›

Коллоидные частицы заряд. Строение коллоидных растворов

Диэлектрическая проницаемость ε = 81, вязкость среды η = 1·10-3 Н·с/м2. 18. Какое давление нужно приложить, продавливая через мембрану из углекислого бария 96% раствор этилового спирта, чтобы при этом потенциал течения оказался равен 1,98 В? Электрокинетический потенциал равен 0,054 В, удельная электрическая проводимость среды  = 1,1·10-4 Ом-1м-1, диэлектрическая проницаемость ε = 81, вязкость среды η = 1,2·10-3 Н·с/м2. 19. Вычислите величину электрокинетического потенциала  золя в метиловом спирте, если скорость электрофореза U = 6,6·10-6 м/с, градиент напряжения внешнего поля Н = 300 В/м, диэлектрическая проницаемость среды ε = 34, вязкость среды η = 6,12·10-4 Н·с/м2. 20. При какой силе тока в процессе электроосмотического движения водного раствора KCl через мембрану полистирола его объемная скорость будет равна  = 8,6·10-10 м3/с? Удельная электрическая проводимость среды  = 7,5·10-2 Ом-1м-1, диэлектрическая проницаемость воды ε = 81, вязкость среды составляет η = 1·10-3 Н·с/м2. Величина электрокинетического потенциала  = 0,062 В. 21. Вычислите величину электрокинетического потенциала  на границе: мембрана из карбоната бария – 96 %-ный раствор этилового спирта. Потенциал течения равен 0,7 В, приложенное давление составляет 7,9·103 Н/м2, удельная электропроводность  =1·10-4 Ом-1м- 1 , диэлектрическая проницаемость ε = 81, вязкость среды η =1,2·10-3 Н·с/м2. 22. Вычислите величину электрокинетического потенциала  золя свинца в метиловом спирте, если скорость за 10 мин уровень раствора переместился на 1,1 мм, при расстоянии между электродами 10 см и приложенном напряжении внешнего поля 30 В. Диэлектрическая проницаемость среды ε = 34, вязкость среды η = 6,12·10-4 Н·с/м2. 23. Вычислите величину электрокинетического потенциала  на границе мембрана из полистирола – водный раствор KCl. В процессе электроосмоса его объемная скорость  =25·10-10 м3/с, сила тока равна 5·10-3 А, удельная электропроводность  =11,8·10-2 Ом-1м-1, 71 диэлектрическая проницаемость воды ε = 81, вязкость среды η = 1·10-3 Н·с/м2. 24. При исследовании золя почвенных частиц методом электрофореза было зарегистрировано перемещение на 2,5 мм за 1 час при разности потенциалов 5,8 В. Расстояние между электродами l = 0,346 м. Вычислите величину электрокинетического потенциала  . Диэлектрическая проницаемость среды ε = 81, вязкость среды η = 1·10- 3 Н·с/м2. 72 § 9. Строение коллоидных мицелл Мицелла – сложное структурное образование, состоящее из агрегата, потенциалопределяющих ионов и противоионов. Внутреннюю часть мицеллы составляет агрегат основного вещества, состоящий из большого числа молекул (атомов) кристаллического или аморфного строения. Агрегат электронейтрален, но обладает большой адсорбционной способностью и способен адсорбировать на своей поверхности ионы из раствора – потенциалопределяющие ионы (ПОИ). При выборе потенциалопределяющих ионов пользуются эмпирическим правилом Фаянса-Панета-Пескова: «На твердой поверхности агрегата в первую очередь адсорбируются ионы, которые:  входят в состав агрегата;  способны достраивать кристаллическую решетку агрегата;  образуют малорастворимое соединение с ионами агрегата;  изоморфны с ионами агрегата.» Агрегат вместе с потенциал- определяющими ионами составляет ядро мицеллы. Ядро мицеллы, обладающее большим зарядом, притягивает ионы противоположного заряда – противоионы (ПИ) из раствора. Часть противоионов находится в непосредственной близости от ядра, прочно связана с ним за счет адсорбционных и электростатических сил, и образует плотную часть двойного электрического слоя (адсорбционный слой). Ядро с противоионами плотной части двойного электрического слоя образуют гранулу или коллоидную частицу. Знак заряда коллоидной частицы определяется знаком заряда потенциалопределяющих ионов. Коллоидную частицу (гранулу) окружают противоионы диффузного слоя – остальная часть противоионов, подвергающихся броуновскому движению и менее прочно связанная с ядром. В целом образуется мицелла. Мицелла в отличие от коллоидной частицы электронейтральна. Электролит, ионы которого образуют ДЭС, называется 73 электролитом - стабилизатором, так как он стабилизирует золь, придавая ему агрегативную устойчивость. Примеры решения задач Пример 1. Золь иодида серебра получен методом химической конденсации при избытке нитрата серебра. К какому электроду будет двигаться частица при электрофорезе? Напишите формулу мицеллы золя. Решение: 1. Рассмотрим образование мицеллы золя иодида серебра при избытке нитрата серебра: AgNO3(изб.)  KJ  AgJ   KNO3 Так как нитрат серебра взят в избытке, следовательно, раствор AgNO3 будет являться электролитом-стабилизатором, ионы которого образуют ДЭС: AgNO3  Ag   NO3   2. В соответствии с правилом Фаянса-Панета-Пескова, ионы Ag  будут являться потенциалопределяющими ионами, тогда ионы NO3 – противоионами. 3. Формула мицеллы запишется следующим образом: mgJnAg + . (n-x) N O3-x+. xN O3- потенциал- агр егат определяющие пр отивоионы пр отивоионы ионы ядр о адсор бционный слой диффузный слой коллоидная частица (гр анула) мицелла m - количество молекул или атомов, образующих агрегат; n - число потенциалопределяющих ионов, адсорбированных на поверхности агрегата; n  x  - число противоионов в плотной части двойного электрического слоя (адсорбционный слой); x - число противоионов в диффузной части двойного электрического слоя; x  - заряд коллоидной частицы (гранулы). 74 4. Так как коллоидная частица заряжена положительно, то при электрофорезе она будет двигаться к отрицательно заряженному электроду (катоду). 75 Задачи для самостоятельного решения 1. Золь сульфата бария получен сливанием равных объемов растворов нитрата бария и серной кислоты. Одинаковы ли исходные концентрации электролитов, если при электрофорезе частица перемещается к аноду? Напишите формулу мицеллы золя BaSO4. 2. Напишите формулы мицелл золей: Al(OH)3, стабилизированного AlCl3; SiO2, стабилизированного H2SiO3. К каким электродам будут двигаться коллоидные частицы каждого из указанных золей при электрофорезе? 3. Для получения золя AgCl смешали 10 мл 0,02М KCl и 100 мл 0,05 М AgNO3. Напишите формулу мицеллы полученного золя. К какому электроду будет двигаться частица при электрофорезе? 4. Золь гидроксида алюминия получен сливанием равных объемов растворов хлорида алюминия и гидроксида натрия. Одинаковы ли исходные концентрации электролитов, если при электрофорезе частица перемещается к катоду? Напишите формулу мицеллы золя. Al(OH)3. 5. Золь гидроксида железа получен методом гидролиза хлорида железа. Напишите формулу мицеллы, если стабилизатором золя является электролит FeOCl. Каков заряд коллоидной частицы? 6. Напишите формулу мицеллы гидрозоля AgBr, полученного при сливании разбавленного раствора AgNO3 c избытком KBr. Как измениться строение мицеллы, если гидрозоль AgBr получать при сливании сильно разбавленного раствора KBr с избытком AgNO3? 7. Гидрозоль HgS получен пропусканием H2S через водный раствор оксида ртути. Напишите уравнение реакции образования золя и формулу мицеллы, если стабилизатором золя является H2S. Определите знак заряда коллоидной частицы. 8. Заряд частиц гидрозоля SiO2 возникает в результате диссоциации кремневой кислоты H2SiO3, образующейся на поверхности коллоидной частицы при взаимодействии поверхностных молекул SiO2 с водой. Напишите формулу мицеллы золя. 76 9. Стабилизатором гидрозоля MnO2 является перманганат калия KMnO4. Напишите формулу мицеллы золя, определите заряд коллоидной частицы. К какому электроду будут двигаться частицы при электрофорезе? 10. Золь сульфида мышьяка As2S3 получен пропусканием сероводорода через разбавленный раствор оксида мышьяка As2O3. Стабилизатором золя является сероводород. Напишите реакцию образования золя и формулу мицеллы. Определите знак заряда коллоидной частицы. 11. Золь AgJ получен при добавлении 8 мл 0,05 М водного раствора KJ к 10 мл 0,02 М AgNO3. Напишите формулу мицеллы образовавшегося золя. Определите знак заряда коллоидной частицы. 12. Золь гидроксида железа получен при добавлении к 85 мл кипящей дистиллированной воды 15 мл 2%-ного раствора FeCl3. Напишите возможные формулы мицелл золя Fe(OH)3, учитывая, что при образовании золя в растворе могут присутствовать ионы: Fe3+, FeOH+, H+, Сl  . Определите заряд коллоидной частицы. 13. Золь золота получают восстановлением золотой кислоты танином по реакции: 2HAuO2  C76 H 52O46  2 Au  C76 H 52O49  H 2 O Каков знак заряда коллоидной частицы и формула мицеллы, если при электрофорезе частицы движутся к аноду? 14. Золь «берлинской лазури» Fe4 получен сливанием равных объемов растворов K4 и FeCl3. Одинаковы ли исходные концентрации электролитов, если при электрофорезе частица перемещается к аноду? Напишите формулу мицеллы золя. 15. Гидрозоль железосинеродистой меди Cu2 красно - оранжевого цвета получают по реакции двойного обмена: 2CuCl 2  K 4 Fe(CN) 6   Cu 2 Fe(CN) 6   4KCl Одинаковы ли исходные концентрации электролитов, если при электрофорезе частицы перемещаются к аноду? Напишите формулу мицеллы золя Сu2. 16. Золь «берлинской лазури» получен сливанием равных объемов растворов K4 и FeCl3. Одинаковы ли исходные 77 концентрации электролитов, если при электрофорезе частицы перемещаются к катоду? Напишите формулу мицеллы золя Fe4. 17. Золь гидроксида алюминия получен сливанием равных объемов растворов хлорида алюминия и гидроксида натрия. Одинаковы ли исходные концентрации электролитов, если при электрофорезе частицы перемещаются к аноду? Какой из электролитов взят в избытке? Напишите формулу мицеллы золя Al(OH)3. 18. Золь AgJ получен при постепенном добавлении к 20,0 мл 0,01 М раствора KJ 15,0 мл 0,2%-ного раствора AgNO3. Напишите формулу мицеллы образовавшегося золя и определите направление коллоидной частицы в электрическом поле. Плотность раствора нитрата серебра примите равной единице. 19. Какой объем 0,005 М AgNO3 нужно прилить к 20,0 мл 0,015 М KJ, чтобы получить положительно заряженный золь иодида серебра? Напишите формулу мицеллы. 20. Золь бромида серебра получен сливанием 25,0 мл 0,008 М KBr и 18,0 мл 0,0096 М AgNO3. Определите знак заряда коллоидной частицы и составьте формулу мицеллы золя. 21. Свежеосажденный осадок гидроксида алюминия обработали небольшим количеством соляной кислоты, недостаточным для полного растворения осадка. При этом образовался золь Al(OH)3. Напишите формулу мицеллы золя, учитывая, что в электрическом поле частицы золя перемещаются к катоду. 22. Гидрозоль металлического золота может быть получен восстановлением аурата калия KAuO2 формальдегидом. Стабилизатором золя служит аурат калия. Напишите формулу мицеллы и определите знак заряда коллоидной частицы. К какому электроду будет двигаться частицы при электрофорезе? 23. Золь сульфида мышьяка As2S3 получен пропусканием сероводорода через разбавленный раствор оксида мышьяка As2O3. Напишите уравнение реакции образования золя и формулу мицеллы, если при электрофорезе частицы перемещаются к аноду. 78 § 10. Коагуляция лиофобных золей электролитами. Выбор иона-коагулятора Коагуляция – процесс разрушения коллоидных систем за счет слипания частиц, образования агрегатов и их последующего оседания. Основной причиной, вызывающей коагуляцию, является действие на золь растворов электролитов. Правила электролитной коагуляции 1. Все без исключения сильные электролиты при определенной концентрации могут вызвать коагуляцию коллоидного раствора. 2. Правило знака заряда: коагуляцию коллоидного раствора (золя) вызывает тот ион электролита, знак заряда которого противоположен заряду коллоидной частицы. Этот ион электролита называют ионом-коагулятором. 3. Каждый электролит по отношению к данному золю обладает порогом коагуляции. Порог коагуляции () – минимальная концентрация электролита, достаточная для того, чтобы вызвать явную коагуляцию золя: V C   , (10.1) W где:  - порог коагуляции, моль/л; V - объем электролита, вызывающего коагуляцию, мл; С - концентрация электролита, моль/л; W - объем золя, мл. Коагулирующая способность электролита (Р) – величина, обратно пропорциональная порогу коагуляции: Р 1 .  (10.2) 4. Влияние заряда (валентности) иона коагулятора на коагулирующую способность электролита (правило Шульце- Гарди). Коагулирующая способность электролита возрастает с увеличением валентности иона - коагулятора. const  , (10.3) zn где: z - валентность (заряд) иона - коагулятора, n = 2 ÷ 6 5. Коагулирующая способность ионов коагуляторов одной и той же валентности возрастает с увеличением радиуса иона-коагулятора: Li   Na   K   Rb   Cs   возрастание коагулирующей способност и  79 Пример решения задачи Пример 1. В разбавленный раствор NaJ (вещества А) медленно вводят раствор AgNO3 (вещество В), в результате образуется AgJ (гидрозоль С). Напишите формулу мицеллы, укажите знак заряда коллоидной частицы. Какой из указанных электролитов-коагуляторов: NaF, Ca(NO3)2, K2SO4 обладает наименьшим порогом коагуляции для AgJ (гидрозоля С)? Решение: 1. Рассмотрим образование мицеллы золя иодида серебра при избытке иодида натрия: AgNO3  NaJ (изб.)  AgJ   NaNO3 Так как иодид натрия взят в избытке, следовательно, раствор NaJ будет являться электролитом-стабилизатором, ионы которого образуют ДЭС: NaJ  Na   J  По правилу Фаянса-Панета-Пескова ионы J  будут являться потенциалопределяющими ионами, тогда ионы Na  – противоионами. 2. Тогда формула мицеллы золя запишется следующим образом: mAgJ  nJ   (n  x) Na   x xNa  3. Так как коллоидная частица заряжена отрицательно, то по правилу Шульце – Гарди, коагуляцию образовавшегося золя будут вызывать катионы и тем быстрее, чем больше заряд катиона. Из предложенных электролитов-коагуляторов наибольшим положительным зарядом обладает ион Са2+, следовательно электролит Ca(NO3)2 будет обладать наименьшим порогом коагуляции. Задачи для самостоятельного решения Согласно своему варианту: 1. Напишите уравнение реакции образования гидрозоля С из веществ А и В. 2. Напишите формулу мицеллы образовавшегося гидрозоля С при условии, что вещество А взято в избытке. Укажите знак заряда коллоидной частицы. 3. Укажите электролит-коагулятор, обладающий меньшим порогом коагуляции. 80

Холодный утренний туман, оседающий на землю, столб дыма над костром, взвешенные частицы в воде рек и озер — все это мы видели множество раз.
Нас постоянно окружают дисперсные системы

Понимание коллоидных систем важно для общего понимания образования гидроокиси железа в водоочистке и принципов фильтрации. Этот старый советский обучающий фильм отлично рассказывает о том, что такое коллоиды, как они образуются и взаимодействуют с окружающей средой. СМОТРИМ! Если смотреть не получается — читаем.

Они состоят из вещества в мелкораздробленом состоянии — дисперсной фазы и среды в которой эта фаза распределеа и которую называют дисперсионной средой.

Величина частиц и степень их дисперсности может быть различной. Сравнительно большие размеры частиц имеют грубодисперсные системы — взвеси и эмульсии .

В истинных растворах вещество находится в виде молекул или оинов распределенных равномерно среди молекул растворителя.

Частицы грубодисперсных систем хорошо видны в микроскоп. Например, молоко, представляющее эмульсию капелек жира в сыворотке, дым — это множество твердых частиц, взвешенных в воздухе.

Грубодисперсные системы неустойчивы и со временем дисперсная фаза отделяется от дисперсионной среды (выпадает в осадок).

По размеру частиц промежуточной положение между истинными растворами и взвесями занимают коллоидные растворы — золи.

Коллоидные частицы очень малы. И все же они могут состоять из сотен и тысяч молекул.

Свойства коллоидных растворов

Коллоидные частицы настолько малы, что не видны в обычный микроскоп. По внешнему виду коллоидный раствор нельзя отличить от истинного. Однако, если на освещенный коллоидный раствор посмотреть сбоку, то свет луча будет виден, как светлая дорожка, образовавшаяся от рассеивания света частицами. Это явление используют для распознавания коллоидных растворов.

В истинном растворе свет луча не виден, так как молекулы и ионы истинного раствора слишком малы и не рассеивают его.

В коллоидном — свет хорошо заметен. Он образует так называемый конус Тиндаля . Частицы коллоидных растворов под уадарами молекул растворителя совершают непрерывные хаотические перемещения. Это явление носит название Броуновского движения .

Из-за очень малых размеров коллоидные частицы имеют огромную суммарную поверхность.

Поверхность кубика с длинной ребра в 1 см составляет всего 6 квадратных сантиметров.. Но если 1 кубический сантиметр вещества раздробить на части объемом в 1 кубический микрон, то общая их поверхность увеличится в 10 тысяч раз. Поэтому и поглотительные свойства у коллоидных частиц проявляются значительно сильнее, чем у нераздробленного вещества.

Дисперсные системы в природе и технике

Вещества в коллоидном состоянии являются основой органической жизни на земле. Протоплазма любой живой клетки — это сложная коллоидная система. Мышечные ткани, хрящи, клеточные ткани растений, оболочки эритроцитов — тоже разновидности студней.

Коллоиды почвы играют большую роль в корневом питании растений. Адсорбированные на поверхности частиц почвы ионы калия, кальция и других элементов, в результате ионного обмена переходят в почвенный раствор и всасываются корневой системой.

Вещества в коллоидном состоянии принимают участие в образовании многих минералов:

  • агата
  • малахита
  • мрамора

Некоторые драгоцнные камни, например жемчуг представляют собой колоидную систему, где дисперсионной средой является твердое тело — углекислый кальций, а дисперсной фазой — капельки воды. Окраска драгоценных камней: рубинов, изумрудов, сапфиров зависит от присуствия в них небольших количеств золей тяжелых металлов.

Еще в глубокой древности человек использовал коллоидные процессы. Египтяне забивали в щели скал деревянные клинья. Поливали их водой. Древесина набухала, создавалось огромное давление, которое разрушало самые твердые скальные породы.

Процессы коагуляции коллоидов применяют для очистки природной воды. В бассейн отстойник добавляют электролит и коллоиды осаждаются в виде хлопьев, которые задерживает песчаный фильтр.

Мели и наносы в устьях рек образуются под действием морской воды, приводящие к коагуляции коллоидных частиц, находящихся в реке.

Сегодня с коллоидными процессами связаны важнейшие отрасли химической промышленности:

  • производство искусственного волокна
  • раличных клеящих веществ
  • синтетического каучука
  • и многих других химических продуктов

Знакомые уже нам явления электрофареза используют в работе электрофильтров — дымоуловителей.

Адсорбционные свойства коллоидных частиц положены в основу процесса флотационного обогащения руд. Частицы пустой породы гидрофильны, то есть удерживают на своей поверхности молекулы воды, а частицы руды при добавлении некоторых химических веществ приобретают гидрофобные — водоотталкивающие свойства. При продувании через эту смесь воздуха несмачиваемые частички руды поднимаются на поверхность, а пустая порода опускается на дно.

Важные пищевые продукты:

  • простокваша
  • кефир
  • творог
  • джемы
  • и другие

Основной темой данной статьи будет коллоидная частица. Здесь мы рассмотрим понятие и мицеллы. А также ознакомимся с основным видовым разнообразием частиц, относящихся, к коллоидным. Отдельно остановимся на различных особенностях изучаемого термина, некоторых отдельных понятиях и многом другом.

Введение

Понятие коллоидной частицы тесно связано с различными растворами. В своей совокупности они могут образовывать разнообразные системы микрогетерогенного и дисперсного характера. Частички, образующие такие системы, по размерам обычно лежат в пределах от одного до ста мкм. Помимо наличия поверхности с четко разделенными границами между дисперсной средой и фазой, коллоидные частицы характеризуются свойством малой устойчивости, а сами растворы образоваться самопроизвольно не могут. Наличие большого разнообразия в строении внутренней структуры и размерах вызывает создание большого числа методов получения частиц.

Понятие коллоидной системы

В коллоидных растворах частицы во всей своей совокупности образуют системы дисперсоного типа, которые являются промежуточными между растворами, которые определяют как истинные и грубодисперсные. В данных растворах капли, частички и даже пузырьки, образующие дисперсную фазу, обладают размером от одного до тысячи нм. Они распределяются в толще дисперсной среды, как правило, непрерывной, и отличаются от исходной системы составом и/или агрегатным состоянием. Чтобы лучше понять значение такой терминологической единицы, лучше рассмотреть ее на фоне систем, которые она образует.

Определение свойств

Среди свойств коллоидных растворов основными можно определить:

  • Образующие частички не мешают прохождению света.
  • Прозрачные коллоиды обладают свойством, позволяющим рассеивать световые лучи. Это явление называют эффектом Тиндаля.
  • Заряд коллоидной частицы является одинаковым для дисперсных систем, вследствие чего они не могут встречаться в растворе. В Броуновском движении дисперсные частички не могут выпадать в осадок, что обуславливается их поддержанием в состоянии полета.

Главные типы

Основные классификационные единицы коллоидных растворов:

  • Взвесь частичек твердого типа в газах называют дымом.
  • Взвесь частичек жидкости в газах называют туманом.
  • Из мелких частичек твердого или жидкого типа, взвешенных в среде газа, образуется аэрозоль.
  • Газовую взвесь в жидкостях или твердых телах называют пеной.
  • Эмульсия - это жидкостная взвесь в жидкости.
  • Золь - это дисперсная система ультрамикрогетерогенного типа.
  • Гелем называются взвесь из 2 компонентов. Первый создает каркас трехмерного характера, пустоты которого будут заполнены различными низкомолекулярными растворителями.
  • Взвесь частичек твердого типа в жидкостях называют суспензией.

Во всех этих коллоидных системах размеры частиц могут сильно отличаться в зависимости от своей природы происхождения и агрегатного состояния. Но даже несмотря на такое крайне разнообразное количество систем, обладающих разной структурой, все они относятся к коллоидным.

Видовое разнообразие частиц

Первичные частицы, имеющие коллоидные размеры, по типу внутренней структуры делятся на следующие виды:

  1. Суспензоиды. Их также называют необратимыми коллоидами, что не способны самостоятельно существовать в длинных промежутках времени.
  2. Коллоиды мицеллярного типа, или, как их еще называют, полуколлоиды.
  3. Коллоиды обратимого типа (молекулярные).

Процессы образования данных структур очень различаются между собой, что усложняет процесс понимания их на детальном уровне, на уровне химии и физики. Коллоидные частицы, из которых образуются такие имеют крайне разную форму и условия протекания процесса образования цельной системы.

Определение суспензоидов

Суспензоидами называют растворы с элементами металлов и их вариациями в форме оксида, гидроксида, сульфида и прочих солей.

Все образующие частицы вышеупомянутых веществ обладают молекулярной или ионной кристаллической решеткой. Они формируют фазу дисперсного типа вещества - суспензоида.

Отличительной чертой, позволяющей отличать их от суспензий, является наличие более высокого показателя дисперсности. Но они связаны между собой отсутствием механизма стабилизации для дисперсности.

Необратимость суспензоидов объясняется тем, что осадок процесса их впаривания не дает человеку получить вновь золи посредством создания контакта между самим осадком и дисперсной средой. Все суспензоиды являются лиофобными. В подобных растворах называются коллоидными частицы, относящиеся к металлам и производным солям, которые были измельчены или конденсированы.

Методика получения ничем не отличается от тех двух способов, которыми всегда создают дисперсные системы:

  1. Получение путем диспергирования (измельчения крупных тел).
  2. Методом конденсации ионно- и молекулярнорастворенных веществ.

Определение мицелярных коллоидов

Мицелярные коллоиды также именуют полуколлоидами. Частички, из которых они создаются, возникать могут при наличии достаточного уровня дифильного типа. Такие молекулы могут образовать только низкомолекулярные вещества посредством их ассоциирования в агрегат молекулы - мицеллу.

Молекулы дифильной природы - это структуры, состоящие из углеводородного радикала, параметрами и свойствами сходного с неполярным растворителем и гидрофильной группой, которую также называют полярной.

Мицеллы - это особые скопления правильно расставленных молекул, которые удерживаются преимущественно посредством использования дисперсных сил. Мицеллы образуются, например, в водных растворах моющих средств.

Определение молекулярных коллоидов

Молекулярными коллоидами называют высокомолекулярные соединения как природного, так и синтетического происхождения. Молекулярный вес может колебаться от 10.000 до нескольких миллионов. Молекулярные фрагменты подобных веществ обладают размером коллоидной частицы. Сами молекулы именуют макромолекулами.

Соединения высокомолекулярного типа, подверженные разбавлению, называют истинными, гомогенными. Они, в случае предельного разведения, начинают подчиняться общему ряду законов для разбавленных составов.

Получение коллоидных растворов молекулярного типа является довольно простым заданием. Достаточно заставить контактировать и соответствующий растворитель.

Неполярная форма макромолекул растворяться может в углеводородах, а полярная - в полярных растворителях. Примером последнего может послужить растворение различных белков в растворе воды и соли.

Обратимыми эти вещества называют в связи с тем, что подвергание их выпариванию с добавлением новых порций заставляет молекулярные коллоидные частицы принимать форму раствора. Процесс их растворения должен проходить через стадию, на которой он набухает. Она является характерной чертой, выделяющей молекулярные коллоиды, на фоне других систем, которые были рассмотрены выше.

В процессе набухания молекулы, образующие растворитель, проникают в твердую толщу полимера и тем самым расталкивают макромолекулы. Последние в связи со своими большими размерами начинают медленно диффундировать в растворы. Внешне это можно наблюдать при увеличении объемной величины полимеров.

Устройство мицеллы

Мицеллы коллоидной системы и их строение будет проще изучить, если рассмотреть образующий процесс. Возьмем для AgI. В данном случае частицы коллоидного типа будут образоваться в ходе следующей реакции:

AgNO 3 +KI à AgI↓+KNO 3

Молекулы иодида серебра (AgI) образуют практически нерастворимые частички, внутри которых кристаллическая решетка будет образована катионами серебра и анионами иода.

Образующиеся частицы поначалу имеют строение аморфного типа, однако далее, по мере протекания их постепенной кристаллизации, приобретают постоянное устройство внешнего вида.

Если взять AgNO 3 и KI в соответственных эквивалентах, то кристаллические частицы будут расти и достигать значительных размеров, превосходящих даже величину самой коллоидной частицы, а далее быстро выпадать в осадок.

Если взять одно из веществ с избытком, то можно искусственно сделать из него стабилизатор, который будет сообщать об устойчивости коллоидных частиц иодида серебра. В случае чрезмерного количества AgNO 3 раствор будет содержать в себе больше положительных ионов серебра и NO 3 - . Важно знать о том, что процесс формирования кристаллических решеток AgI подчиняется правилу Панета-Фаянса. Следовательно, он способен протекать только в случае наличия ионов, входящих в состав данного вещества, которые в данном растворе представлены катионами серебра (Ag +).

Положительные ионы аргентума будут продолжать достраиваться на уровне формирования кристаллической решетки ядра, прочно входящего в структуру мицеллы и сообщающего об электрическом потенциале. Именно по этой причине ионы, которые используются для достройки ядерной решетки, называют потенциалопределяющими ионами. В ходе образования коллоидной частицы - мицеллы - есть и другие особенности, обуславливающие то или иное течение процесса. Однако здесь было рассмотрено все на примере с упоминанием важнейших элементов.

Некоторые понятия

Термин коллоидной частички тесно связан с адсорбционным слоем, который образуется одновременно с ионами потенциалопределяющего типа, в ходе адсорбции общего количества противоионов.

Гранула - это структура, образованная ядром и адсорбционным слоем. Она обладает электрическим потенциалом такого же знака, которым наделен Е-потенциал, однако его величина будет меньшей и зависит от исходной величины противоионов в слое адсорбции.

Слипание коллоидных частиц является процессом, который именуют коагуляцией. В дисперсных системах она приводит к образованию из мелких частичек более крупных. Процесс характеризуется сцеплением между маленькими структурными компонентами с образованием коагуляционных структур.

"Увеличение скорости химической реакции при введении катализатора происходит в результате уменьшения.......

Ответ "энергии активации"

Ответ 1. "Sn" 2. "Mg" 3. "Zn"

"Дисперсная система была получена путем обработки вещества ультразвуком. Этот способ является:

Ответ "диспергационным"

"Соотнесите название метода анализа с законом, на котором основан метод:

Ответ: "титриметрия" - "эквивалентов"; "потенциометрия" - "Нернста"; "кулонометрия" - "Фарадея"

"При добавлении к раствору, содержащему ионы железа, добавили гексацианоферрат (II) калия K4 или желтую кровяную соль. Какой ион присутствует в растворе, если образовался темно-синий осадок берлинской лазури:

Ответ "Fe3+"

Задан вопрос: "Синтетическим полимером является: Ответ "капрон"

"Неорганическая кислота, которая имеет полимерное строение называется: Ответ "кремниевой"

"Эквивалентны ли 1 моль молекул CО2 и 1 моль молекул SO2 ? Ответ "да"

Ответ "CuCl2"

"Наибольшее давление водяного пара будет наблюдаться над раствором, в 1 литре

"Наименьшую энергию ионизации имеет атом: Ответ "Na"

Задан вопрос: "Возможно ли протекание реакции: 2SO2(г)+О2(г) -> 2SО3 в стандартных условиях..... ?н= -197,8 кДж/моль; ?G=-142 Дж/моль; ?s=-187,8 Дж/моль?К

Ответ "да"

"Возможно ли протекание реакции: СаСО3(т) ->СаО(г)+СО2(г) в стандартных условиях

Н= 178 кДж

Ответ "нет"

"Какие из перечисленных металлов будут вступать в реакцию c HNO3 (концентрированную или разбавленную).

Ответ 1. "Bi" 2. "Na" 3. "Ag"

"Какое утверждение справедливо?

Ответ "Гранула коллоидной частицы с диффузным слоем образует мицеллу"

Ответ "SnCl4"

"В основе титриметрического метода анализа лежит закон: Ответ "эквивалентов"

"В основе спектрофотометрического метода анализа лежит: Ответ "поглощение света"

"Наиболее высокой температурой кипения при прочих равных условиях будет обладать 20%-ный водный раствор:

"формальдегида (МЧ=15)"

"Число нейтронов, совпадает с числом протонов в ядре атома изотопа: Ответ "21Н"

"Какой из перечисленных металлов будет служить протектором для медного кабеля. Ответ "Zn"

"Является ли данная реакция окислительно-восстановительной: 4Al+3O2=2Al2O3 ? Ответ "ДА"

Ответ "Na2HPO4"

"Соотнесите явление А и процесс В."

Ответ: "пептизация" - "укрупнение коллоидных частиц"; "коагуляция" - обратимый переход геля в золь при механическом воздействии"; "тиксотропия" - "превращение свежевыпавшего осадка в золь при действии электролита"

"Формула вещества, способного вступать в реакцию поликонденсации, имеет вид:

Ответ "NН2-CH2COOH"

"Полимер, которому соответствует формула: (-СH2-CH(OCOCH3-)n, называется..." Ответ: "поливинилацетат"

"Эквивалентны ли 44 грамма СО2 и 64 грамма SO2 ? Ответ "да"

"Сильным электролитом является водный раствор: Ответ "СuSО4"

"Сильным электролитом является водный раствор:

Ответ "CuCl2"

"Масса H2SO4, содержащаяся в 0,5 литрах раствора с молярной концентрацией

"Формула соли, значение рН водного раствора которой больше 7, имет вид:

Ответ "Na2CО3"

"Масса H2SO4, необходимая для приготовления 500 мл раствора с молярной концентрацией растворенного вещества 1 моль/л составляет....... граммов. Ответ "49"

"Для электронов, находящихся на р-орбиталях, значение орбитального квантового числа равно:

Наибольшей степенью ионности характеризуется химическая связь в соединениях:

Ответ "NaCl"

"Назовите газообразный продукт, при реакции HNO3 конц. с Hg, если реакция возможна. Ответ "NO2

"Определите в какой из реакций выделится наибольшее количество тепла, условия стандартные.

Ответ: "2Zn(к) +O2(г)?2ZnО(к)"

"Частицы дисперсной фазы имеют размеры от 10 нм до 100 нм. Они являются частицами: Ответ "колллоидными частицами"

"Продуктом восстановления перманганата калия сульфитом натрия в сернокислой среде является вещество, формула которого:

Ответ "MnSO4"

Ответ "NaOH"

"Цепь состоит из: -Si-О-, -Al-О-, -Са-О-, -Mg-O- фрагментов - это полимеры: Ответ "неорганические"

"К гомополимерам относится: Ответ "капрон"

"Число неспаренных электронов в основом состоянии атомаэлемента, образующего высший оксид состава Э2О5 равно:

"Назовите вещество, которое легче всего окисляется в стандартных условиях, используя значение?0

"Какой знак заряда гранулы мицеллы золя AgJ, полученного по реакции KJ c AgNO3 при избытке второго?

Ответ "отрицательный"

"Два моль молекул SO2 при нормальных условиях занимает обьем ______ л. Ответ "44,8"

Текущая оценка 5,000 (5)

"Количество моль молекул, содержащихся в четырех моль эквивалентах O2, равно ______

"Какой обьем (л) при нормальных условиях занимает 1,5 моль эквивалентов кислорода. Ответ пользователя: "8,4"

"Концентрация ионов водорода в водном растворе с рН=11 составляет..... моль/л: Ответ "10-11"

"500 мл водного раствора, содержащего 156 граммов Na2S, разбавили водой в 2 раза. Молярная концентрация вещества в полученном растворе составляет.......... моль/л.

"Масса H2SO4, содержащаяся в 0,5 литрах раствора с молярной концентрацией эквивалентов (нормальная концентрация) 2 моль/л, равна......... граммам. Ответ "49"

"Число электронных орбиталей определяет..... квантовое число. Ответ "главное"

"Назовите какой продукт образуется при реакции H2SO4 конц. с Cu, если реакция возможна.

Ответ "SO2"

"Продуктами, выделяющимися на инертных электродах при электролизе водного раствора сульфата натрия, являются......

Ответ "Н2 и О2"

"Какая формула описываетизменение энтропии системы: Ответ "?S=Qобр/T"

"Какие из перечисленных металлов будут вступатьв реакцию с разбавленной H2SO4 и

"Водород является окислителем в реакции:

Ответ "Сa+H2=CaH2

"Коллоидная частица имеет положительный заряд. Выбрать электролит, который наиболее эффективно (при прочих равных условиях) вызовет коагуляцию этого золя.

Ответ "K2SO4"

"Коллоидная частица имеет отрицательный заряд. Выбрать электролит, который наиболее эффективно (при прочих равных условиях) вызовет коагуляцию этого золя.

Ответ "Al(NO3)3"

"Остатки аминокислот являются структурными звеньями: Ответ "полипептидов"

"Вещества, при взаимодействии которых с активными радикалами происходит образование малоактивных центров, не способных инициировать дальнейший процесс полимеризации, называется:

Ответ "ингибиторами"

"К сополимерам относится:

Ответ "карбамидоформальдегидная смола"

"Оксидом, который не проявляет амфотерные свойства, является: Ответ "CuO

"В одном литре насыщенного раствора содержится 5,7*10-4 SrSO4. Значение произведения растворимости ПРSrSO4 равно.....

Ответ "3,2*10 -7"

"Наиболее низкой температурой кристаллизации при стандартных условиях будет обладать 5%-ный водный раствор:

Ответ "формальдегида (МЧ=15)"

"Наибольшее давление водяного пара будет наблюдаться над раствором, в 1 литре

"Для электронов, находящихся на d-орбиталях, значение орбитального квантового числа равно:

"Число нейтронов, совпадает с числом протонов в ядре атома изотопа: Ответ "168О"

"Для электронов, находящихся на р-орбиталях, значение орбитального квантового числа равно:

"Cоотнесите: термодинамическую характеристику реакции с возможностью самопроизвольного протекания реакции

Ответ: "?G=0" ассоциируется с: (1)"в системе установилось равновесие"; "?G>0" - "реакция невозможна" "?G<0" - "реакция возможна"

"Вещество, атомы или ионы которого принимают электроны, называется: Ответ "окислителем"

Задан вопрос: "Какой знак заряда гранулы мицеллы золя PbJ2, полученного по реакции KJ c Pb(NO3)2 при избытке первого?

Ответ "отрицательный"

"Люминесцентный анализ относится к методам:" Ответ "спектральным"

"К сополимерам относится:"

Ответ "фенолформальдегидная смола"

"К природным полимерам относится:" Ответ "крахмал"

"Один моль молекул О2 при нормальных условиях занимает обьем ______ л."

Ответ "22,4"

"Сколько граммов соли потребуется для приготовления 500 граммов 15% раствора. (с точностью до целого значения)

"Концентрация ионов водорода в водном растворе с рН=6 составляет..... моль/л: Ответ "10-6"

"Наибольшее давление водяного пара будет наблюдаться над раствором, в 1 литре

"Наиболее низкой температурой кипения при прочих равных условиях будет обладать 10%-ный водный раствор:

Ответ "сахарозы (МЧ=342)"

"Молярная концентрация эквивалентов (нормальная концентрация) СаO, в растворе, полученном растворением 28 граммов этого вещества в 2000 мл воды (изменением обьема при растворении пренебречь), равна....... моль/л.

Ответ "0,5"

"Укажите элементы - неметаллы:" Ответ 1. "фосфор" 2. "сера" 3. "хлор"

"Выбрать процесс, происходящий на аноде при нарушении целостности покрытия на пластинке оцинкованного железа, находящейся в растворе HCl, доступ О2 свободный.

Ответ: "Zn -2e ? Zn2+"

"Определите катодную реакцию в серебряно-магниевом гальваническом элементе."

Ответ "Ag+ + e ? Ag"

"Атомы каких элементов относятся к металлам:"

Ответ 1. "Na" 2. "K"

"Возможно ли протекание реакции: 2SO2(г)+О2(г) -> 2SО3 в стандартных условиях.....

Н= -197,8 кДж/моль;

G=-142 Дж/моль; ?s=-187,8 Дж/моль?К" Ответ "да"

"Если реакция при температуре 700 С протекает за 54 минут, а при 1000 С - за 2 минуты то температурный коэффициент равен......."

"Теплота сгорания метанола равна 726 кДж/моль. При сгорании 8 г метанола выделится

КДж теплоты Образец ответа: 234,4"

Ответ "181,5"

"Число электронов, которое присоединяет 1 моль окислителя в окислительно-

восстановительной реакции: Zn+HNO3(разб)? Zn(NO3)2+NH4NO3+H2O равно.........

"Какие из указанных веществ могут проявлять как восстановительные, так и окислительные свойства:

"Процесс перехода свежевыпавшго осадка в золь при действии электролита называется:" Ответ "пептизация"

"Коллоидная частица имеет положительный заряд. Выбрать электролит, который наиболее эффективно (при прочих равных условиях) вызовет коагуляцию этого золя."

Ответ "K3PO4"

"Частицы дисперсной фазы имеют размер 30 нм. Относится ли эта система к коллоидным?"

Ответ "да"

"Cooтнесите определяемый катион и реактив для его обнаружения:"

Ответ: "Fe(II)" - "K3"; "Cd(II)" - "K2S"; "Fe(III)" - "K4Fe[(CN)6]"

Коллоидные растворы - это высокодисперсные двухфазные системы, состоящие из дисперсионной среды и дисперсной фазы, причем линейные размеры частиц последней лежат в пределах от 10 -9 м до 10 -7 м. Как видно, коллоидные растворы по размерам частиц являются промежуточными между истинными растворами и суспензиями и эмульсиями. Коллоидные частицы обычно состоят из большого числа молекул или ионов.

Коллоидные растворы иначе называют золями. Их получают дисперсионными и конденсационными методами. Диспергирование чаще всего производят при помощи особых “коллоидных мельниц”. При конденсационном методе коллоидные частицы образуются за счет объединения атомов или молекул в агрегаты. Так, если возбудить в воде дуговой электрический разряд между двумя проволоками из серебра, то пары металла конденсируются в коллоидные частицы. При протекании многих химических реакций также происходит конденсация и образуются высокодисперсные системы (выпадение осадков, протекание гидролиза, окислительно-восстановительные реакции и т.д.).

Золи обладают рядом специфических свойств, которые подробно изучает коллоидная химия. Золи в зависимости от размеров частиц могут иметь различную окраску, а у истинных растворов она одинаковая. Например, золи золота могут быть синими, фиолетовыми, вишневыми, рубиново-красными.

В отличие от истинных растворов для золей характерен эффект Тиндаля, т. е. рассеяние света коллоидными частицами. При пропускании через золь пучка света появляется светлый конус, видимый в затемненном помещении. Так можно распознать, является данный раствор коллоидным или истинным. Строение структурной единицы лиофобных коллоидов – мицеллы – может быть показано лишь схематически, поскольку мицелла не имеет определенного состава. Рассмотрим строение коллоидной мицеллы на примере гидрозоля иодида серебра, получаемого взаимодействием разбавленных растворов нитрата серебра и иодида калия:

AgNO 3 + KI ––> AgI + KNO 3

Коллоидная мицелла золя иодида серебра (см. рис. 4.9) образована микрокристаллом иодида серебра, который способен к избирательной адсорбции из окружающей среды катионов Ag+ или иодид-ионов. Если реакция проводится в избытке иодида калия, то ядро будет адсорбировать иодид-ионы; при избытке нитрата серебра микрокристалл адсорбирует ионы Ag+. В результате этого микрокристалл приобретает отрицательный либо положительный заряд; ионы, сообщающие ему этот заряд, называются потенциалопределяющими , а сам заряженный кристалл – ядром мицеллы . Заряженное ядро притягивает из раствора ионы с противоположным зарядом – противоионы ; на поверхности раздела фаз образуется двойной электрический слой. Некоторая часть противоионов адсорбируется на поверхности ядра, образуя т.н. адсорбционный слой противоионов ; ядро вместе с адсорбированными на нем противоионами называют коллоидной частицей или гранулой. Остальные противоионы, число которых определяется, исходя из правила электронейтральности мицеллы, составляют диффузный слой противоионов ; противоионы адсорбционного и диффузного слоев находятся в состоянии динамического равновесия адсорбции – десорбции.

Схематически мицелла золя иодида серебра, полученного в избытке иодида калия (потенциалопределяющие ионы – анионы I – , противоионы – ионы К +) может быть изображена следующим образом:

{ m · nI – · (n-x)K + } x– · x K +

При получении золя иодида серебра в избытке нитрата серебра коллоидные частицы будут иметь положительный заряд:

{ m · nAg + · (n-x)NO 3 – } x+ · x NO 3 –

Рис.1 Строение коллоидной мицеллы

Агрегативная устойчивость золей обусловлена, таким образом, рядом факторов: во-первых, снижением поверхностной энергии дисперсной фазы (т.е. уменьшения движущей силы коагуляции) в результате образования двойного электрического слоя и, во-вторых, наличием кинетических препятствий для коагуляции в виде электростатического отталкивания имеющих одноименный заряд коллоидных частиц и противоионов. Еще одна причина устойчивости коллоидов связана с процессом гидратации (сольватации) ионов. Противоионы диффузного слоя сольватированы; эта оболочка из сольватированных противоионов также препятствует слипанию частиц.

Одним из важных свойств золей является то, что их частицы имеют электрические заряды одного знака. Благодаря этому они не соединяются в более крупные частицы и не осаждаются. При этом частицы одних золей, например металлов, сульфидов, кремниевой и оловянной кислот, имеют отрицательный заряд, других, например гидроксидов, оксидов металлов, - положительный заряд. Возникновение заряда объясняется адсорбцией коллоидными частицами ионов из раствора.

Для осаждения золя необходимо, чтобы его частицы соединились в более крупные агрегаты. Соединение частиц в более крупные агрегаты называется коагуляцией, а осаждение их под влиянием силы тяжести - седиментацией.

Обычно коагуляция происходит при прибавлении к золю: 1) электролита, 2) другого золя, частицы которого имеют противоположный заряд, и 3) при нагревании.

При определенных условиях коагуляция золей приводит к образованию студенистой массы, называемой гелем. В этом случае вся масса коллоидных частиц, связывая растворитель, переходит в своеобразное полужидкое-полутвердое состояние. От гелей следует отличать студни - растворы высокомолекулярных веществ в низкомолекулярных жидкостях (системы гомогенные). Их можно получить при набухании твердых полимеров в определенных жидкостях.

Значение золей исключительно велико, так как они более распространены, чем истинные растворы. Протоплазма живых клеток, кровь, соки растений - все это сложные золи. С золями связано получение искусственных волокон, дубление кож, крашение, изготовление клеев, лаков, пленок, чернил. Много золей в почве, и они имеют первостепенное значение для ее плодородия.