Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии - Фролов Ю. Г.
Скачать (прямая ссылка):
Нейтрализационная электролитная коагуляция характерна для коллоидных систем, содержащих слабо заряженные частицы. Концентрационная коагуляция обычно наблюдается в сильно заряженных дисперсных системах.
Введение электролитов снижает высоту потенциального барьера (см. рис. 46), но при небольших концентрациях электролита энергетический барьер остается достаточно велик и коагуляции частиц не происходит. Агрегация наступает при введении определенного для данной системы количества электролита, соответствующего порогу коагуляции. Порог быстрой коагуляции ск определяет количество электролита, необходимое для коагуляции единицы объема коллоидной системы при полном исчезновении потенциального барьера АЕ. При сохранении небольшого потенциального барьера в системе протекает медленная коагуляция.
При электролитной коагуляции по концентрационному механизму (для сильно заряженных частиц) порог коагуляции ск в соответствии с правилом Дерягина — Ландау (обоснование эмпирического правила Шульце — Гарди) обратно пропорционален заряду г противоионов в шестой степени, т. е.
При нейтрализационной коагуляции (при малых потенциалах поверхности сро частиц) показатель степени при г в уравнении (VI. 6| уменьшается до двух (правило Эйлерса — Корфа).
162
Работа 26. СИНТЕЗ ГИДРОЗОЛЯ ГИДРОКСИДА ЖЕЛЕЗА, ИЗУЧЕНИЕ ЕГО КОАГУЛЯЦИИ И СТАБИЛИЗАЦИИ
Цель работы: синтез гидрозоля гидроксида железа конденсационным методом; определение порога электролитной коагуляции золя и изучение зависимости его от заряда коагулирующего иона; определение защитного числа стабилизатора (высокомолекулярного соединения).
Гидрозоль гидроксида железа синтезируют методом конденсации путем проведения реакции гидролиза хлорида железа при 100°С: РеС13 + ЗН20 —> Ре(ОН)3 + ЗНС1
Реакция гидролиза РеС13 идет интенсивно с образованием высокодисперсных нерастворимых в воде частиц Ре(ОН)3.
Агрегативная устойчивость золя гидроксида железа обеспечивается прежде всего наличием на поверхности дисперсных частиц двойных электрических слоев. Элементарная частица такого золя называется мицеллой. В основе мицеллы лежит нерастворимый в данной дисперсионной среде агрегат, состоящий из множества молекул (атомов): [Ре(ОН)3]п, где п — число молекул (атомов), входящих в агрегат.
Поверхность агрегата может заряжаться благодаря избирательной адсорбции ионов из дисперсионной среды или диссоциации молекул в поверхностном слое агрегата. В соответствии с правилом Пескова — Фаянса адсорбируются преимущественно ионы, входящие в состав агрегата, либо специфически взаимодействующие с ним. Ионы, сообщающие агрегату поверхностный заряд, называются потенциалопределяю-щими. Заряженный агрегат составляет ядро мицеллы. При данном методе получения золя гидроксида железа ядро [Ре(ОН)3]„-тРе3+ имеет положительный поверхностный заряд за счет адсорбции ионов Ре3+ из среды (т — число адсорбированных ионов). Заряд ядра компенсируется эквивалентным зарядом противоположно заряженных ионов — противоионов, расположенных в объеме среды. Противоионы, находящиеся непосредственно у поверхности ядра (на расстояниях, близких к диаметрам ионов), помимо электростатических сил испытывают силы адсорбционного притяжения поверхности. Поэтому они особо прочно связаны с ядром мицеллы и носят название противоионов адсорбционного слоя (их число т — х). Остальные противоионы составляют диф-фузно построенную ионную оболочку и называются противоионами диффузного слоя (их число соответствует х).
Мицелла гидрофобного золя является электронейтральной. Формулу мицеллы ионостабилизированного золя гидроксида железа можно записать следующим образом:
, { [Ре(ОН)3]„ • тРе3+ ¦г(т-х) СГ} ЗхСГ
/ агрегат потенциал- противоионы ионы диф-
/ определяющие плотного фузного слоя
ионы слоя
ядро мицеллы
коллоидная частица
мицелла
В формуле мицеллы границы коллоидной частицы обозначены фигурными скобками. Толщина адсорбционного слоя б мала (<1 нм)'
7*11»
163.
и постоянна. Толщина диффузного слоя % существенно больше,, (может быть >10 нм)~п сильно зависит от концентрации электролитов в системе [см. уравнение (111.16)]. При высоких концентрациях электролитов или при введении многозарядных ионов ионный фактор к становится большим, а толщина X — 1/х мала и стремится к нулю. В пределе 1 = 0 и частица незаряжена. В этом случае противоионы адсорбционного слоя полностью компенсируют поверхностный заряд ядра. В результате достигается так называемое изоэлектрическое состояние, часто сопровождающееся потерей агрегативной устойчивости системы.
Написанная выше формула мицеллы является только качественной, она позволяет судить о структуре поверхностных ионных слоев, но непригодна для количественной характеристики состава коллоидных частиц.
В процессе коагуляции высокодисперсного золя гидроксида железа' образуются сравнительно небольшие по размерам седиментационно устойчивые агрегаты. Поэтому исследование коагуляции частиц Ре(ОН)3 удобнее всего проводить с помощью турбидиметрического метода (см. работу 17). Применимость этого метода основывается на сильной зависимости интенсивности светорассеяния от размеров частиц. ГТргт' коагуляции частиц она повышается, соответственно увеличивается оптическая плотность золя. Поскольку при прохождении светового потока через окрашенные золи часть света рассеивается, а часть поглощается, то при изучении коагуляции в таких системах методом турбидиметрии необходимо исключить поглощение света. Для золя Ре(ОН)3 этого можно достичь, проводя измерения при красном светофильтре, т. е. при длине волны падающего света X = 620—625 нм.
