Уравнение взаимной коагуляции золей гидроксида железа и берлинской лазури

Золь гидроокиси железа имеет положительно заряженные частички, поэтому коагулирующее действие на него будут оказывать ионы Сl — и SO 2- ₄.

Для определения порога коагуляции используют растворы 3N КС1 и 0,02N K₂S0₄. Из исходных растворов путем последовательного их разбавления готовят 6 растворов различных концентраций по 5 см 3 . Растворы КС1 готовят таким же образом, как в первой части. Растворы К₂S0₄ готовят следующим образом: наливают в первую пробирку 5 см 3 исходного раствора 0,02N К₂SО₄, 5 см 3 воды и встряхивают. Из первой пробирки 5 см 3 переносят во вторую пробирку, туда же добавляют 5 см 3 воды и встряхивают. Из второй пробирки 5 см 3 раствора переносят в третью пробирку и т.д. Добавляют к каждому раствору по 5 см 3 золя гидрата окиси железа перемешивают и примерно через сутки одновременно отмечают пробирки, в которых произошла явная коагуляция золя.

На основании результатов наблюдений вычисляют порог коагуляции, коагулирующее действие и соотношение между коагулирующими действиями ионов Сl — и SO 2- ₄.

Полученные данные записывают в таблицу 6.

Взаимная коагуляция золей берлинской лазури

И гидрата окиси железа

Золи берлинской лазури и гидрата окиси железа имеют противоположно заряженные частички, поэтому при определенном соотношении возможна их взаимная коагуляция.

В шести пробирках готовят смеси золей согласно таблице 7. Взбалтывают и примерно через сутки отмечают результаты опыта в каждой пробирке.

Таблица 7 — Взаимная коагуляция золей берлинской лазури

и гидрата окиси железа

3. ПОСТРОЕНИЕ КАСАТЕЛЬНОЙ К КРИВОЙ В ДАННОЙ ТОЧКЕ ПРИ ГРАФИЧЕСКОМ ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИИ

При графическом дифференцировании к данной точке на кривой касательную проводят с помощью зеркала и линейки. Сначала строят нормаль к касательной в данной точке кривой. Для этого плоское зеркало устанавливают на ребро поперек кривой и, поворачивая, его вокруг точки 0, добиваются того, чтобы кривая плавно переходила в свое отражение, т. е. чтобы кривая и ее отражение в зеркале не образовывали излома. Определим нужное положение зеркала, вдоль него проводят прямую линию, которая и будет нормалью к касательной в точке 0 (на рисунке 13 нормаль к касательной обозначена АВ). Перпендикуляр к нормали (СД), проведенный с помощью циркуляра и линейки, представляет собой касательную, проведенную к кривой в точке 0.

Рисунок 13 — Пример построения касательной к кривой Р в

точке с помощью зеркала, циркуля и линейки

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

1. При включении электроплитки в сеть проверить целостность шнура и исправность розетки.

2. Нагрев колбы производить на водяной бане. Перенося колбу с горячей жидкостью, ее следует брать полотенцем, при этом колбу нужно держать обеими руками, одной — за дно, другой — за горловину.

3. При порезе рук стеклом – удалить из раны мелкие осколки стекла, промыть 2% раствором спирта, смазать йодом, забинтовать.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется коагуляцией, порогом коагуляции, коагулирующим

действием? Виды коагуляции.

2. Правила коагуляции.

3. Теория быстрой коагуляции Смолуховского. Вывод основного уравнения

4. Теория коагуляции золей электролитами.

5. Аддитивность, синергизм, антагонизм электролитов.

6. Строение золя гидроокиси железа.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. – М.: Химия, 1989.- 464 с.

2. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. – М.: Химия, 1975. – 512 с.

3. Практикум по коллоидной химии / Под ред. И.С. Лаврова. – М.: ВШ, 1983. – 215 с.

4. Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии / Под ред. Ю.Г. Фролова, А.С. Гродского. – М.: Химия, 1986. – 215 с.

5. Фридрихсберг Д.Н. Курс коллоидной химии. — 2-е изд. – Л.: Химия, 1984. – 386 с.

6. Рубина Х.М., Добринская М.А., Романчук Л.А. Практикум по физической и коллоидной химии. – М.: ВШ, 1972. — 152 с.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Теоретические основы 2

1.1. Адсорбция. Теория адсорбции Ленгмюра. Уравнение Фрейндлиха 2

1.2. Поверхностное натяжение чистых жидкостей и растворов. Уравнение Гиббса 4

1.3. Суспензии, их свойства. Седиментационный анализ

1.4. Методы получения дисперсных систем. Коагуляция коллоидных раство-

2. Экспериментальная часть 10

2.1. Изучение адсорбции уксусной кислоты углем и определение констант уравнения Ленгмюра 10

2.2. Измерение поверхностного натяжения и вычисление адсорбции поверхностно-активного вещества 12

2.3. Седиментационный анализ суспензий 16

2.4. Получение коллоидов и их коагуляция электролитами 21

3. Построение касательной к кривой в данной точке при графическом дифференцировании 23

Список литературы 25

Редактор Л.А. Маркешина

Подписано в печать 04.07.02. Бумага газетная. Формат 60×84 1/16.

Гарнитура «Таймс». Печать трафаретная. Усл.-печ. л. 1,8. Уч.-изд. л. 1,6.

Тираж 50 экз. Заказ

Издательство Уфимского государственного нефтяного технического

Видео:Теория процесса коагуляцииСкачать

Лабораторная работа № 8. Получение и коагуляция золей гидроксида железа и берлинской лазури

Лабораторная работа № 8. Получение и коагуляция золей гидроксида железа и берлинской лазури

Цель: получить и изучить свойства некоторых золей

1. Получить золь гидроксида железа и золь берлинской лазури

2. Определить знак заряда золей гидроксида железа и берлинской лазури методом капиллярного анализа

3. Рассчитать порог коагуляции золей гидроксида железа и берлинской лазури под влиянием различных электролитов и сопоставить полученные данные с правилом Шульера-Гарди

Приборы и реактивы

1. Хлорид железа (III)

2. Желтая кровяная соль K4[Fe(CN)6]

3. Дистиллированная вода,

4. Раствор электролитов-коагуляторов: 1,0 и 3,0 М KCl; 0,005 М K2SO4; 0,03 М CaCl2; 0,003 М AlCl3; 0,0005 М K3[Fe(CN)6]

5. Электрическая плитка

6. Конические колбы

7. Пипетки 0,2 мл; 1,0 мл; 5,0 мл; 10 мл

8. Бюретки 50 мл

Порядок проведения работы

Получение золей химическими методами

1 Получение золя гидроксида железа. В конической колбе объемом 250 мл на электрической плитке нагревают до кипения 150 мл дистиллированной воды. Не снимал колбы, плитку выключают и небольшой струей вливают в воду пипеткой 5 мл концентрированного раствора хлорида железа. (Концентрированный раствор хлорида железа готовит лаборант: 50 мл дистиллированной воды
и 50 г FeCI3·6Н2О).

В этих условиях происходит гидролиз хлорида железа, в результате чего образуется коллоидный раствор гидроксида железа интенсивного красно-коричневого цвета, стабилизированный хлоридом железа (III).

Полученный золь охлаждают холодной водой до комнатной температуры, затем фильтруют сквозь складчатый фильтр, увлажненный дистиллированной водой. Золь должен казаться совершенно прозрачным в проходящем свете!

2 Получение золя берлинской лазури. В коническую колбу объемом 250 мл наливают 25 мл дистиллированной воды и добавляют микропипетками (емкостью 1 мл и 2 мл) 0,2 мл концентрированного раствора хлорида железа (III) и 2 мл насыщенного раствора желтой кровяной соли при перемешивании. Добавление концентрированного раствора хлорида железа рекомендуется производить пипеткой на 0,2 мл.

1 Заполнить таблицы 1 и 2, указать, каким методом получаются золи гидроксида окиси железа и берлинской лазури. Привести соответствующие уравнения реакций.

2 Как определяется знак заряда коллоидных частиц, что лежит в основе этого метода? Записать наблюдения и сделать вывод о знаке заряда коллоидных частиц гидроксида железа и берлинской лазури.

3 Сделать вывод, какие ионы электролита-коагулятора должны оказать коагулирующее действие на золи гидроксида железа и берлинской лазури.

4 Написать формулы мицелл полученных золей и рассмотреть их строение. Указать, какой электролит является стабилизатором золей гидроксида железа и берлинской лазури.

5 Рассчитать пороги коагуляции золей для каждого электролита-коагулятора.

Порог коагуляции выражается в миллимолях (ммоль) на литр золя. Суммарный объем растворов в каждой пробирке 10 мл, следовательно, концентрация золя во всех пробирках одинаковая. Если С – молярная концентрация раствора электролита, V – минимальное число миллилитров этого электролита, достаточное для коагуляции 10 мл золя, то CV дает число миллимолей электролита, добавленного к 10 мл золя. Для пересчета на 1 л золя CV надо умножить на 100, тогда порог коагуляции равен

ммоль/л.

6 Найти соотношение порогов коагуляции для одно-, двух — и трехзарядных ионов электролитов и сопоставить полученные данные с правилом значности Шульце-Гарди.

Таблица 1 – Коагуляция золя гидроксида железа под влиянием электролитов

Время начала опыта. час. мин Время окончания опыта. час. мин

Видео:Якута А. А. - Механика - Гидростатика. Уравнение Бернулли. Формула ПуайзеляСкачать

Уравнение взаимной коагуляции золей гидроксида железа и берлинской лазури

Видео:Разложение гидроксида меди (II) при нагревании I ЕГЭ по химииСкачать

Коагуляция золя гидроксида железа (III) под действием электролитов. Механизм коагуляции

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Разработка и внедрение программ, направленных на защиту окружающей среды и сохранение флоры и фауны водоемов, проходят в каждом регионе. Предприятия, осуществляющие слив сточных вод в естественные водоемы, несут бремя ответственности, а соблюдение ими правил организации стоков, очистки и обеззараживания загрязненной и бывшей в использовании воды контролируются на правительственном уровне. Именно поэтому вопросу выбора наиболее эффективной, безопасной и надежной системы очистки сточных вод уделяется особое внимание.

Метод коагуляции – новое направление в очищении и обеззараживании сточных вод. Сегодня существует несколько методов очищения загрязненных сточных вод, среди которых особую популярность получил коагуляционный метод очистки воды, относящийся к категории химических, не представляющий угрозы природе. Коагуляция воды направлена на качественную очистку подвергающихся обработке и переработке жидкостей, которые используются на промышленных объектах. Проведенное очищение и обеззараживание загрязненной воды позволяет вторично ее использовать или осуществлять сброс в реки, не нанося вред окружающей среде, живой флоре и фауне, что особенно важно сегодня, когда вопросам экологии и сохранения природных ресурсов уделяется столько внимания. Основная задача системы очистки стоков – удаление загрязнений, для которых подбирается строго определенный коагулянт для очистки воды с целенаправленным действием. Коагуляция позволяет эффективно очистить сточные воды с использованием специальных реагентов, нахождение в воде которых впоследствии не приведет к нарушению микрофлоры природного водоема, куда идет слив сточных вод предприятия.

Важнейшие экспериментальные факты, способные служить базой для построения теории коагуляции базируются на многообразии причин, вызывающих коагуляцию, на коагулирующем действии электролитов, на влиянии величины заряда иона-коагулятора 2.

Установленные закономерности коагуляции нашли свое выражение в правиле Шульце-Гарди, высказанном еще в конце XIX века 1.

В ходе развития представлений об устойчивости и механизмах коагуляции гидрофобных коллоидов растворами электролитов возникло много теорий, которые пытались объяснить три вопроса 2:

1) почему коагуляция наступает при определенной концентрации электролита-коагулятора; 2) почему при этом основную роль играет концентрация иона, несущего заряд, противоположный заряду частицы; 3) почему влияние заряда иона-коагулятора подчиняется закономерности, выраженной правилом Шульце-Гарди.

Все теории коагуляции в основном подразделяются на адсорбционные и электростатические 5. Современная физическая теория устойчивости и коагуляции коллоидных систем была развита Б.В.Дерягиным и Л.Д.Ландау (1937), Э.Фервеем и Я.Овербеком (1941). В соответствии с первыми буквами фамилий авторов теория носит название ДЛФО. Согласно этой теории, между любыми частицами при их сближении возникает расклинивающее давление разделяющей жидкой прослойки в результате действия сил притяжения и отталкивания. Состояние системы зависит от баланса энергии притяжения и энергии отталкивания. Преобладание энергии отталкивания приводит к устойчивости системы. Преобладание энергии притяжения вызывает нарушение агрегативной устойчивости, т.е. коагуляцию [1,5,6].

Коагуляция сложный процесс, который зависит как от природы золя, так и от природы коагулирующих электролитов. Настоящая работа посвящена изучению закономерностей и механизма коагуляции под действием индифферентных электролитов на примере коллоидной системы – золя Fe ( OH )₃.

Васильевым С.Е. выполнена экспериментальная часть работы и изучен механизм коагуляции.

Коагуляция гидрофобных золей. Факторы, вызывающие коагуляцию

Лиофобные дисперсные системы (золи, суспензии, эмульсии) агрегативно неустойчивы, поскольку обладают избытком поверхностной энергии Гиббса. Процесс укрупнения частиц (коагуляция) протекает самопроизвольно, так как он ведет к уменьшению удельной поверхности и снижению поверхностной энергии Гиббса. Коагуляция представляет собой процесс слипания (или слияния) частиц дисперсной фазы при потере системой агрегативной устойчивости 5.

При коагуляции изменяются физико-химические свойства систем: появляется мутность, снижается осмотическое давление, изменяются электрическая проводимость и характер вязкости. На изменении физико-химических свойств основаны методы наблюдения и изучения процесса коагуляции.

Фактором, вызывающим коагуляцию, может быть любой агент, нарушающий агрегативную устойчивость системы, например изменение температуры (сильное нагревание или охлаждение вплоть до замораживания), механическое воздействие (интенсивное встряхивание, перемешивание, перекачивание по трубам), действие света и различного рода излучений, действие электрических зарядов. Однако наиболее важным фактором является действие электролитов. Электролиты, добавляемые к золям, чрезвычайно быстро и резко влияют на толщину ДЭС и на -потенциал, являющийся одним из главных факторов устойчивости гидрофобных коллоидных систем.

1.1. Коагуляция под действием электролитов. Правило Шульце-Гарди

Наблюдения Г.Шульце (1882) показали, что коагулирующей способностью обладает один из ионов добавляемого электролита (ион-коагулятор). Коагулирующая способность иона-коагулятора возрастает с увеличением его заряда (правило Шульце). Несколько позже М.Гарди (1900) нашел, что заряд коагулирующего иона всегда противоположен заряду коллоидной частицы (правило Гарди). Следовательно, коагуляцию отрицательного золя вызывают катионы добавленного электролита. Для золя с положительно заряженными частицами ионами-коагуляторами являются анионы 4.

Закономерности, найденные Шульце и Гарди и подтвержденные многочисленными исследователями, известны как правило Шульце-Гарди:

коагулирующим действием обладает тот ион электролита, который имеет заряд, противоположный заряду гранулы; коагулирующее действие тем сильнее, чем выше заряд иона-коагулятора (правило значности).

Порогом коагуляции () называют наименьшее количество электролита, необходимое для коагуляции 1 м 3 золя. Его выражают в ммоль/л или моль/л.

Для расчета порога коагуляции достаточно умножить концентрацию электролита с (кмоль/м 3 ) на объем его раствора, вызвавшего коагуляцию, V (м 3 ), и произведение разделить на взятый объем золя W (м 3 ):

Б.В.Дерягиным выведено уравнение зависимости порога коагуляции от валентности коагулирующего иона Z:

где А обобщенная константа;  — диэлектрическая проницаемость среды; Т – температура.

Величину, обратную порогу коагуляции, называют коагулирующей способностью и обозначают V_к . Коагулирующую способность рассчитывают по формуле:

Коагулирующая способность выражает число объемов золя, скоагулированных 1 моль (или ммоль) иона-коагулятора.

Необходимо иметь в виду, что величина порога коагуляции зависит от ряда условий: от момента его фиксирования после внесения электролита, от метода наблюдения, от концентрации исследуемого золя и др., — которые необходимо указывать при определениях порога коагуляции. Наиболее распространенные методы определения порога коагуляции состоят в наблюдениях за изменением светорассеяния (через определенное время после смешивания золя с электролитом) или в титровании золя раствором электролита до начала явной коагуляции.

1.2. Экспериментальная часть

Для изучения процесса коагуляции получаем агрегативно устойчивый золь Fe ( OH )₃ по реакции гидролиза:

В колбу наливаем 150 мл дистиллированной воды и нагреваем до кипения. В кипящую воду порциями приливаем 15 мл 5%-го раствора хлорного железа и продолжаем кипячение получившегося раствора ещё 7 минут до получения красно-вишнёвого цвета.

Формула мицеллы золя Fe ( OH )₃:

Для золя Fe ( OH )₃ с положительно заряженными коллоидными частицами ионами-коагуляторами по правилу Шульце-Гарди во вводимых в золь электролитах: NaCl , Na ₂ SO _4, K ₃[ Fe ( CN )₆] – будут являться анионы: Cl — , SO ₄ 2- , [ Fe ( CN )₆] 3- , т. к. их заряд противоположен заряду коллоидных частиц.

1.2.1. Определение влияние заряда иона-коагулятора на коагуляцию

В три пробирки наливаем 5 мл полученного и охлажденного до комнатной температуры золя Fe ( OH )₃. В каждую пробирку по каплям добавляем из бюретки раствор электролита до появления первых признаков коагуляции (мутность раствора).

Природа добавляемых электролитов указаны в таблице 1. Полученные результаты сводим в таблицу 1.

Объем электролита, пошедшего на коагуляцию, мл

Объем электролита, пошедшего на коагуляцию в пересчете на 0,001 N раствор, мл

🎬 Видео

Физиология. Глава 4. Кровь. Каскады коагуляции. Продвинутый уровеньСкачать

Классификация гидроксидов. Основания. Неорганическая химия.Скачать

Вычислительная гидродинамика (ВГД). Уравнение Рейнольдса и метод конечных объемовСкачать

Взаимное притяжение и отталкивание молекул | Физика 7 класс #6 | ИнфоурокСкачать

Физиология. Глава 4. Кровь. Вторичный гемостаз. Каскады коагуляцииСкачать

гидроборирование-окислениеСкачать

25. Схема реакции и химическое уравнениеСкачать

Задача недели. Химия. №43. Законы РауляСкачать

Вязкость и течение Пуазёйля (видео 14) | Жидкости | ФизикаСкачать

079 Растворение целлюлозы в амиачном расворе гидроксида медиСкачать

Генетическая связь углеводородов, спиртов, альдегидов и карб. кислот | Химия 10 класс #33 | ИнфоурокСкачать

Теории кислот, оснований и растворов. Теория Аррениуса-Оствальда. 11 класс.Скачать

Расстановка коэффициентов в окислительно-восстановительных реакцияхСкачать

045 Взаимодействие фенола с гидроксидом нарияСкачать

Химия. Взаимное влияние атомов в молекулах. Центр онлайн-обучения «Фоксфорд»Скачать

Взаимное влияние атомов и функциональных групп. Индуктивный и мезомерный эффекты.Скачать