Взаимная коагуляция золей

Номер светофильтр	нм	lg l	D		lg Dср	n	Z

 

    По  уравнению (3)  рассчитывают радиус частиц латекса. Следует учесть, что при  расчете r в это уравнение нужно подставить среднее значение длин   в том интервале, в котором определялся показатель степени n. Величину  находят по соотношению: 

    

    Найденное значение r соответствеует среднему радиусу  частиц латекса.   
 

Работа 4. КОАГУЛЯЦИЯ ЗОЛЕЙ ЭЛЕКТРОЛИТАМИ 

    Частицы золи MnO₂ отрицательно заряжены, поэтому их коагулировать будут катионы, частицы золи Fe(OH)₃ положительно заряжены, соотвественно их коагуливать будут анионы.

    Цель  работы:

    Для растворов следующих электролитов: 4н NaCl, 0,01н CaCl₂,  0,001н AlCl₃ ( для золи MnO₂) или 4н NaCl, 0,01н Na₂SO₄ и 0,001н K₃Fe(CN)₆ (для золи Fe(OH)₃)  определить пороговые концентрации коагуляции и коагулирующую способность ионов в зависимости от их валентности. Проверить выплнение правил Шульце-Гарди.

    За  пороговую концентрацию  электролитов принимается самая низкая концентрация, при которой наступает коагуляция, поэтому определение порогов  коагуляции необходимо проводить в два этапа. В первой серии опытов определяется примерная концентрация электролита, необходимая для коагуляции. Во второй серии опытов проводится определние более точной критической концентрации коагуляции.

    Первая  серия опыта:

    6 пробирок необходимо пронумеровать. В первую пробирку налить 10 мл первоначального раствора NaCl, в остальные пробирки наливается по 9 мл дистиллированной воды. Из первой пробирки берут 1 мл раствора и наливают во вторую пробирку, после этого ее интенсивно встряхивают. После этого со второй пробирки опять отбирают 1 мл раствора и наливают в третью. Аналогично приготовить растворы для четвертой и пятой пробирки. Из пятой пробирки отобрать 1 мл приготовленного раствора и вылить. В шестой пробирке  должна содержаться просто вода, которая служит в качестве контроля. Таким же образом необходимо приготовить растворы других электролитов.

    При помощи пипетки во все 6 пробирок налить по 1 мл соотвествующего золя: MnO₂ для растворов NaCl,  CaCl₂, AlCl₃ и Fe(OH)₃ для растворов NaCl, Na₂SO₄, K₃Fe(CN)₆. Содержимое пробирок хорошо перемешивают и оставляют на 15 минут.

    Концентрацию  раствора электролита в каждой пробирке можно определить по формуле:

    С_n=C₀×10^1-n,  г-экв./л 

    где  n - номер пробирки, С₀ – начальная концентрация электролит. Расчетные значения концентрации внести в таблицу 1. Такие же таблицы необходимо сделать и для других электролитов и записать значения рассчитанных концентраций. 

    Таблица 1

№	1	2	3	4	5	6 контроль
С(NaCl) г-экв./л
коагуляция

 

    После прохождения коагуляции знаком «+» в таблице отметить пробирки, где коагуляция прошла. Если в пробирке не наблюдается прохождение коагуляции, то надо поставить знак «-».

    Самая низкая концентрация электролита из первой серии, при которой наблюдалась  коагуляция, будет являться пороговой. Она будет взята в качестве начальной концентрации для второй серии опытов.  

    Вторая  серия опытов:

    Все пробирки, кроме 6-ой выливают и моют. Готовят раствор электролита той концентрации, которая была определена как пороговая из первой серии опытов в объеме 50 мл. Теперь эта концентрация будет считаться как С_n. Для того, чтобы приготовить раствор с концентрацией  С_n 50 мл нужно воспользоваться формулой: 

    С₀V₀ = C_nV_n, 

    где С₀ – первоначальная концентрация электролита из которого готовились растворы в первой серии, V_n = 50 мл. Рассчитанный из этой формулы объем первоначального раствора наливают в колбу с объемом 50 мл, доливают водой до метки, хорошо перемешивают. Из этого раствора в 4 пробирки наливают соответственно 8,6,4,2 мл электролита, как показано в таблице и доводят водой так, чтобы общий объем составлял 9 мл. Затем в каждую пробирку наливают по 1 мл золя, перемешивают и оставляют на 15 минут.

    Результаты  наблюдений заносят в таблицу. Аналогичные таблицы готовятся и для других электролитов. 

    Таблица 2

№ Пробирки	1	2	3	4	5 контроль
V NaCl, мл	8	6	4	2	-
V H2O, мл	1	3	5	7	9
V золь, мл	1	1	1	1	1
Коагуляция

 

    Концентрации  растворов в пробирках рассчитывают по следующей формуле: 

    С_n^’= С_n ×V /10

    Также как и в первой серии, пробирки с коагулированным золем отмечаем знаком «+» , и отмечаем самую низкую концентрацию, при которой произошла коагуляция в этой серии.

    Найденные критические концентрации или порогов  коагуляции электролитов вносят в таблицу 3 и сравнивают коагулирующую способность  ионов: С_(Na+)/С_(Na): С_(Na+) /С _(Сa2+) : С_(Na+) /С_(Аl3+)

      

катион	Коагуляция  табалдырығы	Коагуляция  қабілеті
Na+
Сa2+
Аl3+

 

    По  полученным результатам делают выводы об их  соответствии с правилами  Шульце-Гарди. Какие ионы обладают самой большой коагулирующей способностью? Согласуются ли полученные данные с теорией ДЛФО?  

Работа 5. Определение  электрокинетического потенциала золей методом макроэлектрофореза. 

     Цель  работы: определение величины и знака электрокинетического потенциала частиц золя методом макроэлектрофореза. 

     Теоретическая часть

     Электрофорез относится к числу электрокинетических явлений, связанных с относительным перемещением фаз дисперсной системы  под действием электрического тока. Впервые эти явления (электроосмос и электрофорез) были обнаружены в 1808 г. профессором Московского университета Рейссом.  Позднее, во второй половине XIX в., были открыты обратные явления, названные потенциалом течения  (Квинке ) и потенциалом оседания (Дорн),  в которых при смещении фаз относительно друг друга под действием внешних механических сил,  наблюдалось возникновение электрического поля.

     Электрокинетические явления есть следствие формирования двойного электрического слоя на  границе  дисперсной фазы с дисперсионной  средой. Частицы дисперсной фазы свободнодисперсных систем с жидкой дисперсионной средой  (золи, суспензии, эмульсии) в большинстве  случаев имеют ДЭС. Существует три  механизма формирования ДЭС на межфазных  поверхностях:

1. Диссоциация поверхностных функциональных групп, принадлежащих одной из фаз.
2. Преимущественная адсорбция ионов одного знака заряда из объема  одной фазы на поверхности другой.
3. Ориентирование полярных молекул на межфазной границе.

    Образующийся  электрический слой называется двойным, потому что состоит из двух слоев  зарядов противоположного знака.  Один слой находится на межфазной  поверхности, имеющей потенциал  φ₀.  Ионы, образующие этот слой, называются  потенциал-определяющими. Заряд этого слоя компенсируется зарядом второго слоя ионов, называемых противоионами. Одна   часть противоионов удерживается у поверхности за счет электростатического и адсорбционного взаимодействий, образуя адсорбционный слой (слой Гельмгольца). Другая часть противоионов находится в растворе, примыкающем к поверхности, и образует диффузный слой (слой Гуи) из-за их участия в тепловом движении (рис.1). 

    

 

    Рис. 1 Схема строения двойного электрического слоя 

    Толщина адсорбционного слоя δ принимается  равной диаметру противоионов. Слой потенциалопределяющих ионов вместе  с прилегающим к нему слоем противоионов образуют электрический конденсатор, в котором изменение потенциала проходит линейно. Потенциал φ_δ, соответствующий границе раздела адсорбционного и диффузного слоя, называется потенциалом диффузного слоя. Изменение этого потенциала в направлении убывания диффузного слоя описывается следующим уравнением:  

        (1)

   где x – расстояние от начала диффузной части ДЭС; æ – величина, обратная толщине диффузного слоя.

   Из  уравнения (1) следует, что  толщина  диффузного слоя, обозначаемая λ=1/ æ  - это такое расстояние,  на котором потенциал φ_δ уменьшается в e раз.  В соответствии с теорией Гуи-Чепмена толщина диффузного слоя рассчитывается  по следующему соотношению:   

   λ=1/ æ =

  ;                            (2) 

   где  ε₀ – электрическая постоянная, ε – относительная диэлектрическая проницаемость дисперсионной среды; F – постоянная Фарадея; I – ионная сила; c_0i и   z_i - концентрация и заряд i-го иона.

   Как видно из уравнения (2) на толщину  диффузного слоя влияют такие параметры  дисперсной системы как температура, диэлектрическая проницаемость  и ионная сила дисперсионной среды.

    При любом электрокинетическом явлении  движение дисперсной фазы относительно дисперсионной среды приводит к  нарушению целостности ДЭС.  Например, при электрофорезе направленное движение дисперсной фазы к одному из электродов (катоду или аноду) обуславливает  отделение   адсорбционного слоя от диффузионного по некоторой плоскости  скольжения. Точного определения  местоположения плоскости скольжения нет, принято считать, что она  проходит по границе между этими  двумя слоями или  может быть несколько  смещена в область диффузионной части ДЭС (рис.1). Потенциал на поверхности  скольжения называется электрокинетическим  потенциалом или ζ-потенциалом (дзета-потенциалом). Его можно определить экспериментально, либо по скорости передвижения дисперсной фазы в электрическом поле либо по скорости передвижения дисперсионной среды в пористых телах, так как именно от величины электрокинетического потенциала зависит скорость относительного перемещения фаз.

      Согласно теории Гуи-Чепмена при x=l, можно написать: 

   

 

    Как видно из уравнения (3), что величина электрокинетического потенциала определяется потенциалом диффузного слоя φ_δ и его толщиной λ. Отсюда следует, что такие параметры системы как температура, диэлектрическая проницаемость среды и ионная сила будут влиять и на величину ζ-потенциала. В зависимости от типа вводимого электролита в дисперсионную среду можно не только изменять  толщину диффузионного слоя и  значения электрокинетического потенциала, но и  менять знак заряда ζ-потенциала. Электролиты, введение которых в дисперсионную среду вызывает сжатие диффузной части ДЭС, т.е. уменьшают величину λ за счет повышения ионной силы, называются индифферентными (безразличные). Индифферентные электролиты не меняют потенциал поверхности φ₀. В отличие от них неиндифферентные электролиты меняют потенциал поверхности за счет специфической адсорбции ионов в слое Гельмгольца.