Εργαστήριο μελέτης συστημάτων διασποράς. Θέμα: Διάσπαρτα συστήματα. Εργαστηριακή εργασία «Ιδιότητες και παραγωγή λυμάτων. "Παράγοντες που επηρεάζουν τον ρυθμό μιας χημικής αντίδρασης"

ΕΚΔΟΤΙΚΟΣ ΟΙΚΟΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΣΠΕΡΣΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ TSTU Υπουργείο Παιδείας και Επιστήμης της Ρωσικής Ομοσπονδίας Κρατικό εκπαιδευτικό ίδρυμα τριτοβάθμιας επαγγελματικής εκπαίδευσης "Tambov State Technical University" ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΔΙΑΣΠΕΡΣ Εργαστηριακή εργασία για φοιτητές τριτοετούς Βιωματικής ειδικότητας House TSTU 2006 UD K 541,18 BBK 24,6 M15 Κριτής Υποψήφιος Χημικών Επιστημών Ν.Φ. Gladyshev Συγγραφέας: E.I. Μουράτοβα, Α.Α. Ermakov M15 Επιφανειακά φαινόμενα και συστήματα διασποράς: Εργαστηριακή εργασία / Συγγραφέας: E.I. Μουράτοβα, Α.Α. Ερμακόφ. Tambov: Εκδοτικός οίκος Tamb. κατάσταση τεχν. Παν., 2006. 48 σελ. Δίνεται εργαστηριακή εργασία για τη μελέτη των χαρακτηριστικών επιφανειακών φαινομένων και των ιδιοτήτων πολυάριθμων διεσπαρμένων συστημάτων - αντικειμένων βιοτεχνολογίας τροφίμων. Παρουσιάζεται ένα ευρύ φάσμα μεθόδων, οργάνων και εγκαταστάσεων για τη μελέτη επιφανειακών φαινομένων (επιφανειακή τάση, προσρόφηση) και συστημάτων διασποράς (sols, εναιωρήματα, γαλακτώματα, αφροί κ.λπ.). Οι εργαστηριακές εργασίες καταρτίστηκαν σύμφωνα με το Κρατικό εκπαιδευτικό πρότυπο τριτοβάθμιας επαγγελματικής εκπαίδευσης για την ειδικότητα 240901 «Βιοτεχνολογία Τροφίμων» και το πρόγραμμα του κλάδου «Επιφανειακά φαινόμενα και συστήματα διασποράς» και προορίζονται για φοιτητές του 3ου έτους. UDC 541.18 BBK 24.6  Κρατικό Τεχνικό Πανεπιστήμιο Tambov (TSTU), 2006 Εκπαιδευτική δημοσίευση SURFACE PHENOMENA AND DISPERSE SYSTEMS Εργαστηριακή εργασία Συγγραφείς και μεταγλωττιστές: Muratova Evgenia Ivanovna, Ermakov Alexander Anatolyevich Επιμέλεια Z.G.G. Cher nova Computer prototyping E.V. Korablevoj Υποβλήθηκε για δημοσίευση 30/01/2006 Times New Roman γραμματοσειρά. Μορφή 60 × 84/16. Χαρτί όφσετ. Εκτύπωση όφσετ. Όγκος: 2,79 συμβατικές μονάδες. φούρνος μεγάλο.; 2.9 ακαδημαϊκή δημοσίευση μεγάλο. Κυκλοφορία 100 αντίτυπα. P. 25M Publishing and Printing Centre TSTU 392000, Tambov, Sovetskaya, 106, αίθουσα 14 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τα τελευταία χρόνια, έχει σημειωθεί σημαντική επέκταση της γκάμας των προϊόντων διατροφής, συνδυασμένων λειτουργικών προϊόντων διατροφής, αναλογικών προϊόντων, υδρόβιων οργανισμών κ.λπ. ευρέως διαδεδομένο Ο σχεδιασμός συνταγών για τέτοια προϊόντα και η ανάπτυξη τεχνολογιών για την παραγωγή τους θα πρέπει να πραγματοποιείται λαμβάνοντας υπόψη τις κολλοειδείς χημικές ιδιότητες των μαζών των τροφίμων. Ο κλάδος "Επιφανειακά φαινόμενα και διεσπαρμένα συστήματα" (κολλοειδής χημεία) περιλαμβάνεται στο ομοσπονδιακό στοιχείο του κρατικού εκπαιδευτικού προτύπου για την τριτοβάθμια επαγγελματική εκπαίδευση στην ειδικότητα "Βιοτεχνολογία Τροφίμων". Η ανάγκη μελέτης οφείλεται στο γεγονός ότι σχεδόν όλες οι μάζες τροφίμων είναι διασκορπισμένα συστήματα, οι φυσικοχημικές ιδιότητες των οποίων θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά την παραγωγή και αποθήκευση των προϊόντων διατροφής. Όπως το θέτει ο Bechgold, «οι τεχνικές μαγειρέματος δεν είναι τίποτα άλλο από την πρακτική εφαρμογή της κολλοειδούς χημείας». Σύμφωνα με τις απαιτήσεις προσόντων του κρατικού εκπαιδευτικού προτύπου, οι απόφοιτοι της ειδικότητας "Βιοτεχνολογία Τροφίμων" πρέπει να γνωρίζουν τα θεωρητικά και τεχνολογικά θεμέλια του σχηματισμού και της καταστροφής συστημάτων διασποράς τροφίμων, τις κολλοειδείς χημικές ιδιότητες των πρώτων υλών τροφίμων και των τελικών προϊόντων. κατέχουν μεθόδους για τη μελέτη συστημάτων διασποράς τροφίμων και έχουν πρακτικές δεξιότητες στην εργασία με σχετικό εργαστηριακό εξοπλισμό· να μπορεί να χρησιμοποιεί τις αποκτηθείσες γνώσεις και πρακτικές δεξιότητες για το σχεδιασμό συνδυασμένων προϊόντων διατροφής, την επιλογή βέλτιστων τεχνολογικών τρόπων λειτουργίας του εξοπλισμού και την απόκτηση προϊόντων υψηλής ποιότητας. Η εργαστηριακή εργασία που παρουσιάζεται στο εγχειρίδιο καλύπτει τις πιο σημαντικές ενότητες της κολλοειδούς χημείας για την παραγωγή τροφίμων. Η εφαρμογή τους θα επιτρέψει στον μελλοντικό βιοτεχνολογικό μηχανικό να εξοικειωθεί με τις μεθόδους λήψης και τις ιδιότητες των εναιωρημάτων, λυμάτων, γαλακτωμάτων, αφρού. να κατέχουν σύγχρονες τεχνικές, όργανα και εγκαταστάσεις. να μελετήσει την επίδραση της συνταγής και των τεχνολογικών παραμέτρων στην τιμή της επιφανειακής τάσης, της ειδικής προσρόφησης, της συνολικής ικανότητας ανταλλαγής ιονανταλλακτών, των ρεολογικών ιδιοτήτων διαφόρων συστημάτων διασποράς τροφίμων. Ελπίζουμε ότι οι αποκτηθείσες γνώσεις και δεξιότητες θα συμβάλουν στη βαθύτερη κατανόηση των ειδικών μαθημάτων τεχνολογίας από τους μαθητές. Εργαστηριακές εργασίες 1 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗΣ ΤΑΣΗ Σκοπός εργασίας: μέτρηση επιφανειακής τάσης. προσδιορισμός της εξάρτησης της επιφανειακής τάσης των υγρών από τη θερμοκρασία, τη φύση και τη συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας. Γενικές θεωρητικές αρχές Η επιφανειακή τάση σ είναι ένα σημαντικό χαρακτηριστικό της διεπαφής και των επιφανειακών φαινομένων. Χαρακτηρίζει την πλεονάζουσα επιφανειακή ενέργεια ανά μονάδα διεπιφανειακής επιφάνειας και εκφράζεται σε J/m2 ή N/m. Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά στην ένταση των διαμοριακών αλληλεπιδράσεων μεταξύ γειτονικών φάσεων, τόσο μεγαλύτερη είναι η επιφανειακή τάση. Σε θερμοκρασία 20 °C, η επιφανειακή τάση του υδραργύρου είναι 485,0 mJ/m2, του νερού – 72,8 mJ/m2, της αιθανόλης – 22,0 mJ/m, του ηλιελαίου – 33,0 mJ/m, της κρέμας – 42, 0 mJ/m2, κρασί – 45...55 mJ/m2. 2 2 2 Η επιφανειακή τάση ενός διαλύματος σ διαφέρει σχεδόν πάντα από την επιφανειακή τάση ενός διαλύτη σ0, αφού οι διαλυμένες ουσίες, ανάλογα με τη φύση τους, μπορούν να συγκεντρωθούν στην επιφάνεια του διαλύματος ή να μετακινηθούν στον κύριο όγκο του διαλύματος. Οι ουσίες που μειώνουν την επιφανειακή τάση ονομάζονται επιφανειοδραστικοί παράγοντες (επιφανειοδραστικές ουσίες). Τασιενεργά σε σχέση με το νερό είναι αλκοόλες, οργανικά οξέα, αμίνες, κ.λπ. Η επιφανειακή τάση μεμονωμένων ουσιών στη διεπιφάνεια αερίου αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας και ο συντελεστής θερμοκρασίας α έχει σχεδόν σταθερή αρνητική τιμή. Για τα περισσότερα πολικά υγρά, σT = σ 0 − α∆T, όπου σT και σ0 είναι επιφανειακή τάση σε θερμοκρασία T και τυπική θερμοκρασία. ΔT – διαφορά θερμοκρασίας; α = –dσ/dt. Τα πιο προσιτά συστήματα για πειραματική μέτρηση της επιφανειακής τάσης είναι τα συστήματα υγρού-αερίου και υγρού-υγρού. Οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενες είναι οι στατικές ή ημι-στατικές μέθοδοι, οι οποίες καθιστούν δυνατή τη μέτρηση των τιμών ισορροπίας της επιφανειακής τάσης των υγρών. Οι στατικές μέθοδοι περιλαμβάνουν τριχοειδή ανύψωση υγρού και κρεμαστή (ξαπλωμένη) σταγόνα. Ημι-στατικές μέθοδοι είναι οι μέθοδοι μέγιστης πίεσης σε πτώση (φυσαλίδα), διαχωρισμός δακτυλίου ή πλάκας και η σταλαγμομετρική μέθοδος. Οι ακόλουθες μέθοδοι χρησιμοποιούνται συχνότερα για τον προσδιορισμό της επιφανειακής τάσης: μέγιστη πίεση, σταλαγμομετρία, διαχωρισμός δακτυλίου και εξισορρόπηση πλακών (μέθοδος Wilhelmy). Η μέθοδος υψηλότερης πίεσης βασίζεται στον εξαναγκασμό μιας φυσαλίδας αερίου ή αέρα υπό την επίδραση της εξωτερικής πίεσης p μέσω ενός βαθμονομημένου τριχοειδούς με ακτίνα r0 (Εικ. 1.1, α). Με την αυξανόμενη πίεση, η φυσαλίδα μεγαλώνει και η ακτίνα καμπυλότητας της επιφάνειάς της R υπερβαίνει την ακτίνα του τριχοειδούς (θέση 1: R > r0). Μια περαιτέρω αύξηση του όγκου της φυσαλίδας θα συμβεί έως ότου η εσωτερική πίεση φτάσει τη μέγιστη τιμή της. Η ακτίνα καμπυλότητας θα είναι ελάχιστη, δηλ. R = r0 (θέση 2). α) β) γ) δ) Εικ. 1.1 Μέθοδοι για τον προσδιορισμό της επιφανειακής τάσης: α – υψηλότερη πίεση. β – σταλαγμομετρικά; γ – διαχωρισμός δακτυλίου. δ – εξισορρόπηση της πλάκας Αυτή τη στιγμή η φυσαλίδα θα χάσει τη σταθερότητά της: καθώς αυξάνεται ο όγκος της, αποσπάται από το τριχοειδές. Αν η πίεση p μετρηθεί τη στιγμή της αποκόλλησης των φυσαλίδων, τότε η επιφανειακή τάση μπορεί να εκφραστεί ως εξής: 2σ pr p= →σ= 0 . (1.1) r0 2 Για να μην μετρήσουμε την ακτίνα του τριχοειδούς, μπορούμε να προσδιορίσουμε το p για ένα υγρό του οποίου η επιφανειακή τάση είναι γνωστή. Το νερό χρησιμοποιείται συχνά ως υγρό αναφοράς. Τότε, αντί για τον τύπο (1.1), μπορούμε να γράψουμε p σ = σ H 2O. (1.2) p H 2O Στη σταλαγμομετρική μέθοδο, προσδιορίζεται το βάρος μιας σταγόνας που βγαίνει από το τριχοειδές (βλ. Εικόνα 1.1, β) υπό την επίδραση της βαρύτητας ή ως αποτέλεσμα εξώθησης με μικροσύριγγα. Πιστεύεται περίπου ότι κατά τον διαχωρισμό, το βάρος της σταγόνας Pk εξισορροπείται με μια δύναμη ίση με την επιφανειακή τάση πολλαπλασιαζόμενη με την περιφέρεια του τριχοειδούς με ακτίνα r0, δηλ. r0 σ Pk 1 P = 2π →σ= ; (1.3) k1 2πr0 σ = km , (1.4) όπου k είναι η σταθερά του σταλαγμομέτρου. m είναι η μάζα μιας σταγόνας. Κατά τη μέτρηση της επιφανειακής τάσης με τη μέθοδο της μέγιστης πίεσης και τη σταλαγμομετρική μέθοδο, μια φυσαλίδα και μια σταγόνα σχηματίζονται σχετικά γρήγορα σε χρόνο ανεπαρκή για το σχηματισμό στρώματος προσρόφησης διαλυμένων μορίων επιφανειοδραστικών, ειδικά εάν έχουν σχετικά μεγάλο μοριακό βάρος. Υπό αυτές τις συνθήκες, η επιφανειακή τάση ισορροπίας δεν έχει χρόνο να δημιουργηθεί. Για τέτοια διαλύματα, συνιστάται η αύξηση του χρόνου σχηματισμού φυσαλίδας ή σταγόνας έως ότου η πίεση ή ο αριθμός των σταγόνων γίνει σταθερός. Στη μέθοδο διαχωρισμού δακτυλίου (βλ. Εικ. 1.1, γ), μετράται η δύναμη F, η οποία εξουδετερώνεται από την επιφανειακή τάση του υγρού που διαβρέχει την περίμετρο της επιφάνειας του δακτυλίου, r0 σ F = 4π. (1,5) k Ο συντελεστής k είναι ένας διορθωτικός συντελεστής· λαμβάνει υπόψη ότι η στήλη υγρού που ανεβαίνει όταν διαχωριστεί ο δακτύλιος δεν έχει το σχήμα ενός κανονικού κοίλου κυλίνδρου. Στη μέθοδο εξισορρόπησης πλακών (ή μέθοδο Wilhelmy), προσδιορίζεται η δύναμη F που απαιτείται για την εξαγωγή μιας λεπτής πλάκας πλάτους h βυθισμένης σε αυτήν από το υγρό (βλ. Εικ. 1.1, d), F = 2σh. (1.6) Οι μέθοδοι που αναφέρονται παραπάνω για τον προσδιορισμό της επιφανειακής τάσης είναι διαθέσιμες, αλλά έχουν ένα κοινό μειονέκτημα - χαμηλή ακρίβεια μέτρησης. Η μέθοδος τριχοειδούς ανύψωσης είναι πιο ακριβής εάν το τριχοειδές είναι καλά βρεγμένο με νερό και η διάμετρός του δεν αλλάζει ύψος, κάτι που δεν παρατηρείται πάντα σε εργαστηριακές συνθήκες. Επιπλέον, όσο μικρότερη είναι η ακτίνα των τριχοειδών αγγείων, τόσο πιο ακριβή είναι τα αποτελέσματα της μέτρησης της επιφανειακής τάσης. Η μέθοδος τριχοειδούς ανύψωσης βασίζεται στην εξάρτηση του ύψους της ανόδου του υγρού h σε ένα στενό τριχοειδές από την επιφανειακή τάση του. Σύμφωνα με την εξίσωση του Laplace, η υπερβολική πίεση σχετίζεται με το ύψος h του υγρού στο τριχοειδές με τις σχέσεις 2σ ∆p = ; (1,7) rm ∆ p = ∆ ρ gh , (1,8) όπου rm είναι η ακτίνα καμπυλότητας του υγρού μηνίσκου στο τριχοειδές. ∆ρ – διαφορά πυκνοτήτων υγρής και αέριας φάσης. g – επιτάχυνση ελεύθερης πτώσης. Εισαγωγή της λεγόμενης τριχοειδούς σταθεράς a, 2σ a2 = = rm h , (1.9) ∆ρg και λαμβάνοντας υπόψη τη γωνία διαβροχής θ από το υγρό των τοιχωμάτων ενός τριχοειδούς με ακτίνα r, από τις εξισώσεις (1.8) και (1.9). ) λαμβάνουμε Δρgrh a 2 ∆ρg σ= = . (1.10) 2 cos θ 2 cos θ Η τελευταία σχέση είναι γνωστή ως εξίσωση Jurin. Έτσι, για τον προσδιορισμό της επιφανειακής τάσης των υγρών χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο, προσδιορίζονται πειραματικά το ύψος της ανόδου h, η ακτίνα του τριχοειδούς r και η γωνία επαφής θ. Η μέθοδος τριχοειδούς ανύψωσης είναι από τις πιο ακριβείς (σχετικό σφάλμα μικρότερο από 0,01%). Διαδικασία εκτέλεσης εργαστηριακών εργασιών 1 Πριν ξεκινήσετε το πρακτικό μέρος της εργαστηριακής εργασίας, θα πρέπει να διαβάσετε προσεκτικά τα υλικά του θεωρητικού μέρους και να μελετήσετε το διάγραμμα της εργαστηριακής ρύθμισης (Εικ. 1.2). 2 Γεμίστε το σταλαγμόμετρο με το υγρό δοκιμής (συμπεριλαμβανομένου του στομίου) και κλείστε τη βρύση του σταλαγμόμετρου. 3 Χρησιμοποιώντας ένα χρονόμετρο, ρυθμίστε την ταχύτητα ροής του υγρού σε 15 - 20 σταγόνες ανά λεπτό. 4 Μετρήστε τις σταγόνες υγρού που ρέουν από το σταλαγμόμετρο σε έναν κύλινδρο μέτρησης 10 ml. 5 Γράψτε το αποτέλεσμα της μέτρησης του αριθμού των σταγόνων του υγρού δοκιμής στον πίνακα. 1.1. Για υπολογισμούς, χρησιμοποιήστε τους τύπους (1.4) και τα δεδομένα στον πίνακα. 1.2. 6 Γεμίστε ξανά το σταλαγμόμετρο με το υγρό δοκιμής. Ρυθμίστε την επόμενη θερμοκρασία στον θερμοστάτη και επαναλάβετε τη μέτρηση σύμφωνα με τις παραγράφους. 3-4. Με τον ίδιο τρόπο, μετρήστε τις σταγόνες υγρού σε όλες τις καθορισμένες θερμοκρασίες. Εισαγάγετε τα αποτελέσματα στον πίνακα. 1.1. 20 °С 20 0 С 40 °С 1 40 0 ​​°С 1 60 °С 60 0 С 2 2 3 3 4 4 Εικ. 1.2 Διάγραμμα εγκατάστασης εργαστηρίου: 1 – θερμοστάτης; 2 – σταλαγμόμετρο; 3 – βαθμονομημένος κύλινδρος. 4 – τρίποδο 1.1 Αποτελέσματα της μελέτης της εξάρτησης του σ από τη θερμοκρασία Σταθερός Όγκος Αριθμός Μάζας Αριθμός σταγόνων Επιφανειακό σταλαγμόμετρο k, Θερμοκρασία t, °C υγρό ενός πειράματος n, τεμ. τάση σ, J/m2 J/(m2 kg) V, ml πτώση m, kg 1 20 2 40 3 60 1.2 Πυκνότητα ορισμένων υγρών σε διαφορετικές θερμοκρασίες Πυκνότητα, kg/m3, σε 7 Επαναλάβετε μετρήσεις στους 20 °C 40 °C 60 °C σε σταθερή θερμοκρασία, αλλά με μεταβολή της συγκέντρωσης του υπό μελέτη υγρού Νερό 998 992 983. Συμπληρώστε τον πίνακα. 1.3. Οξικό οξύ 1048 1027 1004 8 Σχεδιάστε γραφήματα της εξάρτησης της επιφανειακής τάσης από τη θερμοκρασία (σ = f (t ° C)) και τη συγκέντρωση (σ = f (s)) και να διατυπώσετε συμπεράσματα. 1.3 Αποτελέσματα της μελέτης της εξάρτησης του σ από τη συγκέντρωση Σταθερή στα- Συγκέντρωση Όγκος Επιφάνεια Αριθ. σταγόνες m, kg J/(m2·kg) υγρό s, % V, ml J/m2 1 2 3 4 Ερωτήσεις για αυτοέλεγχο 1 Ποια είναι η αιτία της υπερβολικής επιφανειακής ενέργειας; 2 Τι είναι η επιφανειακή τάση; Σε ποιες μονάδες μετριέται; 3 Τι καθορίζει την τιμή της επιφανειακής τάσης; 4 Ποιες ουσίες ονομάζονται τασιενεργά; Δώστε παραδείγματα επιφανειοδραστικών ουσιών. 5 Ποιες μεθόδους μέτρησης της επιφανειακής τάσης γνωρίζετε; 6 Ποια είναι η σταλαγμομετρική μέθοδος για τον προσδιορισμό του σ; 7 Σε τι βασίζεται η μέθοδος τριχοειδούς ανύψωσης που χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό του σ; 8 Ποιες τιμές στις εργαστηριακές εργασίες που εκτελούνται είναι πειραματικές (αναφορά, υπολογισμός); Εργαστηριακές εργασίες 2 ΜΕΛΕΤΗ ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗΣ ΑΠΟ ΔΥΔΙΚΕΣ ΔΙΑΛΥΣΕΙΣ ΣΕ ΣΤΕΡΕΕΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΕΣ Σκοπός της εργασίας: προσδιορισμός της προσρόφησης Gibbs (υπερβολική) σε στερεό προσροφητικό από δυαδικά διαλύματα. υπολογισμός της προσρόφησης Gibbs των συστατικών του διαλύματος με βάση τις αλλαγές στη σύνθεση του διαλύματος κατά την προσρόφηση. κατασκευή ισοθερμικών τιμών περίσσειας προσρόφησης και ανάλυσή τους. Γενικές θεωρητικές αρχές Τα συστήματα διασποράς χαρακτηρίζονται από μια εξαιρετικά ανεπτυγμένη διεπαφή φάσης, επομένως, ΔG = σS > 0. Σε οποιοδήποτε σύστημα διασποράς, το ΔG τείνει να μειώνεται λόγω μείωσης του σ ή του S. Η προσρόφηση αναφέρεται σε επιφανειακά φαινόμενα που οδηγούν σε αυθόρμητη μείωση του 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, τότε η τιμή του N μπορεί να αγνοηθεί και μπορεί να υποτεθεί ότι G = A. Στην περίπτωση της προσρόφησης στη διεπιφάνεια υγρού-αερίου και της προσρόφησης σε στερεές λείες επιφάνειες, οι τιμές των G και A προσδιορίζονται σχετικά στην περιοχή μονάδας της διεπαφής φάσης, δηλ. οι διαστάσεις των G και A θα είναι mol/m2. Για ένα στερεό και ιδιαίτερα πορώδες κονιώδες προσροφητικό με σημαντική διεπαφή, η προσρόφηση εκφράζεται ανά μονάδα μάζας του προσροφητικού, δηλ. Στην περίπτωση αυτή, οι ποσότητες G και A έχουν διάσταση mol/kg. Έτσι, η τιμή προσρόφησης για το i-ο συστατικό Г i = n/S (mol/m2) ή Г i = n/t (mol/kg), (2.3) όπου n είναι ο πλεονάζων αριθμός γραμμομορίων προσροφήματος του i-ο συστατικό στην επιφάνεια σε σύγκριση με την περιεκτικότητά του σε όγκο. S – περιοχή διεπαφής, m2; t – μάζα πορώδους κονιώδους προσροφητικού, kg. Στην περίπτωση προσρόφησης ενός συστατικού, οι εξισώσεις (2.3) απλοποιούνται: Г = n/S ή Г = n/т, (2.4) Η εξάρτηση της ποσότητας της προσροφημένης ουσίας από τη συγκέντρωσή της στο διάλυμα σε σταθερή θερμοκρασία ονομάζεται ισόθερμες προσρόφησης (Εικ. 2.1). GG C S Εικ. 2.1 Ισόθερμη προσρόφησης (T = const) Η προσρόφηση σε στερεές επιφάνειες έχει μεγάλη πρακτική σημασία. Χρησιμοποιείται σε χημικές, μεταλλουργικές και άλλες βιομηχανίες τροφίμων. Καθώς αυξάνεται το πορώδες του προσροφητικού, ο βαθμός εκχύλισης της ουσίας από το μείγμα αυξάνεται. Στη βιομηχανία τροφίμων, η διαδικασία προσρόφησης χρησιμοποιείται για τη διαύγαση σιροπιών, χυμών, ζωμών κ.λπ. Στην πράξη, χρησιμοποιούνται περισσότερα από 200 διαφορετικά προσροφητικά. Διαδικασία για την εκτέλεση εργαστηριακών εργασιών Μέρος 1 Προσρόφηση οξικού οξέος από ενεργό άνθρακα 1 Σύμφωνα με τον πίνακα. 2.1. Παρασκευάστε 10 φιάλες με διαλύματα οξικού οξέος διαφόρων συγκεντρώσεων από μητρικό διάλυμα με συγκέντρωση 0,3 M CH3COOH και απεσταγμένο νερό. 2 Ζυγίστε 10 μερίδες ενεργού άνθρακα βάρους 1 g. 3 Προσθέστε μέρη του προσροφητικού σε φιάλες με διαλύματα (ένα σε κάθε φιάλη) και αφήστε το για 45 λεπτά, ανακινώντας περιστασιακά, για να επιτευχθεί ισορροπία προσρόφησης στο σύστημα. 4 Διαχωρίστε τα διαλύματα από το προσροφητικό με διήθηση. 5 Μεταφέρετε με σιφώνιο 10 ml του διηθήματος σε ένα ποτήρι και τιτλοποιήστε με διάλυμα NaOH 0,1 N παρουσία διαλύματος φαινολοφθαλεΐνης 0,1% μέχρι να εμφανιστεί ένα σταθερό ανοιχτό ροζ χρώμα. 2.1 Παρασκευή διαλυμάτων και αποτελέσματα μελέτης της προσρόφησης οξικού οξέος από ενεργό άνθρακα 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Όγκος του υπό μελέτη υγρού 0,3 M 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 ml CH3 – 5 10 15 20 25 30 35 40 45 la, ml Όγκος αλκαλίου που χρησιμοποιείται για τιτλοδότηση 10 ml διηθήματος, ml Συγκέντρωση οξικού οξέος μετά την προσρόφηση, g/m3 6 Υπολογίστε τη συγκέντρωση οξικού οξέος που παραμένει στο διάλυμα μετά την προσρόφηση και να το συγκρίνουμε με την αρχική συγκέντρωση. Κατασκευάστε μια γραφική παράσταση της εξάρτησης και διατυπώστε συμπεράσματα. 7 Υπολογίστε την προσρόφηση Gibbs και σχεδιάστε την ισόθερμη προσρόφησης σε συντεταγμένες Г2 = f (x2). Μέρος 2 Προσρόφηση βαφής από ενεργό άνθρακα 1 Σύμφωνα με τον πίνακα. 2.2 Παρασκευάστε 10 φιάλες με διαλύματα μπλε βρωμοφαινόλης διαφόρων συγκεντρώσεων από μητρικό διάλυμα συγκέντρωσης 0,005 g/l και απεσταγμένο νερό. 2.2 Παρασκευή διαλυμάτων και αποτελέσματα της μελέτης της προσρόφησης μπλε της βρωμοφαινόλης από ενεργό άνθρακα 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Όγκος υγρού που μελετήθηκε 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5, mlnt Όγκος διαλύματος1 15 20 25 30 35 40 45 , ml Οπτική πυκνότητα, D 2 Ζυγίστε 10 δείγματα ενεργού άνθρακα βάρους 1 g. 3 Προσθέστε προσροφητικά δείγματα σε φιάλες με διαλύματα (μία σε κάθε φιάλη) και αφήστε για 45 λεπτά, ανακινώντας περιοδικά, για να επιτευχθεί η προσρόφηση ισορροπία στο σύστημα. 4 Διαχωρίστε τα διαλύματα από το προσροφητικό με διήθηση. 5 Μετρήστε την οπτική πυκνότητα χρησιμοποιώντας FEK-56, με κυψελίδες πάχους 10 mm και ένα πορτοκαλί φίλτρο Νο. 8. 6 Σχεδιάστε ένα γράφημα της οπτικής πυκνότητας σε σχέση με τη συγκέντρωση της βαφής. 7 Χρησιμοποιώντας την καμπύλη βαθμονόμησης, προσδιορίστε την περιεκτικότητα σε βαφή μετά την προσρόφηση. 8 Υπολογίστε την προσρόφηση Gibbs και σχεδιάστε την ισόθερμη προσρόφησης σε συντεταγμένες Г2 = f (х2). Ερωτήσεις για αυτοέλεγχο 1 Καθορίστε τη διαδικασία προσρόφησης. Ποιους τύπους προσρόφησης γνωρίζετε; 2 Τι ονομάζεται προσροφητικό, προσροφητικό, προσροφητικό; 3 Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της προσρόφησης σε στερεές επιφάνειες και της προσρόφησης σε υγρές επιφάνειες; 4 Δώστε παραδείγματα προσροφητικών που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία τροφίμων. 5 Ποιες εξισώσεις χρησιμοποιούνται για να περιγράψουν τις διαδικασίες προσρόφησης; 6 Γιατί συνιστάται η λήψη δισκίων ενεργού άνθρακα για κάποια τροφική δηλητηρίαση; 7 Πώς να υπολογίσετε την προσρόφηση Gibbs από το διάλυμα και να κατασκευάσετε μια ισόθερμη προσρόφησης; 8 Ποιοι παράγοντες επηρεάζουν το μέγεθος της προσρόφησης Gibbs; Εργαστηριακές εργασίες 3 ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗ ΑΝΤΑΛΛΑΓΗΣ ΙΟΝΤΩΝ Σκοπός της εργασίας: προσδιορισμός της συνολικής ικανότητας ανταλλαγής του κατιονανταλλάκτη και της σταθεράς ανταλλαγής ιόντων. Γενικές θεωρητικές αρχές Η προσρόφηση ανταλλαγής ιόντων είναι μια διαδικασία ανταλλαγής ιόντων μεταξύ ενός διαλύματος και μιας στερεάς φάσης - ενός προσροφητικού. Οι ουσίες που μπορούν να ανταλλάξουν ιόντα ονομάζονται ιονίτες. Ανάλογα με το είδος των ιόντων που εμπλέκονται στην ανταλλαγή, οι ιονανταλλάκτες χωρίζονται σε κατιονανταλλάκτες και ανιονανταλλάκτες. Η προσρόφηση ανταλλαγής ιόντων έχει λάβει ευρέως διαδεδομένη χρήση με την ανάπτυξη συνθετικών εναλλάκτη ιόντων που βασίζονται σε οργανικές ρητίνες, σουλφονωμένους άνθρακες και ιόντα κυτταρίνης. Η πιο σημαντική τεχνική χρήση των ιονανταλλακτών είναι η παραγωγή αφαλατωμένου νερού υπό συνθήκες παραγωγής, δηλ. νερό που δεν περιέχει διαλυμένα άλατα, συμπεριλαμβανομένων των αλάτων σκληρότητας. Για την πλήρη αφαλάτωση του νερού, περνά διαδοχικά από φίλτρα ανταλλαγής κατιόντων και ανιόντων. Στη βιομηχανία ζάχαρης, χρησιμοποιούνται εναλλάκτες ιόντων για τον καθαρισμό του χυμού διάχυσης από ηλεκτρολύτες - μελάσα, γεγονός που καθιστά δυνατή την αύξηση της απόδοσης ζάχαρης και τη μείωση της ποσότητας λιγότερο πολύτιμης μελάσας. Στη γαλακτοκομική βιομηχανία, οι εναλλάκτες κατιόντων χρησιμοποιούνται για την μερική αφαίρεση των ιόντων ασβεστίου και μαγνησίου από το γάλα, αντικαθιστώντας τα με ιόντα καλίου και νατρίου και αφαιρώντας ραδιενεργές ουσίες. Η θεραπεία ανταλλαγής ανιόντων μπορεί να αντικαταστήσει τα οξέα στους χυμούς φρούτων που έχουν δυσάρεστη γεύση, όπως το μηλικό οξύ. Οι ιοντοανταλλάκτες έχουν επίσης βρει ευρεία εφαρμογή για τον καθαρισμό των βιομηχανικών λυμάτων από ιόντα βαρέων μετάλλων. Η ιοντοανταλλακτική προσρόφηση έχει μεγάλη σημασία για τη γεωργία, καθώς η γονιμότητά της εξαρτάται από τη φύση των κατιόντων που απορροφώνται από το έδαφος. Ένα ποσοτικό χαρακτηριστικό του ιοντοανταλλάκτη είναι η συνολική ικανότητα ανταλλαγής (TEC): V με TEC = σύνολο, (3,1) m όπου Vtotal είναι ο συνολικός όγκος του διαλύματος που περιέχει το οξύ που έχει εκτοπιστεί από τη ρητίνη. σ – συγκέντρωση οξέος; m είναι η μάζα του εναλλάκτη ιόντων ρητίνης στη στήλη. Το POE μπορεί να προσδιοριστεί με στατική ή δυναμική μέθοδο, συνήθως με βάση αντιδράσεις που συμβαίνουν σε υδατικά διαλύματα: − − RS O 3 H+ + NaOH → RS O 3 Na+ + H2O. − − RN H 3 OH+ + HCl → RN H 3 Cl+ + H2O. Στη στατική μέθοδο, μια ρητίνη, για παράδειγμα ένας εναλλάκτης κατιόντων σε μορφή Η+, τιτλοδοτείται με ένα διάλυμα αλκαλίου. Στη δυναμική μέθοδο, ένα διάλυμα ηλεκτρολύτη διέρχεται από μια στήλη με μια ιοντοανταλλακτική ρητίνη και καταγράφεται η εξάρτηση της συγκέντρωσης του απορροφούμενου ιόντος στο εξερχόμενο διάλυμα (έκλουσμα) από τον όγκο του εξερχόμενου διαλύματος (καμπύλη εξόδου). Στην εργασία, η POE ενός σουλφονικού εναλλάκτη κατιόντων σε μορφή Η+ προσδιορίζεται με μια δυναμική μέθοδο από την ποσότητα του οξέος στο έκλουσμα που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της απομάκρυνσης των ιόντων Η+ από τη ρητίνη με ιόντα Na+: − − RS О 3 H+ + Na+ + Cl– → RS О 3 Na+ + H+ + Cl –.

Εξοπλισμός και αντιδραστήρια: αλκοολικό διάλυμα θείου, αλκοολικό διάλυμα κολοφωνίου, διάλυμα υδροξειδίου του σιδήρου, KNO 3, K 2 SO 4, K 3, λάδι, επιφανειοδραστικό, BaCl 2 Na 2 SO 4.

Θεωρητικό μέρος: Τα γαλακτώματα είναι συστήματα διασποράς στα οποία το μέσο διασποράς και η διασπαρμένη φάση βρίσκονται σε υγρή κατάσταση. Στην πράξη, τα υδατικά γαλακτώματα συναντώνται συχνότερα, δηλ. γαλακτώματα στα οποία ένα από τα δύο υγρά είναι νερό. Τέτοια γαλακτώματα χωρίζονται σε δύο τύπους: λάδι σε νερό (σε συντομογραφία o/w) και νερό σε λάδι (o/w). Τα οργανικά υγρά χαμηλής πολικότητας -βενζόλιο, βενζίνη, κηροζίνη, ανιλίνη, λάδι κ.λπ.- ανεξάρτητα από τη χημική τους φύση, ονομάζονται λάδι.
Στα γαλακτώματα του πρώτου τύπου (άμεσο), το λάδι είναι η φάση διασποράς και το νερό είναι το μέσο διασποράς. Σε γαλακτώματα δεύτερου τύπου (αντίστροφο), το νερό είναι τεμαχισμένο...
με τη μορφή σταγονιδίων είναι η διασπαρμένη φάση και το λάδι είναι το μέσο διασποράς.
Ανάλογα με το περιεχόμενο της διεσπαρμένης φάσης, τα γαλακτώματα ταξινομούνται σε αραιωμένα [περιεκτικότητα σε διασπορά φάσης (φ λιγότερο από 1% (vol.)], συμπυκνωμένο [φ έως 74% (vol.)] και σε υψηλή συγκέντρωση [φ περισσότερο από 74 % (τόμος)].

Η απώλεια της σταθερότητας της συσσωματώσεως των γαλακτωμάτων προκαλείται από τις διεργασίες της ισοθερμικής απόσταξης ή συνένωσης και συνήθως συνοδεύεται από απώλεια σταθερότητας καθίζησης (στρωμάτωση συστήματος). Ως μέτρο της σταθερότητας ενός γαλακτώματος, μπορεί κανείς να λάβει το χρόνο ύπαρξης ενός συγκεκριμένου όγκου του πριν από τον πλήρη διαχωρισμό.

Η σταθερότητα του γαλακτώματος αυξάνεται με την εισαγωγή ενός σταθεροποιητή (γαλακτωματοποιητή) στο σύστημα, ο οποίος μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ηλεκτρολύτες, επιφανειοδραστικά και υψηλού μοριακού χαρακτήρα ενώσεις. Η αθροιστική σταθερότητα των γαλακτωμάτων καθορίζεται από τους ίδιους παράγοντες που καθορίζουν την αντίσταση στην πήξη των κολλοειδών.

Τα αραιά γαλακτώματα είναι αρκετά σταθερά παρουσία ηλεκτρολυτών, αφού η σταθερότητα συνδέεται με την παρουσία ηλεκτρικής διπλής στρώσης. Η σταθερότητα των συμπυκνωμένων και υψηλής συγκέντρωσης γαλακτωμάτων καθορίζεται από τη δράση του δομικού-μηχανικού φραγμού κατά τον σχηματισμό των στρωμάτων προσρόφησης του γαλακτωματοποιητή. Το πιο ισχυρό σταθεροποιητικό αποτέλεσμα ασκείται από τα IUD και τα κολλοειδή τασιενεργά (σάπωνες, μη ιονικά επιφανειοδραστικά), τα στρώματα προσρόφησης των οποίων έχουν δομή που μοιάζει με γέλη και είναι πολύ ενυδατωμένα.

Ο τύπος του γαλακτώματος που σχηματίζεται κατά τη μηχανική διασπορά εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την αναλογία των όγκων φάσης. Το υγρό που περιέχεται σε μεγαλύτερο όγκο συνήθως γίνεται μέσο διασποράς. Όταν η περιεκτικότητα σε όγκο δύο υγρών είναι ίση, προκύπτουν γαλακτώματα και των δύο τύπων κατά τη διασπορά, αλλά αυτό που "επιβιώνει" είναι αυτό που έχει μεγαλύτερη σταθερότητα συσσωματώσεως και καθορίζεται από τη φύση του γαλακτωματοποιητή. Η ικανότητα ενός γαλακτωματοποιητή να διασφαλίζει τη σταθερότητα ενός γαλακτώματος του ενός ή του άλλου τύπου καθορίζεται από την ενέργεια της αλληλεπίδρασής του με πολικά και μη πολικά μέσα, τα οποία μπορούν να χαρακτηριστούν χρησιμοποιώντας ένα ημι-εμπειρικό χαρακτηριστικό - τον αριθμό υδρόφιλου-λιπόφιλου ισοζυγίου (HLB) επιφανειοδραστικών ουσιών. Τα επιφανειοδραστικά με χαμηλές τιμές HLB (2...6) είναι καλύτερα διαλυτά σε οργανικά μέσα και σταθεροποιούν τα γαλακτώματα w/o, ενώ με HLB = 12...18 τα επιφανειοδραστικά είναι καλύτερα διαλυτά στο νερό και σταθεροποιούν τα γαλακτώματα o/w.

Τα αλκαλικά άλατα λιπαρών οξέων μεσαίου μοριακού βάρους δίνουν πάντα γαλακτώματα ο/β και τα άλατα δισθενών μετάλλων, όπως το μαγνήσιο, δίνουν γαλακτώματα w/o. Με μια σταδιακή αύξηση της συγκέντρωσης των δισθενών ιόντων σε ένα γαλάκτωμα o/w σταθεροποιημένο με σαπούνι με ένα μόνο φορτισμένο μεταλλικό κατιόν, το γαλάκτωμα αντιστρέφεται και μετατρέπεται σε γαλάκτωμα w/o.

Ιδιαίτερη περίπτωση είναι η σταθεροποίηση γαλακτωμάτων με σκόνες υψηλής διασποράς. Μια τέτοια σταθεροποίηση είναι δυνατή με περιορισμένη επιλεκτική διαβροχή των σκονών (σε γωνία επαφής 0°< 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.

Στην πράξη, ο τύπος των γαλακτωμάτων προσδιορίζεται με τις ακόλουθες μεθόδους. Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της αραίωσης, μια σταγόνα γαλακτώματος προστίθεται σε δοκιμαστικό σωλήνα με νερό. Εάν η σταγόνα κατανέμεται ομοιόμορφα στο νερό, είναι ένα γαλάκτωμα o/w. Μια σταγόνα γαλακτώματος w/o δεν θα διασκορπιστεί στο νερό. Σύμφωνα με τη μέθοδο χρώσης συνεχούς φάσης, αρκετοί κρύσταλλοι μιας υδατοδιαλυτής βαφής, για παράδειγμα, το μεθυλοπορτοκάλι, χρωματίζουν ομοιόμορφα το γαλάκτωμα o/w σε όλο τον όγκο. Το γαλάκτωμα w/o χρωματίζεται ομοιόμορφα σε όλο τον όγκο του με λιποδιαλυτή βαφή. Ο τύπος του γαλακτώματος μπορεί να προσδιοριστεί από την ηλεκτρική του αγωγιμότητα. Οι υψηλές τιμές ηλεκτρικής αγωγιμότητας υποδεικνύουν ότι το μέσο διασποράς είναι πολικό υγρό και το γαλάκτωμα είναι τύπου o/w. Οι χαμηλές τιμές ηλεκτρικής αγωγιμότητας υποδεικνύουν το σχηματισμό ενός αντίστροφου γαλακτώματος.

Τα γαλακτώματα διασπώνται με την πάροδο του χρόνου. Σε ορισμένες περιπτώσεις υπάρχει ανάγκη να επιταχυνθεί η θραύση των γαλακτωμάτων, για παράδειγμα, η θραύση γαλακτωμάτων σε αργό πετρέλαιο. Η διαδικασία καταστροφής μπορεί να επιταχυνθεί με όλους τους τρόπους, οδηγώντας σε μείωση της αντοχής του προστατευτικού φιλμ του γαλακτωματοποιητή και σε αύξηση της πιθανότητας σωματιδίων να έρχονται σε επαφή μεταξύ τους.
Υπάρχουν πολλές μέθοδοι για το σπάσιμο των γαλακτωμάτων (απογαλακτωματοποίηση). Τα σημαντικότερα από αυτά είναι τα ακόλουθα:

1. Χημική καταστροφή των προστατευτικών μεμβρανών του γαλακτωματοποιητή, για παράδειγμα, από τη δράση ενός ισχυρού ορυκτού οξέος.

2. Προσθήκη γαλακτωματοποιητή που μπορεί να προκαλέσει αντιστροφή φάσης του γαλακτώματος και έτσι να μειώσει την αντοχή του προστατευτικού φιλμ.

3. Θερμική καταστροφή - διαχωρισμός γαλακτωμάτων με θέρμανση. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η προσρόφηση του γαλακτωματοποιητή μειώνεται, γεγονός που οδηγεί στην καταστροφή του γαλακτώματος.

4. Μηχανική κρούση. Αυτή η μέθοδος περιλαμβάνει μηχανική καταστροφή σταθεροποιημένων μεμβρανών, για παράδειγμα, ανάδευση κρέμας σε βούτυρο. Η φυγοκέντρηση αναφέρεται επίσης στη μηχανική δράση.

5. Η δράση των ηλεκτρολυτών προκαλεί την καταστροφή των γαλακτωμάτων που σταθεροποιούνται από το ηλεκτρικό φορτίο των σωματιδίων.

Πειραματικό μέρος:

Πείραμα 1. Προετοιμασία διασκορπισμένων συστημάτων:

Ρίξτε 1 ml απεσταγμένου νερού σε δοκιμαστικό σωλήνα, προσθέστε 2 σταγόνες αλκοολούχου διαλύματος κολοφωνίου ή θείου. Τι παρατηρείτε; Πώς προέκυψε αυτό το διασκορπισμένο σύστημα; Τι είναι η διασκορπισμένη φάση και το μέσο διασποράς; Τι τύπος είναι το σύστημα διασποράς που προκύπτει;

Ρίξτε το διάλυμα BaCl 2 στον δοκιμαστικό σωλήνα και προσθέστε 3 σταγόνες διαλύματος θειικού νατρίου. Γράψτε την εξίσωση για την αντίδραση που συμβαίνει και σχεδιάστε ένα διάγραμμα του μικκυλίου που προκύπτει. Τι φορτίο έχει το διασκορπισμένο σωματίδιο; Ποια ιόντα σχηματίζουν το διάχυτο στρώμα του μικκυλίου; Αφήστε τον δοκιμαστικό σωλήνα για 5-10 λεπτά. Τι μπορείτε να πείτε για την κινητική σταθερότητα του προκύπτοντος διαλύματος και το αναμενόμενο μέγεθος σωματιδίων της διεσπαρμένης φάσης;

Πείραμα 2. Πήξη λυμάτων με ηλεκτρολύτες.

Ρίξτε 15 σταγόνες διαλύματος υδροξειδίου του σιδήρου σε τρεις δοκιμαστικούς σωλήνες, που ελήφθησαν ως αποτέλεσμα πλήρους υδρόλυσης χλωριούχου σιδήρου (III). Προσθέστε 1 σταγόνα νιτρικού καλίου στον πρώτο δοκιμαστικό σωλήνα, θειικό κάλιο στον δεύτερο, K 3 στον τρίτο με έντονη ανακίνηση. Προσθέστε κάθε επόμενη σταγόνα 1-2 λεπτά μετά την προηγούμενη μέχρι να θολώσει το περιεχόμενο του δοκιμαστικού σωλήνα. Καταγράψτε τα αποτελέσματα κάθε πειράματος σε έναν πίνακα.

Πίνακας 1. Πήξη λυμάτων με ηλεκτρολύτες

Υπολογίστε το όριο πήξης χρησιμοποιώντας τον τύπο:

Όπου c είναι η συγκέντρωση ηλεκτρολύτη, n είναι ο αριθμός των σταγόνων ηλεκτρολύτη που προκάλεσαν πήξη.

Ποιο ιόν σημείου προκαλεί πήξη; Εξάγετε ένα συμπέρασμα σχετικά με το πρόσημο του φορτίου του σωματιδίου κολλοειδούς υδροξειδίου του σιδήρου και σχεδιάστε ένα διάγραμμα αυτού του σωματιδίου.

Πείραμα 3. Σταθεροποίηση διεσπαρμένων συστημάτων με τη μέθοδο της προσρόφησης.

Ρίξτε 3 ml νερό και 7 σταγόνες λάδι σε ένα δοκιμαστικό σωλήνα και 3 ml λάδι και 7 σταγόνες νερό σε έναν δεύτερο δοκιμαστικό σωλήνα. Μετά από σχολαστική ανακίνηση, προσδιορίστε τον τύπο του γαλακτώματος. Ποια είναι η φάση διασποράς και το διασκορπισμένο μέσο στα γαλακτώματα που προκύπτουν; Τι μπορείτε να πείτε για τη βιωσιμότητά του; Προσθέστε 5 σταγόνες διαλύματος τασιενεργού σε κάθε δοκιμαστικό σωλήνα. Αφήστε τα σωληνάρια για 1-2 λεπτά. Τι συμβαίνει? Αξιολογήστε τη σταθερότητα των διασκορπισμένων συστημάτων σε κάθε δοκιμαστικό σωλήνα. Σχεδιάστε σχηματικά τη δομή των σταθεροποιημένων σωματιδίων της διεσπαρμένης φάσης.

Ερωτήσεις για την άμυνα

1. Τι είναι τα διασκορπισμένα συστήματα, δώστε παραδείγματα διαφορετικών τύπων διασκορπισμένων συστημάτων.

2. Σημάδια διάσπαρτων συστημάτων.

3. Η έννοια των γαλακτωμάτων, η ταξινόμηση τους.

4. Περιγράψτε τις μεθόδους για τη λήψη διασκορπισμένων συστημάτων.

5. Τι είναι η πήξη; Όριο πήξης;

6. Πώς γίνεται η πήξη των λυμάτων με ηλεκτρολύτες;

Σκοπός της εργασίας: εξοικείωση με ορισμένες μεθόδους απόκτησης διασκορπισμένων συστημάτων.

Εργασία: να ληφθεί κολλοειδές οξείδιο του σιδήρου (III) με τη μέθοδο της χημικής συμπύκνωσης με την αντίδραση ανταλλαγής κολλοειδούς διαλύματος ιωδιούχου αργύρου, με την αντίδραση αναγωγής του διαλύματος διοξειδίου του μαγγανίου, με την αντίδραση υδρόλυσης, με τη μέθοδο της φυσικής συμπύκνωσης, Μέθοδος αγκίστρωσης, με τη μέθοδο στερέωσης. γαλάκτωμα με μηχανική διασπορά. Προσδιορίστε το πρόσημο του φορτίου των σωματιδίων λυμάτων και δημιουργήστε τύπους για τα μικκύλια τους. Σημειώστε το φαινόμενο της ωχρότητας και το σχηματισμό του κώνου του Tyndall.

Εξοπλισμός και υλικά: βάση με δοκιμαστικούς σωλήνες, ποτήρια ζέσεως 100 ml - 3 τεμ., σιφώνια 1 ml - 2 τεμ.; για 5 ml - 2 τεμ., για 10 ml - 2 τεμ., χωνί, διηθητικό χαρτί, κύλινδρος 100 ml, μαγνητικός αναδευτήρας με μεταλλική ράβδο, κυβέτα, λάμπα για φωτιστικά πηκτώματα, γυάλινη τσουλήθρα, σπάτουλα. Αντιδραστήρια: AgN0 3 - 0,01 M; Nal (Κ.Ι) - 0,01 Μ; KMP0 4 - 0,01 M; Η202 - 2%; Κ 4 - 20%; FeCh - 2 ME; φυτικό λάδι; Ci7 N3sCOOOYa - 0,1 M; MgCl 2 - 0,5 Μ; αλκοολούχο διάλυμα κολοφωνίου? απεσταγμένο νερό.

Εντολή εργασίας

• 1. Παρασκευή διαλυμάτων ιωδιούχου αργύρου με αντίδραση ανταλλαγής. Παρασκευάστε ένα διπλό διάλυμα Agl χρησιμοποιώντας διαλύματα νιτρικού αργύρου και ιωδιούχου νατρίου. Στην πρώτη περίπτωση, προσθέστε μερικές σταγόνες διαλύματος νιτρικού αργύρου στο διάλυμα ιωδιούχου νατρίου (περίπου το ήμισυ του δοκιμαστικού σωλήνα) ενώ ανακινείτε. Στη δεύτερη περίπτωση, αντίθετα, προσθέστε μερικές σταγόνες διαλύματος ιωδιούχου νατρίου στο διάλυμα νιτρικού αργύρου (περίπου το ήμισυ του δοκιμαστικού σωλήνα) ανακινώντας. Και στις δύο περιπτώσεις, σχηματίζεται ένα ιριδίζον κολλοειδές ιωδιούχο άργυρο, αλλά η δομή του διπλού στρώματος των σωματιδίων είναι διαφορετική, γεγονός που οδηγεί σε μια ελαφρά, οπτικά αισθητή διαφορά μεταξύ των διαλυμάτων. Καταγράψτε τους τύπους των μικκυλίων, θεωρώντας ότι ο σταθεροποιητής σε κάθε περίπτωση είναι μία από τις αρχικές ουσίες - Nal ή AgN0 3 .
• 2. Παρασκευή κολλοειδούς διοξειδίου του μαγγανίου με αντίδραση αναγωγής.

Προσθέστε μερικές σταγόνες διαλύματος υπεροξειδίου του υδρογόνου στο διάλυμα υπερμαγγανικού καλίου (περίπου το ήμισυ του δοκιμαστικού σωλήνα). Η αντίδραση προχωρά σύμφωνα με την εξίσωση

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

Θεωρήστε το σκούρο καφέ κολλοειδές διοξείδιο του μαγγανίου Mn0 2 που σχηματίζεται παρουσία περίσσειας υπερμαγγανικού καλίου. Ελέγξτε εάν το sol δίνει έναν κώνο Tyndall (Εικ. 3.1). Για να το κάνετε αυτό, ρίξτε μια μικρή ποσότητα sol στην κυβέτα και φωτίστε την με μια λάμπα. Προσδιορίστε το πρόσημο του φορτίου των σωματιδίων από τη φύση της άκρης της σταγόνας κολλοειδούς διαλύματος στο διηθητικό χαρτί, εάν είναι γνωστό ότι το διηθητικό χαρτί που έχει υγρανθεί με νερό φέρει αρνητικό φορτίο. Γράψτε τον τύπο του μικκυλίου.

3. Λήψη κολλοειδούς διαλύματος με μέθοδο αντικατάστασης διαλύτη. Το κολοφώνιο είναι μια εύθραυστη, υαλώδης, διαφανής μάζα από ανοιχτό κίτρινο έως σκούρο καφέ. Αυτό είναι ένα στερεό συστατικό των ρητινωδών ουσιών των κωνοφόρων δέντρων, που παραμένουν μετά την απόσταξη πτητικών ουσιών (τερεβινθίνης) από αυτά. Το κολοφώνιο περιέχει 60-92% ρητινικά οξέα, το κυριότερο από τα οποία είναι το αβιετικό οξύ (Εικ. 1.7), 8-20% ουδέτερες ουσίες (ssq-, δι- και τριτερψνοειδή), 0,5-12% κορεσμένα και ακόρεστα λιπαρά οξέα. Το κολοφώνιο είναι πρακτικά αδιάλυτο στο νερό. Κατά την αντικατάσταση του διαλύτη (οινόπνευμα) με νερό, σχηματίζεται ένα «λευκό sol», το οποίο είναι πορτοκαλί στο μεταδιδόμενο φως και μπλε όταν φωτίζεται από το πλάι. Ο σταθεροποιητής αυτού του sol είναι τα προϊόντα οξείδωσης του κολοφωνίου και οι ακαθαρσίες που περιέχει. Η δομή των μικκυλίων σε μια τέτοια τέφρα δεν είναι καλά γνωστή.

Ρύζι. 1.7.

Προσθέστε 1-2 σταγόνες αλκοολούχου διαλύματος κολοφωνίου στο νερό (περίπου το μισό δοκιμαστικό σωλήνα) και ανακινήστε. Παρατηρήστε το σχηματισμό ενός γαλακτώδους λευκού κολοφωνίου κολλοειδούς κολλοειδούς σε νερό υπό εκπεμπόμενο φως και με πλευρικό φωτισμό. Προσδιορίστε εάν το κολλοειδές διάλυμα δίνει έναν κώνο Tyndall. Για να το κάνετε αυτό, αδειάστε το σε μια κυψελίδα με επίπεδα παράλληλα τοιχώματα και παρατηρήστε αν εμφανίζεται ωχρότητα όταν μια δέσμη φωτός περνά μέσα από την κυψελίδα.

• 4. Παρασκευή κυανού διαλύματος Πρωσίας με μέθοδο πεπτοποίησης. Προσθέστε 3-5 σταγόνες διαλύματος χλωριούχου σιδήρου σε διάλυμα κίτρινου άλατος αίματος (περίπου μισό δοκιμαστικό σωλήνα). Μην ανακατεύετε και περιμένετε μέχρι να σχηματιστεί ένα ίζημα που μοιάζει με γέλη στον πάτο. Στραγγίζουμε προσεκτικά το υγρό πάνω από το τζελ και το μεταφέρουμε με μια σπάτουλα σε ένα ποτήρι με 30-40 ml απεσταγμένο νερό. Το πήκτωμα πεπτοποιείται αυθόρμητα και γρήγορα με το σχηματισμό ενός σκούρου μπλε διαλύματος από μπλε της Πρωσίας - εξακυανο-(Η) σίδηρο (III) φερριτικό Fe 4 > Προσδιορίστε το πρόσημο του φορτίου των σωματιδίων από τη φύση της άκρης της σταγόνας κολλοειδούς διαλύματος στο διηθητικό χαρτί. Γράψτε τον τύπο του μικκυλίου.
• 5. Λήψη γαλακτώματος με μηχανική διασπορά. Για να λάβετε ένα γαλάκτωμα, ρίξτε 40 ml διαλύματος ελαϊκού νατρίου, που είναι γαλακτωματοποιητής, σε ένα ποτήρι των 100 ml και προσθέστε 10 ml φυτικού ελαίου. Τοποθετήστε το ποτήρι σε μαγνητικό αναδευτήρα, χαμηλώστε μια μεταλλική ράβδο στο υγρό και ανακατέψτε δυνατά για 10 λεπτά. Απενεργοποιήστε τη λειτουργία ανάδευσης και διαιρέστε το γαλάκτωμα που προκύπτει σε δύο μέρη, μετρώντας 30 ml γαλακτώματος χρησιμοποιώντας έναν κύλινδρο. Μεταφέρετε αυτό το μέρος του γαλακτώματος σε ένα καθαρό ποτήρι και αφήστε το για σύγκριση. Ρίξτε 10 ml διαλύματος χλωριούχου μαγνησίου στο υπόλοιπο του γαλακτώματος ενώ ανακατεύετε. Μετά από 1-2 λεπτά ανακάτεμα, αφαιρέστε το γαλάκτωμα από τον αναδευτήρα και τοποθετήστε το δίπλα στο δεύτερο ποτήρι. Σημειώστε οπτικά τη διαφορά στην κατάσταση των γαλακτωμάτων και προσδιορίστε τον τύπο τους με δύο τρόπους. Η πρώτη μέθοδος: τοποθετήστε μια σταγόνα γαλακτώματος με μια πιπέτα σε μια καθαρή γυάλινη πλάκα και τοποθετήστε μια σταγόνα νερό δίπλα της. Γείρετε το ποτήρι έτσι ώστε οι σταγόνες να αγγίζουν. Εάν συγχωνεύονται, τότε το μέσο διασποράς είναι το νερό, εάν δεν συγχωνεύονται, είναι λάδι. Δεύτερη μέθοδος: προσθέστε μια σταγόνα γαλακτώματος σε δοκιμαστικό σωλήνα με 10 ml νερού και ανακινήστε. Εάν η σταγόνα κατανέμεται ομοιόμορφα στο νερό, τότε πρόκειται για άμεσο γαλάκτωμα O/W. Οι σταγόνες του γαλακτώματος W/O δεν θα διασκορπιστούν στο νερό και θα παραμείνουν στην επιφάνεια.

Κατά την προετοιμασία της έκθεσης, αναλύστε τα αποτελέσματα που προέκυψαν και εξάγετε συμπεράσματα για κάθε θέμα ξεχωριστά.

Εργαστηριακή εργασία Νο 1

Μοντελοποίηση της κατασκευής του Περιοδικού Πίνακα (πίνακας) στοιχείων.

Στόχος: μάθετε να αναγνωρίζετε νόμους χρησιμοποιώντας τον πίνακα στοιχείων.

Εξοπλισμός: κάρτες διαστάσεων 6x10 cm

Πρόοδος:

Προετοιμάστε 20 κάρτες διαστάσεων 6 x 10 cm για στοιχεία με σειριακούς αριθμούς από το 1ο έως το 20ο στον Περιοδικό Πίνακα Μεντελέγεφ. Σε κάθε κάρτα, σημειώστε τις ακόλουθες πληροφορίες σχετικά με το αντικείμενο:

Χημικό σύμβολο

Ονομα

Σχετική τιμή ατομικής μάζας

Τύπος του ανώτερου οξειδίου (αναφέρετε σε παρένθεση τη φύση του οξειδίου - βασικό, όξινο ή αμφοτερικό)

Τύπος του ανώτερου υδροξειδίου (για υδροξείδια μετάλλων, υποδεικνύεται επίσης σε παρένθεση η φύση - βασική ή αμφοτερική)

Τύπος πτητικής ένωσης υδρογόνου (για μη μέταλλα).

Τακτοποιήστε τα φύλλα σε αύξουσα σειρά των σχετικών ατομικών μαζών.

Τοποθετήστε παρόμοια στοιχεία, ξεκινώντας από το 3ο έως το 18ο, το ένα κάτω από το άλλο. Το υδρογόνο και το κάλιο είναι πάνω από το λίθιο και κάτω από το νάτριο, αντίστοιχα, το ασβέστιο είναι κάτω από το μαγνήσιο και το ήλιο είναι πάνω από το νέον. Διατυπώστε το μοτίβο που προσδιορίσατε με τη μορφή νόμου.

Ανταλλάξτε αργό και κάλιο στη σειρά που προκύπτει. Εξήγησε γιατί.

Για άλλη μια φορά διατυπώστε το μοτίβο που προσδιορίσατε με τη μορφή νόμου.

Εργαστηριακή εργασία Νο 2

Προετοιμασία συστημάτων διασποράς.

Στόχος: να αποκτήσουν διεσπαρμένα συστήματα και να μελετήσουν τις ιδιότητές τους

Εξοπλισμός και αντιδραστήρια:- απεσταγμένο νερό

Διάλυμα ζελατίνης;

Κομμάτια κιμωλίας?

Διάλυμα θείου;

Δοκιμαστικοί σωλήνες, βάση.

1. Παρασκευή εναιωρήματος ανθρακικού ασβεστίου σε νερό.

Ρίξτε 5 ml απεσταγμένου νερού σε 2 δοκιμαστικούς σωλήνες. Προσθέστε 1 ml διαλύματος ζελατίνης 0,5% στον δοκιμαστικό σωλήνα Νο. 1. Στη συνέχεια, προσθέστε μια μικρή ποσότητα κιμωλίας και στους δύο δοκιμαστικούς σωλήνες και ανακινήστε δυνατά.

Τοποθετήστε και τους δύο δοκιμαστικούς σωλήνες σε ένα ράφι και παρατηρήστε το διαχωρισμό του εναιωρήματος.

Απάντησε στις ερωτήσεις:

Είναι ο χρόνος διαχωρισμού ο ίδιος και στους δύο δοκιμαστικούς σωλήνες; Τι ρόλο παίζει η ζελατίνη; Ποια είναι η διεσπαρμένη φάση και το μέσο διασποράς σε αυτό το εναιώρημα;

2. Μελέτη των ιδιοτήτων συστημάτων διασποράς

Προσθέστε στάγδην 0,5-1 ml κορεσμένου διαλύματος θείου σε 2-3 ml απεσταγμένου νερού. Λαμβάνεται ένα ιριδίζον κολλοειδές διάλυμα θείου. Τι χρώμα έχει το υδροζόλ;

Φόρμα αναφοράς

Εργαστηριακή εργασία Νο 3.

Εξοικείωση με τις ιδιότητες των διασκορπισμένων συστημάτων.

Ταξινόμηση συστημάτων διασποράς.

Ένα σύστημα ονομάζεται διασκορπισμένο εάν μια άλλη ουσία (διασπαρμένη φάση) κατανέμεται σε μια ουσία (μέσο διασποράς) με τη μορφή μικροσκοπικών σωματιδίων. Τα διεσπαρμένα συστήματα είναι ετερογενή. Προϋπόθεση για τη λήψη διασκορπισμένων συστημάτων είναι η αμοιβαία αδιαλυτότητα της διασπειρόμενης ουσίας και του μέσου διασποράς. Για παράδειγμα, είναι αδύνατο να ληφθεί ένα διασπαρμένο σύστημα ζάχαρης ή επιτραπέζιου αλατιού στο νερό, αλλά μπορούν να ληφθούν σε κηροζίνη ή βενζόλιο, στα οποία αυτές οι ουσίες είναι πρακτικά αδιάλυτες.

Τα διεσπαρμένα συστήματα ταξινομούνται ανάλογα με το μέγεθος των σωματιδίων, την κατάσταση συσσωμάτωσης της διεσπαρμένης φάσης και του μέσου διασποράς και από τη φύση της αλληλεπίδρασης μεταξύ της διεσπαρμένης φάσης και του μέσου διασποράς. Η πιο κοινή ταξινόμηση σύμφωνα με την κατάσταση συγκέντρωσης, που προτείνεται από τον Oswald (Πίνακας 1). Οκτώ τύποι διασκορπισμένων συστημάτων είναι δυνατοί ανάλογα με την κατάσταση συσσωμάτωσης της κατανεμημένης ουσίας και το περιβάλλον: G - αέρια ουσία, L - υγρό, T - στερεό. Το πρώτο γράμμα αναφέρεται στην ουσία που διανέμεται, το δεύτερο στο μέσο. Όλα τα συστήματα που πληρούν τον κολλοειδή βαθμό διασποράς συνήθως ονομάζονται sol.

Πίνακας 1. Ταξινόμηση συστημάτων διασποράς ανάλογα με την κατάσταση συσσωμάτωσης της διασκορπισμένης φάσης και του μέσου διασποράς

Διασκορπιστικό Τετάρτη	Διασκορπισμένη φάση	Παραδείγματα διασκορπισμένων συστημάτων
Στερεός	Στερεός	Ρουμπίνι γυαλί? χρωστικές ίνες? κράματα? σχεδίαση σε ύφασμα που εφαρμόζεται με εκτύπωση χρωστικής
Στερεός	Υγρό	Μαργαριτάρια, νερό σε γρανίτη, νερό στο σκυρόδεμα, υπολειμματικό μονομερές σε σωματίδια πολυμερούς-μονομερούς
Στερεός	Αεριώδης	Εγκλείσεις αερίων σε διάφορα στερεά: αφρώδες σκυρόδεμα, παγωμένος αφρός, ελαφρόπετρα, ηφαιστειακή λάβα, αφρός πολυμερούς, αφρός πολυουρεθάνης
Υγρό	Στερεός	Εναιωρήματα, χρώματα, πάστες, sols, λάτεξ
Υγρό	Υγρό	Γαλακτώματα: γάλα, πετρέλαιο, βούτυρο, μαργαρίνη, λιπαντικά φυτικών ινών
Υγρό	Αεριώδης	Αφροί, συμπεριλαμβανομένων τεχνολογιών πυρόσβεσης και αφρού για λίπανση ινών, λεύκανση και χρωματισμό υφαντικών υλικών
Αεριώδης	Στερεός	Καπνός, κοσμική σκόνη, αερολύματα
Αεριώδης	Υγρό	Ομίχλες, αέρια τη στιγμή της υγροποίησης
Αεριώδης	Αεριώδης	Δεν σχηματίζεται κολλοειδές σύστημα

Με βάση το μέγεθος σωματιδίων των ουσιών που συνθέτουν τη διεσπαρμένη φάση, τα διεσπαρμένα συστήματα χωρίζονται σε χονδροειδώς διασκορπισμένα (αιωρήματα) με μεγέθη σωματιδίων μεγαλύτερα από 100 nm και λεπτά διασκορπισμένα (κολλοειδή διαλύματα ή κολλοειδή συστήματα) με μεγέθη σωματιδίων από 100 έως 1 nm. . Εάν η ουσία κατακερματιστεί σε μόρια ή ιόντα με μέγεθος μικρότερο από 1 nm, σχηματίζεται ένα ομοιογενές σύστημα-διάλυμα. Είναι ομοιόμορφο (ομογενές), δεν υπάρχει διεπαφή μεταξύ των σωματιδίων και του μέσου.

Μέθοδοι για τη λήψη διασκορπισμένων συστημάτων

Τα διεσπαρμένα συστήματα καταλαμβάνουν μια ενδιάμεση θέση μεταξύ χονδροειδών και μοριακών συστημάτων. Επομένως, λαμβάνονται με δύο τρόπους: με σύνθλιψη μεγάλων κομματιών μιας ουσίας στην απαιτούμενη διασπορά (διασπορά) ή με συνδυασμό μορίων (ιόντων) σε συσσωματώματα κολλοειδών μεγεθών (συμπύκνωση).

Μέθοδοι διασποράς για τη λήψη συστημάτων διασποράς

1. Μηχανικό

Τα στερεά θρυμματίζονται σε ειδικούς θραυστήρες, μυλόπετρες και μύλους διαφόρων σχεδίων. Οι λεπτοαλεσμένες ουσίες αποκτούν πολλές ευεργετικές ιδιότητες. Για παράδειγμα, βαφές - καλύτερη δύναμη χρωματισμού, μεγαλύτερη σταθερότητα, πιο όμορφες αποχρώσεις. Η μηχανική λείανση χρησιμοποιείται για την παραγωγή χρωμάτων, λιπαντικών, φαρμακευτικών προϊόντων και προϊόντων διατροφής.

2. Υπερήχων

Τα στερεά συνθλίβονται υπό την επίδραση υπερήχων. Αυτή η μέθοδος παράγει υδροζόλ από διάφορα πολυμερή, θείο, γραφίτη και οργανοσόλια μετάλλων και κραμάτων.

Μέθοδοι συμπύκνωσης για τη λήψη διασκορπισμένων συστημάτων

1. Φυσική

Αυτά περιλαμβάνουν την αντικατάσταση του διαλύτη. Για παράδειγμα, νερό προστίθεται σε διάλυμα θείου σε αιθυλική αλκοόλη.

2. Χημικό

Βασίζονται σε χημικές αντιδράσεις οξείδωσης, αναγωγής, ανταλλαγής και υδρόλυσης. Για παράδειγμα, FeCl3 + 3H2O = Fe(OH)3 ¯ + 3HCl.

Κολλοειδή διαλύματα

Η θρυμματισμένη (διασπαρμένη) κατάσταση μιας ουσίας με μέγεθος σωματιδίων από 10-9 έως 10-7 m ονομάζεται κολλοειδής κατάσταση της ουσίας. Τα κολλοειδή διαλύματα μελετώνται από έναν κλάδο της επιστήμης - την κολλοειδή χημεία.

Η κολλοειδής χημεία είναι η επιστήμη των ιδιοτήτων ετερογενών συστημάτων υψηλής διασποράς και των διεργασιών που συμβαίνουν σε αυτά.

Ο ιδρυτής της κολλοειδούς χημείας είναι ο Άγγλος T. Graham (1805-1869). Ήταν ο πρώτος που έδωσε μια γενική ιδέα για τα κολλοειδή διαλύματα και ανέπτυξε κάποιες μεθόδους για τη μελέτη τους.

Τα κολλοειδή διαλύματα παρουσιάζουν συγκεκριμένες ιδιότητες: πήξη και προσρόφηση.

Πήξη - η διαδικασία προσκόλλησης κολλοειδών σωματιδίων, δηλ. σχηματισμός ιζήματος υπό ορισμένες συνθήκες. Η πήξη συμβαίνει ως αποτέλεσμα της στέρησης των κολλοειδών σωματιδίων του κελύφους προσρόφησης, της εξουδετέρωσης φορτίου ή των χημικών μετασχηματισμών.

Αιτίες πήξης:

1) θέρμανση . Όταν θερμαίνεται, η ικανότητα προσρόφησης των κολλοειδών σωματιδίων μειώνεται, έτσι τα μεγάλα σωματίδια που έχουν γίνει ουδέτερα έλκονται μεταξύ τους, σχηματίζοντας ένα ίζημα.

2) η δράση του ηλεκτρικού ρεύματος. Υπό την επίδραση ενός ηλεκτρικού ρεύματος, μεγάλα φορτισμένα κολλοειδή έλκονται στο αντίστοιχο (αντίθετα φορτισμένο) ηλεκτρόδιο και εκφορτίζονται εκεί· τα ουδέτερα σωματίδια που προκύπτουν έλκονται μεταξύ τους και σχηματίζουν ένα ίζημα. Το φαινόμενο της εκκένωσης μικκυλίου υπό την επίδραση ηλεκτρικού ρεύματος ονομάζεται ηλεκτροφόρηση.

3) προσθήκη ισχυρού ηλεκτρολύτηοδηγεί σε εξουδετέρωση των κολλοειδών σωματιδίων.

4) κατάψυξη . Όταν παγώσει, σχηματίζονται κρύσταλλοι νερού, ως αποτέλεσμα, το κολλοειδές διάλυμα συγκεντρώνεται στο υπόλοιπο σύστημα και τα σωματίδια μπορούν να έρθουν σε επαφή μεταξύ τους και να κολλήσουν μεταξύ τους.

Προσρόφηση - μια αυθόρμητη διαδικασία αύξησης της συγκέντρωσης μιας ουσίας (προσροφητικό) στην επιφάνεια μιας άλλης (προσροφητικό).

Η προσρόφηση λαμβάνει χώρα σε οποιεσδήποτε επιφάνειες μεταξύ των φάσεων· οποιεσδήποτε ουσίες μπορούν να προσροφηθούν.

Συμπέρασμα: ιδιότητες συστημάτων διασποράς_______________________

LPZ Νο. 4 ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΟΞΕΩΝ, ΒΑΣΩΝ, ΟΞΕΙΔΙΩΝ ΚΑΙ ΑΛΑΤΩΝ.

Στόχος της εργασίας: Με βάση τα πειράματα, βγάλτε συμπέρασμα σχετικά με την αλληλεπίδραση μετάλλων με οξέα, οξέων με βάσεις, οξέων με άλατα, αλκαλίων με άλατα, αποσύνθεσης αδιάλυτων βάσεων και επίσης διερευνήστε πώς δρουν τα οξέα στους δείκτες.

Εξοπλισμός: δείκτες, δοκιμαστικοί σωλήνες, οξέα(), βάσεις(), οξείδια(), άλατα(), μέταλλα().

Πρόοδος:

Εργασία Νο. 1. Δοκιμή διαλυμάτων οξέων και αλκαλίων με δείκτες.

Συμφωνεί η έξοδος με τον πίνακα «Αλλαγή των χρωμάτων των δεικτών».

Αλλαγή χρωμάτων ενδείξεων

Εργασία Νο. 2. Χρησιμοποιώντας τα προτεινόμενα αντιδραστήρια, πραγματοποιήστε αντιδράσεις που χαρακτηρίζουν τις ιδιότητες των οξέων.

Εξάγετε ένα γενικό συμπέρασμα για τη σχέση των οξέων με τα μέταλλα. Για να το κάνετε αυτό, χρησιμοποιήστε το διάγραμμα:

Σχέση μετάλλων με το νερό και με ορισμένα οξέα

Εργασία Νο. 3. Χρησιμοποιώντας τα προτεινόμενα αντιδραστήρια, πραγματοποιήστε αντιδράσεις που χαρακτηρίζουν τις ιδιότητες των αλκαλίων.

Εργασία Νο. 4. Αποσύνθεση αδιάλυτων βάσεων.

Συμπέρασμα αυτής της εργασίας.

Στόχος της εργασίας:

Μαζί.

Εξοπλισμός:

Πρόοδος:

Εργασία Νο. 2. Η αλληλεπίδραση των αλάτων μεταξύ τους.

LPZ Νο. 5. ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΑΛΑΤΙΟΥ ΜΕ ΜΕΤΑΛΛΑ.

Στόχος της εργασίας: με βάση τα πειράματα που έγιναν

Συμπέρασμα για την αλληλεπίδραση των μετάλλων με τα άλατα, καθώς και τα άλατα

Μαζί.

Εξοπλισμός: δοκιμαστικοί σωλήνες, άλατα(), μέταλλα().

Πρόοδος:

Εργασία Νο. 1. Αλληλεπίδραση μετάλλων με άλατα.

Εργασία Νο. 3.

Εργασία Νο. 3. 1) Καταγράψτε τις εξισώσεις των πρακτικά εφικτών αντιδράσεων:

α) φωσφορικό νάτριο με νιτρικό άργυρο. β) ανθρακικό ασβέστιο με χλωριούχο κάλιο. γ) νιτρικός χαλκός (II) με ψευδάργυρο.

2) Βγάλτε ένα συμπέρασμα για την εργασία που έγινε.

LPZ Νο. 6.

Στόχος της εργασίας:

Πρόοδος:

LPZ Νο. 6. Εξάρτηση του ρυθμού αλληλεπίδρασης υδροχλωρικού οξέος με μέταλλα από τη φύση τους. Εξάρτηση του ρυθμού αλληλεπίδρασης ψευδαργύρου με υδροχλωρικό οξύ από τη συγκέντρωσή του. Εξάρτηση του ρυθμού αλληλεπίδρασης του οξειδίου του χαλκού με το θειικό οξύ από τη θερμοκρασία.

Στόχος της εργασίας: με πρακτικό τρόπο για να επιβεβαιωθεί η εξάρτηση του ρυθμού μιας χημικής αντίδρασης από τη φύση του αντιδρώντος, τη συγκέντρωσή του και τη θερμοκρασία.

Πρόοδος:

1. Εξάρτηση του ρυθμού αλληλεπίδρασης ψευδαργύρου με υδροχλωρικό οξύ από τη συγκέντρωσή του.

Τοποθετήστε έναν κόκκο ψευδαργύρου σε δύο δοκιμαστικούς σωλήνες. Ρίξτε 1 ml υδροχλωρικού οξέος (1:3) στο ένα και την ίδια ποσότητα αυτού του οξέος διαφορετικής συγκέντρωσης (1:10) στο άλλο. Σε ποιον δοκιμαστικό σωλήνα εμφανίζεται πιο έντονα η αντίδραση; Τι επηρεάζει την ταχύτητα της αντίδρασης;

2. Εξάρτηση του ρυθμού αλληλεπίδρασης υδροχλωρικού οξέος με μέταλλα από τη φύση τους.

Ρίξτε 3 ml διαλύματος HCl σε τρεις δοκιμαστικούς σωλήνες (σημασμένους με αριθμούς) και προσθέστε ένα δείγμα πριονιδιού ίδιας μάζας σε κάθε δοκιμαστικό σωλήνα: Mg στον πρώτο, Zn στον δεύτερο, Fe στον τρίτο.

2 SO 4

Τι παρατηρείτε; Σε ποιον δοκιμαστικό σωλήνα η αντίδραση προχωρά πιο γρήγορα; (ή δεν διαρρέει καθόλου). Γράψτε τις εξισώσεις αντίδρασης. Ποιος παράγοντας επηρεάζει την ταχύτητα της αντίδρασης; Βγαζω συμπερασματα.

3. Εξάρτηση του ρυθμού αλληλεπίδρασης του οξειδίου του χαλκού με το θειικό οξύ από τη θερμοκρασία.

Ρίξτε 3 ml διαλύματος Η σε τρεις δοκιμαστικούς σωλήνες (με αριθμούς). 2 SO 4 (ίδια συγκέντρωση). Τοποθετήστε ένα δείγμα CuO (II) (σκόνη) σε καθένα. Αφήστε τον πρώτο δοκιμαστικό σωλήνα στο ράφι. το δεύτερο - βάλτε το σε ένα ποτήρι ζεστό νερό. το τρίτο είναι να ζεσταθεί στη φλόγα μιας λάμπας αλκοόλης.

Σε ποιο δοκιμαστικό σωλήνα αλλάζει πιο γρήγορα το χρώμα του διαλύματος (μπλε χρώμα); Τι επηρεάζει την ένταση της αντίδρασης; Γράψτε την εξίσωση της αντίδρασης. Εξάγουμε ένα συμπέρασμα.

Πείραμα 3. Παρασκευή γαλακτώματος λαδιού κινητήρα

Πείραμα 2. Παρασκευή αιωρήματος ανθρακικού ασβεστίου

Περιγραφή εργαστηριακού εξοπλισμού

Υλικά Εξοπλισμός

μικροσωλήνες κιμωλίας 2 τεμ.

λάδι μηχανής : κονίαμα πορσελάνης

οδοντόκρεμα, θήκη δοκιμαστικού σωλήνα

κρέμα (για σώμα, πρόσωπο, χέρια),

ζαχαρωτά ζελέ, marshmallows,

καραμέλες «γάλα πουλιού» και άλλα

Μεθοδολογία για την ολοκλήρωση της εργασίας

Ρίξτε 4-5 σταγόνες φρεσκοπαρασκευασμένου διαλύματος σε δοκιμαστικό σωλήνα

υδροξείδιο του ασβεστίου (ασβεστόνερο) και προσεκτικά μέσα από ένα καλαμάκι

φυσήξτε τον εκπνεόμενο αέρα μέσα από αυτό.

Το ασβεστόνερο γίνεται θολό ως αποτέλεσμα της ακόλουθης αντίδρασης:

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

Τοποθετήστε 4 σταγόνες λάδι κινητήρα και 10 σταγόνες νερό σε ένα δοκιμαστικό σωλήνα. Ανακινήστε δυνατά το περιεχόμενο του δοκιμαστικού σωλήνα μέχρι να σχηματιστεί ένα θολό κίτρινο κολλοειδές διάλυμα. Αφήστε το προκύπτον διάλυμα για 2 λεπτά. Παρατηρήστε τις αλλαγές που συμβαίνουν.

Ετοιμάστε μια μικρή συλλογή δειγμάτων συστημάτων διασποράς από εναιωρήματα, γαλακτώματα, πάστες και πηκτές που διατίθενται στο σπίτι. Δώστε σε κάθε δείγμα μια εργοστασιακή ετικέτα.

Ανταλλάξτε συλλογές με έναν γείτονα και στη συνέχεια διανείμετε τα δείγματα συλλογής σύμφωνα με την ταξινόμηση των συστημάτων διασποράς.

Ελέγξτε τις ημερομηνίες λήξης των τροφίμων, των ιατρικών και καλλυντικών gel. Ποια ιδιότητα των πηκτωμάτων καθορίζει τη διάρκεια ζωής τους;

Ερωτήσεις τεστ για αυτοέλεγχο

Επιλογή 1

1. Στην περίπτωση του θαλάσσιου αφρού, η διασπαρμένη φάση είναι: α) στερεή β) υγρή γ) αέρια

2. Το νέφος είναι: α) κολλοειδές β) γέλη γ) αφρός δ) αεροζόλ 3. Τα γαλακτώματα περιλαμβάνουν: α) διάλυμα σαπουνιού β) θαλάσσια λάσπη γ) γάλα δ) λέμφο 4. Η διαίρεση των διαλυμάτων σε αληθινά και κολλοειδή οφείλεται: α) χρώμα β) θερμοκρασία γ) μέγεθος σωματιδίων δ) διαφάνεια 5. Η διασκορπισμένη φάση είναι: α) μια ουσία, η οποία είναι περισσότερο στο διασκορπισμένο σύστημα β) μια ουσία, η οποία είναι λιγότερο στο σύστημα διασποράς γ) ένα μείγμα όλων ουσίες που περιέχει το διεσπαρμένο σύστημα δ) μια ουσία, με μέγεθος σωματιδίων μικρότερο από 1 nm

Επιλογή 2 1. Στην περίπτωση της αεριζόμενης σοκολάτας, το διασκορπισμένο μέσο είναι: α) στερεό β) υγρό γ) αέριο 2. Ο καπνός είναι: α) sol b) gel γ) αεροζόλ δ) αφρός 3. Το φαινόμενο της πήξης είναι χαρακτηριστικό από: α) διαλύματα β) γέλες γ) γαλακτώματα δ) αερολύματα 4. Στην περίπτωση του χυτοσιδήρου, η διασπαρμένη φάση είναι: α) στερεή β) υγρή γ) αέρια 5. Το Kissel είναι: α) αληθινό διάλυμα β) κολλοειδές διάλυμα γ) αεροζόλ δ) εναιώρημα

Επιλογή 3

1. Ορίστε τι είναι τα sol και τα gel; 2. Σε ποιες υποομάδες μπορούν να χωριστούν τα τζελ; 3. Τι καθορίζει τη διάρκεια ζωής των τζελ καλλυντικών, ιατρικών και τροφίμων; 4. Περιγράψτε την έννοια του «sols». Σε ποιες ομάδες χωρίζονται τα σολ; Δώστε παραδείγματα και πείτε μας για τη σημασία τους 5. Περιγράψτε τα φαινόμενα πήξης και συνέργειας

24 6. Ποια πρακτική σημασία έχει το syneresis στη βιομηχανική παραγωγή; 7. Περιγράψτε την έννοια των «τζελ». Σε ποιες ομάδες χωρίζονται τα τζελ; Δώστε παραδείγματα για κάθε ομάδα τζελ και πείτε μας για τη σημασία τους

Απαιτήσεις για το περιεχόμενο και τη μορφή μιας εργαστηριακής έκθεσης

Καταγράψτε στο περιοδικό εργαστηριακών και πρακτικών ασκήσεων:

1. Όνομα εμπειρίας

2. Σύντομη περιγραφή της εμπειρίας

3. Παρατηρήσεις

4. Συμπέρασμα για την εργασία

Κατάλογος αναφορών και πηγών Διαδικτύου

Σχολικό βιβλίο Ο.Σ. Gabrielyan για SPO, 2008, σελ. 58 - 64