Тема: КОЛЛОИДЫ

Мицеллой называется коллоидный агрегат, состоящий из ядра и двойного электрического слоя сольватированных ионов. Это наименьшее количество коллоидного вещества, способного к самостоятельному существованию и определяющего все основные свойства коллоидной системы.

 

Строение мицеллы рассмотрим на примере золя хлорида серебра, полученного реакций двойного обмена конденсационным методом:

AgNO3 + KCl => AgCl ¯ + KNO3

Для получения устойчивого золя, необходимо, чтобы один из электролитов был взят в избытке:

1. избыток AgNO3

{m [AgCl ] n Ag+ (n-x) NO3- 1 }x+ x NO3-1

2. избыток KCl

{m [AgCl ] n Cl-1 (n-x) K+ }x- x K+

 
 

Электрокинетический или дзета-потенциал z– это скачок потенциала между неподвижным слоем ионов, непосредственно прилегающих к твердой фазе, и подвижными ионами, т.е. скачок потенциала на границе адсорбционного и диффузного слоев.

 
 

где p=3.14; h- вязкость среды; D–диэлектрическая проницаемость; E– напряжение электрического поля; I– сила тока; u – скорость электрофореза; l - удельная электропроводность; v – объем перенесенной жидкости.

Электрофорез– движение частиц дисперсной фазы под действием внешнего электрического поля по направлению к противоположно заряженному электроду.

Отсутствие перемещения частиц свидетельствует о том, что частицы не имеют заряда и коллоидная система находится в изоэлектрическом состоянии (ИЭС).

Например, для золя гидроксида алюминия:

 

H2AlO3-1 + H+ < == > Al(OH)3 < == > OH-1 + Al(OH)2+

или AlO(OH)2-1 H3AlO3 или AlO+

z = 0

pH = ИЭТ

pH < ИЭТ ( изб. H+) pH > ИЭТ (изб.ОН-1)

Равновесие смещено влево Равновесие смещено вправо

z > 0 z < 0

Формула мицеллы приpH < ИЭТ:

{ m Al(OH)3 n AlO+ (n-x) Cl -1}x+ x Cl-1; обмен – анионный.

 

Формула мицеллы приpH > ИЭТ:

{ m Al(OH)3 n AlO(OH)2-1 (n-x) H+ }x- x H+; обмен – катионный.

При добавлении электролитов к золям, происходит сжатие диффузного слоя и уменьшение дзета-потенциала частицы.

Коагуляционная способность характеризуется порогом коагуляции. Порог коагуляции – это минимальная концентрация электролита, вызывающая коагуляцию ( в миллимолях на литр золя):

 
 

 

где Vэл – объем электролита; Vзоль - объем золя; Сэл - концентрация электролита.

При коагуляции золя электролитами наблюдается закономерность, известная под названием правила Шульце- Гарди:

1. Коагулирующим является тот из ионов электролитов, который несет заряд, противоположный по знаку заряду дисперсной фазы, т.е. для отрицательных золей коагулирующие ионы – катионы; для положительных – анионы.

2. Коагулирующее действие во много раз усиливается с увеличением валентности. Для одно-, двух- и трехзарядных ионов коагулирующая сила относится как 1:50:500. Коагулирующее действие – величина, обратная порогу коагуляции и для одновалентных ионов принимается равной единице.

 

 

 
 

Пример 1. В три колбы влили по 20 мл золя гидроксида железа. Для коагуляции золя потребовалось добавить в первую колбу 2.1 мл 1 Н раствора хлорида калия; во вторую – 12.5 мл 0.01 Н раствора сульфата натрия; в третью – 7.4 мл 0.001 Н раствора гексаферроцианида калия. Вычислите пороги коагуляции; рассчитайте, как соотносятся между собой когулирующие способности, определите знак заряда золя, напишите формулу мицеллы.

Рассчитаем пороги коагуляции электролитов:

 

2. Рассчитаем, как соотносятся между собой когулирующие способности (или коагулирующее действие – это величина, обратная порогу коагуляции):

 
 

3. Коагулирующие ионы – анионы, следовательно, по правилу Шульце-Гарди, заряд золя будет положительный и можно записать формулу мицеллы:

{ m Fe(OH)3 n FeO+ (n-x) Cl-1}x+ x Cl-1.

 

Пример 2.Золь получен смешиванием равных объемов 0.03-нормального раствора хлорида натрия и 0.001-нормального раствора нитрата серебра. Какой из электролитов будет иметь минимальный порог коагуляции для данного золя: бромид калия, нитрат бария, сульфат калия, фосфат калия?

Решение

1. При смешивании хлорида натрия и нитрата серебра получается золь хлорида серебра. Ядром мицеллы золя хлорида серебра является малорастворимое соединение AgCl, которое адсорбирует ионы, входящие в состав ядра и достраивающие его структуру.

2. Концентрация хлорида натрия (0.03) больше концентрации нитрата серебра (0.001), поэтому хлорид натрия дан в избытке. А т.к. в состав ядра входят ионы хлора, то на поверхности ядра будут адсорбироваться ионы хлора, присутствующие в растворе в избытке (они будут являться потенциалопределяющими ионами), а противоионами будут ионы натрия также присутствующие в растворе в избытке.

3. Т.к. потенциалопределяющие ионы хлора заряжены отрицательно, то заряд частицы золя тоже будет отрицательный: {m [AgCl ] n Cl-1 (n-x) Na+ }x- x Na+.

4. По правилу Шульце-Гарди для отрицательных золей коагулирующими ионами являются катионы, коагулирующее действие которых усиливается с увеличением валентности. В ряду приведенных электролитов-коагуляторов максимальный заряд катиона имеет барий, следовательно, нитрат бария обладает наибольшим коагулирующим действием, а т.к. порог коагуляции – величина обратная коагулирующему действию, то нитрат бария будет иметь минимальный порог коагуляции для данного золя.

 

Пример 3.Определите знак заряда и направление движения частиц в электрическом поле, если белок находится в растворе, состоящем из 7 мл 0.1-нормального раствора уксусной кислоты и 3 мл 0.1-нормального раствора ацетата натрия. Константа диссоциации уксусной кислоты равна 1.8 .10-5. Изоэлектрическая точка белка равна 3.8.

Решение

1. Рассчитаем рН буферного раствора:

2.
Т.к. рН буферного раствора больше ИЭТ (3.8), то белок заряжен положительно и в электрическом поле будет двигаться к отрицательно заряженному катоду.