Nr. ćwiczenia 6	Temat: Otrzymywanie i własności koloidów	grupa 34
Data wyk. 19-10-1999	Katarzyna Augustyn Agnieszka Przytocka	zespół 6

1. WSTĘP TEORETYCZNY.

Koloidy to mieszaniny niejednorodne pod względem fizycznym i chemicznym. Charakteryzują się określonym stopniem rozdrobnienia faz ( jedna z faz jest rozproszona w drugiej ). Faza rozproszona i faza rozpraszająca mogą występować w dowolnym stanie skupienia, ale pojęcie układy koloidalnego dotyczy fazy rozproszonej o wymiarach 1-300 nm. Koloidy otrzymujemy metodami dyspersyjnymi tj. polegającymi na zmniejszeniu rozmiarów cząstek o charakterze grubodyspersyjnym do rozmiarów koloidalnych; lub metodami kondensacyjnymi np. wydzieleniu trudno rozpuszczalnych substancji z roztworu silnie rozcieńczonego na drodze reakcji chemicznej.

Roztwory koloidalne są przeźroczyste i klarowne, charakteryzują się własnością rozpraszania światła ( efekt Tyndalla ). Charakterystyczne procesy, którym ulegają koloidy to:

koagulacja - tendencja do łączenia się w większe agregaty (wytrącania się z roztworów), zwykle nie zachodzi samorzutnie tylko w momencie w którym zostanie osiągnięte całkowite zobojętnienie elektryczne czastek (punkt izoelektryczny);

peptyzacja - zjawisko przechodzenia skoagulowanego osadu z powrotem w stan roztworu koloidalnego;

elektrofereza - zjawisko wędrówki cząstek koloidalnych pod wpływem pola elektrycznego.

Wśród koloidów wyróżniamy:

liofobowe - nie ulegające solwatacji (nietrwałe)

liofilowe - w przypadku których solwatacja działa stabilizująco.

2. OPIS ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest otrzymanie zolu uwodnionego tlenku żelazowego poprzez hydrolizę FeCl₃ a następnie jego koagulację pod wpływem elektrolitu. Reakcja przeprowadzana jest w temp. 100° poprzez wkroplenie roztworu 0,25n FeCl₃ do wrzącej wody.

Podczas hydrolizy powstają stopniowo sole zasadowe o coraz niższej rzędowości, aż do powstania Fe(OH)₃, praktycznie nierozpuszczalnego w H₂O

FeCl₃ + H₂O => Fe(OH)Cl₂ + HCl

Fe(OH)Cl₂ + H₂O => Fe(OH)₂Cl + HCl

Fe(OH)₂Cl + H₂O => Fe(OH)₃ + HCl

Strącający się Fe(OH)_3, wydziela sie z roztworu w postaci submikroskopowych kryształów Fe₂O₃ * nH₂O.

Jednocześnie z tym procesem zachodzi adsorbcja jonów Fe³⁺ na powierzchni kryształów (z wbudowaniem ich w sieć krystaliczną), oraz reakcje, qw wyniku których do roztworu uwolnione zostają jony Cl^- (adsorbcja Fe³⁺ na powierzchni kryształów soli zasadowych, reakcje powierzchniowe Fe(OH)₃ z solami żelaza). Wszystkie te procesy powodują, że cząstki hydratu Fe(OH)₃ uzyskują na tyle duży ładunek dodatni, aby pod wpływem wprowadzonego elektrolitu otzrzymać zol.

3. WYKONANIE ĆWICZENIA.

3.1. Przygotowanie 0,25n roztworu FeCl₃

3.2. Przygotawanie roztworów elektrolitów:

0,001 n K₄(Fe(CN)₆)

0,001 n K₃(Fe(CN)₆)

0,02 n Na₂SO₄

3.3. Otrzymanie uwodnionego zolu Fe₂O₃ poprzez powolne wkroplenie 62,5 ml 0,25 n FeCl₃ do 250 ml (doprowadzonej do wrzenia w płaszczu grzejnym) wody.

3.4. Miareczkowanie próbki zolu (10 ml) roztworem elektrolitu do momentu zaobserwowania zmętnienia (zajścia koagulacji).

4. OBLICZENIA.

4.1.Przeliczenie stężeń roztworów

	FeCl3	K4(Fe(CN)6)	K3(Fe(CN)6)	Na2SO4
zadana objętość [ml]	1000	250	250	500
zadane stężenie n	0,25	0,001	0,001	0,02
masa molowa [g/mol]	162,5	368	329	322,21
gramorównoważnik Eq [val]	54,17	92	109,6	161,1
stężenie Eq/l [g]	13,5	0,092	0,11	3,2
stężenie molowe [mol/l]	0,083	2,5 10^- 4	3,34 10^- 4	9,93 10^- 3

Użyte wzory:

gdzie:

C- stęzenie molowe [mol/l]

n- liczba moli

V- objętość [l]

m- masa [g]

M- masa molowa [g/mol]

Eq- gramorównoważnik [val ]

z_-- ładunek anionu

1. Obliczenie stężenia elektrolitu powodującego koagulację (val/l).

	Eq [val]	C [val/l]
K4(Fe(CN)6)	92	0,00893
K3(Fe(CN)6)	109,6	0,0104
Na2SO4	161,16	0,0156

Użyty wzór:

gdzie:

C- stęzenie molowe [mol/l]

V- objętość [l]

Eq- gramorównoważnik [val ]

4.3. Obliczenie stęże molowych jonów elektrolitów

• K₄(Fe(CN)₆)

C = 2,5 10^-4 [mol/l]

[K⁺] = 4*C = 0,1 10^-4 [mol/l]

[Fe(CN)₆^{4 -}] = 2,5 10^-4 [mol/l]

• K₃(Fe(CN)₆)

C = 3,34 10^-4 [mol/l]

[K⁺] = 3*C = 0,1 10^-4 [mol/l]

[Fe(CN)₆^{3 -}] = 3,34 10^-4 [mol/l]

• Na₂SO₄

C = 9,93 10^-3 [mol/l]

[Na⁺] = 2*C = 0,2 10^-3 [mol/l]

[SO₄^2-] = 9,93 10^-3 [mol/l]

1. Obliczenie siły jonowej mieszaniny (elektrolit + FeCl₃)

	J	J ^0,5
K4(Fe(CN)6)+FeCl3	0,5	0,71
K3(Fe(CN)6) +FeCl3	0,5	0,71
Na2SO4+FeCl3	0,53	0,73

Użyty wzór:

gdzie:

J- siła jonowa

C_i- stężenie molowe jonu

z_i - ładunek jonu

2. Obliczenie współczynników aktywności zgodnie z prawem Debye'a - Hückla.

	log f	f
K4(Fe(CN)6)+FeCl3	-1,425	0,037
K3(Fe(CN)6) +FeCl3	-1,07	0,085
Na2SO4+FeCl3	-0,74	0,18

Użyty wzór:

gdzie:

f - współczynnik aktywności

z₊- ładunek kationu

z_- - ładunek anionu

J - siła jonowa

3. Obliczenie względnych wartości koagulacyjnych przeciwjonów przyjmując wartość koagulacyjną Fe(CN)₆^{4 -} za równą jednostce.

	Stężenie anionu [mol/l]	Wzgl. wartość koagulacyjna
K4(Fe(CN)6)	2,5 10^- 4	1
K3(Fe(CN)6)	3,34 10^- 4	1,34
Na2SO4	9,93 10^-3	39,7

Użyty wzór:

gdzie

x- względna wartość koagulacyjna

C_z- wartość koagulacyjna poszczególnych przeciwjonów

5. ZESTAWIENIE WYNIKÓW.

	Zużyta objętość (ml)		Obj. mieszaniny w kobce w momencie koagulacji [ml]	Stęż. elektrolitu powodujące koagulację [val/l]
		I			II
K4(Fe(CN)6) 0,001n	0,3	0,3	10,3	0,00893
K3(Fe(CN)6) 0,001n	0,5	0,5	10,5	0,0104
Na2SO4 0,02n	0,3	0,3	10,3	0,0156

	[z+] mol/l	[z -] mol/l	J	J^0,5	log f	f	x
K4(Fe(CN)6) 0,001n	10^- 3	2,5 10^- 4	0,5	0,71	-1,425	0,037	1
K3(Fe(CN)6) 0,001n	10^- 3	3,34 10^- 4	0,5	0,71	-1,07	0,085	1,34
Na2SO4 0,02n	2 10^- 2	9,93 10^- 3	0,53	0,73	-0,74	0,18	39,7

6. PODSUMOWANIE

6.1. Ze wzrostem mocy elektrolitu zwiększa się szybkość procesu koagulacji (najszybciej w przypadku Fe(CN)₆^4-, najwolniej dla SO₄^2-).

6.2. Wielkość względnej wartości koagulacyjnej określa ilość dodanego elektrolitu w odniesieniu do elektrolitu wzorcowego (Fe(CN)₆^4-) i mówi o ile więcej trzeba go zużyć, aby wywołać ten sam efekt koagulacyjny.

6.3.Współczynnik aktywności dla roztworów bardzo rozcieńczonych jest mniejszy od 1 i odwrotnie proporcjonalny do mocy elektrolitu a wprostproporcjonalny do stężenia elektrolitu.

3

1

---