Материал: лаба9,10,11
Порядок виконання роботи № 9.6
Одержання емульсії типу М/В
У пробірку наливають рівні об’єми води і бензолу, перемішують за допомогою скляної палички, яка вільно переміщується вздовж пробірки. Одержана емульсія швидко розшаровується. Потім у ту саму пробірку додають кілька краплин 2 %-го розчину мила або желатину. Після перемішування утворюється стійка емульсія.
Для визначення типу емульсії в пробірку з нею вносять кілька краплин бензольного розчину барвника і перемішують.
Порядок виконання роботи № 9.7
Одержання емульсії типу В/М
У пробірку наливають 6 мл 1 %-го розчину каучуку в бензолі, 2 мл води і перемішують. Додають дві краплі розчину барвника. Тип утвореної емульсії визначається під мікроскопом або методом розтікання краплини по парафіновій поверхні.
Порядок виконання роботи № 9.8
Одержання емульсій, стабілізованих порошками
У пробірку з бензолом або з гасом насипають золу і додають 2 мл води, перемішуючи вміст скляною паличкою. За методом зафарбовування визначають вид одержаної емульсії.
Для одержання емульсії типу м/в у пробірку з водою вносять порошок глини або крейди, потім додають масло і перемішують.
Порядок виконання роботи № 9.9
Емульсії соняшникової олії у воді
До 5 мл Н2О додають дві краплі масла і п’ять крапель 0,1 н розчину NaOH. Утворюється стійка емульсія масла у воді, стабілізована утвореним натрієвим милом.
Вид одержаної емульсії можна визначити одним з описаних способів.
Порядок виконання роботи № 9.10
Властивості пін
У воду додати кілька крапель 2 %-го розчину мила або желатину. При струшуванні утворюється стійка піна, час життя якої зростає зі збільшенням концентрації піноутворювача. Для зруйнування піни, в циліндр вносять одну-дві краплі 2 %-го розчину ізоамілового спирту або сірчистого ефіру.
67
Вплив концентрації та природи піноутворювача на стійкість піни можна спостерігати, якщо в циліндр місткістю 100 мл з притертою пробкою налити 50 мл дистильованої води і дві краплі ізоамілового спирту. Після стандартного струшування (5 – 10 разів) за допомогою секундоміра визначають час життя піни. Дослід повторюють, збільшуючи загальну кількість спирту до 30 краплин.
Дослід повторюють в аналогічній послідовності з розчинами желатину, сапоніну або мила.
Опрацювання результатів
На основі аналізу результатів дослідів та перевірки наявності світлорозсіювання слід зробити висновок про можливість отримання колоїдних розчинів та емульсій різними методами.
Питання для самоперевірки
1.Які розчини називають колоїдними?
2.Які існують методи одержання колоїдних розчинів?
3.Які існують методи одержання емульсій?
4.Сформулюйте основні умови одержання колоїдних розчинів.
5.Поясність будову міцели гідрозолю.
6.Запишіть формулу колоїдної міцели AgJ з позитивно зарядженою частинкою та вкажіть її структурні одиниці.
7.Запишіть формулу колоїдної міцели AgJ з від’ємно зарядженою частинкою та вкажіть її структурні одиниці.
8.Сформулюйте правило Панета-Фаянса.
Лабораторна робота № 10
ЕЛЕКТРОФОРЕТИЧНЕ ВИЗНАЧЕННЯ ЕЛЕКТРОКІНЕТИЧНОГО ПОТЕНЦІАЛУ
Мета роботи – навчитися визначати електрокінетичний ζ–потенциал методом електрофорезу.
Теоретичні відомості
На властивості колоїдних розчинів суттєво впливають потенціали, які класифікуються на міжфазний φ-потенціал та електрокінетичний ζ–потенціал. Міжфазний φ-потенціал змінюється в межах від поверхні ядра міцели до межі міцели з дисперсійним середовищем, електрокінетичний ζ–потенціал змінюється від межі ковзання дифузійного шару ПЕШ до межі міцели і дисперсійного середовища. Величина електрокінетичного потенціалу змінюється з концентрацією золю. За високих концентрацій ліозолю спостерігається зменшення ζ–потенціалу внаслідок стиснення дифузійного шару ПЕШ за рахунок збільшення концентрації протиіонів у розчині, але φ–потенціал
68
при цьому залишається сталим. При незначних розведеннях колоїдних розчинів спостерігається збільшення товщини дифузійного шару внаслідок зменшення концентрації протиіонів у системі, що призводить до автоматичного зростання ζ–потенціалу при незмінному φ–потенціалі. Температура також впливає на потенціали ПЕШ. Незначні підвищення температури призводять до зростання електрокінетичного потенціалу системи. Це можна пояснити тим, що з підвищенням температури збільшується кінетична енергія протиіонів. Долаючи електростатичні та ван-дер-ваальсові сили притягання, частина протиіонів адсорбційного шару переходить у дифузійний шар, що збільшує його товщину. Отже, автоматично збільшується і ζ–потенціал при незмінному φ–потенціалі. За подальшого підвищення температури починається десорбція потенціалвизначаючих іонів з твердої поверхні, що знижує φ–потенціал і, як наслідок, зменшує ζ–потенціал. Стійкість золю знижується.
Електрокінетичний потенціал залежить також і від природи дисперсійного середовища. Він буде тим вищим, чим більша полярність дисперсійного середовища, яке характеризується діелектричною проникністю та дипольним моментом молекул. Отже, чим вища полярність дисперсійного середовища, тим стійкішим буде золь.
Величина, а інколи і знаки φ–потенціалу можуть змінюватися під впливом зовнішньої дії (введення в систему електролітів, зміна рН, концентрації золю, температури). Особливо чутливий до цих факторів ζ–потенціал.
Електрокінетичний потенціал визначається за допомогою електрофорезу або електроосмосу.
Електрофорез – направлений рух заряджених колоїдних частинок відносно рідкого дисперсійного середовища у постійному електричному полі.
Рис. 10.1. Прилад Бертoна для проведення електрофорезу
Електрофорез проводять за допомогою приладу Бертона, який зображено на рис. 10.1. Основним елементом приладу є U- подібна трубка, обидва коліна якої проградуйовані у мм. U-подібну трубку заповнюють боковою рідиною до рівня А–А. Потім через лійку з краном вводять золь, що досліджується, до тих пір, поки бокова рідина не досягне рівня В–В. В обидва коліна U-подібної трубки вставляють електроди, на які подають постійний електричний струм, і засікають час.
При електрофорезі відбувається спрямоване переміщення частинок дисперсної фази у постійному електричному полі до електроду, що має протилежний знак до заряду колоїдної частинки. Рухливість частинок у постійному електричному полі зумовлена тим, що проходить розрив ПЕШ
69
міцели по межі ковзання і частинка отримує заряд, що відповідає величині ζ– потенціалу.
Величину ζ–потенціалу визначають за рівнянням Гельмгольца– Смолуховського:
ζ |
k π η υеф 300 |
2 |
|
k π η s l 300 |
2 |
, |
(10.1) |
ε |
|
ε E τ |
|
||||
|
|
|
|
|
|
де k – коефіцієнт, який залежить від форми частинок (для кульових частинок k = 6, для циліндричних k = 4, а для пластинчатих k = 2); η- динамічна в’язкість середовища; υеф – швидкість електрофоретичного перенесення; s – відстань, на яку переміститься рухома межа за час проведення досліду τ ; l – відстань між електродами; Е – різниця потенціалів, що подана на електроди; ε– діелектрична проникність.
Вважають, що частинки дисперсної фази у гідрозолі гідроксиду заліза мають циліндричну форму, тоді k = 4.
Швидкість електрофоретичного перенесення визначають за рівнянням:
|
|
|
s |
|
, |
(10.2) |
H |
|
τ |
||||
|
|
|
|
|
де s – шлях, пройдений межею поділу золь гідроксиду заліза – бокова рідина, м; Н – градієнт потенціалу в приладі Бертона (рис. 10.1), В/м; – час проведення експерименту, с.
Градієнт потенціалу дорівнює:
H |
E |
, |
(10.3) |
|
|||
|
l |
|
|
де Е – різниця потенціалів, подана на електроди, В; l – відстань між електродами, см.
Знак заряду колоїдної частинки визначається за напрямком зміщення межі поділу золь гідроксиду заліза – бокова рідина. Якщо межа поділу зміщується до від’ємно зарядженого електрода, то колоїдні частинки мають позитивний заряд і навпаки.
Величину ζ–потенціалу виражають у В або мВ. Значення його для колоїдних розчинів лежить в межах від 1,5 до 75 мВ.
Завдання на виконання роботи
1.Визначити швидкість переміщення межі поділу золь гідроксиду заліза
–бокова рідина.
2.Розрахувати електрокінетичний потенціал ( -потенціал).
3.Визначити заряд колоїдної частинки міцели золю гідроксиду заліза.
Прилади, лабораторний посуд, реактиви
Прилад Бертона, джерело постійного струму, вольтметр, секундомір, U- подібна лінійка, діалізований золь гідроксиду заліза, бокова рідина.
70
Порядок виконання роботи
1.Заповнити прилад Бертона (див. рис. 10.1):
a)в U-подібну трубку залити бокову рідину приблизно на половину об’єму приладу;
b)відкривши кран, прилад нахилити таким чином, щоб бокова рідина повністю заповнила вузьку трубку, і закрити кран;
c)прилад Бертона закріпити у штативі, фільтрувальним папером забрати залишки бокової рідини, що залишилася у вузькій трубці до крана, залити у лійку діалізований золь гідроксиду заліза, ледь відкрити кран, щоб приладу заповнювався повільно і зберігалася межа поділу золь гідроксиду заліза – бокова рідина. Коли межа поділу золь гідроксиду заліза – бокова рідина досягне положення А–А, закрити кран.
2.Вставити електроди в U-подібну трубку і U-подібною лінійкою виміряти відстань між електродами.
3.Електроди приєднати до джерела постійного струму і зафіксувати час початку досліду (включити секундомір).
4.Вольтметром виміряти різницю потенціалів, подану на електроди.
5.Коли межа поділу золь гідроксиду заліза – бокова рідина переміститься на 0,01 – 0,015м, дослід припиняють, зафіксувавши час його проведення (виключити секундомір).
6.Розрахувати -потенціал за рівнянням Гельмгольца – Смолуховського (10.1).
7.За напрямком зміщення кольорової межі поділу золь гідроксиду заліза – бокова рідина визначити заряд колоїдної частинки міцели золю гідроксиду заліза.
Опрацювання результатів
Електрокінетичний, або ζ-потенціал розраховують за рівнянням (10.1), використовуючи рівняння (10.2) і (10.3) для визначення електрофоретичної рухливості.
У загальну похибку проведення експерименту входить:
|
|
l |
|
s |
|
Δτ |
|
E |
. |
|
l |
s |
τ |
|
|||||
|
|
|
|
E |
|||||
Відстань між електродами l вимірюється з точністю до 0,5 10-3м. Припустимо, що відстань між електродами дорівнює 0,2 м. Тоді
l |
100 % |
0,5 10 3 |
100 % 0,25 % . |
|
l |
0,2 |
|||
|
|
Шлях s, пройдений межею поділу золь гідроксиду заліза – бокова рідина (приймемо таким, що дорівнює 0,015 м), виміряний з точністю 0,5 10-3 м. Похибка
s 100 % 0,5 10 3 100 % 3,6 % . s 0,015
71