Получение гидрозоля гидроксида железа. Изучение его коагуляции и стабилизации

Министерство науки  и образования Российской Федерации

Озерский технологический  институт (филиал)

Московского инженерно-физического  института (технологического университета)

 

 

 

 

                                                                                       Кафедра Х и ХТ

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторная  работа №1

 

              по курсу:  Поверхностные явления и дисперсные системы.

 

Тема:  “Получение гидрозоля гидроксида железа. Изучение его коагуляции и стабилизации”.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

       Выполнил:                К.В. Печёрских

       Группа:        1ХТ-45Д

       Преподаватель:                                                       Н.С. Ларьков

 

 

 

2008

 

 

Цель  работы: Получить гидрозоль гидроксида железа конденсационным       методом, определить порог коагуляции золя для двух электролитов.

 

Оборудование  и реактивы:

Фотоэлуктроколориметр типа ФЭК-56М; электрическая плитка; коническая колба вместимостью 250 ; бюретки вместимостью 25 ; пробирки; раствор - 2% (масс.); раствор - 0,5 моль/л; раствор - 0,00125 моль\л.

 

Теоретические основы метода.

Ультрамикрогетерогенные системы – дисперсные системы  с размерами частиц дисперсной фазы от до см называют золями; золи с жидкой дисперсной средой – лиозолями, а лиозоли с водной дисперсной средой – гидрозолями.

Гидрозоль гидроксида железа получают методом конденсации.

Агрегативная устойчивость золя гидроксида железа обеспечивается, прежде всего, наличием на поверхности дисперсных частиц ДЭС. Элементарная частица золя называется мицеллой.

Поверхность агрегата может заряжаться благодаря избирательной адсорбции  ионов из дисперсной среды или  диссоциации молекул в поверхностном слое агрегата. В соответствии с правилом Пескова-Фаянса адсорбируются преимущественно ионы, входящие в состав агрегата, либо специфически взаимодействующие с ним. Ионы, сообщающие агрегату поверхностный заряд, называются потенциалопределяющими. Заряженный агрегат составляет ядро мицеллы.

Мицелла золя является электронейтральной.

Толщина диффузного слоя существенно больше и сильно зависит от концентрации электролитов в системе.

Где - диэлектрическая постоянная; - относительная диэлектрическая проницаемость среды; - постоянная Фарадея; -  ионная сила раствора; - концентрация иона в растворе; - заряд иона электролита.

Большинство дисперсных систем обладают избытком поверхностной  энергии и поэтому в них  самопроизвольно идут процессы укрупнения частиц - происходит снижение поверхностной  энергии. Такие системы называют агрегативно неустойчивыми.

Под коагуляцией понимают потерю агрегативной устойчивости дисперсной системы.

Коагуляция в разбавленных системах приводит к потери седиментационной устойчивости. Устойчивость, которая  характеризует способность дисперсной системы сохранять равномерное распределение частиц дисперсной фазы по объёму дисперсной среды или её устойчивость к разделению фаз, называют седиментационной. Лиофобные системы коагулируют при введении в них сравнительно небольших количеств электролитов.

Минимальная концентрация электролита, вызывающая за определённый промежуток времени определённый видимый эффект коагуляции (изменение цвета, помутнение, появление осадка), называется порогом коагуляции или критической концентрацией ( ). Это величина служит сравнительным критерием агрегативной устойчивости дисперсной системы.

  В процессе коагуляции высокодисперсного золя гидроксида железа образуются сравнительно небольшие по размерам седиментационно-устойчивые агрегаты.

Поскольку при прохождении светового потока через окрашенные золи часть света рассеивается, а часть поглощается, то при изучении коагуляции в таких системах методом турбидиметрии необходимо исключить поглощение света. Для золя это можно достичь, проводя измерения при красном светофильтре, то есть длине волны =620-625нм.

Порог быстрой коагуляции находят по пороговому объёму электролита  (мл), при котором оптическая плотность золя достигает максимального значения и при дальнейшем добавлении электролита не изменяется. Значение рассчитывают по формуле

где - концентрация введенного электролита, ; V – объём золя, .

 

Ход работы.

Сначала необходимо получить гидрозоль гидроксида железа. Для  этого 10 раствора внести в 250 нагретой до 100 дистиллированной воды. Полученный золь охладить до комнатной температуры.

Затем исследуют коагуляцию золя гидроксида железа при введении в него растворов сульфата натрия или ацетата натрия.

В 10 пробирок внести по 10 золя, а также воду и электролит в следующих объёмах:

Номер пробы	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Объём воды	10	9	8,5	8	7,5	7	6,5	6	5,5	5
Объём электролита	0	1	1,5	2	2,5	3	3,5	4	4,5	5

 

Электролит внести в  каждую пробу золя за 2-4 минуты непосредственно  перед измерением его оптической плотности. Измерить оптическую плотность приготовленных растворов с помощью фотоэлектроколориметра с применением светофильтра №5.

Определение оптической плотности растворов проводят с  помощью колориметра фотоэлектрического однолучевого.

 

Результаты исследования коагуляции золя гидроксида железа оптическим методом.

Объём электролита	Оптическая  плотность, Д
0	0,129	0,123
1	0,151	0,125
1,5	0,275	0,132
2	0,282	0,132
2,5	0,309	0,126
3	0,295	0,129
3,5	0,302	0,132
4	0,299	0,138
4,5	0,299	0,137
5	0,295	0,137

 

 

График зависимости Д=f( ) для  .

=1,5 =0,0015

 

 

 

График зависимости  Д=f(

) для .

=4 =0,004

 

 

Для :

Для :

 

Правило Шульца-Гарди, согласно которому критическая концентрация иона-коагулятора уменьшается с увеличением его валентности: для двухвалентного иона порог коагуляции в десятки раз, а для трёхвалентного – в сотни раз меньше, чем для одновалентного. Что наглядно продемонстрировано.

 

Вывод: Мы получили гидрозоль гидроксида железа конденсационным методом, определили порог коагуляции золя для двух электролитов и сравнив их объяснили в соответствии с правилом Шульце-Гарди.