AgNO3 og NaCl izb. en reaksjon finner sted

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

Kjernen i en kolloidal sølvkloridsolpartikkel består av et aggregat av molekyler (mAgCl) og ladningsdannende Cl ⁻-ioner, som er i overskudd i løsning og gir kolloidale partikler negativ ladning. Motionene er hydratiserte natriumioner.

Sølvklorid micelleformelen er:

[m(AgCl) n Cl-( n–x)Na + ] x – x Na+

Den kolloidale partikkelen har en negativ ladning, noe som betyr at den vil bevege seg mot den positivt ladede elektroden - katoden.

Skriv formlene til miceller av kolloide løsninger for følgende stoffer:

a) kiselsyre: tilslag m[Н2SiO3], ionisk stabilisator K2SiO3 ® 2K+ + SiO32–

b) gullhydrosol: aggregat m[Au], ionisk stabilisator NaAuO2 ® Na + + AuO2–

c) tinndioksid: tilslag m, ionisk stabilisator K2SnO3 ® 2K+ + SnO32–

Løsning:

en) Dannelsen av en sol av kiselsyre skjer ved reaksjonen

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

K2SiO32K++ SiO32-

På det elektrisk nøytrale partikkelaggregatet (mH 2 SiO 3) adsorberes ionene til grunnstoffet som er en del av kjernen. Dette er HSiO 3 ‾-ionene, som dannes som et resultat av hydrolysen av K 2 SiO 3-saltet:

K 2 SiO 3 + H 2 O KHSiO 3 + KOH eller i ionisk form

SiO 3 2− + H 2 O HSiO 3 ‾ + OH ‾ .

HSiO 3 ‾-ioner, som blir adsorbert på overflaten av silikasol-partikler, gir dem en negativ ladning. Motionene er hydratiserte hydrogenioner H+. Kiselsyre sol micelle formel:

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

b) Dannelsen av en gullhydrosol skjer under påvirkning av et reduksjonsmiddel på et salt av gullsyre i et svakt alkalisk medium:

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

På partikkelaggregatet (mAu) adsorberes ionene til grunnstoffet som er en del av kjernen. Dette er AuO 2 ‾ ionene,

Sol micelle formel:

(m nAuO²⁻ (n-x) Na⁺) x ⁻ xNa⁺

i) Dannelsen av en tinndioksidsol skjer som følger:

K2SnO3 2K⁺ + SnO3²⁻

På et elektrisk nøytralt aggregat av partikler (mSnO 2 ), adsorberes ioner av et grunnstoff som er en del av kjernen. Dette er SnO 3 2‾ ioner:

K2SnO3SnO32⁻ + 2K⁺

SnO 3 2‾ ioner, som blir adsorbert på overflaten av solpartikler, gir dem en negativ ladning. Motioner er K + ioner. Micelleformelen til tinndioksidsolen er:

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