Badanie wpływu elektrolitów na koagulację roztworów koloidalnych liofobowych

Transkrypt

1 Zespół 5 Lawenda Nieznana Gardenia Nołnejmowa Tulipan Bezimienny Dwiczenie nr Badanie wpływu elektrolitów na koagulację roztworów koloidalnych liofobowych Data wykonania: dawno Data oddania: kiedyś Ocena: 1.Wstęp teoretyczny Za roztwór koloidalny uważa się mieszaniny niejednorodne, zwykle dwufazowe, tworzące układ dwóch substancji, w którym jedna jest rozproszona w drugiej. Rozdrobnienie (czyli dyspersja) substancji rozproszonej jest tak duże, że fizycznie mieszanina sprawia wrażenie substancji jednorodnej, jednak nie jest to wymieszanie na poziomie pojedynczych cząsteczek. [1] W koloidach stopieo dyspersji wynosi od 10 5 do 10 7 cm -1 wówczas wielkośd cząstek fazy rozproszonej (zdyspergowanej) sprawia, że ważne są zarówno oddziaływania pomiędzy nią i fazą dyspergującą, jak i oddziaływania wewnątrz obu faz. Według IUPAC układ dyspersyjny jest układem koloidalnym, gdy rozmiary cząstek fazy rozproszonej (cząsteczek chemicznych lub ich agregatów) albo rozmiary nieciągłości układu koloidalnego są w zakresie od 1 nm do 1 µm przynajmniej w jednym kierunku. Typowy układ koloidalny (tzw. koloid fazowy) składa się z dwóch faz: fazy ciągłej, czyli substancji rozpraszającej, zwanej też ośrodkiem dyspersyjnym albo dyspergującym, fazy rozproszonej, czyli substancji zawieszonej (zdyspergowanej) w ośrodku dyspersyjnym i w nim nierozpuszczalnej. (liofobowej, hydrofobowej). Inny rodzaj koloidów to koloidy cząsteczkowe, gdzie fazą rozproszoną są makrocząsteczki, np. polimery (np. żelatyna, skrobia, białka) nie występuje wówczas wyraźna granica fazowa, bo cząsteczki rozpuszczalnika mogą wnikad do wewnątrz makrocząsteczki większośd koloidów cząsteczkowych powstaje w sposób samorzutny w wyniku rozpuszczania w rozpuszczalniku (koloidy liofilowe, hydrofilowe). Niektóre ich właściwości są inne niż właściwości koloidów fazowych.[1,2]

2 Większośd układów koloidalnych nazywana jest zolami, przy czym pojęcie zolu jest niejednoznaczne. Podobnie niejednoznaczne jest pojęcie aerozolu. Układy koloidalne z fazą ciągłą w postaci gazu to gazozole, natomiast z fazą ciągłą w postaci cieczy to liozole. Ciała stałe i ciecze przenikające się wzajemnie to żele. Roztwory koloidalne rozpraszają światło z wytworzeniem charakterystycznego stożka świetlnego. Efekt ten zwany od nazwiska jego odkrywcy efektem Tyndalla pozwala m.in. na odróżnienie roztworu koloidalnego od rzeczywistego oraz szereg badao nad roztworami koloidalnymi tj. pomiar szybkości koagulacji. Koagulacja to proces polegający na łączeniu się cząstek fazy rozproszonej koloidu w większe agregaty tworzące fazę ciągłą o nieregularnej strukturze. Istnieje koagulacja odwracalna i nieodwracalna, a także spontaniczna i wymuszona. W wyniku koagulacji może następowad zjawisko żelowania, tworzenia się past i materiałów stałych, sedymentacji lub pokrywania powierzchni mieszaniny warstwą fazy rozproszonej.[3] Łączenie się cząstek fazy rozproszonej zachodzid może pod wpływem dodatku elektrolitów, wszelkich wypełniaczy (bardzo rozdrobnionej fazy stałej), oraz działaniu temperatury lub na skutek reakcji chemicznych zachodzących w mieszaninie, pod wpływem działania czynników zewnętrznych. Koloidy liofilowe są stabilizowane przez tworzenie otoczek solwatacyjnych wokół rozproszonych cząstek.

3 Działanie elektrolitu polega na rozrywaniu tych otoczek. Dodawanie elektrolitu do koloidu liofilowego to tzw. wysalanie. Wysalanie nie zawsze prowadzi do wytrącania stałych agregatów. Czasami powstają, wskutek koacerwacji, kropelki cieczy. Zależnośd zdolności koagulacji jonu od jego wartościowości ujmuje reguła Hardy Schulza, według której zdolności koagulacyjne jonów w zależności od ich wartościowości mają się do siebie jak: M + : M 2+ : M 3+ = 1 : 50 : Dla kationów metali alkalicznych zdolnośd koagulacji maleje w szeregu: Cs + < Rb + < Na + < Li + dla anionów chlorowcowych w szeregu Cl - > Br - > I - tego typu szeregi noszą nazwę szeregów liotropowych (szeregi Hofmeistera).[4] 2.Cel ćwiczenia. Celem dwiczenia jest zbadanie wpływu określonych elektrolitów na koagulację uwodnionego zolu tlenku żelaza III (xfe 2 O 3 nh 2 O), określenie wartości koagulacyjnej wybranych roztworów elektrolitów. 3. Odczynniki Do dwiczenia wzięto roztwór zolu uwodnionego tlenku żelaza III sporządzonego poprzez wkraplanie do 150 cm 3 wrzącej wody destylowanej 40 cm 3 roztworu FeCl 3. W wyniku kilku etapów reakcji hydrolizy otrzymano roztwór zolu o kolorze ciemnopomaraoczowym. Jako elektrolity wzięto roztwory: heksacyjanożelazianu II potasu K 4 [Fe(CN) 6 + o stężeniu 0, mol/dm 3 heksacyjanożelazianu III potasu K 3 [Fe(CN) 6 + o stężeniu 0, mol/dm 3 chlorku sodu NaCl o stężeniu 4 mol/dm 3 Wyliczono wartości sił jonowych ww. roztworów, ze wzoru: gdzie: n ilośd jonów w roztworze, c stężenie molowe jonu, z ładunek jonu, które to wartości wynosiły odpowiednio:

4 dla heksacyjanożelazianu II potasu: 0,005 dla heksacyjanożelazianu III potasu: 0,00325 chlorku sodu: 4 (równa jego stężeniu molowemu gdyż jest to prosty elektrolit typu 1:1, jony jednowartościowe) 4. Aparatura biureta kl. B poj. 50 cm 3 zlewki pipety kolby Erlenmayera 100 cm 3 lampa oświetleniowa 5. Wykonanie ćwiczenia Roztwór zolu w ilości 10 cm 3 miareczkowano elektrolitami do wystąpienia zmętnienia. Titrant dodawano powoli, sprawdzając czy nie wystąpiło zmętnienie świecąc z boku naczynia lampą. Wykonywano po trzy próby, z wartości których wyciągano średnią arytmetyczną. 6. Wyniki Otrzymane wyniki stabelaryzowano: Łączna objętośd Elektrolit Stężenie mol/dm 3 Średnia objętośd Stężenie elektrolitu cm 3 mieszaniny w kolbce cm 3 elektrolitu powodujące koagulację mol/dm 3 K 4 [Fe(CN) 6 ] 0, ,2 12,2 9, K 3 [Fe(CN) 6 ] 0, ,3 15,3 1, NaCl 4 1,5 11,5 5, Stężenie elektrolitu powodujące koagulację jest inaczej wartością koagulacji.

5 7. Wnioski Otrzymane wyniki potwierdzają połowicznie regułę Hardy Schulza. Jon jednowartościowy posiada w istocie mniejszą zdolnośd do koagulacji zolu w porównaniu do jonów trójwartościowych i czterowartościowych. Zależnośd ta jednak w tym przypadku nie zachodzi między jonami trójwartościowymi a czterowartościowymi. Jon heksacyjanożelazianowy III, który jest trójwartościowy na podstawie otrzymanych wyników wykazuje silniejszą zdolnośd koagulacji aniżeli jon heksacyjanożelazianowy II, który jest czterowartościowy. Fakt ten może byd wytłumaczony tym, że reguła Hardy Schulza ma zastosowanie ograniczone tylko do pewnego typu koloidów, np. AgJ czy As 2 S 3, natomiast nie stosuje się do tlenków i lateksów. Badany zol jest tlenkiem, co prawda uwodnionym, jednak wciąż tlenkiem. Drugim ważnym ograniczeniem jest hydroliza i kompleksowanie wielowartościowych jonów, wskutek czego rodzaj jonów obecnych w roztworze nie odpowiada na ogół formalnemu wzorowi chemicznemu soli. Pomiar miareczkowy nie pozwala na precyzyjne oznaczenie. Wychwycenie punktu koocowego jest nadzwyczaj trudne, nawet przy zastosowaniu bocznego oświetlenia. W chwili przeprowadzania dwiczenia światło słoneczne intensywnie oświetlało całe pomieszczenie i lampa oświetleniowa nie stanowiła prawie żadnej pomocy w określeniu zmętnienia. Wobec tego należy sądzid, że otrzymane wyniki obarczone są pewnym dośd dużym błędem. Aby dokładniej przeprowadzid analizę, należy posłużyd się bardziej precyzyjną metodą np. pomiarem turbidymetrycznym, nefelometrycznym, wykreślając odpowiednią zależnośd współczynnika stabilności zolu od wartości logarytmu ze stężenia elektrolitu i odnajdując punkt krytycznego stężenia koagulacji z przecięcia stycznej wykresu z odpowiednią prostą wartości stabilności. 8. Literatura *1+ A. Bielaoski, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa PWN 1998 [2] P.W. Atkins, Chemia Fizyczna, Warszawa PWN 2007 [3] J.D. Lee, Zwięzła chemia nieorganiczna, PWN 2007 [4]