Imię i nazwisko
Imię i nazwisko
Grupa
Ćwiczenie 3
Temat: Koloidy
I. Część teoretyczna
Koloidami nazywamy układy najczęściej dwuskładnikowe o wyglądzie układów fizycznie jednorodnych. Składnikami koloidów są ośrodek rozpuszczający i faza rozpuszczana, której w skład wchodzą cząsteczki charakterystyczne dla substancji koloidalnych o wymiarach od 1 nm do 500 nm. Choć uważa się że nie ma substancji koloidalnych i niekoloidalnych, lecz że istnieje tylko pewien stan koloidalny, który jest stanem skupienia materii , podobnie jak stan stały, gazowy i ciekły. Ponieważ koloidy mają określony stopień rozdrobnienia to do ich otrzymywania stosuje się metody: dyspersyjną (rozdrobnienie cząsteczek) oraz kondensacyjną (łączenie cząsteczek). Koloidy dzielimy na fazowe, cząsteczkowe oraz asocjacyjne.
Koloidy fazowe charakteryzuje to, że cząsteczka koloidalna nie jest cząsteczka chemiczną substancji. Powierzchnia cząsteczki jest siedliskiem ładunku elektrycznego a to z kolei warunkuje pewne cechy charakterystyczne jak np. uleganie koagulacji pod wpływem małych ilości elektrolitów. Co prawda agregacja, jak i dezagregacje cząsteczek fazy rozproszonej prowadzi do powstania nowych cząsteczek jednak są one o jednakowym charakterze chemicznym. Do koloidów fazowych zaliczamy: sole metali szlachetnych (Au, Ag, Pt) oraz uwodnione tlenki metali.
Koloidy cząsteczkowe stanowią układy fizycznie jednorodne i rozpuszczają się samorzutnie w odpowiednich rozpuszczalnikach. W przeciwieństwie do koloidów fazowych cząsteczka koloidalna jest cząsteczka chemiczną (tzw. makrocząsteczką), charakter koloidalny jest wynikiem budowy chemicznej. Do koloidów cząsteczkowych należą: białko, żelatyna oraz polimery.
Koloidy asocjacyjne (micelarne) składają się z cząsteczek powstałych przez asocjację cząsteczek substancji rozpuszczonej. W koloidach asocjacyjnych zachodzi równowaga między pojedynczymi cząsteczkami, a ich zespołami, charakter ten zależy od temperatury i stężenia roztworu. Do koloidów asocjacyjnych zaliczamy oleinian sodu, mydła i garbniki w roztworach wodnych.
Cechy charakterystyczne układów koloidalnych:
Ruchy Browna są cechą charakterystyczną dla stany koloidalnego, które polegają na nieustalonych, chaotycznych ruchach postępowych, obrotowych i drgających cząstek fazy rozpuszczonej w wyniku uderzeń przez cząsteczki ośrodka dyspersyjnego, który znajduje się w ciągłym ruchu termicznym.
Efekt Tyndalla jest kolejną cechą koloidów, zjawisko to polega na uginaniu się promieni światła na cząsteczkach fazy rozproszonej, a światło staje się widoczne w postaci tzw. stożka Tyndalla.
Ładunek elektryczny cząstki koloidalnej powstaje wskutek absorpcji jonów elektrolitu z roztworu. W wyniku tego tworzy się podwójna warstwa elektryczna składająca się z dwóch powłok - wewnętrznej (absorpcyjnej) i zewnętrznej (dyfuzyjnej).
Następną cechą charakterystyczną dla układów koloidalnych jest to, że jego cząstek nie można oddzielić przez sączenie. Cząstki koloidów mogą tworzyć z cząstkami ośrodka dyspersyjnego trwałe agregaty typu solwatów, mogące wydzielać się z roztworów wraz z cząstkami koloidów. Taki typ koloidów nazywamy liofilowymi, jeśli cząstki koloidalne nie łączą się z cząstkami rozpuszczalnika, nazywamy je koloidami liofobowymi.
II. Część doświadczalna
Doświadczenie I
Do trzech probówek wlewamy 10 cm3 gorącej żelatyny. Pierwszą traktujemy jako wzorzec. Do drugiej wlewamy 10 kropli K2Cr2O7. Substancja zabarwia się na kolor żółty. Do trzeciej probówki wlewamy MgCl2. Nie stwierdzamy zmian. Po ochłodzeniu zauważamy zastygnięcie substancji. Po dodaniu AgNO3 do drugiej probówki zauważamy białe zmętnienie. Natomiast po dodaniu NH4OH do trzeciej probówki zauważamy błękitne zmętnienie.
Doświadczenie II
Do pierwszej probówki wlewamy C6H5CH3, a do drugiej CH3OH. Później do każdej z nich wlewamy po 10 kropli NaCl. Obie substancje dzielimy na dwie równe części, pierwsze dwie traktujemy jako wzorzec, a do dwóch pozostałych wlewamy po 10 kropli roztworu mydła i energicznie potrząsamy. W porównaniu probówki z mieszaniną C6H5CH3 i roztworu mydła i probówki z C6H5CH3 nie zaobserwowaliśmy żadnych zmian. Natomiast w porównaniu probówki z mieszaniną CH3OH i roztworu mydła oraz probówki z CH3OH zaobserwowaliśmy zmętnienie substancji CH3OH i roztworu mydła.
Doświadczenie III
Do trzech probówek wlewamy taką samą ilość Na2SO4 i H2SO4 . Pierwszą traktujemy jako wzorzec. Dwie pozostałe wstawiamy do łaźni wodnej. Drugą probówkę wyciągamy po 5 min, a trzecią probówkę wyciągamy po 10 min. Substancja w pierwszej probówce zmętniała, druga substancja w porównaniu do wzorca ma odcień bielszy. Natomiast trzecia substancja w porównaniu do dwóch wcześniejszych ma jeszcze jaśniejszy odcień.
Na2SO4 + H2SO4 → Na2SO4 + SO4 + S + H2O
Doświadczenie IV
Do probówki wlewamy wodę destylowaną i dodajemy 1 cm3 NaOH. Po ogrzaniu i dodaniu FeCl3. Zaobserwowaliśmy wytrącający się osad. Podczas sączenia substancji z doświadczenia III zaobserwowaliśmy biały osad na sączku. Natomiast podczas sączenia substancji z doświadczenia IV zaobserwowaliśmy czerwony (rdzawy) osad na sączku.
FeCl3 + 3H2O → Fe(OH)3 + 3HCl
FeCl2 → Fe3+ + 2Cl-
+
H2O → OH- + H+
↓
FeOH2+
+
H2O → OH- + H+
↓
Fe(OH)2+
+
H2O → OH- + H+
↓
Fe(OH)3