Jakub Sobieraj 18.11.2011r.

Wyznaczanie wartości koagulacyjnej koloidu fazowego metodą turbidymetryczną

I. Wstęp teoretyczny

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. Typowy układ koloidalny (tzw. koloid fazowy) składa się z dwóch faz. fazy ciągłej, czyli substancji rozpraszającej, zwanej też ośrodkiem dyspersyjnym albo dyspergującym oraz fazy rozproszonej, czyli substancji zawieszonej (zdyspergowanej) w ośrodku dyspersyjnym i w nim nierozpuszczalnej. (liofobowej, hydrofobowej). Są to układy dyspersyjne o wymiarach cząsteczek fazy rozproszonej od 1 do 200nm.

Koagulacja to proces polegający na łączeniu się cząstek fazy rozproszonej koloidu w większe agregaty tworzące fazę ciągłą o nieregularnej strukturze. Istnieje koagulacja odwracalna i nieodwracalna, a także spontaniczna i wymuszona. W wyniku koagulacji może następować zjawisko żelowania, tworzenia się past i materiałów stałych, sedymentacji lub pokrywania powierzchni mieszaniny warstwą fazy rozproszonej. Największy wpływ na koagulacje wywiera dodanie elektrolitu. Minimalna liczba milimoli danego elektrolitu niezbędna do skoagulowania 1 cm3 roztworu koloidalnego, nosi nazwę progu koagulacji. Ten ostatni zależy od rodzaju dodawanego elektrolitu i wartościowości dodawanych jonów.

ryc.1 budowa cząstki koloidalnej

Koloidy liofilowe są stabilizowane przez tworzenie otoczek solwatacyjnych wokół rozproszonych cząstek. Działanie elektrolitu polega na rozrywaniu tych otoczek. Dodawanie elektrolitu do koloidu liofilowego to tzw. wysalanie. Wysalanie nie zawsze prowadzi do wytrącania stałych agregatów. Czasami powstają, wskutek koacerwacji, kropelki cieczy.

II. Cel doświadczenia

Celem doświadczenia jest wyznaczenie zależności zdolności koagulacyjnej jonu od jego wartościowości. Pomoże nam w tym przeprowadzenie koagulacji zolu AgI przy zastosowaniu roztworów: KNO₃, Zn(NO₃)₂, Al(NO₃)₃

III. Wykonanie

• Kalibracja fotokalorymetru: w komorach umieszczam probówki wypelnione do ¾ wodą destylowaną, przełącznik znajdujący się na czołowej płycie aparatu ustawiam w pozycji Z, wskazówkę miernika ustawiam dokładnie na 0. Pokrętło z prawej strony aparatu przekręcam w przód do oporu i przy pomocy pokręteł GROB i FEIN ustawiam wskazówkę miernika na 100. Zwalniam pokrętło z prawej strony i sprawdzam wyzerowanie.

• Przygotowanie zolu AgI: wyjmuję probówkę z prawej komory aparatu, wylewam zawartość, dokładnie wysuszam i wlewam 15cm³ wody destylowanej i 0,5cm³ roztworu AgNO₃, mieszam dodając 1cm³ KI

• Probówkę z zolem AgI umieszczam w prawej komorze aparatu i mierzę absorbcję pozorną roztworu

• Koagulacje: do zolu AgI porcjami po 1cm³ dodaję roztworu KNO₃, mieszam i odczytuję absorpcję ze skali aparatu, kończąc pomiar gdy absorpcja zaczyna spadać.

• Przygotowuję dwie probówki z zolem AgI i poddaję procesowi koagulacji dodając po 0,1cm³ Zn(NO₃)₂ do jednej i 0,1cm³ Al(NO₃)₃ do drugiej. Pomiary wykonuję analogicznie do pierwszego.

• Po zakończeniu pomiarów probówki dokładnie myję i wyłączam fotokalorymetr.

1. Koagulacja jodku srebra przy zastosowaniu roztworu KNO₃

Cząsteczka koloidalna Micela

[(AgI)_m* nI^-(n-x)K⁺]^-x {[(AgI)_m* nI^-(n-x)K⁺]^-xxK⁺}

C_m[mol/dm³] stężenie molowe elektrolitu C_KNO3=0,5mol/dm³ V[dm³] najmniejsza objętość elektrolitu powodującego koagulację V₀=15+0,5+1=16,5cm³ V₀[dm³] początkowa objętość zolu przed dodaniem elektrolitu V=4cm³ C_K=10³*V*C_m/V₀+V [mmol/dm³] C_K=10³*4*0,5/16,5+4=2000/20,5=97,56 [mmol/dm³]

VKNO3 [cm3]	Absorpcja pozorna
0	25
0,5	26
1	27
1,5	27
2	28
2,5	29
3	29
3,5	31
4	32
4,5	35
5	39
5,5	43
6	48
6,5	60
7	70
7,5	72
8	75
8,5	76
9	79
9,5	79

1. Koagulacja zolu jodku srebra przy zastosowaniu roztworu Zn(NO₃)₂

Cząsteczka koloidalna Micela

[(AgI)_m* nI^-2(n-x)Zn²⁺]^2x {[(AgI)_m* nI^-2(n-x) Zn²⁺]^2xx Zn²⁺}

C_Zn(NO3)2=3*10^-2 mol/dm³ V₀=15+0,5+1=16,5cm³ V=0,73cm³

C_K=10³*V*C_m/V₀+V [mmol/dm³] C_K=10³*0,73*3*10^-2 /16,5+0,73=21,9/17,23=1,27 [mmol/dm³]

VZn(NO3)2 [cm^3]	Absorpcja pozorna
0	18
0,1	22
0,2	23
0,3	26
0,4	26
0,5	28
0,6	30
0,7	32
0,8	36
0,9	41
1	46
1,1	53
1,2	59
1,3	64
1,4	65
1,5	66
1,6	65

1. Koagulacja zolu jodku srebra przy zastosowaniu roztworu Al(NO₃)₃

Cząsteczka koloidalna Micela

[(AgI)_m* nI^-3(n-x)Al³⁺]^3x {[(AgI)_m* nI^-3(n-x) Al³⁺]^3xx Al³⁺}

C_Al(NO3)3=3*10⁴ mol/dm³ V₀=15+0,5+1=16,5cm³ V=0,88cm³

C_K=10³*V*C_m/V₀+V [mmol/dm³] C_K=10³*0,88*3*10⁴ /16,5+0,88=0,264/17,38=0,015 [mmol/dm³]

VAl(NO3)3 [cm^3]	Absorpcja pozorna
0	8
0,1	10
0,2	10
0,3	12
0,4	13
0,5	14
0,6	17
0,7	17
0,8	19
0,9	22
1	53
1,1	72
1,2	78
1,3	69

Zol jodku srebra
elektrolit
KNO3
Zn(NO3)2
Al(NO3)3

IV. Wnioski

Dla zoli o ujemnym znaku wartościowości, próg koagulacji zależy od wartościowości kationu (elektrolitu koagulującego), a w przypadku zoli o dodatnim znaku od anionu. Zdolność koagulacji zależy od wartościowości jonu powodującego koagulację. Al³⁺> Zn²⁺> K⁺

Im wyższa wartościowość jonu, tym większa zdolność koagulacyjna tego jonu. Największą zdolność koagulacyjną z użytych w doświadczeniu elektrolitów posiada Al(NO₃)₃, natomiast najmniejszą KNO₃

V. Literatura

Józef Ceynowa, Maria Litowska, Rafał Nowakowski, Jadwiga Ostrowska-Czubenko, „Podręcznik do ćwiczeń laboratoryjnych z chemii fizycznej”, Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu, Toruń 1994, str: 154-161