Составление формулы мицеллы золя и рассчет порога коагуляции электролита

Изменение порога коагуляции электролита

Задача 72.
Как изменится порог коагуляции электролита для золя бромида серебра, частицы которого заряжены положительно, если для коагуляции 0,1 л золя вместо 0,0015 л 0,1 н K₂SO₄ взят раствор Fe(NO₃)₃.
Решение:
Vэл = 0,0015 л;
Vз = 0,1 л;
C_M(K₂SO₄) = 0,1 н;
C_M[Fe(NO₃)₃] = 0,1 н;
∆ПК = ? 
Минимальное количество электролита, прибавляемого к золю, которое вызывает коагуляцию, называется порогом коагуляции (ПК, ммоль/л). Порог коагуляции можно рассчитать по формуле:

ПК = (С_Э ^.Vэл)/(Vэл + Vз), где 

С_Э – эквивалентная концентрация (молярная концентрация эквивалента), моль/л;
Vэл. – объемы электролита, мл;
Vз. – золя соответственно, мл.

С_Э(K₂SO₄) = C_M(K₂SO₄) ^. 2 = 0,1 ^. 2 = 0,2 моль/л;
С_Э[Fe(NO₃)₃] = C_M[Fe(NO₃)₃] ^. 3 = 0,1 ^. 3 = 0,3 моль/л.

В нашем случае электролитами-коагулянтами являются растворы K₂SO₄ и Fe(NO₃)₃. Согласно правилу Шульце — Гарди (правило значности), при коагуляции золя электролитами коагулирующий ион имеет заряд, противоположный заряду коллоидной частицы; а порог коагуляции при этом тем меньше, чем выше заряд коагулирующего иона. В нашем случае 
ионами-коагулянтами выступают анионы SO₄^2- и NO₃^—.

Вычисляем пороги коагуляции добавляемых электролитов:

Видео:СТРОЕНИЕ МИЦЕЛЛЫ - урок 2Скачать

ПК(SO₄^2-) = (0,2 моль/л . 0,0015 л)/(0,1 л + 0,0015 л) = 0,00296 моль/л или 2,96 ммоль/л;
ПК(NO₃^—) = ((0,3 моль/л . 0,0015 л)/(0,1 л + 0,0015 л) = 0,00443 моль/л или 4,43 ммоль/л.
∆ПК = ПК(NO₃^—) — ПК(SO₄^2-) = 4,43 ммоль/л — 2,96 ммоль/л = 1,47 ммоль/л.

Так как 2,96 ммоль/л < 4,43 ммоль/л = ПК(SO₄^2-) < ПК(NO₃^—), то порог коагуляции увеличится с применением раствора Fe(NO₃)₃ на 1,47 ммоль/л.
 

Задача 73.
Какой из этих электролитов-коагуляторов будет обладать меньшим порогом коагуляции: K₃PO₄, (CHCOO)₂Zn, AlCl₃?
Решение:
Порог коагуляции — это минимальная концентрация электролита, которая вызывает явную коагуляцию коллоидного раствора (помутнение раствора или изменение его окраски). Чем меньше порог коагуляции, тем больше коагулирующая способность электролита.
Надо знать 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). Следовательно, наименьший порог коагуляции (или наибольшая коагулирующая способность) у иона с большим зарядом по отношению к иону с меньшим зарядом, т.е. коагулирующая способность трёхзарядного иона выше коагулирующей способности двухзарядного иона и тем более однозарядного.

Правило Шульце-Гарди на основании опытных данных дает для 1-, 2- и 3-зарядных противоионов соотношение (ряд Шульце-Гарди):

1 : 0,04 : 0.002 = 1 : 1/25 : 1/500.

Значения порогов коагуляции электролитов с одно-, двух- и трехзарядными ионами относятся как числа:

729 : 11 : 1

Согласно правилу Шульца-Гарди, теоретически обоснованному Дерягиным и Ландау, порог коагуляции обратно пропорционален заряду противоиона в шестой степени.

Коагулирующее действие тем сильнее, чем выше заряд иона-коагулятора (правило значности). Следовательно, наименьший порог коагуляции (или наибольшая коагулирующая способность) у иона с большим зарядом по отношению к иону с меньшим зарядом, т.е. коагулирующая способность трёхзарядного иона выше коагулирующей способности двухзарядного иона и тем более однозарядного.
Поскольку в электролитах K₃PO₄, (CHCOO)₂Zn, AlCl₃ заряд катионов в ряду наибольший у Al³⁺, то AlCl₃ будет обладать наименьшим порогом коагуляции в случае если потенциалопределяющими ионами будут катионы (электролит взят в избытке). Если же потенциалопределяющими ионами будут являться анионы, то наименьшим порогом коагуляции будет являться K₃PO₄, так как электролит содержит 3-зарядный ион PO₄^3- — электролит взят в недостатке.
 

Составление формулы мицеллы золя

Задача 74.
Золь бромида свинца (ΙΙ) получен реакцией бромида кальция с избытком ацетата свинца (ΙΙ). Написать формулу мицеллы.
Решение:
Золь получен по следующему уравнению реакции:

Видео:СТРОЕНИЕ МИЦЕЛЛЫ - урок 1Скачать

Pb(CH₃COO)₂ + CaBr₂ ⇔ PbBr₂↓ + Ca(CH₃COO)₂,

из которого следует, что агрегатом является малорастворимый бромид свинца PbBr₂.

Диссоциация вещества, взятого в избытке:

Pb(CH₃COO)₂ = Pb²⁺ + 2CH₃COO^–

Pb²⁺-противоион(ПИ). Так как в избытке Pb(CH₃COO)₂, значит, ядром коллоидных частиц будут адсорбироваться Pb²⁺ и частицы золя приобретут положительный заряд. Противоионами будут служить ионы Br–.

Формула мицеллы золя будет выглядеть следующим образом:

{[m(PbBr₂)]·nPb²⁺, 2(n-x)Br^–]}^2x+·2xBr^–, где

mPbBr₂  -зародыш — нерастворимое вещество, образовавееся в ходе реакции;

m-коэффициент, указывающий число частиц вещества;

nPb²⁺ — потенциалопределяющие ионы, адсорбирующие на зародыше. Они составляют ядро мицеллы —

Видео:Схема строения мицеллыСкачать

[m(PbBr₂)]·nPb²⁺;

часть противоионов адсорбируется непосредственно на ядре и оставляет адсорбиционный слой противоионов, его обозначают в данном случае —

2(n-x)B^r–;

ядро с адсорбиционным слоем противоионов составляет гранулу мицеллы —

{[m(PbBr₂)]·nPb²⁺, 2(n-x)Br^–]};

гранула имеет заряд, знак которого определяется знаком заряда потенциалопределяющих ионов, в данном случае «2х+» —

{[m(PbBr₂)]·nPb²⁺, 2(n-x)Br^–]}^2x+;

заряд гранулы нейтрализуется противоионами диффузного слоя, число которых составляет 2xBr^–.
 

Задача 75.
Написать формулу мицеллы, полученной при взаимодействии хлорида цинка с избытком гидроксида натрия. Указать составляющие мицеллы. К какому электроду будет двигаться гранула в электрическом поле?
Решение:
Запишем уравнение реакции, протекающей при сливании двух растворов:

2NaOH + ZnCl₂ = Zn(OH)₂↓  + 2NaCl,

из которого следует, что агрегатом является малорастворимый гидроксид цинка Zn(OH)₂.

Видео:МицеллаСкачать

Диссоциация вещества, взятого в избытке:

NaOH = Na⁺ + OH^–

Так как в избытке NaOH, значит, ядром коллоидных частиц будут адсорбироваться OH^– (потенциалопределяющие ионы, входящие в его состав и находящиеся в растворе в избытке) и частицы золя приобретут отрицательный заряд. Потенциалопределяющие ионы — ионы, входящие в состав зародыша [Zn(OH)₂] и находящиеся в растворе в избытке, у нас ионы OH^–.
Противоионами будут служить ионы Na⁺ (противоионы, которые компенсируют заряд твердой фазы и образуют адсорбционный слой). Противоионы — ионы, содержащиеся в растворе, но не входящие в состав агрегата, у нас ионы Na⁺

Формула мицеллы золя будет выглядеть следующим образом:

{[Zn(OH)₂)m]·nOH^–, (n-x)Na⁺]}^x–·xNa₊, где

Zn(OH)₂  -зародыш (агрегат) — нерастворимое вещество, образовавееся в ходе реакции;

m — коэффициент, указывающий число частиц вещества;

nOH^– — потенциалопределяющие ионы, адсорбирующие на зародыше. Они составляют ядро мицеллы:

Zn(OH)₂)m]·nOH^–;

часть противоионов адсорбируется непосредственно на ядре и оставляет адсорбиционный слой противоионов, его обозначают в данном случае (n-x)Na+;

Видео:СТРОЕНИЕ МИЦЕЛЛЫ - урок 3Скачать

ядро с адсорбиционным слоем противоионов составляет гранулу мицеллы —

{[Zn(OH)₂)m]·nOH^–, (n-x)Na⁺]};

гранула мицеллы имеет заряд, знак которого определяется знаком заряда потенциалопределяющих ионов, в данном случае «x-» —

{[Zn(OH)₂)m]·nOH^–, (n-x)Na⁺]}^x-;

заряд гранулы нейтрализуется противоионами диффузного слоя, число которых составляет xNa⁺.

Так как гранула мицеллы имеет отрицательный заряд, то она будет двигаться к положительно заряженному электроду — аноду.
 

Задача 76.
Написать мицеллу образовавшегося золя Mg(OH)₂, полученной при взаимодействии хлорида магния с гидроксида натрия, если хлорид магния взят в избытке.  
Решение:
Реакция будет иметь вид: 

MgCl_{2(избыток)} + 2NaOH = Mg(OH)₂ + 2NaCl. 

Из уравнения реакции следует, что ядром коллоидной частицы является малорастворимый гидроксид магния Mg(OH)₂.
Диссоциация вещества, взятого в избытке:

MgCl₂ = Mg²⁺ + 2Cl^–.

Так как в избытке MgCl₂, значит, агрегатом коллоидных частиц будут адсорбироваться Mg²⁺ (потенциалопределяющие ионы, входящие в его состав и находящиеся в растворе в избытке) и частицы золя приобретут положительный заряд. Потенциалопределяющие ионы — ионы, входящие в состав зародыша (Mg(OH)₂) и находящиеся в растворе в избытке, у нас ионы Mg²⁺.
Противоионами будут служить ионы Cl^– (противоионы, которые компенсируют заряд твердой фазы и образуют адсорбционный слой). Противоионы — ионы, содержащиеся в растворе, но не входящие в состав агрегата, у нас ионы Cl^–.

Видео:СТРОЕНИЕ МИЦЕЛЛЫ - урок 4Скачать

Формула мицеллы золя будет выглядеть следующим образом:

{[Mg(OH)₂m]·nMg²⁺, 2(n-x)Cl–]}^2x+·2xCl^–