лаб. раб. 1

Кафедра ОРХ
ФИЗКОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ
Методические указания к выполнению студентами
лабораторной работы №1
«Получение коллоидных и истинных растворов.
Диффузия и кольца Александера»
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
Овладеть методами получения коллоидных
и истинных растворов, полученных золей,
сравнить диффузионную способность ионов
различной степеней гидратации и мицелл.
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ.
Истинные растворы гомогенны. Растворенное
вещество равномерно распределено в растворе в
виде отдельных молекул и ионов, поэтому свойства
системы неизменны по всему объему.
Коллоидные растворы гетерогенны. Они
представляют собой микрокристаллы,
распределенные по всему объему растворителя.
Коллоидные растворы называются золями. Золи
получают диспергированием (дроблением) и
конденсацией.
Методы конденсации подразделяются на
физические и химические. Методы физической
конденсации состоят в том, что истинный раствор
добавляется к жидкости, смешивающейся с
растворителем, но в которой само вещество мало
растворимо и выделяется в виде высокодисперсной
фазы.
Методы химической конденсации основаны на
переводе растворенных веществ в нерастворимое
состояние при помощи различных химических
реакций (восстановление, гидролиз, двойной обмен
и т.д.) с последующей агрегацией нерастворимых
частиц, образующих дисперсную фазу.
Стабилизаторами являются вещества, находящиеся
в избытке в данной реакции.
На границе раздела твердая частица-жидкость
возникает двойной электрический слой из-за
присутствия ионных пар на поверхности,
образование которых возможно за счет
преимущественной адсорбции одного иона,
находящегося в растворе и входящего в состав
твердой фазы.
Рассмотрим строение двойного электрического слоя
мицеллы хлорида серебра (AgCl) в растворе KCl
(KCl – стабилизатор). Из раствора на твердой фазе
будут преимущественно адсорбироваться ионы
хлора (Сl-), так как они входят в состав осадка
(AgCl). Ионы калия (K+) располагаются частично в
адсорбционном, частично в диффузном слое.
Формула мицеллы золя хлорида серебра имеет вид:
{[mAgCl] n Cl- (n – x) K+ } x K+
где [mAgCl] – ядро (микрокристалл);
n Cl- - потенциалопределяющие ионы;
(n – x) K+ - адсорбционный слой противоионов;
{[mAgCl] n Cl- (n – x) K+} – гранула (частица).
Гранула в данной мицелле заряжена отрицательно,
так как потенциалопределяющие ионы (Cl-) несут
отрицательный заряд.
В окрашенных коллоидных растворах заряд частиц
можно определить методом капиллярного анализа.
Он основан на том, что целлюлозные стенки
капилляров заряжаются отрицательно, а
пропитывающая бумагу вода – положительно.
При нанесении на бумагу коллоидного раствора с
положительно заряженными частицами происходит
адсорбция их на бумаге.
Образуется окрашенное в центре и бесцветное по
краям пятно. Коллоидный раствор с отрицательно
заряженными частицами не адсорбируется бумагой
и образуется равномерно окрашенное пятно.
Существование относительно крупных коллоидных
частиц придает специфические свойства
коллоидным системам: они не обнаруживают
заметной диффузии, рассеивают свет и т.д.
К числу особых свойств относится явление
опалесценции. Коротковолновая часть спектра
отражается коллоидными частицами; в отраженном
свете растворы имеют синеватую окраску.
Длинные волны огибают мицеллы; в проходящем
свете коллоидные растворы желтоваты.
Разноокрашивание растворов в зависимости от угла
зрения называется опалесценцией.
Лучшее представление о скорости диффузии можно
получить, если представить окрашенным раствором
диффундировать в слое застывшего агар-агара или
желатина.
Застывший агар-агар или желатин представляют
собой студень – структурированную систему,
образованную макромолекулами полимеров в форме
пространственных сеток, ячейки которых обычно
заполнены растворителем (рис. 1).
1
2
1
2
Рис. 1 Пространственная сетка застывшего агарагара (1 –макромолекула полимера; 2- ячейка между
макромолекулами полимера, заполненная
растворителем).
Ионы, молекулы, мицеллы по разному
диффундируют в студне в зависимости от степени
гидратации и их размеров и от размеров ячейки.
По способности к гидратации ионы одинаковой
валентности располагаются в лиотропные ряды:
Zn+ > Na+ > K+ > Rb+ > Cs+ ; Mg2+ > Ca2+ > Sr2+> Ba2+
В приведенных рядах слева направо растет радиус
иона.
2. МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
2.1.Реактивы. Водные растворы.
2% FeCl3; 0,005 н FeCl3; 0,005 н K4[Fe(CN)6]; 1,5%
KMnO4; 1%Na2S2O3; 2% BaCl2; 2% H2SO4;
1%Na2CO3; 0,1 н NaOH; 1 н CuSO4, флуоресцеин,
агар-агар, дистиллированная вода.
Спиртовые растворы: 1% р-р фенолфталеина, 0,5%
р-р канифоли, насыщенный раствор серы,
дезинфицирующий раствор.
3.2. Оборудование. Стаканы на 100 мл, штатив с
пробирками, пипетки глазные, бюретка для
дистиллированной воды, цилиндр, электрическая
плитка, пипетка объемом 5 мл, полоски
фильтровальной бумаги.
3. УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ
БЕЗОПАСНОСТИ.
Будьте осторожны при работе с реактивами: не
пробуйте их на вкус и не нюхайте, поднося склянку
к носу. Для определения запаха необходимо
привести в движение воздух около открытого
горлышка склянки путем помахивания рукой.
Помните, что а) хлористый барий (BaCl2) сильно
ядовит, б) перманганаты (KMnO4) умеренно
токсичны, являются сильно окисляющими
веществами, могут образовывать взрывчатые смеси
с концентрированной серной кислотой (H2SO4), а
также при соприкосновении с органическими
веществами; в) едкий натрий (NaOH) на кожу и на
слизистую оболочку действует прижигающе
(особенно опасно попадание его в глаза); г) этанол
(C2H5OH) воспламеняется.
Не допускайте концентрирование паров
растворителей до пределов воспламенения,
поскольку почти невозможно исключить все случаи
возникновения искр от статического электричества,
даже если электрическое оборудование заземлено.
Мерные пипетки перед работой необходимо
продезинфицировать. Для этого опустите широкий
конец пипетки в дезинфицирующий раствор, затем
промойте его водой, после работы вымойте руки.
5.РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ И
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ЕГО
ВЫПОЛНЕНИЮ.
5.1. Получение коллоидных и истинных растворов
методом конденсации.
5.1.1. Получение золей канифоли и серы.
Прилейте к 20 мл дист. воды 1 мл 0,5%-ного
спиртового раствора канифоли (парафина, мастики).
Полученный раствор перемешайте. Опишите
окраску в проходящем и отраженном свете.
Аналогичный опыт проведите со спиртовым
раствором серы.
5.1.2. Получение золя гидроокиси железа.
В стакане нагрейте до кипения 50 мл дист. воды. Не
снимая стакана с плитки прилейте медленной
струёй 10 мл 2%-ного раствора FeCl3. Полученный
золь несколько минут прокипятите, охладите, не
выливайте!!! Затем опишите изменения окраски,
определите знак заряда частицы и напишите
формулу мицеллы гидроокиси железа.
Образование гидроокиси железа протекает по
реакции:
to
FeCl3 + 3H2O
Fe(OH)3 + 3HCl
Поверхностные молекулы Fe(OH)3 вступают в
химическое взаимодействие с HCl:
Fe(OH)3 + HCl
FeOCl + 2H2O
Образовавшееся вещество является стабилизатором.
5.1.3. Получение золя берлинской лазури.
Прилейте к 3мл 0,005N раствора FeCl3 1 мл 0,005N
раствора K4[Fe(CN)6. К 3 мл 0,005 N раствора
K4[Fe(CN)6 прибавьте 1 мл 0,005 N раствора FeCl3.
Определите знаки заряда частиц. Напишите
формулу мицелл для обоих золей. Опишите окраску
полученных золей.
5.1.4. Получение золя двуокиси марганца.
К 1 мл 1,5% раствора KMnO4 добавьте 10 мл воды.
По каплям из пипетки введите 5 мл 1% раствора
тиосульфата натрия.
Перманганат калия восстанавливается
тиосульфатом натрия до двуокиси марганца:
8KMnO4 + 3Na2S2O3 + H2O = 8 MnO2 ↓ + 3K2SO4 +
2KOH + 3Na2SO4
Стабилизатором является KmnO4 .
5.1.5. Получение золя сернокислого бария.
Налейте в пробирку 4мл 2% раствора BaCl2 и
добавьте 2-4 капли 2% раствора H2SO4. Напишите
формулу мицеллы золя сернокислого бария и
опишите происходящие изменения.
5.1.6. Получение раствора флюоресцеина.
Налейте в стакан 20 мл дистиллированной воды,
добавьте 5-6 капель 1% раствора Na2CO3. В
полученный раствор поместите до несколько
крупинок флюоресцеина и перемешайте до полного
растворения его. Опишите окраску полученного
раствора.
5.2. Диффузия истинных и коллоидных растворов.
На технических весах отвесьте 0,1г агар-агара,
всыпьте его в 20 мл холодной воды и, перемешивая,
доведите до кипения.
Взяв три чистых пробирки сделайте следующее:
В первую – влейте 1мл 0,005N раствора K4[Fe(CN)6,
2-3 капли 0,1 N NaOH и 102 капли 1% раствора
фенолфталеина. Полученный раствор окрашивается
в розовый цвет.
В две другие пробирки реактивы не наливайте.
Затем приготовленный еще горячий раствор агарагара примерно в равных количествах разлейте в эти
три пробирки.
Содержимое первой пробирки перемешайте, но не
очень энергично, чтобы не образовалось пены.
Раствор в этой пробирке окрасится в розовый цвет,
а в двух других останется бесцветным. Поставьте
все три пробирки в стакан с холодной водой.
После того, как агар-агар затвердеет, осторожно
влейте 2 мл:
в первую пробирку 2% раствор FeCl3,
во вторую – 1N раствор CuSO4,
в третью – золь гидроокиси железа, полученный в п.
5.1.2. и охлажденный.
Пробирки поставьте в штатив и произведите запись
через 10, 30, 60 минут. Отметьте изменения,
происходящие в каждой пробирке и опишите
химизм происшедшего.
6. ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ.
Отчет должен быть составлен предельно кратко:
пишите название получаемого золя или раствора,
описывайте происходящие изменения, окраску в
проходящем и отраженном свете, составляйте по
реакции формулу мицеллы золя.
Диффузию опишите в зависимости от размеров
частицы и степени гидратации ионов. Размеры
ионов приведены в приложении (таблица 1).
7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.
7.1. Какие методы получения коллоидных растворов
Вам известны?
7.2. Какую роль выполняет стабилизатор при
получении коллоидных растворов?
7.3. Чем отличаются растворы от коллоидных?
7.4. Что такое опалесценция и флуоресценция? В
чем их сходство и различие?
7.5. К истинным или коллоидным растворам
относится флюоресцеин?
7.6. Что такое диффузия? От чего она зависит?
7.7. Какие золи получали методом физической и
какие методом химической конденсации?
8. ЛИТЕРАТУРА.
8.1. Методы анализа пищевых
сельскохозяйственных продуктов и медицинских
препаратов. М., Пищ. Пр-сть, 1974, с. 728-731.
8.2. Путилова И.И. Руководство к практическим
занятиям по коллоидной химии. М., 1961, с. 18-29.
8.3. Балезин С.А. Практикум по физической и
коллоидной химии. М., Просвещ., 1964, с. 181, 182.
8.4. Малахова А.Я. Практикум по физической и
коллоидной химии. Минск, В. Шк., 1974, с. 273,4.
8.5. Дулицкая Р.А., Фельдман Р.И., Практикум по
физической и коллоидной химии. М., В. Шк., 1978,
с. 262-264, 271-272.
8.6. Писаренко А.П., Поспелова К.А,, Яковлев А.Г.
Курс коллоидной химии. М., В. Шк., 1969, с. 21-24,
38, 69, 104-107.
8.7. Практикум по коллоидной химии. Под
редакцией И.С. Лаврова, М., Высш. Шк., 1983, с.67.
8.8. Краткий справочник физико-химических
величин. Под ред. А.А. Равделя и А.М.
Пономаревой, Л., Химия, 1983, с. 200.
Приложение.
Таблица 1.
РАДИУСЫ ИОНОВ (ПО ГОЛЬШМИДТУ)
№п/п
элемент
заряд иона
1.
2.
3.
4.
5.
Cu
Fe
Na
K
H
+2
+3
+1
+1
+1
радиус
иона
0,72
0,64
0,97
1,33
0,528