XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Под устойчивостью дисперсных систем понимают постоянство их свойств во времени и, в первую очередь, таких, как: степень дисперсности, распределения по объему частиц дисперсной фазы, межчастичное взаимодействие.

Лиофобные дисперсные системы являются принципиально термодинамически неравновесными. В отличии от истинных(гомогенных) растворов они обладают большим запасом свободной поверхностной энергии . Самопроизвольное уменьшение энергии происходит либо за счет уменьшения поверхностного натяжения на границе раздела фаз ( например, при адсорбции), либо на границе раздела фаз в результате слипания частиц дисперсной фазы. Процесс слипания частиц, при котором система становится кинетически неустойчивой вследствие выпадения в осадок или всплытие укрепленных частиц, называется коагуляцией.

Проблемы устойчивости дисперсных систем является одной из важнейших проблем в различных технологических процессах (при получении пластмасс, различных пищевых продуктов, лекарственных препаратов, связующих материалов), где решаются задачи как по сохранению высокой степени дисперсности систем (т.е. обеспечению устойчивости), так и разрушению коллоидно-дисперсных систем (т.е. созданию условий по коагуляции).

К факторам устойчивости относят электростатический, адсорбционно-сольватный, структурно-механический, энтропийный, причём каждому фактору устойчивости соответствует специфический метод его нейтрализации.

Опыт показывает, что самым эффективным способом вызвать коагуляцию золя является введение в него электролита. При этом действие электростатического фактора резко снижается ввиду сжатия ДЭС, что, в свою очередь, приводит к уменьшению электростатического потенциала, а, следовательно, сил отталкивания при сближении коллоидных частиц. Нарушение агрегативной устойчивости под действием электролита объясняет теория ДЛФО.

Минимальная концентрация электролита (кмоль или ммоль), вызывающего за определенный промежуток времени видимый эффект коагуляции 1м³ или 1л коллоидного раствора ( изменение цвета золя в результате укрупнения частиц фазы, помутнение, появление осадка ), называется порогом коагуляции ( кмоль/м³ или ммоль/л), которая служит критерием агрегативной устойчивости дисперсной системы. Величина, обратная порогу коагуляции, называется коагулирующей способности электролита (м³/кмоль или л/моль), показывающие тот объём золя, который может быть скоагулирован одним киломолем или миллимолем данного электролита. Выбор размерности определяется той самой системой единиц измерения величин, которой пользуется исследователь.

Теория строения двойного электрического слоя на поверхности частиц фазы, физическая теория коагуляции, экспериментальные исследования позволили установить некоторые правила коагуляции золей электролитами:

Коагуляцию вызывают все электролиты.

Коагуляцию вызывает лишь тот ион, который несет заряд, противоположный заряду коллоидной частицы.

Чем больше валентность коагулирующего иона тем выше его коагулирующая способность. Согласно правилу Щульце-Гарди одновалентные ионы коагулирую хуже двухвалентных приблизительно в 20 раз, хуже трехвалентных примерно в 350 раз. Это правило находится в полном соответствии с уравнением теории ДЛФО зависимости порога коагуляции золя от валентности коагулирующего иона.

При одинаковой валентности коагулирующих ионов наибольшем действии обладает ион с большим ионным радиусом ( что связано с различной энергией и степенью сольватации этих ионов и их поляризуемостью).

Экспериментальная часть

Цель работы: определить порог коагуляции для исследуемого золя и сделать вывод о применимости правила Шульце-Гарди

В соответствии с методическим описанием взяли золь, разбавили его водой и добавили определенный объем электролита( 2н NaCl).

Наблюдали изменение окраски золя; данные внесли в таблицу.

Аналогично определили изменение окраски золя при коагуляции электролита Na₂SO₄. Данные приведены в таблице.

Номер пробирки	1	2	3	4
Помутнение(+) или отсутствие помутнения(-) золя при добавлении 2Н раствора NaCl	-	-	+	+
Помутнение(+) или отсутствие помутнения(-) золя при добавлении 0,1Н раствора Na2SO4	+	+	+	+

Расчетная часть

Вычислим усредненный объем электролита NaCl, вызвавшего коагуляцию золя в первой серии опытов:

V_NaCl=(1+0,5+1,5+2)/4=1,25

Вычислили усредненный объем электролита Na₂SO₄, вызвавшего коагуляцию золя в первой серии опытов

V_Na2SO4=(0,05+0,1+0,2+0,25)/4=0,15

Рассчитали порог коагуляции ПК₁ для электролита по уравнению

ПК₁=(1000* N_naCl*V_naCl)/V_золя=(1000*1,25*2)/5=500

Рассчитали порог коагуляции ПК₂ для электролита Na₂SO₄ по уравнению:

ПК₂=(1000*N_Na2SO4*V_Na2SO4)/V_золя=(1000*2*0,15)/5=60

Рассчитаем отношение ПК₁/ПК₂:

ПК₁/ПК₂=500/60=8,3

Вывод: подтверждено правило Щульце-Гарди.

Список литературы

Электронный учебно-методический комплекс дисциплины "Физическая и коллоидная химия: учебно-методический комплекс дисциплин Боровская Л.В. Тип: учебное пособие  Кубанский государственный технологический университет, 350072, г. Краснодар, ул. Московская ФГУП НТЦ «ИНФОРМРЕГИСТР», », Депозитарий электронных изданий, Год издания: 2010 Место издания: Москва Электронный учебно-методический комплекс дисциплины "Физическая и коллоидная химия: учебно-методический комплекс дисциплин Боровская Л.В. Тип: учебное пособие  Кубанский государственный технологический университет, 350072, г. Краснодар, ул. Московская ФГУП НТЦ «ИНФОРМРЕГИСТР», », Депозитарий электронных изданий, Год издания: 2010 Место издания: Москва Физическая и коллоидная химия: методические указания по выполнению лабораторных работ для студентов всех форм обучения направления 19.03.04 Технология продукции и организация общественного питания / Сост.: Л.В. Боровская; Кубан. гос., технол. ун-т. Каф. химии. - Краснодар.: 2021. – 180 с.

Код для цитирования: Скопировать