العمل المعملي الذي يدرس أنظمة التفريق. الموضوع: الأنظمة المتفرقة. العمل المخبري "خصائص وإنتاج المواد الكيميائية. "العوامل المؤثرة على سرعة التفاعل الكيميائي"

الظواهر السطحية وأنظمة التفريق دار النشر TSTU وزارة التعليم والعلوم في الاتحاد الروسي المؤسسة التعليمية الحكومية للتعليم المهني العالي "جامعة تامبوف التقنية الحكومية" الظواهر السطحية وأنظمة التفريق العمل المختبري لطلاب السنة الثالثة من التخصص 240901 "التكنولوجيا الحيوية الغذائية" تامبوف للنشر House TSTU 2006 UDC 541.18 BBK 24.6 M15 مرشح المراجع للعلوم الكيميائية N.F. جلاديشيف المؤلف: إي. موراتوفا، أ.أ. Ermakov M15 الظواهر السطحية وأنظمة التشتت: عمل مختبري / المؤلف: E.I. موراتوفا، أ.أ. إرماكوف. تامبوف: دار تامب للنشر. ولاية تقنية. جامعة.، 2006. 48 ص. يتم العمل المخبري لدراسة خصائص الظواهر السطحية وخصائص العديد من الأنظمة المتفرقة - كائنات التكنولوجيا الحيوية الغذائية. يتم تقديم مجموعة واسعة من الأساليب والأدوات والمنشآت لدراسة الظواهر السطحية (التوتر السطحي، الامتزاز) وأنظمة التشتيت (المحلول الملحي، المعلقات، المستحلبات، الرغاوي، إلخ). تم تجميع العمل المختبري وفقًا للمعيار التعليمي الحكومي للتعليم المهني العالي للتخصص 240901 "التكنولوجيا الحيوية للأغذية" وبرنامج الانضباط "الظواهر السطحية وأنظمة التشتت" وهو مخصص لطلاب السنة الثالثة. UDC 541.18 BBK 24.6  جامعة تامبوف التقنية الحكومية (TSTU)، 2006 منشور تعليمي الظواهر السطحية والأنظمة المتفرقة العمل المختبري المؤلفون والمجمعون: موراتوفا إيفجينيا إيفانوفنا، إرماكوف ألكسندر أناتوليفيتش محرر Z.G. شير نوفا للنماذج الأولية للكمبيوتر E.V. Korablevoj قدم للنشر في 30/01/2006 محرف Times New Roman. التنسيق 60 × 84/16. ورقة تعويض. طباعة أوفست. الحجم: 2.79 وحدة تقليدية. فرن ل. 2.9 النشر الأكاديمي ل. التوزيع 100 نسخة. P. 25M مركز النشر والطباعة TSTU 392000، Tambov، Sovetskaya، 106، الغرفة 14 مقدمة في السنوات الأخيرة، كان هناك توسع كبير في مجموعة المنتجات الغذائية، والمنتجات الغذائية الوظيفية المدمجة، والمنتجات التناظرية، والكائنات المائية، وما إلى ذلك. أصبحت واسعة النطاق. يجب أن يتم تصميم الوصفات لمثل هذه المنتجات وتطوير تقنيات إنتاجها مع مراعاة الخواص الكيميائية الغروية للكتل الغذائية. يتم تضمين تخصص "الظواهر السطحية والأنظمة المشتتة" (الكيمياء الغروية) في المكون الفيدرالي للمعيار التعليمي الحكومي للتعليم المهني العالي في تخصص "التكنولوجيا الحيوية الغذائية". ترجع الحاجة إلى دراستها إلى حقيقة أن جميع الكتل الغذائية تقريبًا عبارة عن أنظمة مشتتة، ويجب أن تؤخذ خصائصها الفيزيائية والكيميائية في الاعتبار أثناء إنتاج وتخزين المنتجات الغذائية. وكما يقول بيكغولد: "إن تقنيات الطبخ ليست أكثر من التطبيق العملي للكيمياء الغروية". وفقا لمتطلبات التأهيل للمعايير التعليمية الحكومية، يجب على خريجي تخصص "التكنولوجيا الحيوية للأغذية" معرفة الأسس النظرية والتكنولوجية لتشكيل وتدمير أنظمة تفريق الغذاء، والخصائص الكيميائية الغروية للمواد الخام الغذائية والمنتجات النهائية؛ إتقان طرق دراسة أنظمة تشتيت الأغذية والحصول على مهارات عملية في العمل مع المعدات المخبرية ذات الصلة؛ تكون قادرًا على استخدام المعرفة المكتسبة والمهارات العملية لتصميم المنتجات الغذائية المدمجة واختيار أوضاع التشغيل التكنولوجية المثالية للمعدات والحصول على منتجات عالية الجودة. يغطي العمل المختبري المقدم في الدليل أهم أقسام الكيمياء الغروية لإنتاج الغذاء. سيسمح تنفيذها لمهندس التكنولوجيا الحيوية المستقبلي بالتعرف على طرق الحصول على وخصائص المعلقات والمحلول الملحي والمستحلبات والرغاوي. إتقان التقنيات والأدوات والمنشآت الحديثة؛ لدراسة تأثير الوصفة والمعايير التكنولوجية على قيمة التوتر السطحي، والامتزاز النوعي، والقدرة التبادلية الإجمالية للمبادلات الأيونية، والخصائص الريولوجية لأنظمة تشتيت الأغذية المختلفة. نأمل أن تساهم المعرفة والمهارات المكتسبة في فهم أعمق لدورات التكنولوجيا الخاصة من قبل الطلاب. العمل المختبري 1 تحديد التوتر السطحي الغرض من العمل: قياس التوتر السطحي. تحديد اعتماد التوتر السطحي للسوائل على درجة الحرارة وطبيعة وتركيز المادة المذابة. المبادئ النظرية العامة يعتبر التوتر السطحي σ سمة مهمة للواجهة والظواهر السطحية. وهو يميز الطاقة السطحية الزائدة لكل وحدة من السطح البيني ويتم التعبير عنها بـ J / m2 أو N / m. كلما زاد الفرق في شدة التفاعلات بين الجزيئات بين المراحل المتجاورة، زاد التوتر السطحي. عند درجة حرارة 20 درجة مئوية، يكون التوتر السطحي للزئبق 485.0 مللي جول/م2، الماء – 72.8 مللي جول/م2، الإيثانول – 22.0 مللي جول/م، زيت دوار الشمس – 33.0 مللي جول/م، الكريم – 42، 0 مللي جول/م، النبيذ – 45...55 مللي جول/م2. 2 2 2 يختلف التوتر السطحي للمحلول σ دائمًا تقريبًا عن التوتر السطحي للمذيب σ0، نظرًا لأن المواد المذابة، اعتمادًا على طبيعتها، يمكن أن تركز على سطح المحلول أو تنتقل إلى الجزء الأكبر من المحلول. تسمى المواد التي تقلل التوتر السطحي بالعوامل النشطة السطحية (السطحية). المواد الخافضة للتوتر السطحي بالنسبة للماء هي الكحوليات والأحماض العضوية والأمينات وما إلى ذلك. ويزداد التوتر السطحي للمواد الفردية عند السطح البيني للغاز مع زيادة درجة الحرارة، ويكون لمعامل درجة الحرارة α قيمة سلبية ثابتة تقريبًا. بالنسبة لمعظم السوائل القطبية، σT = σ 0 − α∆T، حيث σT وσ0 هما التوتر السطحي عند درجة الحرارة T ودرجة الحرارة القياسية؛ ∆T – فرق درجة الحرارة؛ α = -دσ/دت. الأنظمة الأكثر سهولة للقياس التجريبي للتوتر السطحي هي أنظمة السائل والغاز والسائل السائل. والأكثر استخدامًا هي الطرق الساكنة أو شبه الساكنة، والتي تتيح قياس قيم التوازن للتوتر السطحي للسوائل. تشمل الطرق الثابتة الرفع الشعري للسائل والقطرة المعلقة (الكذب). الطرق شبه الساكنة هي طرق الضغط الأقصى في القطرة (الفقاعة)، وفصل حلقة أو لوحة وطريقة قياس الصواعد. تُستخدم الطرق التالية غالبًا لتحديد التوتر السطحي: الضغط الأقصى، وقياس الصواعد، وفصل الحلقات، وموازنة الألواح (طريقة فيلهلمي). تعتمد طريقة الضغط الأعلى على دفع فقاعة غاز أو هواء تحت تأثير الضغط الخارجي p عبر أنبوب شعري معاير بنصف قطر r0 (الشكل 1.1، أ). مع زيادة الضغط، تنمو الفقاعة، ونصف قطر انحناء سطحها R يتجاوز نصف قطر الشعيرات الدموية (الموضع 1: R > r0). ستحدث زيادة أخرى في حجم الفقاعة حتى يصل الضغط الداخلي إلى قيمته القصوى؛ سيكون نصف قطر الانحناء في حده الأدنى، أي. R = r0 (الموضع 2). أ) ب) ج) د) الشكل . 1.1 طرق تحديد التوتر السطحي: أ – أعلى ضغط؛ ب – قياس الصواعد. ج - فصل الحلقة. د – توازن اللوحة في هذه اللحظة سوف تفقد الفقاعة الاستقرار: مع زيادة حجمها، تنفصل عن الشعيرات الدموية. إذا تم قياس الضغط p في لحظة انفصال الفقاعة، فيمكن التعبير عن التوتر السطحي على النحو التالي: 2σ pr p= →σ= 0 . (1.1) r0 2 لكي لا نقيس نصف قطر الوعاء الشعري، يمكننا تحديد p للسائل الذي يعرف توتره السطحي. غالبًا ما يستخدم الماء كسائل مرجعي. ثم، بدلا من الصيغة (1.1)، يمكننا أن نكتب p σ = σ H 2O. (1.2) p H 2O في طريقة قياس الصواعد، يتم تحديد وزن القطرة التي تخرج من الشعيرات الدموية (انظر الشكل 1.1، ب) تحت تأثير الجاذبية أو نتيجة البثق باستخدام حقنة دقيقة. من المعتقد تقريبًا أنه عند الانفصال، تتم موازنة وزن القطرة Pk بقوة تساوي التوتر السطحي مضروبًا في محيط الشعيرات الدموية بنصف القطر r0، أي. r0 σ Pk 1 P = 2π →σ= ; (1.3) k1 2πr0 σ = km , (1.4) حيث k هو ثابت مقياس الصواعد؛ م هي كتلة قطرة واحدة. عند قياس التوتر السطحي باستخدام طريقة الضغط الأقصى وطريقة الصواعد، تتشكل الفقاعة والقطرة بسرعة نسبية في وقت غير كافٍ لتكوين طبقة امتزاز من جزيئات الفاعل بالسطح الذائبة، خاصة إذا كانت ذات وزن جزيئي كبير نسبيًا. في ظل هذه الظروف، ليس لدى التوتر السطحي المتوازن الوقت الكافي لإنشاءه. بالنسبة لمثل هذه المحاليل، يوصى بزيادة وقت تكوين الفقاعة أو القطرة حتى يصبح الضغط أو عدد القطرات ثابتًا. في طريقة فصل الحلقة (انظر الشكل 1.1، ج)، يتم قياس القوة F، والتي يقاومها التوتر السطحي للسائل الذي يبلل محيط سطح الحلقة، r0 σ F = 4π. (1.5) k المعامل k هو تصحيح، ويراعى أن عمود السائل الصاعد عند فصل الحلقة لا يكون له شكل أسطوانة مجوفة منتظمة. في طريقة موازنة اللوحة (أو طريقة فيلهلمي)، يتم تحديد القوة F المطلوبة لاستخراج صفيحة رقيقة بعرض h مغمورة فيها من السائل (انظر الشكل 1.1، د)، F = 2σh. (1.6) تتوفر الطرق المذكورة أعلاه لتحديد التوتر السطحي، ولكن لها عيبًا واحدًا مشتركًا - دقة القياس المنخفضة. تكون طريقة صعود الشعيرات الدموية أكثر دقة إذا كانت الشعيرات الدموية مبللة جيدًا بالماء ولم يتغير ارتفاع قطرها، وهو ما لا يتم ملاحظته دائمًا في ظروف المختبر. علاوة على ذلك، كلما كان نصف قطر الشعيرات الدموية أصغر، زادت دقة نتائج قياس التوتر السطحي. تعتمد طريقة صعود الشعيرات الدموية على اعتماد ارتفاع ارتفاع السائل h في الشعيرات الدموية الضيقة على التوتر السطحي. وفقًا لمعادلة لابلاس، يرتبط الضغط الزائد بارتفاع h للسائل في الشعيرات الدموية بالعلاقات 2σ ∆p = ; (1.7) rm ∆ p = ∆ ρ gh , (1.8) حيث rm هو نصف قطر انحناء الغضروف المفصلي السائل في الشعيرات الدموية؛ ∆ρ – الفرق بين كثافات الطور السائل والغازي؛ ز – تسارع السقوط الحر . تقديم ما يسمى بالثابت الشعري a, 2σ a2 = = rm h , (1.9) ∆ρg ومراعاة زاوية الترطيب θ بواسطة سائل جدران الأنبوب الشعري بنصف القطر r، من المعادلتين (1.8) و (1.9) ) نحصل على ∆ρgrh a 2 ∆ρg σ= = . (1.10) 2 cos θ 2 cos θ تُعرف العلاقة الأخيرة باسم معادلة جورين. وبالتالي، لتحديد التوتر السطحي للسوائل باستخدام هذه الطريقة، يتم تحديد ارتفاع الارتفاع h، ونصف قطر الشعيرات الدموية r، وزاوية التلامس θ بشكل تجريبي. تعتبر طريقة صعود الشعيرات الدموية من أكثر الطرق دقة (الخطأ النسبي أقل من 0.01%). إجراءات أداء العمل المختبري 1 قبل البدء في الجزء العملي من العمل المختبري، يجب عليك قراءة مواد الجزء النظري بعناية ودراسة الرسم التخطيطي لإعداد المختبر (الشكل 1.2). 2 املأ مقياس الصواعد بسائل الاختبار (بما في ذلك الصنبور) وأغلق صنبور مقياس الصواعد. 3 باستخدام ساعة توقيت، اضبط معدل تدفق السائل على 15 - 20 قطرة في الدقيقة. 4 قم بعد قطرات السائل المتدفقة من مقياس الصواعد في أسطوانة قياس سعة 10 مل. 5 اكتب نتيجة قياس عدد قطرات سائل الاختبار في الجدول. 1.1. لإجراء العمليات الحسابية، استخدم الصيغ (1.4) والبيانات الموجودة في الجدول. 1.2. 6 أعد ملء مقياس الصواعد بسائل الاختبار. اضبط درجة الحرارة التالية في منظم الحرارة وكرر القياس حسب الفقرات. 3-4. وبنفس الطريقة، قم بعد قطرات السائل في جميع درجات الحرارة المحددة. أدخل النتائج في الجدول. 1.1. 20 درجة مئوية 20 0 درجة مئوية 40 درجة مئوية 1 40 0 ​​درجة مئوية 1 60 درجة مئوية 60 0 درجة مئوية 2 2 3 3 4 4 الشكل. 1.2 مخطط تركيب المختبر: 1 - منظم الحرارة؛ 2 – مقياس الصواعد. 3 - اسطوانة مدرجة. 4 – حامل ثلاثي الأرجل 1.1 نتائج دراسة اعتماد σ على درجة الحرارة حجم ثابت الكتلة رقم عدد القطرات مقياس الصواعد السطحية k، درجة الحرارة t، درجة مئوية سائل تجربة واحدة n، pcs. التوتر σ، J/m2 J/(m2 كجم) V، مل قطرة m، كجم 1 20 2 40 3 60 1.2 كثافة بعض السوائل عند درجات حرارة مختلفة الكثافة، كجم / م 3، عند 7 كرر القياسات عند 20 درجة مئوية 40 درجة مئوية 60 درجة مئوية عند درجة حرارة ثابتة ولكن مع تغير في تركيز السائل قيد الدراسة 998 992 983. املأ الجدول. 1.3. حمض الأسيتيك 1048 1027 1004 8 ارسم رسومًا بيانية لاعتماد التوتر السطحي على درجة الحرارة (σ = f (t ° C)) وعلى التركيز (σ = f (s)) وقم بصياغة الاستنتاجات. 1.3 نتائج دراسة اعتماد σ على التركيز الثابت sta- حجم التركيز رقم السطح. كمية ca- كتلة مقياس lagmometer واحد k، اختبار توتر السائل σ، تجربة pel n، pcs. قطرات m، كجم J/(m2·kg) سائل s، % V، ml J/m2 1 2 3 4 أسئلة لضبط النفس 1 ما هو سبب الطاقة السطحية الزائدة؟ 2 ما هو التوتر السطحي؟ في أي الوحدات يتم قياسه؟ 3 ما الذي يحدد قيمة التوتر السطحي؟ 4 ما هي المواد التي تسمى المواد الخافضة للتوتر السطحي؟ أعط أمثلة على المواد الخافضة للتوتر السطحي. 5 ما هي طرق قياس التوتر السطحي التي تعرفها؟ 6 ما هي طريقة قياس الصواعد لتحديد σ؟ 7 ما هي طريقة صعود الشعيرات الدموية المستخدمة لتحديد σ بناءً على ذلك؟ 8 ما هي القيم في العمل المختبري المنجز تجريبية (مرجعية، محسوبة)؟ العمل المعملي 2 دراسة الامتزاز من المحاليل الثنائية على الأسطح الصلبة الغرض من العمل: تحديد امتزاز جيبس ​​(الزائد) على مادة ماصة صلبة من المحاليل الثنائية؛ حساب امتزاز جيبس ​​لمكونات المحلول بناءً على التغيرات في تركيبة المحلول أثناء الامتزاز؛ بناء متساوي الحرارة لقيم الامتزاز الزائد وتحليلها. المبادئ النظرية العامة تتميز أنظمة التشتت بواجهة طور متطورة للغاية، وبالتالي، ∆G = σS > 0. في أي أنظمة تشتت، تميل ∆G إلى الانخفاض بسبب انخفاض σ أو S. يشير الامتزاز إلى الظواهر السطحية التي تؤدي إلى انخفاض عفوي في σ، t .е ∆G = σS< 0. Адсорбцией называется самопроизвольное перераспределение (сгущение, концентрирование) растворенного вещества из объема фазы на поверхность раздела фаз, отнесенное к единице поверхности. Процесс, обратный ад- сорбции, называется десорбцией. Вещество, на поверхности которого происходит адсорбция, называется адсор- бентом (как правило, это вещество с большей плотностью). Вещество, которое может адсорбироваться, называет- ся адсорбтив, а которое уже адсорбировалось – адсорбат (как правило, это газообразные или жидкие вещества). В зависимости от агрегатного состояния адсорбента и адсорбтива различают адсорбцию на границе твердое тело – газ (т-г), жидкости и газа (ж-г) и твердого тела и жидкости (т-ж). При установлении равновесия адсорбция ↔ десорбция количество адсорбированного вещества в поверхностном слое зависит от концентрации, давления и температуры. Адсорбцию выражают в абсолютных и избыточных величинах. Абсолютная адсорбция (А) – это количество адсорбата на единице поверхности адсорбента. Она равна концентрации адсорбата в поверхностном слое сS ум- ноженной на толщину этого слоя h: А = cSh. (2.1) Избыток адсорбата в поверхностном слое по сравнению с его первоначальным количеством в этом слое ха- рактеризует избыточную, или так называемую гиббсовскую адсорбцию (Г). Она показывает, насколько увели- чилась концентрация адсорбата в результате адсорбции: Г = A – ch = Г – N, (2.2) где с – равновесная концентрация адсорбтива в объеме; N – количество адсорбата в адсорбционном слое, когда его концентрация на поверхности соответствует концентрации в объемной фазе. Когда концентрация адсорбата на поверхности адсорбента значительно превышает его концентрацию в объе- ме, т.е. сS > > c، فيمكن إهمال قيمة N ويمكن افتراض أن G = A. وفي حالة الامتزاز عند السطح البيني للغاز السائل والامتزاز على الأسطح الصلبة الملساء، يتم تحديد قيم G و A نسبيًا إلى مساحة الوحدة لواجهة الطور، أي أبعاد G و A ستكون مول/م2. بالنسبة لمادة ماصة مسحوقية صلبة وخاصة مسامية ذات واجهة كبيرة، يتم التعبير عن الامتزاز لكل وحدة كتلة من المادة المازة، أي. في هذه الحالة، الكميات G و A لها البعد mol/kg. وبالتالي، فإن قيمة الامتزاز للمكون i Г i = n/S (mol/m2) أو Г i = n/t (mol/kg)، (2.3) حيث n هو العدد الزائد من مولات المادة الممتزة المكون الأول على السطح مقارنة بمحتواه في الحجم؛ S - منطقة الواجهة، م2؛ ر – كتلة من المواد الماصة المسحوقية المسامية، كجم. في حالة امتزاز مكون واحد يتم تبسيط المعادلات (2.3): Г = n/S أو Г = n/т، (2.4) يسمى اعتماد كمية المادة الممتزة على تركيزها في المحلول عند درجة حرارة ثابتة متساوي الحرارة الامتزاز (الشكل 2.1). GG C S الشكل. 2.1 تساوي درجة حرارة الامتزاز (T = const) للامتزاز على الأسطح الصلبة أهمية عملية كبيرة. يتم استخدامه في الصناعات الغذائية والكيميائية والمعادن وغيرها. مع زيادة مسامية المادة المازة، تزداد درجة استخلاص المادة من الخليط. في صناعة المواد الغذائية، يتم استخدام عملية الامتزاز لتصفية الشراب والعصائر والمرق، وما إلى ذلك. ومن الناحية العملية، يتم استخدام أكثر من 200 مادة ماصة مختلفة. إجراءات أداء العمل المختبري الجزء 1 امتزاز حمض الأسيتيك بالكربون المنشط 1 وفقًا للجدول. 2.1. تحضير 10 دورق بمحلول حمض الأسيتيك بتركيزات مختلفة من محلول مخزون بتركيز 0.3 مولار CH3COOH وماء مقطر. 2 قم بوزن 10 أجزاء من الكربون المنشط بوزن 1 جم. 3 أضف أجزاء من المادة الممتزة إلى قوارير تحتوي على المحاليل (واحدة في كل دورق) واتركها لمدة 45 دقيقة، مع رجها من حين لآخر، لتحقيق توازن الامتزاز في النظام. 4 - يتم فصل المحاليل عن المادة الممتزة عن طريق الترشيح. 5. أمص 10 مل من الراشح في كوب وعاير بمحلول 0.1 N NaOH في وجود محلول فينول فثالين 0.1% حتى يظهر لون وردي شاحب ثابت. 2.1 تحضير محاليل ونتائج دراسة امتزاز حمض الخليك بالكربون المنشط 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 حجم سائل الاختبار 0.3 M 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 CH3COOH, ml حجم المذيب – ​5 10 15 20 25 30 35 40 45 la، ml حجم القلويات المستخدمة للمعايرة 10 مل من الراشح، مل تركيز حمض الخليك بعد الامتزاز، جم / م 3 6 احسب تركيز حمض الخليك المتبقي في المحلول بعد الامتزاز وقارن مع التركيز الأولي. بناء رسم بياني للاعتماد وصياغة الاستنتاجات. 7 احسب امتزاز جيبس ​​ورسم تساوي حرارة الامتزاز بالإحداثيات Г2 = f (x2). الجزء الثاني امتزاز الصبغة بالكربون المنشط 1 طبقا للجدول. 2.2 تحضير 10 دورق بمحلول أزرق البروموفينول بتركيزات مختلفة من محلول مخزون بتركيز 0.005 جم/لتر وماء مقطر. 2.2 تحضير المحاليل ونتائج دراسة امتزاز البروموفينول الأزرق بالكربون المنشط 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 حجم السائل المدروس 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5, مل حجم المذيب - 5 10 15 20 25 30 35 40 45 مل الكثافة الضوئية D 2 وزن 10 عينات من الكربون المنشط وزنها 1 جرام 3 أضف عينات الممتزات إلى دورق بها محاليل (واحدة في كل دورق) واتركها لمدة 45 دقيقة مع رجها دورياً لتثبيت الامتزاز. التوازن في النظام . 4 - يتم فصل المحاليل عن المادة الممتزة عن طريق الترشيح. 5 قم بقياس الكثافة الضوئية باستخدام FEK-56، باستخدام قواطع بسمك 10 مم ومرشح برتقالي رقم 8. 6 ارسم رسمًا بيانيًا للكثافة الضوئية مقابل تركيز الصبغة. 7 باستخدام منحنى المعايرة، حدد محتوى الصبغة بعد الامتزاز. 8 احسب امتزاز جيبس ​​ورسم تساوي حرارة الامتزاز بالإحداثيات Г2 = f (x2). أسئلة لضبط النفس 1 تعريف عملية الامتزاز. ما هي أنواع الامتزاز التي تعرفها؟ 2 ما يسمى الممتز، الممتز، الممتز؟ 3 ما الفرق بين الامتزاز على الأسطح الصلبة والامتزاز على الأسطح السائلة؟ 4 أعط أمثلة على الممتزات المستخدمة في صناعة المواد الغذائية. 5 ما هي المعادلات المستخدمة لوصف عمليات الامتزاز؟ 6 لماذا ينصح بتناول أقراص الكربون المنشط لبعض حالات التسمم الغذائي؟ 7 كيف يتم حساب امتزاز جيبس ​​من المحلول وبناء متساوي الحرارة للامتزاز؟ 8 ما هي العوامل التي تؤثر على حجم امتصاص جيبس؟ العمل المختبري 3 امتصاص التبادل الأيوني الغرض من العمل: تحديد إجمالي سعة التبادل لمبادل الكاتيون وثابت التبادل الأيوني. المبادئ النظرية العامة امتزاز التبادل الأيوني هو عملية تبادل الأيونات بين المحلول والطور الصلب - مادة ماصة. تسمى المواد القادرة على التبادل الأيوني بالأيونات. اعتمادًا على نوع الأيونات المشاركة في التبادل، يتم تقسيم المبادلات الأيونية إلى مبادلات كاتيونية ومبادلات أنيونية. وقد حظي امتزاز التبادل الأيوني باستخدام واسع النطاق مع تطوير مبادلات الأيونات الاصطناعية القائمة على الراتنجات العضوية والكربون المسلفنة وأيونات السليلوز. الاستخدام الفني الأكثر أهمية للمبادلات الأيونية هو إنتاج المياه منزوعة المعادن في ظل ظروف الإنتاج، أي. المياه التي لا تحتوي على أملاح مذابة، بما في ذلك أملاح العسر. لتحلية المياه بشكل كامل، يتم تمريرها على التوالي من خلال مرشحات التبادل الكاتيوني والتبادل الأنيوني. في صناعة السكر، يتم استخدام المبادلات الأيونية لتنقية عصير الانتشار من الشوارد - دبس السكر، مما يجعل من الممكن زيادة إنتاج السكر وتقليل كمية دبس السكر الأقل قيمة. في صناعة الألبان، يتم استخدام مبادلات الكاتيون لإزالة أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم جزئيًا من الحليب، واستبدالها بأيونات البوتاسيوم والصوديوم وإزالة المواد المشعة. يمكن أن يحل العلاج بتبادل الأنيونات محل الأحماض الموجودة في عصائر الفاكهة ذات الطعم الكريه، مثل حمض الماليك. وقد وجدت المبادلات الأيونية أيضًا تطبيقًا واسع النطاق لتنقية مياه الصرف الصناعي من أيونات المعادن الثقيلة. يعد امتزاز التبادل الأيوني ذا أهمية كبيرة بالنسبة للزراعة، حيث أن خصوبته تعتمد على طبيعة الكاتيونات التي تمتصها التربة. السمة الكمية للمبادل الأيوني هي سعة التبادل الإجمالية (TEC): V مع TEC = الإجمالي، (3.1) م حيث Vtotal هو الحجم الإجمالي للمحلول الذي يحتوي على الحمض النازح من الراتنج؛ ج – تركيز الحمض. m هي كتلة المبادل الأيوني الراتنجي في العمود. يمكن تحديد POE بطريقة ثابتة أو ديناميكية، تعتمد عادةً على التفاعلات التي تحدث في المحاليل المائية: − RS O 3 H+ + NaOH → RS O 3 Na+ + H2O؛ − − RN H 3 OH+ + HCl → RN H 3 Cl+ + H2O. في الطريقة الثابتة، تتم معايرة الراتنج، على سبيل المثال، مبادل كاتيوني في صورة H+، بمحلول قلوي. في الطريقة الديناميكية، يتم تمرير محلول الإلكتروليت عبر عمود به راتنج التبادل الأيوني ويتم تسجيل اعتماد تركيز الأيون الممتص في المحلول الصادر (الشطافة) على حجم المحلول الصادر (منحنى الإخراج). في العمل، يتم تحديد POE لمبادل الكاتيون السلفوني في شكل H+ بطريقة ديناميكية من خلال كمية الحمض في الشطافة المتكونة نتيجة لإزالة أيونات H+ من الراتنج بواسطة أيونات Na+: − RS О 3 H+ + Na+ + Cl– → RS O 3 Na+ + H+ + Cl –.

المعدات والكواشف: محلول كحول الكبريت، محلول كحول الصنوبري، محلول هيدروكسيد الحديد، KNO 3، K 2 SO 4، K 3، زيت، مادة خافضة للتوتر السطحي، BaCl 2 Na 2 SO 4.

الجزء النظري: المستحلبات هي أنظمة مشتتة يكون فيها وسط التشتت والطور المشتت في حالة سائلة. في الممارسة العملية، غالبا ما يتم العثور على المستحلبات المائية، أي. مستحلب يكون فيه أحد السائلين ماء. تنقسم هذه المستحلبات إلى نوعين: الزيت في الماء (يُختصر بـ o/w) والماء في الزيت (o/w). تسمى السوائل العضوية المنخفضة القطبية - البنزين والبنزين والكيروسين والأنيلين والزيت وما إلى ذلك - بغض النظر عن طبيعتها الكيميائية بالزيت.
وفي المستحلبات من النوع الأول (المباشر) يكون الزيت هو مرحلة التشتيت والماء هو وسط التشتيت. وفي المستحلبات من النوع الثاني (العكسي) يتم تفتيت الماء...
على شكل قطرات هي الطور المشتت، والزيت هو وسط التشتيت.
اعتمادًا على محتوى الطور المشتت، يتم تصنيف المستحلبات إلى [محتوى الطور المشتت (φ أقل من 1% (حجم)] مخفف، ومركز [φ يصل إلى 74% (حجم)] وعالي التركيز [φ أكثر من 74 ٪ (المجلد)].

يحدث فقدان الاستقرار التجميعي للمستحلبات بسبب عمليات التقطير أو الاندماج متساوي الحرارة وعادة ما يكون مصحوبًا بفقدان استقرار الترسيب (التقسيم الطبقي للنظام). كمقياس لاستقرار المستحلب، يمكن قياس زمن وجود حجم معين منه قبل الانفصال التام.

يتم زيادة استقرار المستحلب عن طريق إدخال عامل استقرار (مستحلب) في النظام، والذي يمكن استخدامه ككهارل، ومواد خافضة للتوتر السطحي، ومركبات عالية الجزيئات. يتم تحديد الاستقرار التجميعي للمستحلبات بنفس العوامل التي تحدد مقاومة تخثر المحاليل.

تكون المستحلبات المخففة مستقرة تمامًا في وجود الشوارد، حيث يرتبط الاستقرار بوجود طبقة كهربائية مزدوجة. يتم تحديد ثبات المستحلبات المركزة وعالية التركيز من خلال عمل الحاجز الهيكلي الميكانيكي أثناء تكوين طبقات الامتزاز للمستحلب. يتم تحقيق أقوى تأثير استقرار عن طريق اللولب والمواد الخافضة للتوتر السطحي الغروية (الصابون، والمواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية)، والتي تتميز طبقات الامتصاص بها ببنية تشبه الهلام وتكون رطبة للغاية.

يعتمد نوع المستحلب المتكون أثناء التشتت الميكانيكي إلى حد كبير على نسبة أحجام الطور. عادة ما يصبح السائل الموجود في حجم أكبر وسيلة تشتت. عندما يكون المحتوى الحجمي لسائلين متساويًا، تنشأ المستحلبات من كلا النوعين أثناء التشتت، ولكن المستحلب الذي "يبقى" هو الذي يتمتع بثبات تجميعي أعلى ويتم تحديده حسب طبيعة المستحلب. يتم تحديد قدرة المستحلب على ضمان ثبات المستحلب من نوع أو آخر من خلال طاقة تفاعله مع الوسائط القطبية وغير القطبية، والتي يمكن وصفها باستخدام خاصية شبه تجريبية - رقم التوازن المحب للماء والدهون (HLB) من المواد الخافضة للتوتر السطحي. تكون المواد الخافضة للتوتر السطحي ذات قيم HLB المنخفضة (2...6) قابلة للذوبان بشكل أفضل في الوسائط العضوية وتثبت بدون مستحلبات، بينما مع HLB = 12...18 تكون المواد الخافضة للتوتر السطحي قابلة للذوبان بشكل أفضل في الماء وتثبت مستحلبات الماء/الوزن.

الأملاح القلوية للأحماض الدهنية ذات الوزن الجزيئي المتوسط ​​تعطي دائمًا مستحلبات o/w، وأملاح المعادن ثنائية التكافؤ، مثل المغنيسيوم، تعطي بدون مستحلبات. مع زيادة تدريجية في تركيز الأيونات ثنائية التكافؤ في مستحلب O/W المثبت بالصابون مع كاتيون معدني مشحون بشكل فردي، ينعكس المستحلب ويتحول إلى مستحلب بدون ماء.

وهناك حالة خاصة وهي تثبيت المستحلبات بمساحيق شديدة التشتت. مثل هذا التثبيت ممكن من خلال الترطيب الانتقائي المحدود للمساحيق (عند زاوية تلامس قدرها 0 درجة< 9 < 180°). При этом порош­ки лучше стабилизируют ту фазу, которая хуже смачивается. Краевой угол, характеризующий избирательное смачива­ние, при объяснении стабилизации эмульсий тонкодисперсными порошками является аналогом ГЛБ молекул ПАВ.

في الممارسة العملية، يتم تحديد نوع المستحلبات بالطرق التالية. وباستخدام طريقة التخفيف، تتم إضافة قطرة من المستحلب إلى أنبوب اختبار به ماء. إذا كانت القطرة موزعة بالتساوي في الماء، فهي مستحلب o/w. لن تتناثر قطرة من بدون مستحلب في الماء. وفقا لطريقة تلطيخ الطور المستمر، فإن عدة بلورات من صبغة قابلة للذوبان في الماء، على سبيل المثال، برتقال الميثيل، تلوين مستحلب o/w بالتساوي في جميع أنحاء الحجم بأكمله. يتم تلوين المستحلب بدون استخدام اللون بشكل موحد في كامل حجمه باستخدام صبغة قابلة للذوبان في الدهون. يمكن تحديد نوع المستحلب من خلال موصليته الكهربائية. تشير قيم التوصيل الكهربائي العالية إلى أن وسط التشتت هو سائل قطبي والمستحلب من النوع o/w. تشير قيم التوصيل الكهربائي المنخفضة إلى تكوين مستحلب معكوس.

تتحلل المستحلبات مع مرور الوقت. وفي بعض الحالات تكون هناك حاجة لتسريع تكسير المستحلبات، على سبيل المثال، تكسير المستحلبات في النفط الخام. يمكن تسريع عملية التدمير بكل الطرق مما يؤدي إلى انخفاض قوة الطبقة الواقية للمستحلب وزيادة احتمالية تلامس الجزيئات مع بعضها البعض.
هناك الكثير من الطرق لتكسير المستحلبات (إزالة الاستحلاب). وأهمها ما يلي:

1. التدمير الكيميائي للأغشية الواقية للمستحلب، على سبيل المثال، عن طريق عمل حمض معدني قوي.

2. إضافة مستحلب يمكن أن يتسبب في عكس طور المستحلب وبالتالي تقليل قوة الطبقة الواقية.

3. التدمير الحراري – فصل المستحلبات بالتسخين. مع ارتفاع درجة الحرارة، ينخفض ​​امتصاص المستحلب، مما يؤدي إلى تدمير المستحلب.

4. التأثير الميكانيكي. تتضمن هذه الطريقة التدمير الميكانيكي للأغشية المستقرة، على سبيل المثال، تحويل الكريمة إلى زبدة. يشير الطرد المركزي أيضًا إلى العمل الميكانيكي.

5. يؤدي عمل الإلكتروليتات إلى تدمير المستحلبات المستقرة بواسطة الشحنة الكهربائية للجزيئات.

الجزء التجريبي:

التجربة 1. إعداد الأنظمة المتفرقة:

صب 1 مل من الماء المقطر في أنبوب اختبار، أضف قطرتين من محلول الكحول من الصنوبري أو الكبريت. ماذا تلاحظ؟ كيف تم الحصول على هذا النظام المشتت؟ ما هي المرحلة المشتتة ووسط التشتت؟ ما هو نوع نظام التفريق الناتج؟

صب محلول BaCl 2 في أنبوب اختبار وأضف إليه 3 قطرات من محلول كبريتات الصوديوم. اكتب معادلة التفاعل الذي يحدث وارسم مخططًا للمذيلة الناتجة. ما الشحنة التي يمتلكها الجسيم المشتت؟ ما الأيونات التي تشكل الطبقة المنتشرة للمذيلة؟ اترك أنبوب الاختبار لمدة 5-10 دقائق. ماذا يمكنك أن تقول عن الاستقرار الحركي للمحلول الملحي الناتج وحجم الجسيمات المتوقع للطور المشتت؟

التجربة 2. تخثر المحاليل مع الشوارد.

صب 15 قطرة من محلول هيدروكسيد الحديد في ثلاثة أنابيب اختبار، تم الحصول عليها نتيجة التحلل المائي الكامل لكلوريد الحديد (III). أضف قطرة واحدة من نترات البوتاسيوم إلى الأنبوب الأول، وكبريتات البوتاسيوم إلى الثاني، وK3 إلى الثالث مع الرج بقوة. أضف كل قطرة تالية بعد 1-2 دقيقة من القطرة السابقة حتى تصبح محتويات أنبوب الاختبار غائمة. سجل نتائج كل تجربة في جدول.

الجدول 1. تخثر المحاليل مع الشوارد

حساب عتبة التخثر باستخدام الصيغة:

حيث c هو تركيز الإلكتروليت، و n هو عدد قطرات الإلكتروليت التي تسببت في تجلط الدم.

أي أيون الإشارة يسبب التخثر؟ ارسم استنتاجًا حول إشارة شحنة جسيم هيدروكسيد الحديد وارسم مخططًا لهذا الجسيم.

التجربة 3. تثبيت الأنظمة المشتتة بطريقة الامتزاز.

صب 3 مل من الماء و7 قطرات من الزيت في أنبوب اختبار، و3 مل من الزيت و7 قطرات من الماء في أنبوب اختبار ثانٍ. بعد الرج الشامل، حدد نوع المستحلب. ما هي مرحلة التشتت والوسط المشتت في المستحلبات الناتجة؟ ماذا يمكنك أن تقول عن استدامتها؟ أضف 5 قطرات من محلول الفاعل بالسطح إلى كل أنبوب اختبار. اترك الأنابيب لمدة 1-2 دقيقة. ماذا يحدث؟ تقييم استقرار الأنظمة المتفرقة في كل أنبوب اختبار. ارسم بشكل تخطيطي بنية الجسيمات المستقرة في الطور المشتت.

أسئلة للدفاع

1. ما هي الأنظمة المشتتة، أعط أمثلة على أنواع مختلفة من الأنظمة المشتتة.

2. علامات الأنظمة المتفرقة.

3. مفهوم المستحلبات وتصنيفها.

4. وصف طرق الحصول على الأنظمة المتفرقة.

5. ما هو التخثر؟ عتبة التخثر؟

6. كيف يحدث تخثر المحاليل مع الشوارد؟

الغرض من العمل: التعرف على بعض طرق الحصول على الأنظمة المتفرقة.

المهمة: الحصول على محلول أكسيد الحديد (III) بطريقة التكثيف الكيميائي باستخدام تفاعل التبادل لمحلول يوديد الفضة، بواسطة تفاعل اختزال محلول ثاني أكسيد المنغنيز، بواسطة تفاعل التحلل المائي، بطريقة التكثيف الفيزيائي، بواسطة طريقة الربط مستحلب عن طريق التشتت الميكانيكي. تحديد إشارة شحنة جزيئات المحلول وإنشاء صيغ لمذيلاتها. لاحظ ظاهرة البريق وتكوين مخروط تيندال.

المعدات والمواد: حامل مع أنابيب اختبار، أكواب سعة 100 مل - 3 قطع، ماصات سعة 1 مل - قطعتان؛ لـ 5 مل - 2 قطعة، لـ 10 مل - 2 قطعة، قمع، ورق ترشيح، أسطوانة 100 مل، محرك مغناطيسي بقضيب معدني، كوفيت، مصباح للإضاءة، شريحة زجاجية، ملعقة. الكواشف: AgN0 3 - 0.01 م؛ نال (كي) - 0.01 م؛ KMP0 4 - 0.01 م؛ ح 2 0 2 - 2%؛ ك 4 - 20%؛ فيش - 2 مي؛ زيت نباتي؛ Ci7 H3sCOOOYa - 0.1 م؛ مجكل 2 - 0.5 م؛ محلول كحول من الصنوبري. ماء مقطرة.

أمر العمل

• 1. تحضير محلول يوديد الفضة عن طريق تفاعل التبادل. تحضير محلول مزدوج من Agl باستخدام محاليل نترات الفضة ويوديد الصوديوم. في الحالة الأولى، أضف بضع قطرات من محلول نترات الفضة إلى محلول يوديد الصوديوم (حوالي نصف أنبوب الاختبار) أثناء الرج؛ وفي الحالة الثانية، على العكس من ذلك، أضف بضع قطرات من محلول يوديد الصوديوم إلى محلول نترات الفضة (حوالي نصف أنبوب الاختبار) أثناء الرج. في كلتا الحالتين، يتم تشكيل محلول يوديد الفضة البراق، ولكن بنية الطبقة المزدوجة من الجزيئات مختلفة، مما يؤدي إلى اختلاف طفيف وملحوظ بصريًا بين المحلول. اكتب صيغ المذيلات، مع الأخذ في الاعتبار أن المثبت في كل حالة هو أحد المواد الأولية - Nal أو AgN0 3 .
• 2. تحضير محلول ثاني أكسيد المنغنيز عن طريق تفاعل الاختزال.

أضف بضع قطرات من محلول بيروكسيد الهيدروجين إلى محلول برمنجنات البوتاسيوم (حوالي نصف أنبوب الاختبار). يستمر التفاعل وفقا للمعادلة

KMn0 4 + N 2 0 2 = Mn0 2 + KON+ N 2 0 + 0 2.

خذ بعين الاعتبار المحلول البني الداكن لثاني أكسيد المنغنيز Mn0 2 الذي يتكون في وجود فائض من برمنجنات البوتاسيوم. تحقق مما إذا كان المحلول يعطي مخروط تيندال (الشكل 3.1). للقيام بذلك، صب كمية صغيرة من سول في الكوفيت وأضيئه بمصباح. تحدد علامة شحن الجزيئات من طبيعة حافة قطرة المحلول على ورق الترشيح، إذا علم أن ورق الترشيح المبلل بالماء يحمل شحنة سالبة. اكتب صيغة المذيلة.

3. الحصول على محلول الصنوبري بطريقة استبدال المذيبات. الصنوبري عبارة عن كتلة هشة زجاجية شفافة يتراوح لونها من الأصفر الفاتح إلى البني الداكن. هذا مكون صلب من المواد الراتنجية للأشجار الصنوبرية ويبقى بعد تقطير المواد المتطايرة (زيت التربنتين) منها. يحتوي الصنوبري على 60-92٪ من أحماض الراتنج، وأهمها حمض أبيتيك (الشكل 1.7)، و8-20٪ مواد محايدة (ssq- وdi- وtriterpsnoids)، و0.5-12٪ من الأحماض الدهنية المشبعة وغير المشبعة. الصنوبري غير قابل للذوبان عمليا في الماء. عند استبدال المذيب (الكحول) بالماء، يتكون "سول أبيض"، وهو برتقالي في الضوء المنقول، وأزرق عند إضاءته من الجانب. مثبت هذا المحلول هو منتجات أكسدة الصنوبري والشوائب التي يحتوي عليها. هيكل المذيلات في مثل هذا الرماد غير معروف جيدًا.

أرز. 1.7.

أضف 1-2 قطرات من محلول الصنوبري الكحولي إلى الماء (حوالي نصف أنبوب الاختبار) وقم برجه. لاحظ تكوين محلول الصنوبري الأبيض الحليبي في الماء في الضوء المنقول ومع الإضاءة الجانبية. تحديد ما إذا كان محلول الصنوبري ينتج مخروط تيندال. للقيام بذلك، اسكبه في كفيت بجدران متوازية المستوى ولاحظ ما إذا كان البريق يظهر عند مرور شعاع الضوء عبر الكوفيت.

• 4. تحضير السول الأزرق البروسي بطريقة التحضين. أضف 3-5 قطرات من محلول كلوريد الحديديك إلى محلول ملح الدم الأصفر (حوالي نصف أنبوب اختبار). لا تحرك وانتظر حتى تتشكل رواسب تشبه الهلام في الأسفل. قم بتصريف السائل بعناية فوق الجل ثم انقله باستخدام ملعقة إلى كوب يحتوي على 30-40 مل من الماء المقطر. يتبلور الجل بشكل عفوي وسريع مع تكوين سول أزرق غامق من الأزرق البروسي - هيكساسيانو- (H) حديد (III) حديدي Fe 4 > تحديد علامة شحنة الجزيئات من طبيعة حافة قطرة سول على ورق الترشيح. اكتب صيغة المذيلة.
• 5. الحصول على المستحلب عن طريق التشتت الميكانيكي. للحصول على مستحلب، صب 40 مل من محلول أوليات الصوديوم، وهو مستحلب، في كوب سعة 100 مل وأضف 10 مل من الزيت النباتي. ضع الكوب على محرك مغناطيسي، ثم اغمس قضيبًا معدنيًا في السائل وحركه بقوة لمدة 10 دقائق. قم بإيقاف تشغيل وضع التحريك وتقسيم المستحلب الناتج إلى قسمين، وقياس 30 مل من المستحلب باستخدام اسطوانة. انقل هذا الجزء من المستحلب إلى كوب نظيف واتركه للمقارنة. صب 10 مل من محلول كلوريد المغنسيوم في باقي المستحلب مع التحريك. بعد 1-2 دقيقة من التحريك، قم بإزالة المستحلب من أداة التحريك ووضعه بجانب الكوب الثاني. لاحظ بصريًا الفرق في حالة المستحلبات وحدد نوعها بطريقتين. الطريقة الأولى: وضع قطرة من المستحلب بالماصة على شريحة زجاجية نظيفة ووضع قطرة ماء بجانبها. قم بإمالة الزجاج حتى تتلامس القطرات. فإذا اندمجا كان وسط الانتشار الماء، وإذا لم يجتمعا فهو الزيت. الطريقة الثانية: إضافة قطرة من المستحلب إلى أنبوب اختبار مع 10 مل من الماء ورجها. إذا كانت القطرة موزعة بالتساوي في الماء، فهي مستحلب O/W مباشر. لن تتناثر قطرات مستحلب W/O في الماء وستبقى على السطح.

عند إعداد التقرير، قم بتحليل النتائج التي تم الحصول عليها واستخلاص النتائج لكل عنصر على حدة.

العمل المختبري رقم 1

نمذجة بناء الجدول الدوري (جدول) العناصر.

الهدف: تعلم كيفية تحديد القوانين باستخدام جدول العناصر.

المعدات: بطاقات قياس 6x10 سم

تقدم:

قم بإعداد 20 بطاقة مقاس 6 × 10 سم للعناصر ذات الأرقام التسلسلية من الأول إلى العشرين في جدول مندليف الدوري. اكتب على كل بطاقة المعلومات التالية عن العنصر:

رمز كيميائي

اسم

قيمة الكتلة الذرية النسبية

صيغة الأكسيد الأعلى (تشير إلى طبيعة الأكسيد بين قوسين - قاعدي أو حمضي أو مذبذب)

صيغة الهيدروكسيد الأعلى (بالنسبة لهيدروكسيدات المعادن، أشر أيضًا بين قوسين إلى طبيعته - أساسية أو مذبذبة)

صيغة مركب الهيدروجين المتطاير (لللافلزات).

رتّب البطاقات تصاعديًا للكتل الذرية النسبية.

ضع العناصر المتشابهة بدءًا من الثالث حتى الثامن عشر، واحدة أسفل الأخرى. الهيدروجين والبوتاسيوم أعلى من الليثيوم وأقل من الصوديوم، على التوالي، والكالسيوم تحت المغنيسيوم، والهيليوم أعلى من النيون. قم بصياغة النموذج الذي حددته في شكل قانون.

مبادلة الأرجون والبوتاسيوم في الصف الناتج. اشرح السبب.

مرة أخرى قم بصياغة النموذج الذي حددته في شكل قانون.

العمل المختبري رقم 2

إعداد أنظمة التفريق.

هدف: الحصول على الأنظمة المتفرقة ودراسة خصائصها

المعدات والكواشف:- ماء مقطرة؛

محلول الجيلاتين

قطع الطباشير

محلول الكبريت

أنابيب الاختبار، الوقوف.

1. تحضير معلق كربونات الكالسيوم في الماء.

صب 5 مل من الماء المقطر في أنبوبين اختبار. أضف 1 مل من محلول الجيلاتين 0.5% إلى أنبوب الاختبار رقم 1. ثم أضف كمية صغيرة من الطباشير إلى كلا الأنبوبين ورجهما بقوة.

ضع أنبوبي الاختبار في حامل ولاحظ انفصال التعليق.

الإجابة على الأسئلة:

هل زمن الانفصال هو نفسه في كلا الأنبوبين؟ ما هو الدور الذي يلعبه الجيلاتين؟ ما هو الطور المشتت ووسط التشتت في هذا التعليق؟

2. دراسة خواص الأنظمة المشتتة

أضف 0.5-1 مل من محلول الكبريت المشبع قطرة قطرة إلى 2-3 مل من الماء المقطر. يتم الحصول على محلول غرواني براق من الكبريت. ما هو لون الهيدروسول؟

نموذج التقرير

العمل المختبري رقم 3.

التعرف على خصائص أنظمة التفريق.

تصنيف أنظمة التفريق.

يسمى النظام مشتتًا إذا تم توزيع مادة أخرى (طور مشتت) في مادة (وسط تشتت) على شكل جزيئات صغيرة. الأنظمة المتفرقة غير متجانسة. الشرط الأساسي للحصول على الأنظمة المشتتة هو عدم قابلية الذوبان المتبادل للمادة القابلة للتشتت ووسيط التشتت. على سبيل المثال، من المستحيل الحصول على نظام مشتت من السكر أو ملح الطعام في الماء، ولكن يمكن الحصول عليها في الكيروسين أو البنزين، حيث تكون هذه المواد غير قابلة للذوبان عمليا.

يتم تصنيف الأنظمة المشتتة حسب حجم الجسيمات، وحالة تجميع الطور المشتت ووسط التشتت، وطبيعة التفاعل بين الطور المشتت ووسط التشتت. التصنيف الأكثر شيوعًا وفقًا لحالة التجميع الذي اقترحه أوزوالد (الجدول 1). هناك ثمانية أنواع من الأنظمة المشتتة ممكنة اعتمادًا على حالة تجميع المادة الموزعة والوسيط: G - المادة الغازية، L - السائل، T - الصلبة؛ يشير الحرف الأول إلى المادة التي يتم توزيعها، والثاني إلى الوسط. عادةً ما تسمى جميع الأنظمة التي تلبي درجة التشتت الغروية بالسول.

الجدول 1. تصنيف أنظمة التشتت وفقًا لحالة تجميع الطور المشتت ووسط التشتت

مشتتة الأربعاء	المرحلة متفرقة	أمثلة على الأنظمة المتفرقة
صلب	صلب	زجاج روبي ألياف مصبوغة سبائك؛ التصميم على القماش المطبق باستخدام الطباعة الصبغية
صلب	سائل	اللؤلؤ، الماء في الجرانيت، الماء في الخرسانة، المونومر المتبقي في جزيئات البوليمر مونومر
صلب	الغازي	شوائب الغاز في المواد الصلبة المختلفة: الخرسانة الرغوية، الرغوة المجمدة، الخفاف، الحمم البركانية، رغوة البوليمر، رغوة البولي يوريثان
سائل	صلب	المعلقات، الدهانات، المعاجين، سولار، اللاتكس
سائل	سائل	المستحلبات: الحليب، البترول، الزبدة، السمن النباتي، ألياف التشحيم
سائل	الغازي	الرغاوي، بما في ذلك إطفاء الحرائق وتقنيات الرغوة لتزييت الألياف وتبييض وتلوين المواد النسيجية
الغازي	صلب	الدخان والغبار الكوني والهباء الجوي
الغازي	سائل	الضباب والغازات في لحظة التسييل
الغازي	الغازي	لم يتم تشكيل النظام الغروي

بناءً على حجم جسيمات المواد التي تشكل الطور المشتت، يتم تقسيم الأنظمة المشتتة إلى مشتتة خشنة (معلقات) بأحجام جسيمات أكبر من 100 نانومتر ومشتتة ناعمًا (محاليل غروية أو أنظمة غروانية) بأحجام جسيمات من 100 إلى 1 نانومتر . إذا تم تجزئة المادة إلى جزيئات أو أيونات يقل حجمها عن 1 نانومتر، يتكون محلول نظامي متجانس. إنه متجانس (متجانس)، ولا يوجد واجهة بين الجزيئات والوسط.

طرق الحصول على الأنظمة المتفرقة

تحتل الأنظمة المشتتة موقعًا متوسطًا بين الأنظمة الخشنة والجزيئية. لذلك، يتم الحصول عليها بطريقتين: عن طريق سحق قطع كبيرة من المادة إلى التشتت المطلوب (التشتت) أو عن طريق دمج الجزيئات (الأيونات) في مجاميع ذات أحجام غروانية (التكثيف).

طرق التشتت للحصول على أنظمة التشتت

1. ميكانيكية

يتم سحق المواد الصلبة في كسارات خاصة وأحجار الرحى ومطاحن ذات تصميمات مختلفة. تكتسب المواد المطحونة جيدًا العديد من الخصائص المفيدة. على سبيل المثال، الأصباغ - قوة تلوين أفضل، وثبات أكبر، وظلال أكثر جمالا. يتم استخدام الطحن الميكانيكي لإنتاج الدهانات ومواد التشحيم والأدوية والمنتجات الغذائية.

2. بالموجات فوق الصوتية

يتم سحق المواد الصلبة تحت تأثير الموجات فوق الصوتية. تنتج هذه الطريقة هيدروسولات من بوليمرات مختلفة، والكبريت، والجرافيت، والمواد العضوية من المعادن والسبائك.

طرق التكثيف للحصول على أنظمة متفرقة

1. المادية

وتشمل هذه استبدال المذيب. على سبيل المثال، يضاف الماء إلى محلول الكبريت في الكحول الإيثيلي.

2. الكيميائية

وهي تعتمد على التفاعلات الكيميائية للأكسدة والاختزال والتبادل والتحلل المائي. على سبيل المثال، FeCl3 + 3H2O = Fe(OH)3 ¯ + 3HCl.

المحاليل الغروية

تسمى الحالة المسحوقة (المشتتة) لمادة بحجم جسيم يتراوح من 10-9 إلى 10-7 م بالحالة الغروية للمادة. تتم دراسة المحاليل الغروية من خلال فرع من فروع العلوم - الكيمياء الغروية.

الكيمياء الغروية هي علم خصائص الأنظمة غير المتجانسة شديدة التشتت والعمليات التي تحدث فيها.

مؤسس الكيمياء الغروية هو الإنجليزي ت. جراهام (1805-1869). وكان أول من أعطى فكرة عامة عن المحاليل الغروية وطور بعض الطرق لدراستها.

تظهر المحاليل الغروية خصائص محددة: التخثر والامتصاص.

تجلط الدم - عملية التصاق الجزيئات الغروية أي. تشكيل الرواسب في ظل ظروف معينة. يحدث التخثر نتيجة لحرمان الجزيئات الغروية من غلاف الامتزاز أو تحييد الشحنة أو التحولات الكيميائية.

أسباب التخثر:

1) التدفئة . عند تسخينها، تقل قدرة امتصاص الجزيئات الغروية، وبالتالي تنجذب الجزيئات الكبيرة التي أصبحت محايدة إلى بعضها البعض، وتشكل راسبًا؛

2) عمل التيار الكهربائي. تحت تأثير التيار الكهربائي، تنجذب الغرويات الكبيرة المشحونة إلى القطب المقابل (المشحون بشكل معاكس) ويتم تفريغها هناك، وتنجذب الجزيئات المحايدة الناتجة إلى بعضها البعض وتشكل راسبًا. تسمى ظاهرة تفريغ المذيلة تحت تأثير التيار الكهربائي بالرحلان الكهربائي.

3) إضافة إلكتروليت قوييؤدي إلى تحييد الجزيئات الغروية.

4) التجميد . عند تجميدها، تتشكل بلورات الماء، ونتيجة لذلك، يتركز المحلول في بقية النظام، ويمكن أن تتلامس الجزيئات مع بعضها البعض وتلتصق ببعضها البعض.

الامتزاز - عملية عفوية لزيادة تركيز مادة ما (ممتزة) على سطح مادة أخرى (ممتزة).

يحدث الامتزاز على أي سطح بيني ويمكن امتصاص أي مادة.

الخلاصة: خصائص أنظمة التشتت _______________________________________

LPZ رقم 4 خصائص الأحماض والقواعد والأكاسيد والأملاح.

الهدف من العمل: بناءً على التجارب، استخلص استنتاجًا حول تفاعل المعادن مع الأحماض، والأحماض مع القواعد، والأحماض مع الأملاح، والقلويات مع الأملاح، وتحلل القواعد غير القابلة للذوبان، وكذلك استكشاف كيفية عمل الأحماض على المؤشرات.

معدات: المؤشرات، أنابيب الاختبار، الأحماض ()، القواعد ()، الأكاسيد ()، الأملاح ()، المعادن ().

تقدم:

المهمة رقم 1. اختبار محاليل الأحماض والقلويات بالمؤشرات.

هل المخرجات متوافقة مع جدول "تغيير ألوان المؤشرات"؟

تغيير ألوان المؤشرات

المهمة رقم 2. باستخدام الكواشف المقترحة، قم بإجراء التفاعلات التي تميز خصائص الأحماض.

استخلص استنتاجًا عامًا حول علاقة الأحماض بالمعادن. للقيام بذلك، استخدم الرسم البياني:

علاقة المعادن بالماء وبعض الأحماض

المهمة رقم 3. باستخدام الكواشف المقترحة، قم بإجراء التفاعلات التي تميز خصائص القلويات.

المهمة رقم 4. تحلل القواعد غير القابلة للذوبان.

اختتام هذا العمل.

الهدف من العمل:

معاً.

معدات:

تقدم:

المهمة رقم 2. تفاعل الأملاح مع بعضها البعض.

LPZ رقم 5. تفاعل الملح مع المعادن.

الهدف من العمل: بناء على التجارب التي أجريت

استنتاج حول تفاعل المعادن مع الأملاح وكذلك الأملاح

معاً.

معدات: أنابيب الاختبار، الأملاح () ، المعادن ().

تقدم:

المهمة رقم 1. تفاعل المعادن مع الأملاح.

المهمة رقم 3.

المهمة رقم 3. 1) اكتب معادلات التفاعلات الممكنة عملياً:

أ) فوسفات الصوديوم مع نترات الفضة؛ ب) كربونات الكالسيوم مع كلوريد البوتاسيوم. ج) نترات النحاس (II) مع الزنك؛

2) استخلاص استنتاج حول العمل المنجز.

LPZ رقم 6.

الهدف من العمل:

تقدم:

LPZ رقم 6. اعتماد معدل تفاعل حمض الهيدروكلوريك مع المعادن على طبيعتها. اعتماد معدل تفاعل الزنك مع حمض الهيدروكلوريك على تركيزه. اعتماد معدل تفاعل أكسيد النحاس مع حامض الكبريتيك على درجة الحرارة.

الهدف من العمل: بطريقة عملية للتأكد من اعتماد معدل التفاعل الكيميائي على طبيعة المادة المتفاعلة وتركيزها ودرجة حرارتها.

تقدم:

1. اعتماد معدل تفاعل الزنك مع حمض الهيدروكلوريك على تركيزه.

ضع حبيبة واحدة من الزنك في أنبوبي اختبار. صب 1 مل من حمض الهيدروكلوريك (1:3) في أحدهما، ونفس الكمية من هذا الحمض بتركيز مختلف (1:10) في الآخر. في أي أنبوب اختبار يحدث التفاعل بشكل أكثر كثافة؟ ما الذي يؤثر على سرعة التفاعل؟

2. اعتماد معدل تفاعل حمض الهيدروكلوريك مع المعادن على طبيعتها.

صب 3 مل من محلول حمض الهيدروكلوريك في ثلاثة أنابيب اختبار (معلمة بالأرقام) وأضف عينة من نشارة الخشب بنفس الكتلة لكل أنبوب اختبار: Mg في الأول، Zn في الثاني، Fe في الثالث.

2 سو 4

ماذا تلاحظ؟ في أي أنبوب اختبار يكون التفاعل أسرع؟ (أو لا يتسرب على الإطلاق). اكتب معادلات التفاعل. ما العامل الذي يؤثر على سرعة التفاعل؟ استخلاص النتائج.

3. اعتماد معدل تفاعل أكسيد النحاس مع حامض الكبريتيك على درجة الحرارة.

صب 3 مل من المحلول H في ثلاثة أنابيب اختبار (تحت الأرقام). 2 سو 4 (نفس التركيز). ضع عينة من CuO (II) (مسحوق) في كل منها. اترك أنبوب الاختبار الأول في الحامل؛ والثاني - وضعه في كوب من الماء الساخن؛ والثالث هو التسخين في لهب مصباح الكحول.

في أي أنبوب اختبار يتغير لون المحلول بشكل أسرع (اللون الأزرق)؟ ما الذي يؤثر على شدة التفاعل؟ اكتب معادلة التفاعل. استخلاص النتائج.

التجربة 3. تحضير مستحلب زيت المحرك

التجربة 2. تحضير معلق كربونات الكالسيوم

وصف معدات المختبرات

معدات المواد

أنابيب الطباشير الدقيقة 2 قطعة.

زيت المحرك : ملاط البورسلين

معجون الأسنان، حامل أنبوب الاختبار

كريم (للجسم والوجه واليدين) ،

حلوى الجيلي، أعشاب من الفصيلة الخبازية،

الحلوى "حليب الطير" وغيرها

منهجية إكمال المهمة

صب 4-5 قطرات من المحلول الطازج في أنبوب اختبار

هيدروكسيد الكالسيوم (ماء الجير) وبعناية من خلال القش

نفخ هواء الزفير من خلاله.

يصبح ماء الجير عكراً نتيجة التفاعل التالي:

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 + H 2 O

ضع 4 قطرات من زيت المحرك و10 قطرات من الماء في أنبوب اختبار. قم برج محتويات أنبوب الاختبار بقوة حتى يتشكل محلول غرواني أصفر غائم. اترك الحل الناتج لمدة دقيقتين. مراقبة التغييرات التي تحدث.

قم بإعداد مجموعة صغيرة من عينات أنظمة التفريق من المعلقات والمستحلبات والمعاجين والمواد الهلامية المتوفرة في المنزل. تزويد كل عينة بملصق المصنع.

تبادل المجموعات مع أحد الجيران ومن ثم توزيع عينات المجموعة حسب تصنيف أنظمة التفريق.

التحقق من تاريخ انتهاء صلاحية المواد الهلامية الغذائية والطبية والتجميلية. ما هي خاصية المواد الهلامية التي تحدد مدة صلاحيتها؟

أسئلة الاختبار للاختبار الذاتي

الخيار 1

1. في حالة زبد البحر، فإن الطور المشتت هو: أ) صلب ب) سائل ج) غازي

2. الضباب الدخاني هو: أ) محلول ب) هلام ج) رغوة د) الهباء الجوي 3. تشمل المستحلبات: أ) محلول الصابون ب) طمي البحر ج) الحليب د) الليمفاوية 4. تقسيم المحاليل إلى حقيقية وغروية يرجع إلى: أ) اللون ب) درجة الحرارة ج) حجم الجسيم د) الشفافية 5. الطور المشتت هو: أ) مادة أكثر في النظام المشتت ب) مادة أقل في النظام المشتت ج) خليط من الكل المواد التي يحتوي عليها النظام المشتت د) مادة بحجم جسيمات أقل من 1 نانومتر

الخيار 2 1. في حالة الشوكولاتة الغازية، يكون الوسط المشتت هو: أ) صلب ب) سائل ج) غازي 2. الدخان هو: أ) سول ب) هلام ج) الهباء الجوي د) الرغوة 3. ظاهرة التخثر مميزة من: أ) المواد الصلبة ب) المواد الهلامية ج) المستحلبات د) الهباء الجوي 4. في حالة الحديد الزهر، يكون الطور المشتت: أ) صلبًا ب) سائلًا ج) غازيًا 5. كيسل هو: أ) محلول حقيقي ب) محلول غرواني ج) الهباء الجوي د) التعليق

الخيار 3

1. حدد ما هي المواد الكيميائية والمواد الهلامية؟ 2. ما هي المجموعات الفرعية التي يمكن تقسيم المواد الهلامية إليها؟ 3. ما الذي يحدد مدة صلاحية المواد الهلامية التجميلية والطبية والغذائية؟ 4. وصف مفهوم "السول". ما هي المجموعات التي تنقسم إليها سول؟ أعط أمثلة وأخبرنا عن معناها 5. وصف ظاهرتي التخثر والتآزر

24 6. ما هي الأهمية العملية للتآزر في الإنتاج الصناعي؟ 7. وصف مفهوم "المواد الهلامية". ما هي المجموعات التي تنقسم المواد الهلامية إلى؟ أعط أمثلة على كل مجموعة من المواد الهلامية وأخبرنا عن معناها

متطلبات محتوى وشكل تقرير المختبر

اكتب في مجلة التمارين المخبرية والعملية:

1. اسم الخبرة

2. وصف مختصر للتجربة

3. الملاحظات

4. الاستنتاج للعمل

قائمة المراجع ومصادر الإنترنت

نظام تشغيل الكتاب المدرسي جابرييليان لـ SPO، 2008، ص. 58 - 64