Расчет порога коагуляции золя. Составление мицеллы золя

 

Порог коагуляции золя гидроксида хрома (3)

 

Задача 16.
Рассчитайте пороги коагуляции золя гидроксида хрома (3), если для коагуляции 20 мл золя требуется 1 мл 0,0005 М раствора ортофосфата натрия или 1 мл 1 М раствора хлорид натрия. Каков знак заряда частиц золя?
Решение:
Минимальное количество электролита, прибавляемого к золю, которое вызывает коагуляцию, называется порогом коагуляции (Ск, ммоль/дм³). Порог коагуляции можно рассчитать по формуле:

Ск = (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(Na₃HO₄) = C_M(Na₃HO₄) ^. 3 = 0,0005 ^. 3 = 0,0015 моль/л;
С_Э(NaCl) = C_M(NaCl) ^. 1 = 1 ^. 1 = 1 моль/л.

Согласно правилу Шульце-Гарди коагулирующим действием обладает лишь тот ион электролита, заряд которого противоположен заряду потенциалопределяющих ионов мицеллы, причем, его коагулирующая способность выражается тем сильнее, чем выше заряд.

В нашем случае электролитами-коагулянтами являются растворы Na₃PO₄ и NaCl. Поскольку в этих электролитах заряд катиона одинаков по величине и не может повлиять на порог коагуляции, то вполне очевидным будет предположить, что ионами-коагулянтами выступают анионы PO₄^3- и Cl^-. Поскольку в этих электролитах заряд катиона (Na⁺) одинаков по величине и не может повлиять на порог коагуляции, то вполне очевидным будет предположить, что ионами-коагулянтами выступают анионы PO₄^3- и Cl-.

Вычисляем пороги коагуляции добавляемых электролитов:

Ск.(PO₄^3-) = (0,0015 моль/л ^. 1 мл)/(1 мл + 20 мл) = 0,0000714 моль/л или 0,0714 ммоль/л;
Ск.(Br^-) = ((1 моль/л ^. 1 мл)/(1 мл + 20 мл) = 0,0476 моль/л или 47,6 ммоль/л.

Наименьший порог коагуляции (или наибольшая коагулирующая способность) у трехзарядного фосфат-иона РО₄^3-, следовательно, гранулы золя гидроксида хрома (3) заряжены положительно, т.е. потенциалопределяющими ионами в коллоидной мицелле являются гидратированные катионы хрома Cr³⁺· pH₂O. 
 

---

Составление формулы мицеллы

Задача 17.
Гранулы золя бромида серебра, полученного путем смешивания растворов AgNO₃ и KBr, имеют отрицательный заряд. Какой из данных электролитов взят в избытке? Напишите формулу мицеллы.
Решение:
Золь получен по следующему уравнению реакции:

AgNO₃ + KBr ⇔ AgBr↓ + KNO₃,

из которого следует, что агрегатом является малорастворимый бромида серебра AgBr.

Так как гранула имеет отрицательный заряд, то потенциалопределяющими ионами, по правилу Панета – Фаянса, будут отрицательные ионы, входящие в состав агрегата, т.е. Br^– –ионы. Следовательно, в избытке взят раствор KBr, содержащий эти ионы.
  
Формула мицеллы золя будет иметь следующий вид:

{[mAgBr] ^. nBr^{– .} (n–x)^.K+}х^{– .} xK⁺
 

---

Задача 18. 
Золь Al(OH)₃ получен при добавлении к 0,005 л 0,001 н. раствора AlCl₃ 0,002 л 0,0015 н. раствора NaOH. Напишите формулу мицеллы золя. Какой из перечисленных электролитов будет обладать более сильным коагулирующим действием: нитрат калия, сульфат магния или фосфат калия. Поясните выбор. Напишите формулу мицеллы золя.
Решение:
Запишем уравнение реакции, протекающей при сливании двух растворов:

AlCl₃ + NaOH ⇔ Al(OH)₃↓ + 3NaCl

Определим количества участвующих в реакции веществ:

Сн = n/V

n(AlCl₃)= Сн·V = 0,001·0,005 = 5·10-6 моль

n(NaOH)= Сн·V = 0,0015·0,002 = 3·10-6 моль

Следовательно, в избытке AlCl₃, значит, ядром коллоидных частиц будут адсорбироваться Al³⁺ и частицы золя приобретут положительный заряд. Противоионами будут служить ионы Cl^–.

Формула мицеллы золя будет выглядеть следующим образом:

[(Al(OH)₃)m·nAl³⁺, 3(n-x)Cl^–]3x⁺·3xCl^–
 

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-, NO₃^- и РО₄^3-. Наименьший порог коагуляции (или наибольшая коагулирующая способность) у трехзарядного фосфат-иона РО₄³. Значит, сильным коагулирующим действием будет обладать фосфат калия.

---

Выбор коагулирующего электролита 

Задача 19.
Какой из перечисленных электролитов будет обладать более сильным коагулирующим действием: нитрат калия, сульфат магния или фосфат калия. Поясните выбор.
Решение:
Коагуляцию золя вызывает тот из ионов добавляемого электролита, чей заряд противоположен заряду коллоидной частицы. Коагулирующая способность иона тем больше, чем больше его заряд.

KNO₃ ⇔ K⁺ +  NO₃^–;
MgSO₄ ⇔ Mg²⁺ + SO₄^2–;
K₃PO₄ ⇔ 3K⁺ + PO₄^3–

Допустим, что коагуляцию золя вызывают катионы, тогда наиболее сильным коагулирующим действием будет обладать сульфат магия MgSO₄, т.к заряд иона магния имеет наибольшее значение (Mg²⁺).

Если же коагуляция золя вызвана анионами, то более сильным коагулирующим действием будет обладать фосфат калия K₃PO₄, т.к. фосфат-ион (PO₄^3–) имеет наибольший заряд.

---

Задачи по коллоидной химии:
1. Золь (ΙΙ) гидроксида железа (ΙΙΙ)
2. Золь бромида свинца (ΙΙ)
3. Процесс пептизации (дезагрегации)

 

---