Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры естественнонаучного образования протокол №10 «27»
Скачать 0.99 Mb.
|
| Тема 4. Растворы высокомолекулярных соединений (ВМС) (2 час), с использованием методов активного обучения – лекция - беседа Цель: Изучить растворы высокомолекулярных соединений Задачи:
План: 1. ВМС, растворы ВМС. 2. Высаливание ВМС. Наряду с дисперсными системами в курсе коллоидной химии изучают свойства растворов высокомолекулярных соединений (ВМС). Эти системы принципиально отличаются от коллоидных систем. Растворы ВМС – гомогенные термодинамически устойчивые обратимые системы, которые образуются самопроизвольно и по своей природе являются истинными молекулярными растворами. Однако при всех различиях их объединяет с коллоидными системами такой важные признак, как размер частиц. Молекулы ВМС – макромолекулы; как и коллоидные частицы, состоят из тысяч атомов. С этим связаны схожести оптических свойств, малая скорость диффузии, низкое осмотическое давления. К высокомолекулярным соединениям относят вещества с молекулярной массой порядка 104–106 и выше. Они могут быть природного происхождения (белки, пектины, натуральный каучук, высшие полисахариды) или получаться синтетически в процессах полимеризации и поликонденсации (пластмассы, синтетические волокна). Природные ВМС (биополимеры) характеризуются постоянным значением молекулярной массы (М). В отличие от них синтетические полимеры являются полидисперсными системами, так как состоят из смеси макромолекул, различных по длине и массе. Поэтому молекулярная масса таких полимеров представляет собой среднее значение М. ВМС могут образовывать как истинные, так и коллоидные растворы. Характер раствора зависит от сродства ВМС к растворителю. В растворителях, полярность которых соответствует полярности ВМС, происходит истинное растворение, с образованием молекулярных растворов (например, агар-агар и желатин в воде или каучук в неполярном растворителе). При несоответствии полярности растворителя и ВМС образуются коллоидные системы. Истинному растворению полимеров предшествует процесс набухания. Он заключается в увеличении объема и массы полимера за счет поглощения им растворителя. Растворы ВМС в хорошо растворяющих их веществах агрегативно устойчивы. Нарушить устойчивость этих растворов можно путем ухудшения растворимости – введением электролитов, плохо растворяющих данный полимер. Например, для белков и полисахаридов такими жидкостями являются этанол и ацетон. Под влиянием вышеназванных растворов происходит процесс выделения ВМС в виде новой фазы, называемый высаливанием. В основе механизма высаливания лежит процесс дегидратации. Высаливание ВМС имеет большое практическое значение. Его применяют для фракционирования белков, полисахаридов и других веществ. Одним из характерных свойств растворов ВМС является их старение, которое проявляется в постепенном самопроизвольном изменении вязкости растворов при стоянии. Старение вызывается действием на цепи полимеров кислорода и примесей. В результате происходит разрушение макромолекул или их агрегация. В концентрированных растворах ВМС могут возникать ассоциаты, которые затем становятся зарождением новой фазы. Выделение новообразовавшейся фазы в виде мельчайших частиц называют коацервацией, а образующуюся двухфазную систему – коацерватом. Коацерват – термодинамически устойчивая неравновесная система, по свойствам сходная с эмульсиями. Процессу коацервации способствует не только высокая концентрация, но и низкая температура, изменение рН среды, введение низкомолекулярных электролитов. Осмотическое давление растворов ВМС существенно и может быть измерено с достаточной точностью. Такие измерения используются для определения молекулярной массы ВМС. Уравнение Вант – Гоффа π = СRT/M при высоких концентрациях для определения осмотического давления используют с поправкой Галлера: π = СRT/M+вС2, где в – константа, характеризующая отклонение от закона Вант – Гоффа. Она зависти от природы растворителя и растворенного вещества. Характерной особенностью растворов ВМС является их высокая вязкость по сравнению с чистым растворителем даже при малых концентрациях. Особенно сильно это свойство проявляется у полимеров с длинными линейными макромолекулами, например у каучука. Растворы ВМС с той же молекулярной массой, но сферической формой молекул, имеют меньшую вязкость. Отсюда следует, что вязкость ВМС возрастает пропорционально асимметрии их молекул. При одинаковой химической структуре молекул вязкость возрастает с увеличением молекулярной массы. Вязкость зависит также от концентрации полимера и межмолекулярных сил взаимодействия. Активные методы обучения: - лекция с элементами беседы Обсуждаемые вопросы:
Литература Основная литература 1. Кругляков, П.М. Физическая и коллоидная химия: Учеб. пособие / П.М. Кругляков, Т.Н. Хаскова. –– М.: Высш. Шк., 2007. – 319 с. 2. Маринкина, Г.А. Физическая и коллоидная химия: практикум / Г.А. Маринкина, Н.П. Полякова, Ю.И. Коваль; Новосиб. Гос. Аграр. Ун-т. – Новосибирск: НГАУ, 2009. – 151 с. 3. Сумм, Б.Д. Основы коллоидной химии: учеб. пособие для вузов / Б.Д. Сумм. – М.: ACADEMIA, 2007. – 240 с. 4. Зельтина, Н.А. Физическая и коллоидная химия: метод. пособие и зад. Для контр. работ / Н.А. Зельтина, Г.А. Маринкина. – Новосибирск, 2006. – 47 с. 5. Зельтина, Н.А. Физическая и коллоидная химия: метод. пособие / Н.А. Зельтина, Г.А. Маринкина. – Новосибирск, 2006. – 65 с. Дополнительная литература 1. Евстратова, К.И. Физическая и коллоидная химия / К.И. Евстратова, Н.А. Купина, Е.Е.Малахова. – М.: Высшая школа, 1990. 2. Еремин, В.В. Физическая химия / В.В. Еремин, С.И. Коргов, И.А. Успенская. – М.: Экзамен, 2005. – 480 с. 3. Романцева, Л.М. Сборник задач и упражнений по общей химии / Л.М. Романцева, З.Л. Лещинская, В.А. Суханова. – М.: Высшая школа, 1991. 4. Хмельницкий, Р.А. Физическая и коллоидная химия. – М.: Высшая школа, 1988. 5. Шиманович, И.Е. Общая химия в формулах, определениях, схемах / И.Е. Шиманович, М.Л. Павлович и др. – Минск, 1996. 6. Ивашин С.А. Эквиваленты химических элементов и их соединений / С.А. Ивашин, Г.А. Маринкина, Т.М. Простякова. – Новосибирск, 1996. Электронные информационные образовательные ресурсы: http://znanium.com Горбунцова С. В. Физическая и коллоидная химия (в общественном питании): Учебное пособие. – М.: Альфа-М: ИНФРА-М, 2008. – 270 с. http://znanium.com Рабухин А.И. Физическая химия тугоплавких неметаллических и силикатных соединений: Учебник. – М.: ИНФРА-М, 2004. – 304 с. http://lib.uspi.ru/ Харитонов Ю.Я., Хачатурян М.А. Физическая и коллоидная химия: для высшего медицинского и фармацевтического образования. — М.: Русский врач, 2005. — Т. 13. Вопросы для самопроверки 1. ВМС, растворы ВМС. 2. Основные свойства ВМС. 3. Высаливание ВМС.  МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ)  Филиал ДВФУ в г. Уссурийске МАТЕРИАЛЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ по дисциплине «Современные проблемы физколлоидной химии» 050100.68 – Педагогическое образование Магистерская программа – «Химическое образование» г. Уссурийск 2012 Содержание практических занятий по курсу дисциплины «Современные проблемы физколлоидной химии» Занятие 1-2. Адсорбционная хроматография (4 часа), с использованием метода активного обучения – круглый стол с выполнением опытов Цель: исследовать хроматографическое разделение ионов методом адсорбционной хроматографии. Активные методы обучения: - круглый стол с выполнением опытов Реактивы: растворы FeCl3 (0,1н), CuCl2 (0,1 н), CoCl2 (0,1 н), К3[Fе(СN)6] (0,1 н). Приборы и материалы: хроматографические колонки, фарфоровые ванночки, пипетки, красители метилвиолет и эозин, бумажные фильтры. Опыт 1. Приготовление индивидуальных хроматограмм. Приготовьте упрощенную хроматографическую колонку. Для этого возьмите стеклянную трубку диаметром 0,5 см и длиной 8–9 см и один конец ее закройте небольшим ватным тампоном. При помощи узкой ложечки насыпьте в трубку оксид алюминия слоем 1,5–2 см, поставьте на фильтрованную бумагу и прилейте в неё пипеткой несколько капель дистиллированной воды. Далее, переставляя трубку по поверхностибумаги, вытяните из неё всю воду. После увлажнения адсорбента хроматографическая колонка к работе готова. Аналогично приготовьте ещё 4 хроматографические колонки. Для получения индивидуальных хроматограмм прилейте в первую колонку 5 капель 0,1 н раствора FeCl3, во вторую 5 капель 0,1 н раствора CuCl2, в третью – 5 капель 0,1 н раствора CoCl2. Пропустите эти растворы через слой адсорбента, используя для удаления растворителя фильтровальную бумагу. Для проявления хроматограмм прилейте в каждую колонку по 3 капли раствора проявителя –0,1 н раствора K4[Fe(CN)6] и также пропустите его через слой адсорбента. После этого в колонке проявляются хорошо окрашенные слои образовавшихся комплексных соединений: Fe4[Fe(CN)6]3, Cu2[Fe(CN)6], Co2[Fe(CN)6]. Напишите уравнения реакций образования этих соединений и отметьте цвет полученных хроматограмм. Опыт 2. Получение хроматограммы смеси ионов. Для получения хроматограммы смеси ионов внесите в чистую хроматографическую колонку 5 капель раствора, содержащего ионы Fe3+, Cu2+, Co2+. Пропустите через адсорбент. После пропускания всего раствора через колонку добавьте в неё 5 капель проявителя 0,1 н раствора K4[Fe(CN)6]. Обратите внимание на вид полученной хроматограммы и расположите ионы в порядке возрастания их адсорбционной способности. Опыт 3. Бумажная хроматография (разделение смеси органических красителей) В фарфоровой ванночке приготовьте смесь из трех капель эозина и трех капель метилвиолета. Смесь перемешайте и пипеткой перенесите одну каплю на фильтровальную бумагу. В центр полученного пятна внесите каплю воды. Наблюдайте появление зон различной окраски. Отчет составляется по следующему плану: 1. Цель работы. 2. Краткое изложение материала в соответствии с поставленной целью. 3. Порядок работы, краткое изложение хода работы. 4. При необходимости составление таблиц и выполнение графиков на миллиметровой бумаге. 5. Выводы, в которых формулируются итоги проделанной работы. Контрольные вопросы: 1.Хроматографический анализ. 2.Характеристика и применение адсорбционной ионной и распределительной хроматографии. 3 Гель- хроматография. Занятие 3-4. Разделение пигментов хлорофилла методом адсорбционной хроматографии (4 часа), с использованием метода активного обучения – круглый стол с выполнением опытов Цель: получить хроматограмму при адсорбции хлорофилла. Активные методы обучения: - круглый стол с выполнением опытов Реактивы: этиловый спирт, бензин, дистиллированная вода. Приборы и материалы: хроматографическая колонка, заполненная сухим крахмалом, свежие или высушенные зеленые листья. Разотрите в ступке с песком свежие или высушенные зеленые листья (лучше всего крапивы). В обычную пробирку поместите слой листьев (1–2 см), смочите 3–5 каплями этилового спирта и оставьте, слегка встряхивая, на 3–4 минуты. Затем в пробирку добавьте бензин, покрыв им листья. Спирт хорошо экстрагирует хлорофилл из листьев, после встряхивания бензиновый раствор приобретает темно-зеленую окраску. По стенке прилейте дистиллированную воду в пробирку. Всплывший бензиновый слой слейте в чистую пробирку и снова промойте его водой от спирта, слегка встряхивая пробирку. Спирт мешает разделению компонентов на колонке. На дно хроматографической колонки (длиной 8–9 см и диаметром 1 см) поместите ватный тампон слоем около 0,5 см, заполните ее сухим крахмалом, внося небольшими порциями и уплотняя легкими постукиваниями колонки о стол. Колонка должна быть равномерно заполнена на 2/3, без пустот, и закреплена в вертикальном положении. Несколько капель (8–10) бензинового экстракта внесите пипеткой в верхнюю часть колонки, стараясь не допустить попадания воды. При перемещении экстракта вдоль колонки идет разделение на адсорбционные слои (первичная хроматография). Хроматограмму проявите, добавляя сверху чистый бензин. Он увлекает с собой разделяемые вещества по степени их адсорбируемости. Основные пигменты зеленого листа располагаются сверху вниз следующим образом: I – желтая (ксантофилл β); II – желто-зеленая (хлорофиллин β); III – сине-зеленая (хлорофиллин α); IV – желтая (ксантофилл); V – желтая (ксантофилл α); VI – желтая (ксантофилл α); VII – красная (каротин). Ксантофиллы слабо адсорбируются, а каротин на крахмале не адсорбируется совсем. Для получения зоны адсорбции каротина в нижнюю часть колонки на ватный тампон помещают слой прокаленного оксида алюминия. Отчет составляется по следующему плану: 1. Цель работы. 2. Краткое изложение материала в соответствии с поставленной целью. 3. Порядок работы, краткое изложение хода работы. 4. При необходимости составление таблиц и выполнение графиков на миллиметровой бумаге. 5. Выводы, в которых формулируются итоги проделанной работы Контрольные вопросы: 1.Хроматографический анализ. 2.Характеристика и применение адсорбционной, ионной и распределительной хроматографии. Занятие 5. Обессоливание воды с помощью ионитов (2 часа), с использованием метода активного обучения – круглый стол с выполнением опытов Цель: получить обессоленную воду при помощи ионного обмена. Активные методы обучения: - круглый стол с выполнением опытов Реактивы: (NH4)2C2O4 (0,1н), ВаСl2 (0,5н), метилоранж. Приборы и материалы: бюретки, катиониты и аниониты. Опыт 1. Подготовка хроматографических колонок к работе Для выполнения работы используйте 2 хроматографические колонки (бюретки), заполненные зернами ионитов: в одной из них катионит в Н+ форме, в другой – анионит в ОН– форме. Перед началом работы промойте обе колонки дистиллированной водой по два раза. Для этого заполните каждую из них до верха водой и дайте ей медленно стечь в стакан со скоростью 1 мл в минуту (так же и во всех остальных опытах). Скорость вытекания воды из колонок отрегулируйте поворотом крана бюретки или зажимом Гофмана. Промывание колонок прекратите, когда уровень воды в них окажется на 2–3 см выше уровня ионитов. Опыт 2. Определение состава жесткой воды. Перед умягчением воды определите в ней ионы Ca2+, SO42– и установите реакцию среды. Для этого налейте в 3 пробирки по 1 мл испытуемой воды и добавьте в одну из пробирок 5 капель 0,1н раствора (NH4)2C2O4, в другую столько же 0,5 н раствора ВаСl2, а в третью – две капли метилоранжа. Объясните наблюдаемые явления, напишите уравнения реакций, по окраске индикатора определите реакцию среды в третьей пробирке. Опыт 3. Умягчение жесткой воды. Отмерьте цилиндром 10 мл воды и влейте её в колонку с катионитом КУ–2. Пропустите исследуемую воду через катионит и соберите элюат (1) в чистый стакан. После этого промойте колонку 10 мл дистиллированной воды и промывную воду соберите в тот же стакан. Напишите уравнение реакции ионного обмена в колонке с катионитом. Определите состав и реакцию среды элюата (1). Далее налейте по 1 мл элюата в 3 пробирки и добавьте в одну из них 5 капель 0,5 н раствора ВаСl2, во вторую – две капли метилоранжа. Определите, какой из ионов присутствует в элюате (1), напишите уравнение реакции его обнаружения. Определите рН воды и используйте её в следующем опыте. Опыт 4. Обессоливание умягчённой воды. Отмерьте цилиндром 10 мл умягчённой воды-элюата (1), пропустите её через колонку с анионитом и соберите вытекающий из неё элюат (2) в чистый стакан. Напишите уравнение реакции ионообменного процесса с анионитом. Определите реакцию среды элюата (2), исследуйте его на присутствие ионов (SO42–). Затем налейте в две пробирки по 1 мл элюата и добавьте в одну из них 5 капель 0,5 н раствора ВаСl2, а в другую – 2 капли метилоранжа. Отметьте свои наблюдения. После работы промойте дважды обе колонки дистиллированной водой и залейте ею иониты на 2–3 см выше их уровня в колонке. Отчет составляется по следующему плану: 1. Цель работы. 2. Краткое изложение материала в соответствии с поставленной целью. 3. Порядок работы, краткое изложение хода работы. 4. При необходимости составление таблиц и выполнение графиков на миллиметровой бумаге. 5. Выводы, в которых формулируются итоги проделанной работы Контрольные вопросы: 1. Понятие о катионах. 2. Сущность осадительной хроматографии. 3. Методика разделения смеси ионов. 4. Жесткость воды, её устранение ионообменной хроматографией. Занятие 6-8. Определение количества уксусной кислоты, адсорбированного почвой (6 часов) Цель работы: определить количество уксусной кислоты, адсорбированное почвой. Реактивы: NaОН или КОН (0,1н), СH3СОOН (1М). Приборы и материалы: пипетки, бюретки, весы технические, образцы почвы. 1. В четыре колбочки налейте по 100 мл раствора уксусной кислоты различной концентрации: 0,025 н; 0,05 н; 0,1 н; 0,2 н и добавьте по 100 г почвы. Колбочки с растворами и почвой встряхивайте в течение 20–30 минут для установления адсорбционного равновесия. 2. В это время определите точную концентрацию исходных растворов уксусной кислоты. Для этого пипеткой отберите по 25 мл каждого из исходных растворов и оттитруйте 0,1 н раствором щелочи, применяя в качестве индикатора фенолфталеин. Рассчитайте молярные концентрации эквивалентов исходных растворов Сэк и титр (Т). 3. После установления адсорбционного равновесия растворы отфильтруйте отдельно из каждой колбы, причем первые небольшие порции фильтрата отбросьте. В фильтрате определите титрованием равновесную концентрацию уксусной кислоты. Результаты титрования запишите в таблицу. Отчет составляется по следующему плану: 1. Цель работы. 2. Краткое изложение материала в соответствии с поставленной целью. 3. Порядок работы, краткое изложение хода работы. 4. При необходимости составление таблиц и выполнение графиков на миллиметровой бумаге. 5. Выводы, в которых формулируются итоги проделанной работы Контрольные вопросы: 1.Адсорбционная способность почв, значение. 2. Значение сорбционных процессов в биологических системах. 3. Сущность методов хроматографии, их классификация. 4. Молекулярно–адсорбционная хроматография. 5. Сущность распределительной хроматографии. 6. Ионообменная хроматография. Занятие 9-10. Получение и очистка коллоидных растворов (4 часа) Цель: 1) получить золи различными способами; 2) очистить дисперсные системы методом диализа. Реактивы: FeCl3 (2 и 5%), KMnO4 (1,5%), Na2S2O3 (1%), K3[Fe(CN)6] (1,5%), H2C2O4 (2%), K2SO4 (1,5%), BaCl2 (1н), спиртовой раствор йода. Приборы и материалы: пробирки, термостойкий стакан (200–500 мл), технические весы, электроплитка, фильтры. Опыт 1. Получение золя гидроксида железа (III) по реакции гидролиза Нагрейте до кипения 5 мл дистиллированной воды в пробирке, добавьте в кипящую воду 10–15 капель 2%-го раствора FeCl3, прокипятите полученный раствор. Сравните окраску полученного раствора с окраской раствора, приготовленного с использованием холодной воды. В растворе FeCl3 протекает гидролиз, усиливающийся с повышением температуры. При нагревании раствора до кипения гидролиз протекает до конца с образованием Fe(OH)3: FeCl3+Н2О = Fe(OH)3+3НCl Таким образом, при нагревании раствора следует ожидать выпадение осадка. Однако этого не происходит. Образующийся гидроксид взаимодействует с соляной кислотой и превращается в основную соль: Fe(OH)3+НCl = Fe(OH)2Cl + Н2О Основная соль дегидратируется: Fe(OH)2Cl = FeOCl + Н2О. Образовавшийся оксохлорид диссоциирует на ионы, которые адсорбируются на зародыше коллоидной частицы. Напишите схему строения мицеллы золя гидроксида железа (III). Опыт 2. Получение золя оксида марганца (IV). К 1 мл 1,5% -го раствора KMnO4 в пробирке добавьте 10 мл воды. По каплям прилейте 0,5 мл 1%- го раствора Na2S2O3. При этом протекает окислительно-восстановительная реакция: 8KMnO4 + 3Na2S2O3+ Н2О =8MnO2 + 3K2SO4+ 2KОН+ 3Na2SO4 В результате реакции следует ожидать выпадение осадка, однако этого не происходит. Объясните наблюдаемое явление, напишите формулу мицеллы в избытке одного, а затем другого реагента. Опыт 3. Получение золя берлинской лазури пептизацией Приготовьте осадок Fe4[Fe(CN)6]3 из 5%-го раствора FeCl3 и раствора К3[Fe(CN)6] 4FeCl3+ 3К4[Fe(CN)6] = Fe4[Fe(CN)6]3 + 12КCl Полученный осадок перенесите на фильтр и промойте водой, наблюдайте цвет промывных вод. Обработайте осадок 2-3 мл 2%- го раствора щавелевой кислоты, используя при этом стеклянную палочку для перемешивания. Отметьте цвет и прозрачность промывных вод в этом случае. Объясните наблюдаемые явления. Опыт 4. Получение золя гидроксида железа (III) пептизацией осадка К 5 мл 2%-го раствора FeCl3 добавьте NH4ОН до получения осадка: FeCl3+3NH4ОН = Fe(ОН)3↓+3NH4Cl Полученный осадок отфильтруйте и промойте водой на фильтре, опишите цвет промывных вод. Осадок обработайте горячим 5%-м раствором FeCl3. Объясните наблюдаемое явление, напишите формулу мицеллы. Опыт 5. Очистка дисперсных систем методом диализа. Отмерьте цилиндром 50 мл дистиллированной воды, перелейте ее в стакан объемом 100 мл и нагрейте до кипения. Взвесьте на технических весах 0,1 г крахмала, перенесите его в фарфоровую чашку, добавьте 3 мл холодной дистиллированной воды и тщательно размешайте смесь стеклянной палочкой. Перелейте полученную смесь крахмала в стакан с кипящей водой при непрерывном помешивании. Отмерьте цилиндром 3–5 мл раствора K2SO4 и добавьте к полученному золю крахмала. Смочите дистиллированной водой вырезанный в виде круга пергамент и придайте ему форму мешочка. Наденьте мешочек на конец специальной воронки и закрепите его резиновым кольцом. Опустите воронку в стакан с дистиллированной водой и налейте в нее золь крахмала с электролитом. Учтите при этом, что уровень воды в стакане должен быть ниже уровня резинового кольца на воронке, а уровень золя в мешочке – чуть ниже уровня воды в стакане. Примерно через 20 минут перенесите в 2 пробирки по пять капель золя из мешочка, а в две другие – по пять капель из большого стакана. В одну из пробирок каждой пары добавьте по одной капле спиртового раствора йода, а в другую – несколько капель1н раствора BaCl2. Объясните наблюдаемые явления, сделайте выводы о составе фильтрата и исходного золя. Опыт 6. Определение знака заряда коллоидных частиц. Приготовленный в опыте 1 коллоидный раствор FeCl3 налейте в мешочек из пергамента, подвесьте его на стеклянной палочке и опустите в стакан с дистиллированной водой. Подберите реагент для определения наличия золя в стакане. Добавьте в коллоидный раствор несколько капель 1%-го раствора NaCl и через 20 минут определите наличие ионов хлора в стакане. Объясните наблюдаемые явления инапишите уравнения соответствующих реакций. Целлюлозные стенки капилляров заряжены отрицательно, а пропитывающая бумагу вода – положительно. В зависимости от знака заряда коллоидных частиц они будут либо адсорбироваться на стенках капилляров бумаги, либо оставаться в пропитывающей бумагу воде. Таким образом, капля окрашенного золя, в зависимости от знака заряда его частиц, будет либо окрашенным в центре и бесцветным по краям пятном, либо дает равномерно окрашенное пятно. Предскажите вид пятен от капель золей, полученных в вашей работе. Проверьте ваши выводы опытным путем. Отчет составляется по следующему плану: 1. Цель работы. 2. Краткое изложение материала в соответствии с поставленной целью. 3. Порядок работы, краткое изложение хода работы. 4. При необходимости составление таблиц и выполнение графиков на миллиметровой бумаге. 5. Выводы, в которых формулируются итоги проделанной работы Контрольные вопросы: 1.Какие дисперсные системы относятся к коллоидным? 2. Может ли существовать слой этилового спирта в водной среде? 3. Чем отличаются лиофобные системы от лиофильных? 4. Какими методами получают коллоидные системы? 5. Какими методами коллоидные системы очищают от примесей электролитов? Занятие 11-12. Коагуляция золей под действием электролитов (4 часа) Цель: исследовать коагуляцию золей действием электролитов. Реактивы: FeCl3 (5%), Na2SO4 (0,005н), K3[Fe(CN)6] (0,0003н), CH3СОONa (2н), раствор желатина (0,5%). Приборы и материалы: бюретки, коническая колба или термостойкий стакан на 200 мл, конические колбы на 25 мл. Опыт 1. Изучение коагуляции золей различными электролитами. Приготовьте золь гидроксида железа (III). Для этого отмерьте цилиндром 200 мл дистиллированной воды, перелейте ее в колбу и нагрейте до кипения. В кипящую воду добавьте 10–15 капель насыщенного раствора хлорида железа (III). Охладите полученный золь. Отмерьте в три конические колбы по 25 мл полученного золя. Заполните 3 бюретки растворами электролитов: первую – 2 н раствором СН3СООNa, вторую – 0,005 н раствором Na2SO4, третью – 0,0003 н раствором K3[Fe(CN)6]. В каждую из колб по каплям при энергичном перемешивании добавляйте из бюретки электролиты до появления признаков явной коагуляции (слабого помутнения системы). Значения израсходованных объемов электролитов занесите в таблицу. Отметьте, как зависят значения объемов электролитов, вызывающих коагуляцию золя,от величины заряда иона – коагулятора. Опыт 2. Защита золей от коагуляции. Налейте в 2 пробирки по 5 мл золя гидроксида железа (III). Добавьте в первую пробирку 1 мл дистиллированной воды, а во вторую 1 мл 0,5%-го раствора желатина (свежеприготовленного) и перемешайте растворы. В обе пробирки налейте по 1 мл 1н раствора сульфата алюминия, взболтайте содержимое пробирок. Через некоторое время наблюдайте коагуляцию в одной из пробирок и ее отсутствие в другой. Убедитесь в защитном действии желатина и объясните его. Отчет составляется по следующему плану: 1. Цель работы. 2. Краткое изложение материала в соответствии с поставленной целью. 3. Порядок работы, краткое изложение хода работы. 4. При необходимости составление таблиц и выполнение графиков на миллиметровой бумаге. 5. Выводы, в которых формулируются итоги проделанной работы Контрольные вопросы: 1.Каково строение мицеллы, как ведет себя мицелла в электрическом поле? 2. Что такое коагуляция и какие факторы ее вызывают? 3. Какой ион электролита обладает коагулирующим действием, и как коагулирующая способность связана с зарядом иона? 4. Как изменяются поверхностные и электрокинетические потенциалы при концентрационной и нейтрализационной коагуляции? 5. Какое состояние золя называют изоэлектрическим? 6. В чем отличие оптических свойств коллоидных свойств от грубодисперсных и истинных растворов? 7. В чем заключается практическое значение коагуляции? 8. Сформулируйте правило, которое применяют при определении потенциалобразующих ионов. Занятие 13-14. Получение почвенных коллоидов путем пептизации почвы водой (4 часа) Цель: получить почвенный коллоид методом пептизации. Реактивы: NaCl (1 н и 2 н), СаCl2 (0,01н), АlCl3 (0,001н). Приборы и материалы: колбы конические на 250 мл, на 25 мл, воронки, бюретки, фильтры, почва. Обработка почвы раствором соли с одновалентным катионом приводит к пептизации ее коллоидных частей. В этом случае имеет место не адсорбция потенциалов определяющих ионов, а обмен ионами в диффузном слое. В черноземных почвах коллоидные частицы содержат в диффузном слое преимущественно ионы Са2+ и Mg2+, что обусловливает небольшую величину дзета -потенциала и слабые силы отталкивания. Формулу золя почвенного коллоида можно представить следующим образом: {m гумат Са n ( гумат)-(n-x) Ca2+}х- х Са2+ Почвенные коллоиды находятся в коагулированном состоянии, поэтому они не вымываются из почвы. При обработке почвы раствором хлорида натрия ионы Са2+ и Mg2+ в диффузном слое в результате ионного обмена замещаются на ионы натрия, что приводит к пептизации почвенных коллоидов и к переходу их при достаточном увлажнении в состояние золя. Перешедшие в состояние золя коллоиды легко вымываются водой из верхних горизонтов почвы в нижние, в результате чего почва теряет свои ценные агрономические свойства, становится бесструктурной. Подобные процессы происходят в солонцовых почвах, содержащих значительное количество ионов натрия. Основатель учения о почвенном поглощающем комплексе (ППК) К.К. Гедройц назвал кальций стержнем плодородия почв. Для получения почвенных коллоидов: 1. Навеску почвы 5 г обработайте на фильтре 2 М раствором NaCl для вытеснения из почвопоглощающего комплекса ионов Са2+ и Mg2+ ионами натрия, обладающими меньшей коагулирующей способностью; 2. Промойте почву водой сначала для удаления NaCl, а затем для перевода противоионов из адсорбционного слоя в диффузионный. Промывать следует до тех пор, пока раствор не станет бурым; 3. Бурый раствор отфильтруйте в колбы и для дальнейших опытов возьмите самый темный, но прозрачный раствор; 4. Исследуйте зависимость коагуляции почвенного коллоида (золя) от природы и концентрации электролита. Для этого в колбу для титрования с помощью пипетки отмерьте определенный объем почвенного коллоида и добавляйте при постоянном перемешивании электролиты из бюретки до устойчивого помутнения золя. Рассчитайте порог коагуляции и коагулирующую способность: Отчет составляется по следующему плану: 1. Цель работы. 2. Краткое изложение материала в соответствии с поставленной целью. 3. Порядок работы, краткое изложение хода работы. 4. При необходимости составление таблиц и выполнение графиков на миллиметровой бумаге. 5. Выводы, в которых формулируются итоги проделанной работы Контрольные вопросы: 1. Поясните, возможно ли самопроизвольное диспергирование частиц до коллоидных размеров. 2. Объясните, какое значение имеет процесс пептизации, и какие вещества могут быть пептизаторами. 3. Назовите сходства и различия коллоидных растворов и растворов ВМС. 4. Сходства и различия процессов коагуляции и высаливания. 5. Понятие об изоэлектрической точке белковых систем (ИЭТ). Занятие 15-16. Получение растворов ВМС и изучение их свойств (4 часа) Цель: получить раствор желатина и исследовать его свойства. Реактивы: (NH4)2SO4, C2H5OH, AgNO3 (1%), HCl (0,1M), буферные растворы с различным значением рН. Приборы и материалы: рН-метр, пробирки, желатин. Опыт 1. Получение раствора желатина. В пробирку налейте 4 мл воды и нагрейте до кипения. В кипящую воду поместите 3-4 крупинки желатина. Вращая пробирку, нагрейте её до растворения желатина. Полученный раствор охладите. Опыт 2. Высаливание желатина из водного раствора и дегидратация его спиртом. В две пробирке налейте по 2 мл водного раствора желатина и прибавьте из бюретки по каплям до появления мути в одну пробирку перенасыщенный раствор сульфата аммония (NН4)2SО4, в другую - этиловый спирт. Объясните наблюдаемые явления и механизм выделения осадков в обоих случаях. Опыт 3. Определение изоэлектрической точки белка (ИЭТ) В четыре пробирки налейте по 6 мл раствора, соответствующего буферным системам с различными рН: 4,1; 4,2; 6,5; 8,0. В каждую из пробирок добавьте по 2 мл 1%-го раствора желатина и по 2 мл этилового спирта. Пробирки поставьте в штатив и через 30 минут установите, при каком значении рН наиболее интенсивно произошла дегидратация. Сделайте вывод о связи процесса выпадения осадка при дегидратации с изоэлектрической точкой. Отметьте величину ИЭТ. Результаты занесите в таблицу. Опыт 4. Сравнение явлений коагуляции и высаливания. В пробирку налейте 2 мл золя сульфида мышьяка (As2S3) и добавьте из бюретки перенасыщенный раствор сульфата аммония (NH4)2SO4 до появления мути. Сравните это количество с тем, которое затрачено на высаливание желатина из раствора. В две пробирки из первого опыта добавьте дистиллированной воды до исчезновения мути. Такое же количество воды добавьте в пробирки с золем As2S3. Объясните все наблюдаемые явления. При выборе ответа учтите, что в растворе (NH4)2SO4 среда кислая вследствие гидролиза и ИЭТ желатина лежит в кислой среде. Опыт 5. Коллоидная защита. Возьмите две пробирки и налейте в каждую по 1 мл раствора нитрата серебра AgNO3. В одну из пробирок добавьте 1 мл золя желатина, перемешайте. Затем в обе пробирки прибавьте по 1мл раствора соляной кислоты, перемешайте. Объясните наблюдаемые явления, а также влияние желатина на величину дзета - потенциала образующегося золя AgCl и его стабилизирующее действие. Занятие 17-19. Исследование процессов набухания ВМС (6 часов) Цель: исследовать параметры процесса набухания. Реактивы: крахмал сухой, ацетатный буферный раствор, 1н растворы K2SO4, CH3COOK, KCl, KNO3, KI, KCN. Приборы и материалы: термометр, весы, эксикатор, тигли, пробирки, цилиндры (10–25 мл), зерновые культуры. Опыт 1. Наблюдение теплоты набухания. Взвесьте на технических весах 5г высушенного крахмала, который хранился в бюксе, помещенном в эксикатор. Заранее приготовьте 5 мл дистиллированной воды. Пересыпьте крахмал в сухой тигель и с помощью термометра определите температуру крахмала. Не вынимая термометра из тигля, прилейте к крахмалу приготовленную воду. Осторожно размешайте термометром содержимое тигля и снова отмерьте показания термометра. По результатам наблюдений определите t в системе, используя формулу t=t2–t1, где t – изменение температуры; t1 – температура до набухания,°С; t2 – температура после набухания, °С. Сделайте вывод о природе теплового эффекта процесса набухания (Н) и отметьте его знак. Опыт 2. Зависимость степени набухания от рН раствора Насыпьте лопаткой в шесть мерных пробирок сухого измельченного желатина объемом 0,5 мл. Добавьте в каждую пробирку по 6 мл одного из ацетатных буферных растворов. Хорошо перемешайте содержимое пробирок стеклянной палочкой. Через час измерьте объем набухшего желатина и рассчитайте величину степени набухания (ά): ά = V-V0/V0 или ά= m-m0/m0, где V0 и V – объемы исходного и набухшего полимера, мл; m0 и m – массы исходного и набухшего полимера, г. Результаты всех измерений и расчетов внесите в таблицу. По полученным данным постройте график зависимости степени набухания желатина от значения рН буферных растворов. Для этого отложите на оси абсцисс значения рН буферных растворов, а на оси ординат – значения степени набухания (ά). Опыт 3. Влияние электролита на степень набухания. Насыпьте лопаткой в шесть мерных пробирок сухого измельченного желатина по 0,5мл и добавьте в каждую из них по 6 мл 1н растворов электролитов: K2SO4, CH3COOK, KCl, KNO3, KI, KSCN. Хорошо перемешайте содержимое пробирок стеклянной палочкой. Через час отметьте объем набухшего желатина в каждой пробирке и вычислите степень набухания. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу. Составьте лиотропный ряд анионов в порядке уменьшения степени набухания. Опыт 4. Кинетика набухания зерна. Зерновые культуры (пшено, рис, ячмень и др.) ограниченно набухают в воде. Для изучения кинетики набухания в мерные цилиндры объемом 25 мл засыпьте зерно (примерно на 1/3) так, чтобы во всех цилиндрах по высоте было одинаковое количество зерна. Зерно залейте дистиллированной водой, чтобы вместе с зерном цилиндры были заполнены на 3/4 объема. Наблюдения за процессом набухания проводите в течение 40 – 50 минут, полученные данные занесите в таблицу. Отчет составляется по следующему плану: 1. Цель работы. 2. Краткое изложение материала в соответствии с поставленной целью. 3. Порядок работы, краткое изложение хода работы. 4. При необходимости составление таблиц и выполнение графиков на миллиметровой бумаге. 5. Выводы, в которых формулируются итоги проделанной работы Контрольные вопросы: 1. Сущность и практическое значение высаливания. Порог высаливания. 2. Понятие о процессе набухания. 3. Стадии набухания, их сущность и внешнее проявление. 4. Понятие об ограниченном и неограниченном набухании. Области их применения. 5. Степень набухания, факторы, влияющие на ее величину. 6. Влияние электролитов на степень набухания. Лиотропные ряды. 7. Назовите сходства и различия коллоидных растворов и растворов ВМС.  МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ) Филиал ДВФУ в г. Уссурийске МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ по дисциплине «Современные проблемы физколлоидной химии» 050100.68 – Педагогическое образование Магистерская программа – «Химическое образование» г. Уссурийск 2012 Студенту рекомендуется следующая схема подготовки к семинарскому занятию:
|
Похожие:
 | Учебно-методический комплекс обсужден на заседании кафедры естественнонаучного... Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями федерального государственного образовательного стандарта высшего... | | Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Направление — 050100. 68. Педагогическое образование Магистерская программа – Химическое образование Форма подготовки (очная) |
| Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Направление — 050100. 68. Педагогическое образование Магистерская программа – Химическое образование Форма подготовки (очная) | | Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Направление — 050100. 68. Педагогическое образование Магистерская программа – Химическое образование Форма подготовки (очная) |
| Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Направление — 050100. 68. Педагогическое образование Магистерская программа – Химическое образование Форма подготовки (очная) | | Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Направление — 050100. 68. Педагогическое образование Магистерская программа Химическое образование Форма подготовки (очная) |
| Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Направление — 050100. 68. Педагогическое образование Магистерская программа – Химическое образование Форма подготовки (очная) | | Учебно-методический комплекс обсужден на заседании кафедры естественнонаучного... Специальность — 050101. 65 «Химия с дополнительной специальностью 050102. 65 Биология» Форма подготовки (очная) |
| Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... История и методология химии Направление — 050100. 68. Педагогическое образование Магистерская программа Химическое образование Форма... | | Учебно-методический комплекс обсужден на заседании кафедры естественнонаучного... Специальность — 050102. 65 Биология с дополнительной специальностью 050706. 65 Педагогика и психология Форма подготовки (очная) |
| Учебно-методический комплекс обсужден на заседании кафедры естественнонаучного... Специальность — 050102. 65 Биология с дополнительной специальностью 050706. 65 Педагогика и психология Форма подготовки (очная) | | Учебно-методический комплекс обсужден на заседании кафедры естественнонаучного... Специальность — 050102. 65 Биология с дополнительной специальностью 050706. 65 Педагогика и психология Форма подготовки (очная) |
| Учебно-методический комплекс учебной дисциплины «русский язык и культура речи» Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден и утвержден на заседании кафедры прикладной лингвистики и образовательных технологий... | | Учебно-методический комплекс дисциплины Туризм, утвержденного приказом Министерства образования и науки РФ от 20. 01. 2006 г. №739гум/бак Учебно-методический комплекс дисциплины... |
 | Учебно-методический комплекс дисциплины Туризм, утвержденного приказом Министерства образования и науки РФ от 20. 01. 2006 г. №739гум/бак. Учебно-методический комплекс обсужден... | | Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Учебно-методический комплекс составлен на основании требований государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
