Колоїдні розчини. Будова колоїдних міцел

ДИСПЕРСНІ СИСТЕМИ

Дисперсні системи – це гетерогенні системи з високим ступенем дисперсності частинок. Вони різноманітні за своєю природою, мають різні властивості і складаються з двох або більше фаз. Якщо система двокомпо- нентна, то один з компонентів називається дисперсною фазою, а другий – дисперсійним середовищем. До дисперсних систем відносяться суспензії, аерозолі, емульсії, піни, порошки, колоїдні розчини та інші.

Колоїдні розчини (золі) – це високодисперсні гетерогенні системи, в яких дисперсна фаза представлена не молекулами, а агрегатами, що складаються з великої кількості молекул важкорозчинної речовини. Розміри частинок колоїдних розчинів дорівнюють 10^-5- 10^{-7 см}. Ці розчини термодинамічно нестійкі і мають велику вільну поверхневу енергію.

Відповідно до міцелярної теорії будь-який колоїдний розчин складається з міцел і дисперсійного середовища. В основі міцели лежить важкорозчинний у даному дисперсійному середовищі агрегат, який складається з великої кількості мікрокристалів. Поверхня агрегату за рахунок вільної поверхневої енергії адсорбує з оточуючого середовища відповідно до правила Панета-Фаянса переважно ті іони, що мають з ним спільні хімічні елементи. Іони, адсорбовані агрегатом, називають потенціалвизначаючими. Разом з агрегатом вони утворюють ядро. Ядро притягує до себе з розчину протиіони, на які діють дві сили: електростатична та дифузійна. Під дією електростатичної сили протиіони притягуються до ядра. Дифузійна сила розсіює протиіони по всьому розчину. В результаті сумісної дії цих сил одна частина протиіонів міцно зв¢язується з ядром колоїдної частинки, утворюючи щільний адсорбційний шар. Ядро з частиною міцно зв¢язаних протиіонів називається колоїдною частинкою. Вона має заряд, обумовлений потенціалвизначаючими іонами. Друга частина протиіонів утворює дифузійний шар, який доволі слабко зв¢язаний з ядром. Колоїдна частинка разом із дифузійним шаром називається міцелою, яка в цілому електронейтральна.

До основних умов отримання колоїдних розчинів відносяться: мала розчинність дисперсної фази у дисперсійному середовищі; певний ступінь дисперсності частинок; наявність у системі стабілізатора. Стабілізатор – це речовина, яку спеціально вводять у систему, або одна з вихідних речовин, що знаходиться у надлишку, іони якої можуть добудувати кристалічну гратку або переважно адсорбуватись на поверхні агрегату.

Будову міцели можна зобразити у вигляді формули. Наприклад, гідрозоль Fe(OH)₃ має наступну будову, якщо стабілізатором є FeOCl. Агрегат міцели складається з молекул Fe(OH)₃. Стабілізатор дисоціює на іони за схемою: FeOCl = FeO⁺ + Cl^-. Агрегат адсорбує на своїй поверхні іони FeO⁺. Ядро притягує протиіони Cl^- з оточуючого середовища. Дифузійний шар утворюють також іони Cl^-. Формула міцели такого золю має вигляд:

{[m Fe(OH)₃]^.n FeO^+.(n-x) Cl^-}^.x Cl^- ,

де m – кількість молекул в агрегаті частинки; n – кількість потенціалвизначаючих іонів стабілізатора, адсорбованих поверхнею агрегату; (n – x) –кількість протиіонів, які входять в адсорбційний шар; х – кількість протиіонів, які утворюють дифузійний шар.

Розв¢язання типових задач

Задача 1. Напишіть формулу міцели гідрозолю кремнезему.

Розв¢язання.Поверхня агрегату міцели кремнезему, що складається з m молекул SiO₂, реагуючи з оточуючою його водою, утворює метакремнійову кислоту H₂SiO₃. Метакремнійова кислота – слабкий електроліт, що дисоціює на іони за схемою H₂SiO₃ = 2H⁺ + SiO₃^2- і виконує роль стабілізатора. Формула міцели такого золю має вигляд

{[m SiO₂]^.n SiO₂^3-.2(n – x) H⁺}^.2x H⁺,

де m – кількість молекул в агрегаті міцели; n – кількість потенціалвизначаючих іонів стабілізатора, адсорбованих поверхнею агрегату; (n – x) – кількість протиіонів, що входять в адсорбційний шар; x – кількість протиіонів, які утворюють дифузійний шар.

Задача 2. Напишіть формулу міцели золю йодиду срібла, якщо стабілізатором є розчин азотнокислого срібла. Вкажіть заряд колоїдної частинки, агрегат, ядро, колоїдну частинку і міцелу.

Розв¢язання. Основу міцели складає m молекул AgI. Стабілізатор дисоціює на іони за схемою AgNO₃ = Ag⁺ + NO₃^-. На поверхні агрегату з розчину AgNO₃адсорбується n іонів Ag⁺, які називаються потенціалвизначаючими. Протиіонами будуть іони NO₃^-. Міцела золю AgI буде мати наступну формулу:

{[m AgI]^.n Ag^+.(n-x) NO₃^-}^+.x NO₃^-.

агрегат

ядро

колоїдна частинка

міцела

Знак заряду колоїдної частинки визначається знаком заряду потенціалвизначаючих іонів. Таким чином, колоїдна частинка буде мати позитивний заряд. Критерієм правильності написання міцели є її електронейтральність: n (позитивних зарядів) = [(n – x) + x] (негативних зарядів), тобто число позитивних зарядів повинно дорівнювати числу негативних зарядів.

Задача 3. При отриманні золю CdS змішали 5 мл 0,03н. розчину CdCl₂з 30 мл 0,01н. розчину H₂S. Напишіть формулу міцели отриманого золю та вкажіть заряд колоїдної частинки.

Розв¢язання. При змішуванні речовини прореагують між собою за рівнянням

CdCl₂ + H₂S = CdS + 2HCl.

Агрегатом міцели буде важкорозчинна сполука CdS. Будова міцели і заряд колоїдної частинки залежать від того, який з реагентів буде у надлишку. Розрахуємо кількість моль-еквівалентів кожного реагенту за рівнянням

де C_i - молярна концентрація еквівалентів, моль-екв/л; V_i - об¢єм розчину, мл.

моль-екв.

Так як >, то у надлишку знаходиться реагент H₂S, який і буде виконувати роль стабілізатора. Припустимо, що H₂S дисоціює на іони за наступною схемою: H₂S = 2H⁺ + S^2-. За цих умов формула міцели буде мати вигляд

{[m CdS] n S^2-.2(n-x) H⁺}^-.2x H⁺.

Колоїдна частинка матиме негативний заряд, так як потенціалвизначаючими іонами в даному випадку будуть іони S^2-.

Задача 4. Який об¢єм 0,01н. розчину KBr треба додати до 10 мл 0,25н. розчину AgNO₃, щоб колоїдні частинки золю AgBr мали позитивний заряд? Напишіть формулу міцели цього золю.

Розв¢язання.Між реагентами протікає реакція

KBr + AgNO₃ = AgBr + KNO₃.

Щоб отримати золь з позитивно зарядженими частинками, необхідно мати у надлишку розчин AgNO₃. У відповідності до закону моль-еквівалентів С₁^.V₁ = C₂^.V₂. З цього рівняння визначимо об¢єм KBr, який прореагує з 10 мл 0,25н. розчину AgNO₃.

мл розчину KBr.

Щоб розчин AgNO₃ був у надлишку, необхідно додати до нього об¢єм KBr менший за 250 мл. В цьому випадку отриманий золь буде мати негативно заряджені частинки. Будова золю AgBr відповідатиме наступній формулі

{[m AgBr] ^.n Ag+^.(n-x) NO₃^-}^.x NO₃^-.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Домашніх завдань) та контрольних робіт	\|	Домашніх завдань) та контрольних робіт

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.006 сек.