колоїдні розчини
Дисперсні системи - це системи, що складаються як мінімум з двох речовин, одне з яких подрібнене і розподілено в іншому.
Те речовина, яке утворює в дисперсної системі суцільну фазу, називають дисперсійним середовищем, а то, що розподілено в середовищі - дисперсною фазою. Гомогенні дисперсні системи називають істинними розчинами або просто розчинами. Лінійні розміри їх часток не перевищують розмірів окремих іонів і молекул - до 1 нм. Гетерогенні дисперсні системи поділяються на колоїдні системи (розміри частинок від 1 до 100 нм) і Грубодисперсні або мікрогетерогенні системи (розміри частинок більше 100 нм).
Колоїдні системи, дисперсійнаСереда яких рідина, називаються колоїдними розчинами або золями. Їх можна розглядати як окремий випадок істинних розчинів. Дисперсна фаза - це розчинена речовина, а дисперсійне середовище - розчинник.
Для отримання колоїдних розчинів використовуються будь-які реакції, в результаті яких утворюються важкорозчинні сполуки:
FeCl3 + 3H2O = Fe (OH) 3 ↓ + 3HCl (20)
AgNO3 + KI = AgI ↓ + KNO3 (21)
Ba (Cl) 2 + Na2SO4 = BaSO4 ↓ + 2NaCl (22)
Структурною одиницею колоїдного розчину є міцела - це окрема частка дисперсної фази з рідким дисперсійним середовищем. Розглянемо освіту міцели на прикладі реакції (21). Надлишок одного з компонентів діє як стабілізатор колоїдного розчину, тобто як речовина, що перешкоджає агрегації колоїдних часток у більші і випадання їх в осад.
Нехай в надлишку буде азотнокисле срібло. Важкорозчинний AgI утворює кристалічний агрегат, що складається з m молекул AgI. Агрегат адсорбує на поверхні іони Ag +, що знаходяться в надлишку. Вони надають агрегату позитивний заряд і називаються потенціалопределяющего іонами. Агрегат і потенціалопределяющего іони утворюють ядро (m AgI) n Ag +. З зарядженої поверхнею ядра стійко пов'язано деяке число іонів протилежного знака - противоионов - (n-x) NO3-. Потенціалопределяющего іони і пов'язані протівоіони утворюють адсорбційний шар. Агрегат разом з адсорбційним шаром називається гранулою або колоїдної часткою. Вона має електричний заряд, що співпадає з зарядом потенціалопределяющего іона (х +). До складу колоїдної частинки входить тільки частина наявних в розчині протиіонів. Решта протівоіони xNO3- залишаються в дисперсійному середовищі і утворюють дифузійний шар. Заряди потенциалопределяющих іонів і противоионов повністю компенсовані. Тому міцела електронейтральна.
Будова міцели золю йодиду срібла має вигляд:
агрегат адсорбційний дифузний
Якщо в розчині надлишок KI, то міцела матиме вигляд:
Будова міцели золю сульфату барію, отриманого по реакції (22) з надлишком хлориду барію: 2x + 2xCl-
Будова міцели золю Fe (OH) 3: 3x + 3xCl-
Стійкість - здатність колоїдних систем зберігати свій стан і властивості незмінними з плином часу. Розрізняють два види стійкості: кінетичну (седиментаційну) і агрегатівную. Кінетична стійкість характеризує здатність частинок дисперсної фази залишатися в підвішеному стані завдяки інтенсивному броунівському русі. Агрегативна стійкість характеризує здатність частинок дисперсної фази протистояти їх агрегації, тобто укрупнення і злипання. Це обумовлено наявністю однойменного електричного заряду частинок дисперсної фази, що викликає їх взаємне відштовхування. Стійкість золю можна порушити, усунувши однойменний заряд колоїдних частинок. Це можна зробити при додаванні електроліту. Втрата агрегативной стійкості золю призводить до укрупнення частинок дисперсної фази. їх злипання Цей процес називають коагуляцією. Коагуляція викликає порушення кінетичної стійкості, яке призводить до утворення осаду (коагулята). Цей процес називається седиментацією.
Коагулююча дією володіє той іон, який заряджений протилежно частці. Коагулююча здатність електроліту зростає зі збільшенням заряду коагулюючого іона. Наприклад, для золю йодиду срібла коагулірущім дією будуть володіти такі аніони, як Cl-, SO42-, PO43-. З них найкращим коагулююча дією володіє іон PO43-. Процес коагуляції починається тільки після досягнення певної мінімальної концентрації електроліту, яка називається порогом коагуляції.
Зразковий склад коагулята золів йодиду срібла та гідроксиду заліза:
Приклади розв'язання задач
Приклад 1. Золь йодиду срібла AgI отриманий при додаванні до 0,02 л 0,01 М розчину KI 0,028 л 0,005М розчину AgNO3. Визначте заряд частинок отриманого золю і напишіть формулу його міцели.
Д а н о: СKI = 0,01 моль / л; СAgNO3 = 0,005 моль / л, VKI = 0,02 л; V AgNO3 = 0,028 л.
Визначити заряд отриманого золю. Написати формулу міцели золю.
Р і ш е н і е. При змішуванні розчинів AgNO3 і KI протікає реакція: AgNO3 + KI = AgI + KNO3
Визначаємо кількість AgNO3 і KI, що беруть участь в реакції:
СVAgNO3 = 0,005 × 0,028 = 1,4 × 10-4 моль
CVKI = 0,02 × 0,01 = 2,0 × 10-4 моль
Розрахунок показує, що в розчині надлишок KI, отже, ядром колоїдних частинок золю йодиду срібла будуть адсорбуватися іони I- і частки золю набувають негативний заряд. Протиіонами є іони К +. Формула міцели золю йодиду срібла за умови надлишку KI:
Приклад 2. Який об'єм 0,002 М розчину BaCl2 треба додати до 0,03 л 0,0006 М розчину Al2 (SO4) 3, щоб отримати позитивно заряджені частинки золю сульфату барію. Напишіть формулу міцели золю BaSO4.
Д а н о: СBaCl2 = 0,002 моль / л; З Al2 (SO4) 3 = 0,0006 моль / л, V Al2 (SO4) 3 = 0,03 л.
Знайти VBaCl2. Написати формулу міцели золю.
Р і ш е н і е. Освіта золю BaSO4 відбувається відповідно до рівняння реакції: 3BaCl2 + Al2 (SO4) 3 = 3BaSO4 + 2AlCl3
Якщо речовини беруть участь в стехиометрическом співвідношенні, то справедливо співвідношення: (CV) BaCl2 = (CV) Al2 (SO4) 3, отже
Для отримання позитивних частинок золю BaSO4 в розчині повинен бути надлишок хлориду барію в порівнянні з сульфатом алюмінію. Значить, для реакції необхідно взяти більше 0,009 л 0,002М розчину BaCl2. Формула міцели золю сульфату барію: <[m(BaSO4) × nBa2+ 2(n-x)Cl– ]2x+ × 2xCl–>
Приклад 3. Золь сульфіду цинку був отриманий при взаємодії розчинів Zn (NO3) 2 і Na2S. Визначте, який з електролітів був в надлишку, якщо протівоіони в електричному полі рухаються до анода. Напишіть формулу міцели золю.
Р і ш е н і е. Освіта золю ZnS відбувається відповідно до рівняння реакції: Zn (NO3) 2 + Na2S = ZnS + 2NaNO3
Анод - позитивно заряджений електрод, до нього рухаються негативно заряджені частинки. Значить протівоіони міцели мають негативний заряд, а сама міцела заряджена позитивно, що можливо за умови надлишку Zn (NO3) 2. На поверхні агрегату ZnS адсобіруются потенціалопределяющего іони Zn2 + (так як розчин Zn (NO3) 2 в надлишку), створюючи таким чином позитивний заряд міцели. Агрегат і потенціалопределяющего іони утворюють ядро, з яким зв'язуються протівоіони - NO3-.
Таким чином, в надлишку був узятий розчин Zn (NO3) 2. Формула міцели золю йодиду срібла за умови надлишку Zn (NO3) 2: