Wprowadzenie

Stan koloidalny jest stanem skupienia materii, w którym wyróżnia się 2 fazy: rozpraszającą (ośrodek dyspersyjny) i rozproszoną. Charakteryzuje się niskim stopniem rozdrobnienia (drobiny rozproszone od 1 do 500nm. Koloidy mogą być 1-składnikowe (izo-dyspersyjne) lub kilkuskładnikowe (poli-dyspersyjne). Ośrodkiem dyspersyjnym może być zarówno gaz, ciecz jak i ciało stale - niemożliwe jest jedynie tworzenie koloidów w których gaz rozproszony jest z gazie, gdyż mieszają się ze sobą cząsteczkowo.

Doświadczenie 1

Wprowadzenie

Koloidy otrzymuje się na 2 podstawowe sposoby: przez dyspersje i kondensacje. Metody dyspersyjne polegają na rozdrobnieniu cząstek do odpowiednio małych wymiarów, natomiast metody kondensacyjne polegają na łączeniu się cząsteczek w większe zespoły, aby mogły osiągnąć rozdrobnienie koloidalne. Jeśli ośrodek rozpraszający łatwo łączy się z fazą rozproszoną koloid jest liofilowy, jeśli nie - liofobowy. Koloidy liofobowe stabilizuje często ładunek elektryczny.

Cząstki koloidalne adsorbują jony, przez co na ich powierzchni powstaje ładunek elektryczny. W ten sposób powstaje warstwa elektryczna złożona z 2 powłok : wewnętrznej i zewnętrznej. Znak ładunku na powierzchni cząstki nie jest cecha charakterystyczna, zależy od środowiska.

Przebieg

Do 2 probówek zawierających ok. 1 cm³ wody destylowanej dodano ok. 0,1g hematytu i wstrząśnięto. Do jednej dodano kilka kropel wody a do drugiej parę kropel roztworu NaOH o stężeniu 0,1 kmol/m³ i ponownie wstrząśnięto.

Obserwacje

Próbówka do której dodano wody: zawartość jest mętna, w czasie praktycznie się nie zmienia. Pod mikroskopem wyraźnie widać drobiny fazy stałej, które są w ruchu.

Probówka, do której dodano roztwór NaOH: hematyt opada na dno, pod mikroskopem widać drobiny fazy stałej, nie są one jednak w ruchu.

Wnioski

Doświadczenie zostało źle wykonane - prawdopodobnie dosypano zbyt wiele hematytu. Roztwór NaOH powinien stabilizować koloid, tymczasem czastki hematytu natychmiast opadły na dno

Doświadczenie 2

Koloid, którego ośrodkiem dyspersyjnym i faza rozproszona jest ciecz nazywamy emulsją. Koloid wody i oleju jadalnego jest koloidem liofobowym. Koloidy liofobowe często potrzebują czynnika stabilizującego.

Przebieg

Do dwóch probówek zawierających po 1 cm³ wody destylowanej dodano po kilka kropel oleju jadalnego. Do jednej z probówek dodano również kilka kropel roztworu detergentu.

Obserwacje

Zawartość probówki, w której była jedynie woda i olej szybko się rozwarstwiła, natomiast zawartość drugiej probówki była biała i mętna, powoli się rozwarstwiała, na wierzchy powstała piana.

Interpretacja

Detergent wytworzył na powierzchni cząstek oleju warstwę ochronną, zapobiegając rozwarstwieniu

Wnioski

Detergent jest środkiem powierzchniowo czynnym, stabilizuje emulsje substancji liofobowych.

Doświadczenie 3

Kondensacyjna metoda otrzymywania koloidu polega na łączeniu cząsteczek aż do uzyskania rozmiarów od 1 do 100nm.

3.1

Przebieg

Do zlewki zawierającej 5cm³ wrzącej wody destylowanej dodano ciągle mieszając kilka kropel roztworu FeCl₃ o stężeniu 0,1 kmol/m³, ponownie ogrzano do wrzenia i gotowano przez 2 minuty.

Obserwacje

Zawartość probówki zaraz po dodaniu FeCl₃ była mętna. Po zagotowaniu roztwór koloidalny Fe(OH )₃ stał się klarowny i ciemnoczerwony.

Interpretacja

Chlorek żelaza przereagował z wodą dając wodorotlenek żelaza

FeCl₃ + 3H₂O Fe(OH)₃ + 3HCl

Wnioski

Cząsteczki Fe(OH)₃ połączyły się w cząstki koloidu, i uległy hydratacji.

3.2

Przebieg

Do probówki zawierającej 1 cm³ tiosiarczanu sodu Na₂S₂O₃ o stężeniu 1kmol/m³) dodano 1cm roztworu kwasu siarkowego (o takim samym stężeniu jak tiosiarczan sodu), następnie ogrzano probówkę w kąpieli we wrzącej wodzie.

Obserwacje

Zawartość probówki stałą się bardziej żółta niż na początku

Interpretacja

Kwas siarkowy przereagował z tiosiarczanem sodowym, dając drobiny siarki, które uległy kondensacji dając koloidalną siarkę

Doświadczenie 4

Koagulacja jest to proces polegający łączenia się cząstek fazy rozproszonej koloidu w większe zespoły tworzące fazę ciągłą o nieregularnej strukturze, zole przechodzą w żele lub osady.

4.1

Przebieg

Do trzech probówek z wodorotlenkiem żelaza dodano po 2 cm³: do pierwszej probówki NaCl, do drugiej Na₂SO₄ (stężenie obu to 0,5 kmol/m³) a do trzeciej nasyconego roztworu NaCl, czwartą zostawiono dla porównania.

Obserwacje

- Probówka z NaCl o stężeniu 0,5 kmol/m³: zawartość zmąciła się, stała się jaśniejsza

- Próbówka z roztworem Na₂SO₄: Najjaśniejsza i najmniej mętna ze wszystkich próbek

- Probówka ze stężonym roztworem NaCl: najciemniejsza i najbardziej mętna

Interpretacja

Roztwór elektrolitu rozcieńczył roztwór wodorotlenku żelaza, elektrolit spowodował jego koagulacje, wskutek czego wytrąciły się cząstki powodujące zmętnienie

Wnioski

Im elektrolit mocniejszy tym szybciej i mocniej zachodzi koagulacja.

4.2

Przebieg

Do probówki zawierającej 1 cm³ roztworu CuSO₄ (0,5 kmol/m³) dodano 3 cm3 AKT i 3 krople HCl (2 kmol/m³) i ogrzewano we wrzącej wodzie przez 3 minuty

Obserwacje

Początkowo zawartość probówki była jasna i mętna, po podgrzaniu stała się gęstsza, nabrała koloru ciemnosinokoperkowego.

Interpretacja

Pod wpływem temperatury i elektrolitu zol siarczku miedzi koagulował.

Wnioski

Zol siarczku miedzi jest mniej skłonny do koagulacji niż wodorotlenek żelaza. Aby skoagulował potrzebne są 2 czynniki: temperatura i elektrolit

Doświadczenie 5

Przebieg

Do probówki zawierającej 2 cm³ kwasu solnego (2kmol/m³) dodano wstrząsając 2 cm³ 10% roztworu krzemianu sodu.

Obserwacje

Na samym początku powstały roztwór był mętny, następnie zaczęły na powierzchni wytrącać się kłaczki, aż cała zawartość probówki zmieniła się z przezroczysty żel

Interpretacja

Wodór z kwasu solnego wyparł sod z krzemianu sodu dając żel kwasu krzemowego Na₂SiO₃ + 2 HCl H₂SiO₃ + 2 NaCl

Wnioski

Kwas krzemowy od razu po powstaniu przeszedł w żel, co daje podstawę to stwierdzenia, że jego typowym stanem jest właśnie żel.

Doświadczenie 6

Przebieg

Zol wodorotlenku żelaza i jego skoagulowaną zawiesinę przesączono przez bibułę filtracyjną umieszczoną w lejku

Obserwacje

Na sączku przez który przesączono skoagulowaną zawiesinę zostało więcej wodorotlenku żelaza, przesącz był jaśniejszy niż w przypadku zolu

Wnioski

Sączek słabo zatrzymuje małe cząstki zolu, ale po koagulacji cząstki są większe i więcej zostaje ich na sączku

Ogólne wnioski:

Aby doświadczenie udało się, należy stosować się wskazówek zawartych w instrukcji. Przeprowadzone doświadczenia umożliwiły obserwację różnych sposobów koagulacji zoli (w żel lub osad) o różnych przyczynach - pod wpływem elektrolitu (w różnym stopniu, w zależności od stężenia elektrolitu - im więcej, tym szybsza i mocniejsza koagulacja) lub wysokiej temperatury, oraz sposoby stabilizowania zolów liofobowych (elektrolit, detergent). Umożliwiły też porównanie własności fizycznych zolu i zawiesiny (wielkość cząstek).

Literatura

1. Barbara Wróbel „Stan koloidalny materii”

2. Jacek Młochowski „Podstawy chemii”

Wydział Geoinżynierii Bożków, 08.03.2005

Górnictwa i Geologii

Politechniki Wrocławskiej

Chemia

Sprawozdanie z ćwiczenia pt.

„Stan koloidalny materii”

Prowadzący: mgr Bajda

Grupa: środa 11¹⁵-13

Anna Uciechowska

135868

---