§ 15. Экспериментальная часть

ЗАНЯТИЕ №1

Тема. Свойства грубодисперстных и коллоидно-дисперсных систем.

Цель занятия. Ознакомиться с методами получения коллоидно-дисперсных систем и некоторыми их свойствами.

Работа 1. Получение золя берлинской лазури методом конденсации.

а) к 30 мл раствора FeCl₃ прибавить 8–9 капель 0,1% раствора K₄[Fe(CN)₆] и энергично взболтать. Отметить цвет золя. Написать уравнение химической реакции, протекающей при образовании золя и составить формулу мицеллы.

б) к 30 мл 0,1 % раствора K₄[Fe(CN)₆] прибавить 8–9 капель 2 % раствора FeCl₃ и энергично взболтать. Отметить цвет золя. Написать уравнение химической реакции, протекающей при образовании золя и составить формулу мицеллы.

Работа 2. Получение золя сульфида свинца.

К 5 мл 1 % -ного раствора Pb(CH₃COO)₂ добавлять по каплям 5 мл 5 %-го раствора Na₂S и энергично взболтать. Написать уравнения реакции, строение мицеллы полученного золя и отметить цвет коллоидного раствора. Написать строение мицеллы золя PbS, полученного при избытке Pb(CH₃COO)₂.

Работа 3. Получение золя Fe(OH)₃ методом пептизации.

Отмерить в колбочку 20 мл дистиллированной воды и 5 мл 5 %-го раствора FeCl₃. К раствору медленно добавить 5 % -ный раствор NH₄OH до обесцвечивания жидкости над осадком. Написать уравнение реакции и отметить цвет осадка. После полного выпадения осадка слить жидкость над осадком и снова добавить 20 мл дистиллированной воды. Взболтать раствор и после выпадения осадка снова слить жидкость над осадком. Такое промывание осадка – декантацию повторить три раза. Промытый осадок перенести в две пробирки. В первую добавить 10 мл воды, во вторую – 2 мл 5 %-ного раствора FeCl₃. Через 10 минут записать свои наблюдения. Объяснить, что произошло с осадком во второй пробирке. Запишите схему строения мицеллы полученного золя и отметьте тип пептизации (посредственная или непосредственная в данном случае).

Работа 4. Получение эмульсии типа М/В.

а) налить в пробирку 1–2 мл воды и прибавить 2–3 капли бензола, окрашенного нерастворимой в воде краской. Хорошо взболтать смесь и оставить в штативе. Записать свои наблюдения и отметить устойчивость эмульсии.

б) в другую пробирку налить столько же воды, 3 капли окрашенного бензола и 1 мл эмульгатора – мыла олеата натрия C₁₇H₃₃COONa , который хорошо растворяется в воде. После энергичного взбалтывания поставить пробирку в штатив рядом с предыдущей. Записать свои наблюдения. Какая эмульсия более устойчива и почему?

Работа 5. Очистка золей диализом.

В коллоидный мешочек налить горячий золь Fe(OH)₃. Подвесить мешочек на стеклянной палочке и погрузить в стакан с горячей дистиллированной водой. Повышенная температура способствует ускорению процесса. Через 10–15 минут определить присутствие ионов Cl^- с помощью раствора AgNO₃ и отсутствие окрашивания в воде, омывающей мешочек. Отметить по окраске, прошли ли мицеллы Fe(OH)₃ через мембрану.

Контрольные вопросы и задания

1. Что такое дисперсная система? Как изменяется удельная поверхность дисперсной системы с уменьшением размера частиц?

2. Что лежит в основе классификации дисперсных систем?

3. Какие дисперсные системы встречаются в живых организмах?

4. Что такое агрегативно и кинетически устойчивые системы?

5. Как отличается кинетическая (седиментационная) устойчивость различных дисперсных систем?

6. Какими методами можно получить коллоидные растворы?

7. В чем основные отличия коллоидных растворов от истинных?

8. Приведите примеры применения коллоидных растворов в медицине.

9. Какие явления наблюдаются при падении луча света на истинные растворы, грубодисперсные (микрогетерогенные) системы и коллоидные растворы?

10. Каким образом, используя оптические свойства коллоидных растворов, можно отличить раствор хлорида натрия от раствора золя?

11. Как освобождают коллоидные растворы от примесей электролитов?

12. Каким физическим явлением обусловлена опалесценция золей?

13. Что такое броуновское движение и какова его природа?

14. Объясните, от чего зависит средний квадратичный сдвиг частиц при броуновском движении.

15. Какие явления называются электрокинетическими?

16. Какое строение имеет двойной электрический слой ? Чем отличаются друг от друга термодинамический и электрокинетический потенциалы?

17. Как происходит образование золя в результате химической реакции между йодидом калия и нитратом серебра?

18. Назовите составные части мицеллы золя. Приведите пример.

19. Расскажите о стабилизаторах коллоидных систем и механизмах их действия.

20. Приведите правило Паннета – Фаянса.

21. Каково строение мицеллы, и какие ее части движутся к электродам при электрофорезе?

22. К какому полюсу при электрофорезе перемещается золь, полученный при слиянии 200 мл 0,05 н. раствора BaCl₂ и 120 мл 0,1 н. раствора Na₂SO₄?

Задача 1. Какое количество 1 н. NaCl надо добавить к 300 мл золя Fe(OH)₃, чтобы вызвать коагуляцию, если порог коагуляции 104 ммоль/л?

Задача 2. К какому полюсу при электрофорезе перемещается золь, полученный при слиянии 200 мл 0,05 н. раствора BaCl₂ и 120 мл. 0,1 н. раствора Na₂SO₄?

Задача 3. Золь бромида серебра получен смешением 20 мл 0,01 н. раствора KBr и 18 мл 0.01 н. раствора AgNO₃. Написать формулу мицеллы и определить знак заряда частицы.

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА № 1

1. Какой электролит NaNO₃, CaCl₂, CuSO₄, Na₃PO₄, Fe₂(SO₄)₃ будет иметь наименьший порог коагуляции для золя BaSO₄, полученного по реакции:

BaCl₂ + K₂SO₄ = BaSO₄ + 2KCl

избыток золь

2. Определение наличия ионов Fe³⁺ в пищевых продуктах методом бумажной хроматографии.

3. Какой ион Na⁺ или NO₃^- будет коагулятором для золя, имеющего в диффузном слое анионы?

4. Какими методами можно получить золи?

ЗАНЯТИЕ № 2

Тема. Устойчивость коллоидных систем и растворов биополимеров.

Цель занятия. Ознакомиться с устойчивостью дисперсных систем и растворов биополимеров.

Работа 1. Определение порога коагуляции золя гидроксида железа.

В три пробирки налить по 10 мл золя гидроксида железа. В первую налить по каплям из пипетки до помутнения 2 н. раствор NaCl, во вторую – 0,01н. раствор сульфата калия K₂SO₄, в третью – 0,001 н. раствор гексацианоферрата(III) калия K₃[Fe(CN)₆]. После добавления каждых 3–4 капель пробирки встряхивать и отмечать в каждом случае количество миллилитров электролита, необходимого для слабого помутнения раствора и рассчитать порог коагуляции по формуле:

С_пор. = 100 · С · V, моль/л,

где С – молярная концентрация, V – наименьшее число миллилитров раствора, необходимого для коагуляции золя. Полученные данные занести в таблицу. Сравнить коагулирующее действие ионов и проверить выполнение правила Щульце – Гарди.

Работа 2. Защитное действие желатина.

В 2 пробирки налить по 5 мл золя берлинской лазури, затем в первую – 1 мл дистиллированной воды, а во вторую – 1 мл свежеприготовленного

0,5 %-го раствора желатина и перемешать. В обе пробирки налить по 1 мл 0,02 М раствора нитрата алюминия Аl(NO₃)₃, взболтать и через некоторое время по отсутствию седиментации во второй пробирке убедиться в защитном действии желатина.

Работа 3. Устойчивость растворов гидрофильных ВМВ к электролитам.

В одну пробирку налить 5 мл золя берлинской лазури, в другую – 5 мл 0,5 %-го раствора желатина. От прибавления нескольких капель насыщенного раствора сульфата аммония (NH₄)₂SO₄ золь берлинской лазури коагулирует, тогда как раствор желатина не изменяется.

Работа 4. Нарушение устойчивости раствора полимера.

Взять 5 пробирок, пронумеровать их и в каждую налить по 5 мл раствора полимера и осадителя, как указано в таблице.

После энергичного встряхивания поставить пробирки в штатив и через 5 мин отметить степень нарушения устойчивости полимера. Внести наблюдения и выводы в таблицу.

Контрольные вопросы и задания

1. Что является основной причиной агрегативной устойчивости золей?

2. Каковы причины термодинамической неустойчивости коллоидных систем?

3. Что такое коагуляция и какие причины ее вызывают? Опишите механизм коагуляции.

4. Расскажите о явлении коагуляции и пороге коагуляции.

5. Какой ион электролита обладает коагулирующим действием и как Коагулирующая способность связана с валентностью иона?

6. Расскажите о коагулирующей способности электролита и правиле Шульце – Гарди.

7. Почему электролит при различной концентрации может стабилизировать коллоидный раствор и вызвать его коагуляцию?

8. Есть ли взаимосвязь между порогом коагуляции и коагулирующим действием электролита?

9. Какое количество 1 н. NaCl надо добавить к 300 мл золя гидроксида железа, чтобы вызвать коагуляцию, если порог коагуляции 104 ммоль/л?

10. Какое вещество имеет меньший порог коагуляции для золя иодистого серебра, стабилизированного нитратом серебра: AlCl₃, Na₃PO₄, NaCl?

11. К какому электроду будут перемещаться коллоидные частицы золя, полученного смешением 200 мл 0,001 н. раствора K₄ [Fe(CN)₆] и 200 мл 0,0095 н. раствора FeCl₃?

12. Какой ион Na⁺ или NO₃^– будет коагулятором для золя, имеющего в диффузном слое анионы?

13. Как изменятся термодинамический и электрокинетический потенциалы при концентрационной и нейтрализационной коагуляции?

14. Что такое явление привыкания?

15. Что такое антагонизм и синергизм ионов?

16. Что такое явление взаимной коагуляции?

17. В каких случаях возможна пептизация?

18. Что называется коллоидной защитой? Опишите механизм защитного действия ВМВ. Расскажите об использовании коллоидной защиты в медицине.

19. Как связана величина электрокинетического потенциала с агрегативной устойчивостью золя?

20. Какое состояние золя называется изоэлектрическим?

21. Каково практическое значение коагуляционных процессов?

22. Факторы, влияющие на устойчивость коллоидных растворов и полимеров.

Задача 1. К какому электроду будет двигаться при электрофорезе золь, полученный по реакции:

AgNO₃ + KBr = AgBr + KNO₃

избыток золь

Написать формулу мицеллы.

Задача 2. Какой знак заряда имеет коллоидная частица, если пороги коагуляции составляют(моль/л):

KCl – 50; K₂SO₄ – 48; K₃PO₄ – 47; BaCl₂ – 0,6; AlCl₃ – 0,002 ?

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА № 2

1. Как зависит порог коагуляции для золя

{m [AgI] n I^- (n – x) K⁺ }^- x K⁺ от природы катиона электролита? Рассмотреть на примере катионов Al³⁺, Cu²⁺, Li⁺, Na⁺, K⁺, Cs⁺.

2. Какие явления наблюдаются при падении луча света на истинные растворы, грубодисперсные системы и коллоидные растворы? Используя оптические свойства коллоидных растворов, как можно отличить раствор NaCl от раствора золя?

3. Опишите электрокинетические свойства коллоидных растворов и их применение в медицине. Что такое электрокинетический потенциал?

ЗАНЯТИЕ № 3

Тема. Контрольная работа (модуль).

Цель. Контроль усвоения пройденного материала на практических лабораторных занятиях № 1–2.

Контрольные вопросы и задания

1. Что такое поверхностная энергия и поверхностное натяжение?

2. Что такое адсорбция, десорбция, хемосорбция, сорбция?

3. Что такое адсорбция на поверхности раздела твердое вещество – раствор?

4. Назовите факторы, определяющие адсорбцию растворенного вещества.

5. Что такое гидрофильные и гидрофобные поверхности? В чем состоит зависимость адсорбции от смачиваемости адсорбента? Объясните на конкретном примере.

6. Напишите уравнения Фрейдлиха, Ленгмюра и Гиббса.

7. Каков механизм адсорбции электролитов углем? Приведите примеры.

8. Что вы знаете о хроматографии, о разделении ионов железа и меди при помощи адсорбционной хроматографии?

9. Как происходит адсорбция на поверхности раздела жидкость – газ?

10. Что такое изотерма поверхностного натяжения и изотерма адсорбции?

11. Какова роль адсорбции в жизнедеятельности организмов?

12. Расскажите об адсорбции спирта на поверхности раздела раствор – воздух.

13. Что такое молекулярная, ионная и избирательная адсорбция?

14. Опишите механизм получения золя сульфида свинца, гидроксида железа. Напишите для них строение мицеллы.

15. Расскажите об эмульсиях. Получение эмульсии типа м/в.

16. Какие известны методы получения и очистки коллоидных растворов? Что такое диализ?

17. Как происходит определение знака заряда золя и наблюдение светорассеяния?

18. Приведите классификацию дисперсных систем по степени дисперсности и по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды.

19. Расскажите о лиофобных и лиофильных золях. Приведите правило Паннета – Фаянса.

20. Каковы методы пептизации, коагуляция, механизм коагуляции?

21. Как происходит определение порога коагуляции золя гидроксида железа? Приведите правило Шульце – Гарди.

22. Расскажите о коллоидной защите и механизме защитного действия ВМВ.

23. Расскажите об устойчивости растворов гидрофильных ВМВ к электролитам.

24. Что вам известно о стабилизаторах коллоидных систем и механизмах их действия?

25. Расскажите о коагуляции, видах коагуляции и пороге коагуляции.

26. Каково значение коагуляции и коллоидной защиты в медицине?

27. Что представляют собой коллоидные ПАВ и ККМ?

28. Каков механизм определения ККМ по поверхностному натяжению?

29. Что представляют собой поверхностно-активные и поверхностно-инактивные вещества?

30. Назовите известные вам ПАВ – истинно растворимые в воде и коллоидные?

31. Назовите известные вам суспензии, эмульсии и аэрозоли.

32. Каково значение поверхностных явлений и дисперсных систем в биологии и медицине?