Указания к выполнению заданий № 10-11.

См. [1, стр. 259-312]; [2, стр. 270-283]; [3, стр. 159-181]; [4, стр. 104-134]; [6, стр. 135-178].

Между частицами дисперсной фазы так же, как и между молекулами, действуют ван-дер-ваальсовые силы (ориентационные, индукционные и дисперсионные). Поэтому в дисперсных системах с различной скоростью, зависящей от ряда параметров системы и внешних факторов, происходит слипание частиц, получившее название коагуляции.

Экспериментально установленные закономерности при коагуляции электролитами известны под названием правил коагуляции:

1) коагуляцию вызывают любые электролиты, но с заметной скоростью она начинается лишь при достижении определенной концентрации; минимальная концентрация электролита, при превышении которой наблюдается коагуляция, называется «порогом коагуляции», который можно определить по формуле:

(1)

где С_к - порог коагуляции;

С₁ - концентрация электролита;

V₁ - объем электролита;

V₂ - объем золя;

2) коагулирующим действием обладает лишь тот ион электролита, заряд которого противоположен заряду коллоидной частицы, причем его коагулирующая способность выражается тем сильнее, чем выше валентность; эта закономерность называется правилом Шульце - Гарди;

значения порогов коагуляции, вызываемой электролитами с зарядами противоионов 1, 2, 3 и 4 относятся как

1: (1/2)⁶: (1/3)⁶: (1/4)⁶ = 1: 1/64: 1/729: 1/4096 =

= 1: 0,016: 0,0013: 0,00024 (2)

3) в ряду органических ионов коагулирующее действие возрастает с повышением адсорбционной способности;

4) в ряду неорганических ионов с одинаковым зарядом их коагулирующая активность возрастает с уменьшением гидратации; например, в ряду одновалентных катионов и анионов коагулирующая активность и гидратация изменяются следующим образом:

возрастание коагулирующей активности

Li⁺ Na⁺ K⁺ Rb⁺

возрастание степени гидратации

возрастание коагулирующей активности

Cl^- Br ^- I^- CNS^-

возрастание степени гидратации

Подобные ряды, в которых располагаются ионы одинакового заряда по уменьшению степени гидратации, называются лиотропными рядами или рядами Гофмейстера;

5) началу коагуляции соответствует снижение x-потенциала до критической величины (около 0,03 В);

6) в осадках, получаемых при электролитной коагуляции, всегда присутствуют ионы, вызывающие ее; например, при коагуляции хлоридом бария золя сульфида мышьяка, частицы которого имеют отрицательный заряд, в осадке содержится некоторое количество Ва⁺².

При выполнении задания 10 следует воспользоваться формулами (1) и (2).

Коагуляция может протекать настолько медленно, что свойства системы остаются неизменными в течение длительного промежутка времени, исчисляемого иногда даже годами. Такие системы называются агрегативно устойчивыми.

Ускорение коагуляции, вызванное тем или иным воздействием на систему, приводит к изменениям ее свойств (оптической плотности, окраски, вязкости и т. д.) или даже к разделению фаз. В агрегативно неустойчивых системах скорость коагуляции определяется частотой межчастичных столкновений и не зависит от интенсивности фактора, вызвавшего коагуляцию.

В сильно разбавленных дисперсных системах коагуляция протекает очень медленно только по причине малой вероятности столкновения частиц. С повышением концентрации дисперсной фазы частота столкновений увеличивается и для получения агрегативно устойчивых систем требуется их стабилизировать - предотвратить слипание частиц при их случайных столкновениях.

В дисперсных системах с жидкой дисперсионной средой стабилизация осуществляется введением различных веществ - стабилизаторов, к числу которых относятся электролиты (содержащие ионы, способные специфически адсорбироваться на поверхности раздела), поверхностно-активные вещества (ПАВ) и высокомолекулярные соединения (ВМС).

Скорость коагуляции, подобно химической реакции, характеризуется изменением числа частиц за единицу времени. Так же как и в химической кинетике, она равна производной частичной концентрации по времени, взятой со знаком минус.

 

 

 

С₀ С_к

 

Концентрация коагулирующего электролита

 

Рисунок 1 – Влияние концентрации электролита на скорость коагуляции

 

На рисунке 1 показана зависимость скорости коагуляции от концентрации коагулирующего электролита. Условно график на рисунке можно разделить на три области. Область 1 характеризуется ничтожно малой скоростью коагуляции, и золь можно считать практически устойчивым. В области 2 скорость коагуляции возрастает с повышением концентрации электролита (область медленной коагуляции). В области 3 скорость коагуляции практически не зависит от концентрации электролита (область быстрой коагуляции).

Согласно теории быстрой коагуляции Смолуховского, изменение объемной доли числа частиц n (см. задание 11) во времени описывается кинетическим уравнением второго порядка:

после интегрирования этого уравнения получаем:

(3)

где n₀ - начальная объемная доля числа частиц.

Экспериментальные данные представляют в координатах 1/n - t и находят константу К (как тангенс угла наклона прямой к оси t). время половинной коагуляции Q вычисляют из соотношения:

. (4)

 

5 ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ дисперсных систем

ЗАДАНИЕ № 12

Постройте калибровочную кривую Геллера в координатах a = f(d) - диаметра частиц по следующим данным для частиц полистирольного латекса (a - характеристика дисперсности):

d, нм	77,0	88,0	95,0	106,7	111,0	119,0
a	3,92	3,64	3,54	3,30	3,23	3,04	2,82	2,72	2,66	2,45	2,36	2,14

 

Используя экспериментальные данные, приведенные в табл. 17 для оптической плотности D = f(l) таких латексов, определите - средний радиус частиц полистирольного латекса:

 

Таблица 17

Вариант	Длина волны l, нм
	0,195	0,127	0,099	0,048
	0,474	0,329	0,259	0,133
	0,324	0,215	0,160	0,084
	0,193	0,125	0,097	0,046
	0,472	0,327	0,257	0,131
	0,322	0,213	0,158	0,082
	0,197	0,129	0,100	0,050
	0,476	0,330	0,260	0,135
	0,326	0,217	0,162	0,086

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: