PĘCZNIENIE ŻELATYNY W WODZIE

Zagadnienia: struktura i właściwości układów koloidalnych; metody otrzymywania koloidów; stopień dyspersji a trwałość koloidu; zależność koagulacji od potencjału elektrokinetycznego; zależność pęcznienia od pH roztworu

Układ koloidalny (koloid, układ koloidowy, roztwór koloidalny) – niejednorodna mieszanina, zwykle dwufazowa, tworząca układ dwóch substancji, w którym jedna z substancji jest rozproszona w drugiej. Rozdrobnienie (czyli dyspersja) substancji rozproszonej jest tak duże, że fizycznie mieszanina sprawia wrażenie substancji jednorodnej, jednak nie jest to wymieszanie na poziomie pojedynczych cząsteczek.

W koloidach stopień dyspersji wynosi od 105 do 107 cm-1 – wówczas wielkość cząstek fazy rozproszonej (zdyspergowanej) sprawia, że ważne są zarówno oddziaływania pomiędzy nią i fazą dyspergującą, jak i oddziaływania wewnątrz obu faz. Według IUPAC układ dyspersyjny jest układem koloidalnym, gdy rozmiary cząstek fazy rozproszonej (cząsteczek chemicznych lub ich agregatów) albo rozmiary nieciągłości układu koloidalnego są w zakresie od 1 nm do 1 µm przynajmniej w jednym kierunku.

Typowy układ koloidalny (tzw. koloid fazowy) składa się z dwóch faz:

fazy ciągłej, czyli substancji rozpraszającej, zwanej też ośrodkiem dyspersyjnym albo dyspergującym,

fazy rozproszonej, czyli substancji zawieszonej (zdyspergowanej) w ośrodku dyspersyjnym i w nim nierozpuszczalnej. (liofobowej, hydrofobowej).

Inny rodzaj koloidów to koloidy cząsteczkowe, gdzie fazą rozproszoną są makrocząsteczki, np. polimery (np. żelatyna, skrobia, białka) – nie występuje wówczas wyraźna granica fazowa, bo cząsteczki rozpuszczalnika mogą wnikać do wewnątrz makrocząsteczki – większość koloidów cząsteczkowych powstaje w sposób samorzutny w wyniku rozpuszczania w rozpuszczalniku (koloidy liofilowe, hydrofilowe). Niektóre ich właściwości są inne niż właściwości koloidów fazowych.

Rodzaje układów koloidalnych[edytuj | edytuj kod]

Większość układów koloidalnych nazywana jest zolami, przy czym pojęcie zolu jest niejednoznaczne. Podobnie niejednoznaczne jest pojęcie aerozolu.

Układy koloidalne z fazą ciągłą w postaci gazu to gazozole, natomiast z fazą ciągłą w postaci cieczy to liozole. Ciała stałe i ciecze przenikające się wzajemnie to żele.

Celem ćwiczenia jest zbadanie wpływu pH badanych roztworów wodnych na wielkość pęcznienia żelatyny oraz wyznaczenie punktu izoelektrycznego żelatyny w roztworze wodnym.

Stopień pęcznienia żelatyny Sp wyrażony w procentach określa się następująco:

(1)

gdzie: m_r - masa pochłoniętego roztworu przez żelatynę, m_żel - masa suchej żelatyny.

Minimalna wartość Sp świadczy o maksymalnym przestrzennym usieciowaniu struktury

żelatyny.

Odczynniki i sprzęt:

- 0,1 M CH₃COOH,

- 0,1 M CH₃COONa,

- żelatyna spożywcza

- 2 szalki Petriego,

- 7 kolb stożkowych (50 ml) lub zlewek

- lejek Buchnera,

- bagietka, bibuła, nożyczki, pęseta

- kolba ssawkowa

- pompka wodna

Wykonanie ćwiczenia:

1. Przygotować roztwory buforowe mieszając ze sobą roztwory 0,1 M CH₃COONa
i 0,1 M CH₃COOH (Tabela 1).

2. Oznaczyć dokładnie wartości pH poszczególnych roztworów za pomocą pH-metru.

3. Na jednakowych szalkach Petriego umieścić po 1 g sproszkowanej żelatyny i dodać 20 ml odpowiedniego roztworu buforowego. Delikatnie zamieszać i pozostawić w temperaturze otoczenia do pęcznienia na 10 minut.

UWAGA! : Proces pęcznienia należy prowadzić jednocześnie co najwyżej w dwóch kolbkach (a nie od razu w siedmiu)w odstępach przynajmniej jednominutowych, ze względu na konieczność zachowania podobnych warunków pomiaru we wszystkich roztworach.

Należy zachować jednakowy czas pęcznienia żelatyny dla wszystkich próbek, ponieważ badanego procesu nie doprowadza się do stanu stacjonarnego. Zatem, w przeprowadzonym eksperymencie miarą pęcznienia będzie ilość pochłoniętej wody przez żelatynę w określonym czasie.

4. W celu oddzielenia roztworu od napęczniałej żelatyny należy zawartość szalek przenieść ostrożnie do lejka i sączyć do kolbki przy użyciu pompki wodnej. Szybkość sączenia nie może być zbyt duża, dlatego należy kontrolować ciśnienie wody, aby uniknąć spieniania sie przesączu.

5. Ilość przesączu zmierzyć za pomocą cylindra miarowego (uprzednio wysuszonego). Na tej podstawie określamy ilość pochłoniętego roztworu.

Tabela 1. Roztworów buforowe oraz wyniki pomiarów

Nr próbki	0,1 M CH3COOH [ml]	0,1 M CH3COONa [ml]	pH	Objętość przesączu [ml]	Masa pochłoniętego roztworu [g]	Stopień pęcznienia [%]	pH obliczone
1	18	6
2	14	10
3	12	12
4	10	14
5	8	16
6	4	20
7	2	22

Opracowanie wyników

1. Obliczyć masę roztworu pochłoniętego przez żelatynę dla każdej próbki, przyjmując gęstość roztworu równą gęstości wody (1 g/cm³)

2. Obliczyć stopień pęcznienia żelatyny (Sp) dla każdej próbki z równania 1:

3. Sporządzić wykres zależności stopnia pęcznienia od pH roztworu [Sp = f(pH)]. i określić punkt izoelektryczny żelatyny na podstawie położenia minimum uzyskanej funkcji.

4. Na podstawie wykresu określić pH, przy którym żelatyna wykazuje najmniejsza zdolność pęcznienia. O czym ta wartość nas informuje i jakie są przyczyny tego zjawiska?

5. Oblicz pH buforu octanowego ze wzoru: pH = pK_a +lggdzie: pK_a – ujemny logarytm stałej dysocjacji kwasu octowego, c_a – stężenie molowe kwasu, c_sol – stężenie molowe soli tego kwasu z mocną zasadą w danym roztworze buforowym dla każdej próbki.

6. Przedyskutować otrzymane wyniki porównując je z danymi literaturowymi.

Literatura

• A. Danek, „Chemia fizyczna", PZWL, 1978.

• Sobczyk L., Kisza A., Chemia fizyczna dla przyrodników, PWN, Warszawa 1981.

• Warszawa 1982.

• Barrow G.M., Chemia fizyczna, PWN, Warszawa 1978.

• Dutkiewicz E., Fizykochemia powierzchni, WNT, Warszawa 1998.

• Gumiński K., Wykłady z chemii fizycznej, PWN, Warszawa 1973.

• Chemia – podręcznik dowolny – rozdział dotyczący roztworów koloidalnych