Gr. 34 Zespół 1	Ćwiczenie nr 6	Data: 23 listopada 2000
Mierzwa Rafał Rynduch Zygmunt Mielnik Michał	Otrzymywanie i własności roztworów koloidalnych.	Ocena:

1. Wstęp teoretyczny.

Określenie stan koloidalny dotyczy mieszanin niejednorodnych fizycznie i chemicznie o określonym stopniu rozdrobnienia faz:

- rozpraszającej (ciągły ośrodek dyspersyjny)

- rozproszonej (dyspersyjnej) - rozmiar cząstek w granicach 1-500 nm.

Każda z faz może być w dowolnym stanie skupienia, przy czym obie równocześnie nie mogą być gazami. Najbardziej rozpowszechnione są układy z ciekłym ośrodkiem dyspersyjnym, czyli roztwory koloidalne (zole). Podział koloidów można przeprowadzić także ze względu na powinowactwo fazy rozproszonej do rozpraszającej (koloidy liofilowe i liofobowe) lub rozmiar cząstek fazy dyspersyjnej (koloidy fazowe, cząsteczkowe i micelarne).

Koloidy są układami nietrwałymi termodynamiczne. Czynnikami, które je stabilizują są solwatacja cząsteczek fazy rozproszonej i ładunek elektryczny cząstek fazy rozproszonej. Zobojętnienie ładunku lub desolwatacja powodują zmniejszenie się stopnia dyspersji układu i koagulację koloidu (wydzielenie się fazy rozproszonej). W zależności od charakteru koloidu proces koagulacji można wywołać przez:

- dodatek elektrolitu lub koloidu o przeciwnym ładunku

- naświetlanie promieniowaniem jonizującym

- ogrzewanie

- dodanie środków desolwujących

- działania mechaniczne np. wstrząsanie

- odparowanie lub wymrożenie ośrodka dyspersyjnego

Porównanie budowy i własności koloidów.

Koloidy liofilowe są silnie zsolwatowane, ładunek elektryczny na ich powierzchni jest nieduży lub nie występuje. Faza dyspersyjna układu, którą stanowią makrocząsteczki, może mieć w duże stężenie. Są wrażliwe na działanie środków desolwatujących natomiast elektrolity dopiero w dużych stężeniach powodują ich wysalanie. Koloidy liofilowe mają znaczną lepkość, łatwo tworzą pianę lub galaretę, pęcznieją a ich koagulacja jest odwracalna.

Własności koloidów liofobowych są dokładnie odwrotne. Cząstki fazy rozproszonej stabilizowane przez ładunek elektryczny rozmieszczony na powierzchni nie ulegają solwatacji. Każda cząstka (zwykle są to zespoły zwykłych cząsteczek) otacza się dwoma warstwami jonów i dipoli, z których pierwsza, silnie zaadsorbowana na powierzchni, jest nieruchoma, zaś druga to warstwa dyfuzyjna, niezwiązana bezpośrednio z cząstką koloidu.

Pomiędzy tymi powłokami powstaje określony skok potencjału nazywany potencjałem elektrokinetycznym. Pod wpływem elektrolitów koloidy liofobowe koagulują nieodwracalnie, ale są odporne na działanie środków desolwatujących. Ich stężenia są na ogół niewielkie, nie tworzą pian ani galaret, nie pęcznieją i mają małą lepkość.

2. Wykonanie ćwiczenia

Koagulacja zolu uwodnionego tlenku żelazowego elektrolitami.

- sporządzamy 0,25n zol uwodnionego tlenku żelazowego.

- 10ml zolu miareczkujemy kolejnymi roztworami elektrolitów do momentu zmętnienia; oznaczenie powtarzamy dwukrotnie

- na podstawie średniej objętości elektrolitów zużytych do miareczkowania opracowujemy wyniki

V_mix=V_śr+10ml

1 gramorówn.=M/W

roztwór 1n=1 gramorów./litr

-m _xgramorówn.- masa odpowiadająca ilości gramorównoważników wprowadzonych do mieszaniny w objętości V_śr elektrolitu

-M - masa molowa elektrolitu

-W - wartościowość anionu

Badany elektrolit	Zużyta objętość roztworu [ml]			Objętość mieszaniny w kolbie w momencie zaobserwowania koagulacji Vmix[ml]	Stężenie elektrolitu powodujące koagulację z [gramorówn./l]
		V1	V2			Vśr
0,001n K4[Fe(CN)6]	3,2	3,3	3,35	13,35	0,000089n
0,001n K3[Fe(CN)6]	4,8	4,8	4,80	14,80	0,000149n
0,01 n K2CrO7	2,5	2,6	2,55	12,55	0,000415n
2 n KNO3	2,3	2,4	2,35	12,35	0,000917n

Siła jonowa roztworu

J - siła jonowa

c - stężenie jonu

W - wartościowość jonu

Prawo graniczne Debye'a-Huckla

f - współczynnik aktywności jonu

A - współczynnik zależny od temperatury; przyjmujemy A=0,5

Badany elektrolit	Siła jonowa J*10^-4	Stężenia mol/dm^3 molowe		J^1/2	-lg f	lg f	f	Względne wartości koagulacyjne
									Kationu	anionu
0,001n K4[Fe(CN)6]	2,23	8,90⋅10^-5	2,23⋅10^-5	0,0149	0,1193	-0,119	0,7597	1
0,001n K3[Fe(CN)6]	2,98	1,49⋅10^-4	4,97⋅10^-5	0,0172	0,0777	-0,078	0,8362	0,45
0,01n K2Cr2O7	6,23	4,15⋅10^-4	2,08⋅10^-4	0,0249	0,0499	-0,050	0,8915	9,28
2n KNO3	9,17	9,17⋅10^-4	9,17⋅10^-4	0,0302	0,0151	-0,015	0,9657	48,4

Wartość koagulacyjną jonu [Fe(CN)₆]4- przyjmujemy za równą jeden. Na tej podstawie ustalamy względne wartości koagulacyjne pozostałych anionów.

Kolejne miareczkowanie zolu z dodatkiem żelatyny roztworem KNO₃ dało następujące wyniki:

• roztwór: 10 ml zolu + 0,75 ml żelatyny V_elektrolitu = 1,70 ml

• roztwór: 10 ml zolu + 1,00 ml żelatyny V_elektrolitu = 2,95 ml

• roztwór: 10 ml zolu + 1,50 ml żelatyny V_elektrolitu = 3,55 ml

Wnioski

Wprowadzanie elektrolitu do zolu powoduje zobojętnianie ładunku elektrycznego (dodatniego) na powierzchni miceli. Po przekroczeniu punktu izoelektrycznego zolu następuje jego koagulacja, którą obserwujemy jako zmętnienie mieszaniny. Działanie koagulacyjne elektrolitu jest tym silniejsze, im większa jest wartościowość jonu o znaku przeciwnym.

Wprowadzenie do roztworu koloidalnego żelatyny zmienia jego właściwości w zalężności od jej ilości. Mała ilość żelatyny ułatwia przejście zolu w żel, natomiast większa ilość działa stabilizująco na roztwór.

Literatura

"Chemia fizyczna" praca zbiorowa pod red. B. Kamieńskiego, PWN W-wa 1980

1

3

---