Методические указания к выполнению лабораторной работы для студентов 1 курса всех специальностей по направлению «Строительство» Новосибирск 2013

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО - СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПОЛУЧЕНИЕ И КОАГУЛЯЦИЯ

1. 
   По размерам частиц дисперсные системы делят на:
   
   1. 
      грубодисперсные системы с размером частиц дисперсной фазы 10^­–5 ­– 10^­–7 м – суспензии, эмульсии, пасты, порошки.
      
   2. 
      высокодисперсные системы с размером частиц дисперсной фазы 10^­–7 ­– 10^­–9 м – коллоидные системы, называемые в общем случае золями: аэрозоли, лиозоли, солиозоли.
      
2. 
   По агрегатному состоянию образующих дисперсную систему фаз. В основе классификации лежит анализ сочетаний различных агрегатных состояний дисперсной фазы и дисперсионной среды.
   
3. 
   По степени взаимодействия между частицами дисперсной фазы различают:
   
   1. 
      свободнодисперсные системы, в которых частицы дисперсной фазы не связаны между собой и могут независимо (свободно) перемещаться под влиянием теплового движения и силы тяжести.
      
   2. 
      связнодисперсные системы, в которых частицы дисперсной фазы связаны межмолекулярными силами и образуют в дисперсионной среде пространственные сетки или структуры.
      
4. 
   По характеру взаимодействия частиц дисперсной фазы и дисперсионной среды коллоидные растворы делят на:
   
   1. 
      Лиофильные (гидрофильные) – характеризуются сильным взаимодействием молекул дисперсионной среды и частиц дисперсной фазы, в результате вокруг частиц образуются устойчивые сольватные (гидратные) оболочки: растворы ВМС, мыла, а также некоторые породы глин.
      
   2. 
      Лиофобные (гидрофобные) – характеризуются слабым взаимодействием молекул дисперсионной среды и частиц дисперсной фазы. Дисперсная фаза в лиофобных коллоидах – неорганические вещества, дисперсионная среда – вода. Они имеют наибольший интерес для строителей.
      

1. 
   Размол: сухой – твердое вещество измельчают, затем добавляют жидкость; мокрый – жидкость смешивают с порошком, а затем измельчают до получения однородных смесей. Размол осуществляют в мельницах. Этим способом получают как лиофильные, так и лиофобные коллоиды.
   
2. 
   Набухание. Частицы дисперсионной среды растворителя проникают в твердую дисперсную фазу, раздвигают частицы этой фазы, диффундируют внутрь фазы и, таким образом, измельчают ее. Этим способом получают в основном лиофильные коллоидные растворы.
   
3. 
   Диспергирование ультразвуком. Измельчаемый материал помещают в жидкую дисперсионную среду и подвергают действию ультразвука. Этим способом получают лиофобные коллоиды.
   
4. 
   Диспергирование с помощью электрического тока используют для получения золей металлов. В раствор или воду помещают электроды из диспергируемого металла и на них подается высокое напряжение: создается вольтова дуга. Металл в дуге распыляется, его пары конденсируются в жидкости.
   

1. 
   Замена растворителя. Вещество из растворителя, в котором оно хорошо растворяется, переводится в растворитель (его много), в котором оно не растворяется. Тогда в последнем частицы вещества агрегируются (объединяются), и создается коллоидный раствор.
   
2. 
   Конденсация из паров – например, образование туманов.
   

1. 
   Реакции ионного обмена.
   

1. 
   Окислительно-восстановительные реакции
   

2. 
   Реакции гидролиза.
   

• 
  низкие концентрации смешиваемых растворов;
  
• 
  медленное смешивание растворов;
  
• 
  избыток одного из растворов.
  

коллоидная частица – гранула

{[m(CuS)] ∙ nCu2+ ∙ xCl–}+(2n – x) ∙ (2n – x)Cl–

агрегат ПОИ

адсорб. слой адсорб. слой диффузн. слой

ядро противоионы

• 
  действие добавок посторонних веществ: электролитов и неэлектролитов, золей другого состава (взаимная коагуляция);
  
• 
  повышение концентрации золя;
  
• 
  замена дисперсионной среды;
  
• 
  изменение температуры;
  
• 
  время;
  
• 
  механическое воздействие;
  
• 
  центрифугирование;
  
• 
  физико-химическое воздействие: электрическое поле, лучистая энергия, высокочастотные колебания и т. д.
  

1. 
   Для начала коагуляции золя необходима некоторая минимальная концентрация электролита, называемая порогом коагуляции:
   

2. 
   Коагулирующим действием обладает тот ион электролита, заряд которого противоположен заряду коллоидной частицы – гранулы, причем коагулирующее действие иона тем сильнее, чем больше его заряд – правило Шульце-Гарди, или правило значности.
   

3. 
   В рядах неорганических ионов с одинаковыми зарядами коагулирующее действие возрастает с уменьшением гидратируемости ионов, например, в ряду однозарядных катионов щелочных металлов коагулирующее действие возрастает от Li к Rb.
   

1. 
   Назвать дисперсную фазу и дисперсионную среду золя.
   
2. 
   Указать, каким методом был получен золь.
   

1. 
   Поместить в коническую колбу 10 мл 0,01 н. раствора KMnO₄, 20 мл H₂O (дист.) и нагреть до кипения на электроплитке.
   
2. 
   Уменьшить нагрев и при слабом кипении в течение 3-5 мин вводить небольшими порциями (по 0,5 см³ – 10 капель) концентрированный раствор аммиака. Суммарный объем добавляемого аммиака – 3-5 см³.
   
3. 
   Наблюдать образование красно-коричневого золя MnO₂ по реакции:
   

4. 
   Составить формулу мицеллы золя MnO₂ с учетом того, что стабилизатором является KMnO₄.
   
5. 
   Указать, каким методом был получен золь.
   

1. 
   Налить в коническую колбу 50 мл дистиллированной воды и нагреть ее до кипения.
   
2. 
   Не снимая колбу с электроплитки, добавить к кипящей воде по каплям 5 мл 5%-ного раствора FeCl₃. При этом происходит реакция:
   

3. 
   Образовавшийся золь Fe(OH)₃ кипятить еще одну минуту, затем охладить до комнатной температуры и в дальнейшем использовать в опыте 4.
   

4. 
   Составить формулу мицеллы золя с учетом того, что не все количество соли FeCl₃ вступило в реакцию с водой и ион Fe³⁺ из негидролизованной части FeCl₃ будет выступать в роли стабилизатора коллоидной частицы.
   
5. 
   Указать, каким методом был получен золь.
   

1. 
   В 4 сухих пробирки поместить по 6 мл приготовленного в опыте 3 золя Fe(OH)₃.
   
2. 
   Одну пробирку оставить в качестве контрольной.
   
3. 
   В оставшиеся 3 пробирки добавлять по каплям растворы электролитов, тщательно перемешивая, до появления первых признаков коагуляции (помутнение золя считается признаком начала коагуляции):
   

Электролит	Конц. коагу-лянта с, моль/л	Объем эл-лита, необх. для коагу-ляции, , см3	Порог коагу-ляции ск, моль-эк/л	Коагулир. способ-ность эл-лита f, л/моль	Ион-коагу-лятор
KCl	3
K2SO4	0,005
K3[Fe(CN)6]	0,0005

1. 
   Дайте определение дисперсной системы.
   
2. 
   Какие системы называются коллоидными?
   
3. 
   Перечислите методы получения дисперсных систем.
   
4. 
   Опишите строение мицеллы.
   
5. 
   Какие факторы обуславливают устойчивость коллоидных систем?
   
6. 
   Дайте определение коагуляции и укажите факторы, способствующие этому явлению.
   
7. 
   Как определяется порог коагуляции?
   
8. 
   Сформулируйте правило Шульце-Гарди.