Взаимная коагуляция золей

Работа 1. Взаимная коагуляция золей 

     Цель  работы: наблюдение за взаимной коагуляцией двух золей

     Краткое теоретическое положение: Если общее количество заряженных частиц одного золя равно общему количеству частиц противоположно заряженного золя, тогда при смешении наступает полная коагуляция золей. При других соотношениях образуются новые мицеллы, которые будут нести заряд того золя, содержание которого в смеси будет больше.

     Устойчивость  системы определяется величиной z-потенциала. Если z-потенциал частиц больше 30 мВ, тогда золи агрегативно устойчивы.

Оборудование  и реактивы:

1. 11 пробирок;
2. 2 бюретки объемом 0,1 см³;
3. Положительно и отрицательно заряженные золи;
4. Фильтровальная бумага

 

    Методика  проведения работы: По заданию преподавателя  необходимо приготовить положительно и отрицательно заряженные золи соотетствующим методикам получения золей.

    Согласно  таблице 1 в сухие пробирки налить вначале отрицательно заряженную золь. После этого добавить сверху положительно заряженную золь соответствующего объема. В каждой пробирке общий объем жидкости должен составлять 10 см³. При этом в первой пробирке должно содержаться 10 см³ положительно заряженной золи. После добавления золи каждую пробирку необходимо интенсивно встряхивать. Таким образом, первая и одиннадцатая пробирки являются контрольными, а в остальных необходимо наблюдать процесс коагуляции. Результаты наблюдений занести в таблицу 1. 

    Таблица 1. Взаимная коагуляция золей

Состав  исследуемых золей	№ Пробирки
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Объем отрицательно заряженной золи, см3	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Объем положительно заряженной золи, см3	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
Заряд золи после смешения
Результаты  наблюдения процесса коагуляции

 

     Если  прохождение процесса коагуляции не наблюдается, то необходимо методом  капиллярного анализа определить заряд  золи. Для этого нужно взять  фильтровальную бумагу и нанести  на нее каплю золи из пробирки, где коагуляция не прошла. В случае отрицательно заряженной золи капля равномерно распределится по поверхности фильтровальной бумаги. Если золь окажется положительно заряженной, то в центре нанесения капли образуется окрашенное соотвественно цвету золи пятно, по краю которого будет наблюдаться растекание воды. Этот анализ основан на том, что волокна фильтровальной бумаги сами заряжены отрицательно, поэтому частицы положительно заряженной золи будут взаимодействовать с волокнами и сразу адсорбироваться на поверхности без растекания. Частицы отрицательно заряженной золи растекуются по фильтровальной бумаге без взаимодействия. Полученные результаты по определению зарядов золей внести в таблицу, сделать выводы.

 

         Получение золя гидрата окиси железа.

       Метод гидролиза часто применяется  для получения золей гидрооксей тяжелых металлов. Например, хлорное железо реагирует с водой по уравнению:

                         FeCI₃  +  3Н₂О = Fe (OH)₃  + 3HCI

       Гидролитическое равновесие, наступающее в результате реакции, зависит от концентрации и  температуры. С повышением температуры  и увеличением разведения степень  гидролиза возрастает. Этим пользуются при получении золя гидрата окиси  железа по описываемому методу.

       В конической колбе нагревают до кипения 85 мл дистиллированной воды. Не снимая колбу с плитки, в кипящую воду приливают по каплям 15 мл 2% хлорного железа.

       После нескольких минут кипячения получается в результате гидролиза красно-коричневый золь гидроокиси железа.

       При охлаждении реакция идет в обратную сторону, поэтому полученный золь рекомендуется  еще горячим подвергать диализу.

       Строение  мицеллы полученного золя можно  изобразить след. образом:

       {m ((Fe(OH)₃)_n FeO⁺ (n-x) CI^-}^z+ _xCI^- 

       Получение золя двуокиси марганца путем восстановления. 

       В кипяченую воду с помощью пипетки  вносят 5 мл 1,5%- го раствора перманганата калия и разбавляют дистиллированной водой до 50 мл. Затем в колбу  вводят по каплям 0,5 – 1 мл 1% раствора тиосульфата  натрия до получения вишнево-красного золя двуокиси марганца.

       Получение золя серы.

       К 50мл воды добавляют при взбалтывании 1 мл насыщенного (без нагревания) раствора серы в ацетоне (из капельницы).

       Образуется  голубовато-белый золь в воде с  отрицательно заряженными частицами.

       Получение золя берлинской лазури.

       А) получение отрицательно заряженного  золя берлинской лазури:

       25 мл 0,1% раствора K₄Fe (CN)₆ разбавляют водой до 125 мл и добавляют по каплям при нагревании 0,85 мл раствора FeCI₃.

       Б) получение положительно заряженного  золя берлинской лазури: 3 мл 1% раствора FeCI₃ разбавляют водой до 100 мл и добавляют 8,5 мл 0,1% раствора K₄Fe (CN)_6.

       Получение золя канифоли.

       5-10 мл 2% спиртового раствора канифоли  по каплям при энергичном взбалтывании к 100 мл дистиллированной воды, в результате образуется молочно-белый, довольно устойчивый золь. 
 

Работа 2. Определение размеров частиц золей оптическими методами. 

    Цель  работы: экспериментальное определение размеров частиц высокодисперсных систем.

    Уравнение Рэлея может быть использовано для  определения размеров частиц сферической  формы, если их радиус не превышает 1/20 длины волны подающего света. При согласно уравнению Релея радиус таких частиц равен: 

                                                                                                 (1) 

    Необходимым условием использования уравнений  Релея и (1) является отсутствие поглпщения света, а также вторичного светорассеяния. Поэтому уравнение Рэлея применимо  только для так называемых «белых золей», т.е. не поглащающих свет дисперсных систем, и при очень малых концентрациях  дисперсной фазы.

    С увелечением размеров частиц закон  Релея перестает соблюдаться  и интенсивность рассеянного  света становится обратно пропорциональной длине волны в степени, меньшей  чем четвертая. В этом случае пользуется либо уравнениями, вытекающими из общей  теории светорассеяния, либо эмпирическими  сотношениями. В частности, если размер (диаметр) составляет от 1/10 до 1/3 длины  световой волны и показатели преломления  частиц и среды не сильно различаются, для описания светорассеяния в системе  можно воспользоваться следующими эмпирическими уравнениями, предложенными  Геллером:  

                                   

и                                            (2)

    где и - константы, не зависящие от длины волны. 

    Зависимости lg D (или lg t) от lg l в соответствии с уравнениями (2) представляют собой прямую линию, тангенс угла наклона которой равен показателю степени n с минусом. Значение показателя степени n в этих уравнениях зависит от соотношения между размером частиц и длиной волны падающего света, характеризуемого параметром Z:  

                                                                                                 (3)   

                         

    С увеличением Z значение n уменьшается, стремясь в пределе к 2 для частиц, радиус которых больше длины волны. При малых значениях Z соблюдается уравнение Рэлея и . Значение n для Z от 2 до 8 приведены в таблице 1. 
 

    2. Определение размеров частиц  дисперсных систем, не подчиняющихся  уравнению Рэлея 

    Сначала измеряют оптическую плотность золя ёлатексаЁ с помощью фотоэлектроколориметра, используя светофильтр №3. значение оптической плотности латекса должно находиться в пределах 0,70-0,95. если значение D образца меньше или больше указанных, следует соответственно увеличить или уменьшить концентрацию дисперсной фазы в латексе. Затем определяют оптическую плотность образца латекса при различных длинах волн падающего света (светофильтры №3-9). При каждой длине волны оптическую плотность измерят три раза и определяют среднее значение D. Значения длин волн, соответствующие светофильтрам прибора ФЭК-56М, составляют:  

Светофильтр нөмірі	3	4	5	6	7	8	9
нм	400	440	483	540	582	620	625

 

    Далее находят значения и , строят график в координатах и определяют показатель степени n в уравнении:  

    

    Зависомость от представляет собой прямую линию, тангенса угла наклона которой равен показателю степени n с минусом. По данным таблицы 1 находят значение параметра Z, соответсвующее ранее определенному n. Полученные результаты записывают в таблицу 2:  

    Таблица 2.

    Экспериментальные данные для расчета размеров частиц дисперсных систем, не подчиняющихся  уравнению Рэлея.  

    Показательстепени  n  в уравнении (2) находят на основе турбидиметрических данных. Для этого экспериментально измеряют оптическую плотность системы при различных длинах волн (в достаточно узком интервале ) и строят график в координатах . Показатель n определяют по тангенсу угла наклона полученной прямой. По значению n находят соответствующее значение параметра Z (см. табл. 1), а затем по формуле (3) рассчитывают средний радиус частиц исследуемой дисперсной системы.

    Следует отметить, что этот метод, как и  уравнение Рэлея, применим только для  «белых» золей, т.е. не окрашенных дисперсных систем (метод базируется только на светорассеянии). 

    Таблица 1 показатель степени в уравнении  Геллера в зависиомости от параметра Z 

n	Z	n	Z
3,812	2,0	2,807	5,5
3,686	2,5	2,657	6,0
3,573	3,0	2,533	6,5
3,436	3,5	2,457	7,0
3,284	4,0	2,379	7,5
3,121	4,5	2,329	8,0
3,060	5,0	-	-

 

    Оптическую  плотность золя определяют с помощью  прибора ФЭК-56М.