Основною темою цієї статті буде колоїдна частка. Тут ми розглянемо поняття та міцели. А також ознайомимося з основним видовою різноманітністючастинок, що належать, до колоїдних. Окремо зупинимося на різних особливостяхдосліджуваного терміна, деяких окремих поняттях та багато іншого.

Вступ

Поняття колоїдної частинки тісно пов'язане з різними розчинами. У своїй сукупності вони можуть утворювати різноманітні системи мікрогетерогенного та дисперсного характеру. Частинки, що утворюють такі системи, за розмірами зазвичай лежать у межах від одного до ста мкм. Крім наявності поверхні з чітко розділеними кордонамиміж дисперсним середовищем і фазою, колоїдні частинки характеризуються властивістю малої стійкості, а самі розчини утворитися спонтанно не можуть. Наявність великої різноманітності у будові внутрішньої структури та розмірах викликає створення великої кількостіметодів одержання частинок.

Поняття колоїдної системи

У колоїдних розчинах частинки у всій своїй сукупності утворюють системи дисперсоного типу, які є проміжними між розчинами, які визначають як істинні та грубодисперсні. У цих розчинах краплі, частинки і навіть бульбашки, що утворюють дисперсну фазу, мають розмір від одного до тисячі нм. Вони розподіляються в товщі дисперсного середовища, як правило, безперервного, і відрізняються від вихідної системи складом та/або агрегатним станом. Щоб краще зрозуміти значення такої термінологічної одиниці, краще її розглянути на тлі систем, які вона утворює.

Визначення властивостей

Серед властивостей колоїдних розчинів основними можна визначити:

• Частки, що утворюють, не заважають проходженню світла.
• Прозорі колоїди мають властивість, що дозволяє розсіювати світлові промені. Це явище називають ефектом Тіндаля.
• Заряд колоїдної частинки є однаковим для дисперсних систем, внаслідок чого вони не можуть траплятися в розчині. У Броунівському русідисперсні частинки не можуть випадати в осад, що зумовлюється їхньою підтримкою у стані польоту.

Основні типи

Основні класифікаційні одиниці колоїдних розчинів:

• Завис часток твердого типу в газах називають димом.
• Завис часток рідини в газах називають туманом.
• З дрібних частинок твердого або рідкого типу, зважених у середовищі газу, утворюється аерозоль.
• Газову завись у рідинах або твердих тілахназивають піною.
• Емульсія - це рідинна завись у рідині.
• Золь – це дисперсна система ультрамікрогетерогенного типу.
• Гелем називаються завись з 2 компонентів. Перший створює каркас тривимірного характеру, порожнечі якого заповнені різними низькомолекулярними розчинниками.
• Завис часток твердого типу в рідинах називають суспензією.

У всіх цих колоїдних системах розміри часток можуть сильно відрізнятися в залежності від своєї природи походження та агрегатного стану. Але навіть попри таку вкрай різноманітну кількість систем, які мають різною структурою, всі вони відносяться до колоїдних.

Видове розмаїття частинок

Первинні частинки, що мають колоїдні розміри, за типом внутрішньої структури поділяються на такі види:

1. Суспензоїди. Їх також називають незворотними колоїдами, що не здатні самостійно існувати у довгих проміжках часу.
2. Колоїди міцелярного типу, або, як їх ще називають, напівколоїди.
3. Колоїди оборотного типу (молекулярні).

Процеси освіти цих структур дуже різняться між собою, що ускладнює процес розуміння їх у детальному рівні, лише на рівні хімії і фізики. Колоїдні частинки, з яких утворюються такі мають вкрай різну формута умови протікання процесу утворення цільної системи

Визначення суспензоїдів

Суспензоїдами називають розчини з елементами металів та їх варіаціями у формі оксиду, гідроксиду, сульфіду та інших солей.

Всі утворюючі частинки вищезгаданих речовин мають молекулярні або іонні кристалічні грати. Вони формують фазу дисперсного типу речовини – суспензоїду.

Відмінною рисою, що дозволяє відрізняти їх від суспензій є наявність більш високого показника дисперсності. Але вони пов'язані між собою відсутністю механізму стабілізації дисперсності.

Необоротність суспензоїдів пояснюється тим, що осад процесу їх впарювання не дає людині отримати знову золі за допомогою створення контакту між осадом і дисперсним середовищем. Усі суспензоїди є ліофобними. У подібних розчинах називаються колоїдні частинки, що відносяться до металів і похідних солей, які були подрібнені або конденсовані.

Методика отримання нічим не відрізняється від двох способів, якими завжди створюють дисперсні системи:

1. Одержання шляхом диспергування (подрібнення великих тіл).
2. Методом конденсації іонно- та молекулярнорозчинених речовин.

Визначення міцелярних колоїдів

Міцелярні колоїди також називають напівколоїдами. Частинки, з яких вони створюються, можуть виникати за наявності достатнього рівня дифільного типу. Такі молекули можуть утворити лише низькомолекулярні речовини за допомогою їхнього асоціювання в агрегат молекули - міцеллу.

Молекули дифільної природи - це структури, що складаються з вуглеводневого радикалу, параметрами та властивостями подібного до неполярного розчинника та гідрофільної групи, яку також називають полярною.

Міцели - це особливі скупчення правильно розставлених молекул, які утримуються переважно за допомогою дисперсних сил. Міцели утворюються, наприклад, в водних розчинахмиючих засобів.

Визначення молекулярних колоїдів

Молекулярними колоїдами називають високомолекулярні сполуки як природного, і синтетичного походження. Молекулярна вага може коливатися від 10000 до декількох мільйонів. Молекулярні фрагменти подібних речовин мають розмір колоїдної частинки. Самі молекули називають макромолекулами.

З'єднання високомолекулярного типу, схильні до розведення, називають істинними, гомогенними. Вони, у разі граничного розведення, починають підкорятися загальним рядом законів для розбавлених складів.

Одержання колоїдних розчинів молекулярного типу є досить простим завданням. Достатньо змусити контактувати відповідний розчинник.

Неполярна форма макромолекул розчинятися може у вуглеводнях, а полярна - у полярних розчинниках. Прикладом останнього може послужити розчинення різних білків у розчині води та солі.

Оборотними ці речовини називають у зв'язку з тим, що їх випаровування з додаванням нових порцій змушує молекулярні колоїдні частинки приймати форму розчину. Процес їх розчинення повинен проходити через стадію, де він набухає. Вона є характерною рисою, Що виділяє молекулярні колоїди, на тлі інших систем, які були розглянуті вище.

У процесі набухання молекули, що утворюють розчинник, проникають у тверду товщу полімеру і тим самим розштовхують макромолекули. Останні у зв'язку зі своїми великими розмірами починають повільно дифундувати розчини. Зовні це можна спостерігати зі збільшенням об'ємної величини полімерів.

Влаштування міцели

Міцели колоїдної системи та їх будова буде простіше вивчити, якщо розглянути процес, що утворює. Візьмемо для AgI. У даному випадкучастинки колоїдного типу утворяться в ході наступної реакції:

AgNO 3 +KI в AgI↓+KNO 3

Молекули йодиду срібла (AgI) утворюють практично нерозчинні частинки, всередині яких кристалічні грати будуть утворені катіонами срібла та аніонами йоду.

Частки, що утворюються, спочатку мають будову аморфного типу, проте далі, у міру протікання їх поступової кристалізації, набувають постійний пристрій зовнішнього вигляду.

Якщо взяти AgNO 3 і KI у відповідних еквівалентах, то кристалічні частинки будуть зростати і досягати значних розмірів, що перевершують навіть величину колоїдної частинки, а далі швидко випадати в осад.

Якщо взяти одну з речовин із надлишком, то можна штучно зробити з нього стабілізатор, який повідомлятиме про стійкість колоїдних частинок йодиду срібла. У разі надмірної кількості AgNO 3 розчин міститиме більше позитивних іонів срібла і NO 3 - . Важливо знати, що формування кристалічних решіток AgI підпорядковується правилу Панета-Фаянса. Отже, він здатний протікати лише у разі наявності іонів, що входять до складу даної речовини, які в даному розчині представлені катіонами срібла (Ag +)

Позитивні іони аргентуму продовжуватимуть добудовуватись на рівні формування кристалічних ґратядра, що міцно входить до структури міцели і повідомляє про електричний потенціал. Саме з цієї причини іони, які використовуються для добудови ядерних ґрат, називають потенціаловизначальними іонами. У ході утворення колоїдної частинки - міцели - є й інші особливості, що зумовлюють той чи інший перебіг процесу. Однак тут було розглянуто все на прикладі зі згадуванням найважливіших елементів.

Деякі поняття

Термін колоїдної частинки тісно пов'язаний з адсорбційним шаром, який утворюється одночасно з іонами потенціаловизначального типу, в ході адсорбції загальної кількостіпротиіонів.

Гранула - це структура, утворена ядром та адсорбційним шаром. Вона має електричний потенціал такого ж знака, яким наділений Е-потенціал, проте його величина буде меншою і залежить від вихідної величини протиіонів у шарі адсорбції.

Злипання колоїдних частинок є процесом, який називають коагуляцією. У дисперсних системах вона призводить до утворення з дрібних частинок більших. Процес характеризується зчепленням між маленькими структурними компонентамиіз заснуванням коагуляційних структур.

Будова колоїдних розчинів.

Колоїдні розчини –мікрогетерогенні системи, частинки яких проходять через паперові фільтри, але не проходять через тваринні мембрани та проглядаються через ультрамікроскоп.

Колоїдні частинки мають складна будова: вони складаються з ядер, зарядоутворюючих іонів та протиіонів.

Колоїдні частинки утворюються виходячи з правило Пєскова-Фаянса: на будь-якій твердій поверхні ядра адсорбуються переважно ті іони, які мають з ядром однакове атомне угруповання, і перебувають у надлишку.

Наприклад, при додаванні до розчину

KJ + AgNO 3 → AgJ↓ + KNO 3

а) у надлишку KJ- утворюється міцела з негативним зарядом гранули

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

m(AgJ) - ядро

nJ - (n-x)K + - адсорбційний шар протиіонів

X K + - дифузійний шар протиіонів

nJ - потенціаловизначальні іони

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

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

б) у надлишку AgNO 3- утворюється міцелла з позитивним зарядом гранули

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

Іони, що визначають заряд колоїдної частинки називаються потенціаловизначальними.Ядро з потенціаловизначальними іонами притягують з довкілляіони протилежного заряду, наявного в розчині надлишку.Частина протиіонів утворює адсорбційний шар, інша частина – дифузійний шар. Ядро з потенціаловизначальними іонами та адсорбційним шаром протиіонів називається гранулою, а гранула з протиіонами дифузійного шару називається міцелою.

Електричний заряд на кільк. частках виникає в результаті електролітичної дисоціаціїречовини дисперсної фази або внаслідок вибіркової адсорбції іонів Наявність заряду можна знайти, пропускаючи через кіл. Систему постійний електричний струм, під дією якого частки переміщатимуться до електродів. Переміщення частинок дисперсної фази під дією електричного струмуназивається електрофорез.

За певних умов кільк. Частка може бути нейтральна.

( m(AgJ) nJ - (n-x)K + ) 0 – ізоелектричний стан, нестійкий, міцела легко руйнується.

2. Властивості колоїдних розчинів. Колоїдні розчини називають золями.За характером взаємодії дисперсійного середовища з дисперсною фазою розрізняють:

Золі ліофільні -добре взаємодіють із водою (розчини клею, желатину, білка, крохмалю, мило)

Золі ліофобні- слабко взаємодіють або не взаємодіють з розчинником (розчини деяких сульфідів, гідроксидів металів у воді).

Якщо розчинником є ​​вода, то золі називаються гідрофільними та гідрофобними.

Властивості:

1. Молекулярно-кінетичні – пов'язані з хаотичним рухом частинок (дифузією).

2. Електричні властивості при пропусканні електричного струму "+" заряджені гранули рухаються до катода, "-" рухаються до анода.

3. Оптичні – при пропущенні видимого світла частки дисперсної фази колоїдної системи розсіюють світло, що падає на них. Розсіяне світло утворює навколо кіл. Частинки світиться поле. Висвітлена міцелла сама стає джерелом світла і в розчині утворюється конус, що світиться, тому колоїдні розчини в більшості синюватого світла при спостереженні в бічному розсіяному світлі, а в проходить світлі - червоні.

4. Коагуляція, пептизація, седиментація.

Процес коагуляції -це укрупнення (злипання) кільк. Частинок під дією різних факторівабо, що проходить мимоволі.

При цьому ліофільні золі перетворюються на гелі, а гідрофобні – на порошок.

Фактори, що викликають коагуляючу:

- температура –нагрівання знімає заряд у зв'язку з посиленням частинок та руйнуванням гідратованої оболонки біля золю.

- додавання електроліту,містить іон за зарядом протилежний заряду колоїдної частинки.

Мінімальна кількістьелектроліту, який треба додати до 1 л золю, щоб викликати коагуляцію називається порогом коагуляції (γ)

Звернемося до іншого явища, коли розташування зарядів визначається потенціалом, створюваним певною мірою самими зарядами. Такий ефект суттєвий для поведінки колоїдів. Колоїд - це завись маленьких заряджених частинок у воді. Хоча ці частинки і мікроскопічні, але в порівнянні з атомом вони все ж таки дуже великі. Якби колоїдні частинки не були заряджені, вони прагнули б коагулювати (злитися) у великі грудки; але, будучи зарядженими, вони відштовхуються один від одного і залишаються у зваженому стані. Якщо у воді розчинена ще сіль, то вона дисоціює (розповзається) на позитивні та негативні іони. (Такий розчин іонів називається електролітом.) Негативні іони притягуються до колоїдних частинок (вважатимемо, що їх заряди позитивні), а позитивні - відштовхуються. Нам потрібно дізнатися, як іони, що оточують кожну частинку колоїду, розподілені у просторі.

Щоб думка була яснішою, розглянемо лише одновимірний випадок. Уявімо колоїдну частинку у вигляді дуже великої (порівняно з атомом!) Кулі; тоді ми можемо малу частину її поверхні вважати площиною. (Взагалі, намагаючись зрозуміти нове явище, краще розібратися в ньому на надзвичайно спрощеній моделі; і тільки потім, зрозумівши суть проблеми, варто братися за точніші розрахунки.)

Припустимо, що розподіл іонів створює щільність зарядів і електричний потенціал, пов'язані електростатичним законом , або в одновимірному випадку законом

Як би розподілилися іони у такому полі, якби потенціал підкорявся цьому рівнянню? Дізнатися про це можна за допомогою принципів статистичної механіки. Питання в тому, як визначити, щоб щільність заряду, що випливає зі статистичної механіки, теж задовольняла б умові (7.28)?

Відповідно до статистичної механіки (див. вип. 4, гл. 40), частинки, перебуваючи в тепловій рівновазі в полі сил, розподіляються так, що щільність частинок з координатою дається формулою

, (7.29)

де – потенційна енергія, – постійна Больцмана, а – абсолютна температура.

Припустимо, що у всіх іонів той самий електричний заряд, позитивний або негативний. На відстані від поверхні колоїдної частинки позитивний іон матиме потенційну енергію.

Щільність позитивних іонів тоді дорівнює

,

а щільність негативних

Сумарна щільність заряду

,

(7.30)

Підставляючи (7.28), побачимо, що потенціал повинен задовольняти рівнянню

(7.31)

Це рівняння вирішується в загальному вигляді[помножте обидві його частини на та проінтегруйте по ], але, продовжуючи спрощувати завдання, ми обмежимося тут лише граничним випадком малих потенціалів або високих температур. Трохи відповідає розведеному розчину. Показник експоненти тоді малий і можна взяти

(7.32)

Рівняння (7.31) дає

(7.33)

Зауважте, що тепер у правій частині стоїть знак плюс (рішення не коливальне, а експоненційне).

Загальне рішення (7.33) має вигляд

, (7.34)

Постійні та визначаються з додаткових умов. У нашому випадку має бути нулем, інакше потенціал для великих навернеться до нескінченності. Отже,

де - потенціал при поверхні колоїдної частинки.

Потенціал зменшується в раз при видаленні (фіг. 7.7). Число називається дебаївською довжиною; це міра товщини іонної оболонки, що оточує в електроліті кожну велику заряджену частинку. Рівняння (7.36) стверджує, що оболонка стає тоншою зі збільшенням концентрації іонів або зменшення температури.

Фігура 7.7. Зміна потенціалу у поверхні колоїдної частки. - Дебаївська довжина.

Постійну в (7.36) легко отримати, якщо відомий поверхневий заряда на поверхні зарядженої частки. Ми знаємо, що

(7.37)

Ми сказали, що колоїдні частинки не злипаються внаслідок електричного відштовхування. Але тепер ми бачимо, що недалеко від поверхні частинки через іонну оболонку, що виникає навколо неї, поле спадає. Якби оболонка стала досить тонкою, у частинок з'явився шанс зіштовхнутися один з одним. Тоді вони б злиплися, колоїд би осадився і випав із рідини. З нашого аналізу ясно, що після додавання в колоїд потрібної кількості солі почнеться випадання осаду. Цей процес називається «висалювання колоїду».

Інший цікавий приклад - вплив розчинення солі на осадження білка. Молекула білка - це довгий, складний і гнучкий ланцюг амінокислот. Там і там є заряди, і часом заряд якогось одного знака, скажімо негативного, розподіляється вздовж усього ланцюга. Внаслідок взаємного відштовхування негативних зарядів білковий ланцюг розпрямляється. Якщо в розчині є інші такі ж молекули-ланцюжка, то вони не злипаються між собою внаслідок того ж відштовхування. Так виникає в рідині завис молекул-ланцюжків. Але варто додати туди солі, як властивості суспензії зміняться. Зменшиться дебаївська довжина, молекули почнуть зближуватися та згортатися у спіралі. А якщо багато солі, то молекули білка почнуть випадати в осад. Існує безліч інших хімічних явищякі можна зрозуміти на основі аналізу електричних сил.

1 . Золь фториду кальцію отриманий змішуванням 32 мл розчину фториду натрію з молярною концентрацією NaF, що дорівнює 8,0 10 -3 моль/л і 25 мл розчину хлориду кальцію з молярною концентрацією CaCl 2 , що дорівнює 9,6 10 -3 моль/л. Напишіть формулу міцели одержаного золю, вкажіть усі її складові. Визначте тип колоїду, знак заряду гранули колоїдної частки золю та напрямок її руху в електричному полі.

Рішення. Знаючи молярні концентраціїрозчинів NaF і CaCl 2 визначаємо кількість речовини фториду натрію ν(NaF) і хлориду кальцію ν(СаСl 2), що вступили в реакцію обміну за рівнянням

2NaF + CaCl 2 = ↓CaF 2 + 2NaCl:

ν(NaF) = Cμ(NaF)·V(NaF) = (8,0·10 -3 моль/л)·(32·10 -3 л) = 2,56·10 -4 моль,

ν(CaCl 2) = Cμ(CaCl 2)·V(CaCl 2) = (9,6·10 -3 моль/л)·(25·10 -3 л) = 2,4·10 -4 моль.

Відповідно до рівняння реакції, речовини взаємодіють між собою у співвідношенні ν(NaF):ν(CaCl 2) = 2:1, а з наведених розрахунків видно, що ν(NaF):ν(CaCl 2) =(2,56·10 - 4) / (2,4 · 10 -4) = 1,07:1, тобто. у розчині є надлишок хлориду кальцію, який і служить у цьому випадку стабілізатором колоїдної міцели. Оскільки за умовою завдання мова йдепро водні розчини взаємодіючих солей, іони стабілізатора (Са + і Cl -) будуть гідратованими, тобто. оточеними молекулами розчинника Н 2 О. Разом з тим, зародокколоїдної частинки, що формується з нерозчинних молекул фториду кальцію СаF 2, будучи кристалічною речовиною, воду не поглинає. Звідси перший висновок– колоридна частка є гідрофобний.

З іонів стабілізатора генетично близьким до складу зародка (згідно з правилом Пєскова-Фаянса) є іон кальцію Са 2+ . Звідси ми робимо другий висновок – потенціаловизначальними іонамибудуть іони Са 2+ ·ρН 2 Про, і, отже, гранулаколоїдної міцели буде позитивно зарядженою, тобто. в електричному полі буде переміщатися до катода.

Протиіонамиу цьому розчині служать гідратовані хлорид-іони стабілізатора 2Cl - ·(q+ℓ)H 2 O, які розташовуються навколо ядра двома шарами: перший - адсорбційний, що складається з 2Cl - qH 2 O, другий - дифузний, його будова 2Cl - ℓH 2 O.

Тепер можна записати міцелярну формулу частинки золю фториду кальцію:

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

потенціал- |зародок _| адсорбц. шар дифузний. шар

визначальний | ядро| протиіонів

іон | гранула |

| міцелла|

Як бачимо, гранула золя CaF 2 в даному випадку заряджена позитивно і при накладенні електричного полягранула рухатиметься до негативно зарядженого електрода (катода), а протиіони дифузного шару (2хCl - ·ℓH 2 O) – до позитивно зарядженого електрода (анода).

Відповідь: утворюється гідрофобний золь, гранула заряджена позитивно, переміщається під дією електричного поля до катода.

2 . Золь сульфату барію отримано змішуванням рівних обсягів розчинів нітрату барію та сірчаної кислоти. Напишіть формулу міцели золю, гранула якої в електричному полі переміщається до анода. Дайте відповідь на питання, чи будуть однаковими вихідні молярні концентрації електролітів. Вкажіть природу та будову міцели золю.

Рішення. Нерозчинною дисперсною фазою в колоїдному розчині, що утворюється при змішуванні розчинів Ba(NO 3) 2 і H 2 SO 4 буде кристалічний сульфат барію, згідно реакції обміну

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

Оскільки дисперсна фаза має кристалічну структуру, то міцела, що утворюється на її основі, є гідрофобною. Якщо гранула переміщається до анода, значить вона має негативний заряді, отже, потенциалопределяющими іонами можуть лише гідратовані аніони SO 4 2- ·рН 2 Про (правило Пєскова-Фаянса). Зрозуміло, що протиіонами виступають гідратовані протони 2Н + · (q + ℓ) H 2 O, тобто. електролітом-стабілізатором є сірчана кислота, А значить, її концентрація в цій системі повинна бути більшою в порівнянні з концентрацією розчину нітрату барію: С μ (H 2 SO 4) .

З урахуванням проведеного аналізу, побудуємо формулу міцели гідрофобного золю сульфату барію:

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

Потенціал- | зародок | адсорбц. шар дифузний. шар

визначальний | ядро| протиіонів

іон| гранула |

| міцелла|

Відповідь: золь сульфату барію гідрофобний, гранула заряджена негативно, в розчиніС μ (H 2 SO 4) > С μ (Ba(NO 3) 2 .

3 . Золь гідроксиду заліза (3), отриманий при додаванні до 85 мл киплячої дистильованої води 15 мл розчину хлориду заліза (3) з масовою часткою FeCl 3 , що дорівнює 2%, утворюється в результаті часткового гідролізу солі за рівнянням:

FeCl 3 + 3H 2 O = ↓Fe(OH) 3 + 3HCl.

Напишіть можливі формули міцел золю Fe(OH) 3 , враховуючи, що при утворенні частинок гідроксиду заліза (3) у розчині були присутні такі іони: Fe 3+ , FeO + , H + , Cl - , ОН - . При цьому всі іони гідратовані молекулами розчинника.

Рішення. Як свідчить рівняння гідролізу, наведене за умови завдання, освіті нерозчинного гідроксидузаліза (3) відповідає співвідношення С(Fe 3+):С(ОН -) = ν(Fe 3+):ν(ОН -) = 1:3.

Визначимо кількість речовини кожного з учасників процесу гідролізу. Згідно з даними таблиці №3 додатка № 10, щільність 2% розчину хлориду заліза (3) при нормальних умовахдорівнює 1,015 г/см 3 . Залежність маси FeCl 3 та масової часткиω(FeCl 3) визначається із співвідношення m(FeCl 3) = ω(FeCl 3)·V розчину (FeCl 3)·ρ розчину (FeCl 3). З іншого боку, кількість речовини солі ν(FeCl 3) = m(FeCl 3)/M(FeCl 3), де M(FeCl 3) – молярна масахлориду заліза, вона дорівнює M(FeCl 3) = 56 + 3 · 35,5 = 162,5 г/моль. Звідси отримуємо розрахункову формулудля визначення кількості речовини солі, а отже, і кількості речовини іонів Fe 3+ , що вступили в реакцію гідролізу:

ν(Fe 3+) = ν(FeCl 3) = [ω(FeCl 3)·V розчину (FeCl 3)·ρ розчину (FeCl 3)]/M(FeCl 3).

Зробимо відповідні розрахунки та отримаємо:

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

Для визначення концентрації Сμ та кількості речовини ν гідроксид-іонів ВІН – згадаємо правило іонного творуводи. Воно свідчить, що у нейтральному розчині молярні концентрації іонів Н + і ОН – рівні і перевищують 1·10 -7 моль/л. При гідролізі, як свідчить рівняння за умови завдання, концентрація ОН – буде ще менше (гідроліз призводить до підкислення розчину). Навіть якщо ми припустимо, що в нашій системі є 100 мл чистої води, то них буде утримуватися трохи більше 1·10 -7 моль іонів ВІН – .

Отже, електролітом-стабілізатором при утворенні міцелл гідроксиду заліза (3) за жодних умов не може виступати вода (як джерело іонів ВІН – та Н+). Проте інші іони - Fe 3+ , FeO + , Cl – можуть брати участь у стабілізації колоїдних частинок. Виходячи з цих міркувань, побудуємо дві можливі формули міцел золю, не забуваючи при цьому, що гідроксид заліза є речовиною аморфною, а тому активно адсорбує молекули розчинника. Це означає, що обидві можливі міцели матимуть гідрофільну природу.

Випадок 1): потенциалопределяющие іони – Fe 3+ pH 2 O; протиіони - 3Сl - ·(q+ℓ)H 2 O. За цих умов формула гідрофільної міцели золю Fe(OH) 3 матиме вигляд: ([(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 .

Випадок 2): потенциалопределяющие іони - FeO + · pH 2 O; протиіони - Сl - ·(q+ℓ)H 2 O. Міцелла гідрофільна, її формула

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

В обох випадках гранули мають позитивний заряд та в електричному полі переміщуються до катода.

Відповідь: можливе утворення двох гідрофільних міцел з гранулами. позитивного заряду

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

і ([(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 . Золь берлінської лазурі можна отримати при взаємодії нееквівалентних кількостей розведених розчинів заліза (3) хлориду та калію фериціанату K 4 . Напишіть формули міцел гідрофобних золів, маючи на увазі, що комплексні іони піддаються гідратації з такою ж силою, як і прості.

Рішення. В основі утворення колоїдних розчинів лежить реакція обміну, що призводить до формування нерозчинної фази:

4FeCl 3 + 3K 4 = ↓Fe 4 3 + 12KCl.

Нерозчинні частинки гексаціаноферрату (2) заліза (3) утворюють зародок колоїду, причому гідрофобний, т.к. речовина має кристалічна будова. Залежно від того, яка з солей взята в надлишку, потенциалопределяющими іонами можуть виступити або гідратовані аніони 4- · рН 2 Про, або гідратовані катіони Fe 3+ · pH 2 O. Відповідно, протиіонами будуть в різних випадкахабо 4К + ·(q+ℓ)H 2 O, або 4Cl - ·(q+ℓ)H 2 O.

На підставі проведеного аналізу складемо формули можливих міцел:

а) З N K 4 > З N FeCl 3 тоді

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

б) З 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 .

Хоча обидві міцели є гідрофобними, заряди їх гранул протилежні за знаком. Якщо змішати розчини в еквівалентних кількостях, відбудеться компенсація зарядів на етапі формування гранул і міцели скоагулюють (відбудеться їхнє руйнування).

Відповідь: формули утворюються у двох різних випадкахміцел мають вигляд:

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

б) ([(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 . Розрахуйте об'єм 0,0025 М розчину KI, який необхідно додати до 0,035 л 0,003 н. розчину Pb(NO 3) 2 щоб отримати гідрофобний золь іодиду свинцю і при електрофорезі його протиіони рухалися до анода. Побудуйте формулу міцели золю.

Рішення. Як уже підкреслювалося неодноразово, в основі утворення колоїдного розчину лежить реакція обміну, що призводить до формування нерозчинної дисперсної фази: 2KI + Pb(NO 3) 2 = ↓PbI 2 + 2 KNO 3 .

Якщо протиіони міцели при електрофорезі переміщаються до анода, отже, вони заряджені негативно, а іонами, що потенційно визначають, є позитивні іони. Згідно з правилом Пєскова-Фаянса, для дисперсної фази PbI 2 такими можуть бути тільки катіони свинцю Pb 2+. Звідси ясно, що електроліт-стабілізатор виступає розчин нітрату свинцю Pb(NO 3) 2 і протиіонами стають аніони NO 3 - .

За таких умов електроліт-стабілізатор повинен бути надлишком, отже,

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

Вирішимо отриману нерівність щодо об'єму розчину іодиду калію, пам'ятаючи, що N (KI) = C μ (KI) = 0,0025 моль/л.

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).

Це означає, що для отримання золю свинцю іодиду необхідно використовувати менше 42 мл розчину іодиду калію з концентрацією 0,0025 моль/л.

Формула гідрофобної міцели золю йодиду свинцю має вигляд:

Відповідь: для отримання золю йодиду свинцю з позитивною гранулою та негативними протиіонами потрібно використовувати менше 42 мл розчину KI;

міцелла золя має гідрофобну природу, її формула

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

Напишіть формулу міцели золю сульфату барію, одержаного при взаємодії розчину хлориду барію з невеликим надлишком розчину сульфату натрію?

Рішення:

В основі одержання золю лежить реакція:

BaCl 2 + Na 2 SО 4 хат. = 2 NaCl + Ba SО 4 ¯

Умовою отримання золю є надлишок Na 2 SО 4 який є стабілізатором золю.

У розчині будуть присутні іони натрію та сульфат-іони, що утворюються при дисоціації сульфату натрію

Na 2 SO 4 = 2Na + + SO²⁻

На поверхні агрегатів адсорбуватимуться сульфат-іони.

Утворюється ядро ​​колоїдної частинки:

[(BaSO 4) m ∙nSO²⁻

Несуче негативний заряд ядро ​​притягує з розчину іони протилежного знака, Звані протиіонами. У нашому випадку в ролі протиіонів виступають катіони натрію.

формула міцели одержаного золю:

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

До якого електрода переміщатимуться частинки золю, отриманого при взаємодії нітрату срібла з надлишком хлориду натрію?

Рішення . При змішуванні розчинів AgNO3 та NaCl хат. протікає реакція

AgNO3 + NaСl (хата) = AgСl + NaNO3.

Ядро колоїдної частинки золю хлориду срібла складається з агрегату молекул (mAgСl) та зарядоутворюючих іонів Cl ⁻, які знаходяться в розчині надлишку і забезпечують колоїдним частинкам негативний заряд. Протиіонами є гідратовані іони натрію.

Формула міцели хлориду срібла має вигляд:

[m(AgCl) n Cl – ( n-x)Na + ] x – x Na +

Колоїдна частка має негативний заряд, отже переміщатиметься до позитивно зарядженого електрода - катода.

Напишіть формули міцел колоїдних розчинів для наступних речовин:

а) кремнієвої кислоти: агрегат m[Н2SiO3], іонний стабілізатор K2SiO3 ® 2K+ + SiO32–

б) гідрозолю золота: агрегат m[Au], іонний стабілізатор NaAuO2 ® Na + + AuO2–

в) двоокису олова: агрегат m, іонний стабілізатор K2SnO3 ® 2K+ + SnO32-

Рішення:

а)Утворення золю кремінної кислоти відбувається за реакцією

K 2 SiO 3 хат + 2HCl = H 2 SiO 3 + 2KCl.

K 2 SiO 3 2K⁺+ SiO₃²⁻

На електронейтральному агрегаті частинок (mH 2 SiO 3) адсорбуються іони елемента, що входить до складу ядра. Такими є іони HSiO 3 ‾ , які утворюються в результаті гідролізу солі K 2 SiO 3:

K 2 SiO 3 + H 2 O KHSiO 3 + KOH або в іонній формі

SiO 3 2− + H 2 O HSiO 3 ‾ + OH ‾ .

Іони HSiO 3 ‾, адсорбуючись на поверхні частинок золю кремнієвої кислоти, повідомляють їм негативний заряд. Протиіонами є гідратовані іони водню H+. Формула міцели золю кремінної кислоти:

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

б)Утворення гідрозолю золота відбувається при дії відновника на сіль золотої кислоти в слаболужному середовищі:

2NaAuО 2 + 3НСНО + Na 2 CO 3 = 2Аu + ЗНСООNa + NaНСО 3 + Н 2 О.

На агрегаті частинок (mAu) адсорбуються іони елемента, що входить до складу ядра. Такими є іони AuO 2 ‾

Формула міцели золю:

(m·nAuO²⁻·(n-x) Na⁺) x ⁻ ·xNa⁺

в)Утворення золю двоокису олова відбувається так:

K2SnO3 2K⁺ + SnO3²⁻

На електронейтральному агрегаті частинок (mSnO 2) адсорбуються іони елемента, що входить до складу ядра. Такими є іони SnO 3 2‾:

K 2 SnO 3 SnO 3 2⁻ + 2K⁺

Іони SnO 3 2, адсорбуючись на поверхні частинок золю, повідомляють їм негативний заряд. Протиіонами є іони K+. Формула міцели золю двоокису олова:

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