4 Вопрос:

Скорость коагуляции зависит от концентрации коагулирующего электролита.

Скорость коагуляции зависит от концентрации электролита. По мере роста концентрации скорость коагуляции увеличивается, по мере убывания концентрации – коагуляция уменьшается.

При низкой концентрации электролита коагуляция вообще не происходит; при превышении некоторого порога концентраций начинается укрупнение коллоидных частиц, но не все столкновения частиц кончаются их слипанием. Такая область протекания процесса называется медленной коагуляцией. Скорость медленной коагуляции зависит от концентрации электролита, увеличиваясь при ее повышении. При большой концентрации электролита скорость коагуляции перестает зависеть от концентрации, т.к. все столкновения частиц заканчиваются их слипанием – это область быстрой коагуляции.

- При добавлении к золю раствора электролита имеющееся равновесие адсорбции – десорбции между противоионами адсорбционного и диффузного слоев смещается в сторону адсорбции вследствие увеличения в дисперсионной среде концентрации ионов, имеющих заряд, противоположный заряду ядра. Скорость коагуляции золя электролитами зависит как от концентрации самого золя, так и от концентрации электролитов.

3. Коллигативными свойствами растворов называются такие их свойства, которые зависят только от концентрации частиц растворенного вещества, но не от его химического состава. Изменения термодинамических свойств растворов относительно свойств растворителя: понижение давления пара, повышение температуры кипения , понижение температуры замерзания, осмотическое давление.

Полупроницаемыми называют мембраны, которые имеют достаточно высокую проницаемость не для всех, а лишь для некоторых веществ, в частности, для растворителя. Цитоплазма. Мембрана, окружающая нормальную клетку крови, проницаема лишь для молекул воды, кислорода, некоторых из растворённых в крови питательных веществ и продуктов клеточной жизнедеятельности; для больших белковых молекул, находящихся в растворённом состоянии внутри клетки, она непроницаема. Поэтому белки, столь важные для биологических процессов, остаются внутри клетки.

Задача????

1. Титр раствора — масса растворённого вещества в 1 мл раствора.

,

где:

• m₁ — масса растворённого вещества, г;

• V — общий объём раствора, мл;

В аналитической химии обычно концентрацию титранта пересчитывают применительно к конкретной реакции титрования таким образом, чтобы объём использованного титранта непосредственного показывал массу определяемого вещества; то есть титр раствора показывает, какой массе определяемого вещества (в граммах) соответствует 1 мл титрованного раствора.

Эквивалент вещества или Эквивалент — это реальная или условная частица, которая может присоединять, высвобождать или другим способом быть эквивалентна катиону водорода в ионообменных реакциях или электрону в окислительно-восстановительных реакциях

Например, в реакции:

NaOH + HCl = NaCl + H₂O

эквивалентом будет реальная частица — ион Na⁺

Число, показывающее, какая часть молекулы или другой частицы вещества соответствует эквиваленту, называется фактором эквивалентности (f_Э). Фактор эквивалентности – это безразмерная величина, которая меньше, либо равна 1.

H₃PO₄ + 3KOH  K₃PO₄ + 3H₂O         f_Э(H₃PO₄) = 1/3

 H₃PO₄ + KOH  KН₂PO₄ + H₂O        f_Э(H₃PO₄) = 1

Молярная масса эквивалента (М_Э) – это масса одного моль эквивалента. Она равна произведению молярной массы вещества на фактор эквивалентности:

МЭ = МfЭ.

 

Молярная масса эквивалента имеет размерность «г/моль».

Задача: H₃PO₄ + NaOH  NaН₂PO₄ + H₂O        1*1=1 г/моль

2. Буферное действие раствора обусловлено смещением кислотно-основного равновесия за счёт связывания добавляемых в раствор компонентов ионов Н+(степень) и ОН – в результате реакции этих ионов и компонентов буферной системы с образованием малодиссоциированных продуктов.

Задача????

4. Если коллоидный раствор осветить сбоку, то на тёмном фоне будет наблюдаться характерное переливчатое свечение, названное опалесценцией. Это явление обусловлено рассеянием света, вследствие его дифракции в микрогетерогенной системе. Рассеяние света отличает коллоидные растворы от ионных и молекулярных растворов, где это явление отсутствует. Коллоидную систему обнаруживают при помощи эффекта Тиндаля.

Если свет от сильного источника сфокусировать с помощью конденсорной линзы и направить сбоку на па плоскую кювету с коллоидным раствором, то будет наблюдаться свечение освещенного участка в виде конуса, Такое явление получило название эффекта Тиндаля. В случае чистой жидкости или молекулярного раствора это явление наблюдаться не будет. Теорию рассеяния света развил лорд Рэлей. Он вывел уравнение, связывающее интенсивность падающего света с интенсивностью света, рассеянного единицей объёма дисперсной системы, в которой дисперсная фаза представлена не проводящими электрический ток сферическими частицами:

I_p = I₀ (10.6)

где I₀ – интенсивность падающего света;

I_р –интенсивность рассеянного света;

v – объём одной частицы;

ν – число частиц дисперсной фазы в единице объёма коллоидной системы;

λ - длина световой волны;

n_{0 –} показатель преломления дисперсной среды;

n₁ – показатель преломления дисперсной фазы.

Уравнение Рэлея можно представить в виде:

I_р = kνv²I_0, (10.7)

где k = - постоянная, зависящая от природы света, дисперсной фазы и дисперсной среды.

Опалесценции растет с уменьшением длины волны.Голубое свечение обусловлено тем, что светорассеяние коротких волн (синих и фиолетовых) происходит интенсивнее, чем длинных (красных и желтых).

5. Коагуляция - физико-химический процесс слипания коллоидных частиц под действием сил молекулярного притяжения с образованием грубодисперсной макрофазы (флокул) с последующим выделением ее из воды. В практике водоподготовки под коагуляцией понимают очистку воды от коллоидных веществ с одновременной очисткой от грубодисперсных примесей и обесцвечиванием воды путем дозировки в обрабатываемую воду специального реагента - коагулянта.

Для коллоидных частиц характерны:

• наличие межфазной поверхности с водой (поверхностного слоя) и связанного с этим поверхностного натяжения s;

• высокая степень дисперсности (раздробленности), которая может выражаться отношением межфазной поверхности к объему тела, т.е. удельной площадью поверхности или величиной, обратной минимальному размеру. Например, если 1 см³ вещества раздробить на частицы коллоидных размеров с гранями 1 нм (10^-7 см), то число таких частиц составит 10²¹, их S_уд = 6000 м²/см³, а дисперсность будет равна 10⁷ см^-1.

Для оценки агрегативной устойчивости (стабильности) коллоидных систем и приемов дестабилизации рассмотрим следующие положения.

Произведение s · S равно величине поверхностной энергии G коллоидной системы, которая стремится уменьшить избыток этой энергии за счет снижения поверхностного натяжения путем избирательной адсорбции других веществ (ионов) из раствора или диссоциации поверхностных молекул коллоидной частицы. Этот процесс формирует структуру поверхностного слоя частицы и наделяет этот слой особыми свойствами. Каждая коллоидная частица сорбирует из раствора ионы одного знака заряда, которые равномерно распределяются в поверхностном слое коллоида. Адсорбированные ионы называются потенциалообразующими, они входят в состав адсорбционного слоя. Адсорбционный слой может также формироваться, как отмечалось, при частичной диссоциации поверхностных молекул вещества коллоидной частицы. Состав такого слоя зависит от химической природы коллоидов и pH среды. Агрегат коллоидной частицы вместе с адсорбционным слоем называется гранулой.

Ввиду наличия у гранулы электрического заряда вокруг нее концентрируются в растворе ионы с зарядами противоположного знака (противоионы). Не имея прочной связи с гранулой, противоионы сохраняют способность к диффузии в окружающий раствор, образуя вокруг гранулы диффузионный слой, в котором концентрация противоионов уменьшается по мере удаления от гранулы (рис. 2.1). Гранула вместе с диффузионным слоем называется мицеллой. Как видно из рис. 2.1 раствор, в котором находится коллоидная система, теряет адсорбированные потенциалообразующие ионы и обогащается противоионами. Таким образом, возникает двойной электрический слой, обуславливающий разность потенциалов j на межфазной поверхности. В неподвижном состоянии (условном) мицелла является электронейтральной.

Если бы коллоидные частицы не были заряжены, они бы стремились коагулировать (слиться) в большие комки; но, будучи заряженными, они отталкиваются друг от друга и остаются во взвешенном состоянии. Если в воде растворена еще соль, то она диссоциирует (расползается) на положительные и отрицательные ионы. (Такой раствор ионов называется электролитом.) Отрицательные ионы притягиваются к коллоидным частицам (будем считать, что их заряды положительны), а положительные — отталкиваются

4. Ионообменная адсорбция представляет собой процесс обмена ионов между раствором и твердой фазой - адсорбентом. Вещества, способные к ионному обмену, получили название ионитов. В зависимости от того какой вид ионов участвует в обмене, иониты делят на катиониты и аниониты. Широкое применение ионообменная адсорбция получила с развитием синтетических ионитов на основе органических смол, сульфоуглей, ионцеллюлоз. 

Ионообменные смолы — синтетические органические иониты — высокомолекулярные синтетические соединения с трехмерной гелевой и макропористой структурой, которые содержат функциональные группы кислотной или основной природы, способные к реакциям ионного обмена. Свойства

Ионообменные смолы представляют собой твёрдые полимеры, нерастворимые, ограниченно набухающие в растворах электролитов и органических растворителях. Они способны к ионному обмену в водных и водноорганических растворах.

По структуре матрицы ионообменные смолы делятся на:

• гелевые — микропоры имеют молекулярные размеры. Они представляют собой гомогенные поперечносвязанные полимеры. Фиксированные ионы равномерно распределены по всему объему полимера. Гелевые ионообменные смолы обладают высокой обменной емкостью, однако характеризуются невысокой скоростью обмена

• макропористые — размеры пор смолы имеют размеры в десятки нанометров. Имеют фиксированную систему пор и каналов, определяемую условиями синтеза. Обменная ёмкость таких смол меньше, чем гелевых при высокой скорости обмена

Ионообменные смолы в основном применяются:

• для умягчения и обессоливания воды в теплоэнергетике и других отраслях;

• для разделения и выделения цветных и редких металлов в гидрометаллургии;

• при очистке возвратных и сточных вод;

• для регенерации отходов гальванотехники и металлообработки;

• для разделения и очистки различных веществ в химической промышленности;

• в качестве катализатора для органического синтеза.

Ионообменные смолы используются в котельных, теплоэлектростанциях, атомных станциях, пищевой промышленности (при производстве сахара, алкогольных, слабоалкогольных и других напитков, пива, бутилированной воды), фармацевтической промышленности и других отраслях.

Разделение смеси веществ в жидкостно-жидкостной хроматографии основываются на различии коэффициентов распределения вещества между несмешивающимися растворителями. Коэффициент распределения вещества равен:

 

К_п/н  = с_п / с_н

Где с_п и с_н – концентрация вещества в подвижной и неподвижной фазах.

Ионы хлора связываются с положительно заряженными функциональными группами анионообменника и вытесняют карбоксильные группы белков. При низких концентрациях соли элюируются белки, слабо связанные с анионообменником. Постепенное увеличение концентрации соли или изменение рН, что меняет заряд белковой молекулы, приводит к выделению белковых фракций, в одной из которых находится искомый белок.

5. Частицы в коллоидных системах, так же как молекулы в истинных растворах, находятся в непрерывном хаотическом движении. Для коллоидных частиц это движение получило название броуновское движение. Коллоидные частицы перемещаются под воздействием ударов, наносимых им молекулами среды, находящимися в тепловом движении. Броуновское движение не зависит от природы дисперсной фазы, а зависит только от размеров частиц. Чем меньше размер частиц, тем больше интенсивность...

Седимента́ция (осаждение) — оседание частиц дисперсной фазы в жидкости или газе под действием гравитационного поля или центробежных сил. Фактором, противодействующим седиментации, является диффузия, стремящаяся выравнять концентрации по всему объему. Действие гравитационных сил оказывается преобладающим лишь для более крупных частиц. Для мелких частиц скорость диффузии достаточна, чтобы предотвратить их оседание. Совокупное действие седиментации и диффузии приводит к установлению с течением времени седиментационного равновесия, характеризующегося постепенным уменьшением концентрации от нижних к верхним слоям раствора. Скорость седиментации зависит от массы, размера, формы и плотности вещества частицы, вязкости и плотности среды, а также от ускорения силы тяжести и действующих на частиц центробежных сил.

1. Диффу́зия — процесс взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого, приводящий к самопроизвольному выравниванию их концентраций по всему занимаемому объёму^[1]. В некоторых ситуациях одно из веществ уже имеет выравненную концентрацию и говорят о диффузии одного вещества в другом. При этом перенос вещества происходит из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией (против градиента концентрации).

Примером диффузии может служить перемешивание газов (например, распространение запахов) или жидкостей (если в воду капнуть чернил, то жидкость через некоторое время станет равномерно окрашенной). Другой пример связан с твёрдым телом: атомы соприкасающихся металлов перемешиваются на границе соприкосновения. Важную роль диффузия частиц играет в физике плазмы.

Обычно под диффузией понимают процессы, сопровождающиеся переносом материи, однако иногда диффузионными называют также другие процессы переноса: теплопроводность, вязкое трение и т. п.

Скорость протекания диффузии зависит от многих факторов. Так, в случае металлического стержня тепловая диффузия проходит очень быстро. Если же стержень изготовлен из синтетического материала, тепловая диффузия протекает медленно. Диффузия молекул в общем случае протекает ещё медленнее. Например, если кусочексахара опустить на дно стакана с водой и воду не перемешивать, то пройдёт несколько недель, прежде чем раствор станет однородным. Ещё медленнее происходит диффузия одного твёрдого вещества в другое. Например, если медь покрыть золотом, то будет происходить диффузия золота в медь, но при нормальных условиях (комнатная температура и атмосферное давление) золотосодержащий слой достигнет толщины в несколько микронов только через несколько тысяч лет.

4.1 Диспе́рсная систе́ма — это система, образованная из двух или более фаз (тел), которые совершенно или практически не смешиваются и не реагируют друг с другом химически. Первое из веществ (дисперсная фаза) мелко распределено во втором (дисперсионная среда). Если фаз несколько, их можно отделить друг от друга физическим способом (центрифугировать, сепарировать и т. д.).

Обычно дисперсные системы — это коллоидные растворы, золи. К дисперсным системам относят также случай твёрдой дисперсной среды, в которой находится дисперсная фаза.

По размеру частиц дисперсной фазы различают грубодисперсные системы (взвеси) с размером частиц более 500 нм и тонкодисперсные (коллоидные растворы или коллоиды) с размерами частиц от 1 до 500 нм.

Дисперсные системы классифицируют также по степени взаимодействия между дисперсионной средой и дисперсной фазой. Если такое взаимодействие выражено очень слабо, систему называют лиофобной (в случае воды - гидрофобной). Примером гидрофобной системы может служить «баритовая каша» - осадок сульфата бария, получаемый смешиванием растворов, содержащих катион бария и сульфат-анион. Если же дисперсная фаза и дисперсионная среда «тяготеют» друг к другу (например, образуют водородные связи), образуется лиофилъная (гидрофильная) дисперсионная система. Такие системы образуются самопроизвольно и очень устойчивы. К ним относятся растворы высокомолекулярных соединений, например белков. Многие глобулярные белки диспергированы в водных растворах до отдельных молекул, но, поскольку их размеры составляют десятки нанометров, раствор нельзя считать истинным - это дисперсная система.

4.2Коллоидные системы— дисперсные системы, промежуточные между истинными растворами и грубодисперсными системами — взвесями. Или это система, в которой дискретные частицы, капли или пузырьки дисперсной фазы, имеющие размер хотя бы в одном из измерений от 1 до 1000 нм, распределены в другой фазе, обычно непрерывной, отличающейся от первой по составу или агрегатному состоянию и именуемой дисперсионной средой.

Размеры коллоидных частиц варьируются в пределах от 0.001 до 0.1 мкм. В свободнодисперсных коллоидных системах (дымы, золи) частицы не выпадают в осадок

5. Коагуляция - это слипание частиц коллоидной системы при их столкновениях в процессе теплового движения, перемешивания или направленного перемещения во внешнем силовом поле. В результате коагуляции образуются агрегаты - более крупные (вторичные) частицы, состоящие из скопления мелких (первичных).

Причины коагуляции многообразны. Едва ли существует какое либо внешнее воздействие, которое при достаточной интенсивности не вызывало бы коагуляцию.