Примеры решения типовых задач
Задача 1. Для получения золя хлорида серебра смешали 15 мл 0,025 н раствора хлорида калия с 85 мл 0,005 н раствора нитрата серебра. Написать формулу мицеллы образовавшегося золя. Решение. Рассчитаем количество вещества эквивалентов солей, участвующих в образовании золя: 15·0,025 = 0,375 ммоль-экв. KCl; 58·0,005 = 0,425 ммол-экв. AgNO3. По закону эквивалентов в реакцию вступает одинаковое число эквивалентов веществ, следовательно в избытке AgNO3. В растворе присутствуют ионы Ag+, K+ и NO3–. В соответствии с правилом Панета-Фаянса потенциалопределяющими являются ионы Ag+ , а противоионами NO3–. Формула мицеллы:
{[nAgCl]mAg+(m-x)NO3–}xNO3–. Задача 2. Электрокинетический потенциал частиц гидрозоля 50 мВ. Приложенное внешнее напряжение 240 В, а расстояние между электродами 40 см. Вычислить электрофоретическую скорость частиц золя. Вязкость воды 0,001 Па·с, а диэлектрическая проницаемость среды 81. Решение: Из уравнения Гельмгольца-Смолуховского электрофоретическая скорость частиц: . Градиент потенциала: . . Задача 3. Рассчитайте ― потенциал частиц полистирольного латекса: смещение цветной границы золя (а) при электрофорезе составляет 2,5×10-2 м за время (t), равное 60 мин. Напряжение, приложенное к электродам, V=115 B. Расстояние между электродами l=0,55 м. Диэлектрическую проницаемость среды принять равной 81. Вязкость среды h=1·10-3 Па·с. Решение. По уравнению Гельмгольца-Смолуховского . Напряженность электрического поля , . Скорость частиц , В. Задача 4. Определить величину объемной скорости электроосмоса n через мембрану водного раствора электролита с c=1,5·10-3 См·м-1 при силе тока I=8·10-5 А, если величина электрокинетического потенциала x=0,057 В; h=10-3 Па·с. Решение. Из уравнения для электроосмоса: , откуда объемная скорость электроосмоса: , Тема 5. Молекулярно-кинетические и оптические свойства Молекулярно-кинетические свойства коллоидных растворов проявляются в броуновском движении, диффузии и осмосе. Броуновское движение — это непрерывное беспорядочное движение частиц микроскопических и коллоидных размеров, не затухающее во времени. Это движение обусловлено столкновением молекул среды, находящихся в непрерывном тепловом движении, с взвешенными в ней частицами. Количественной характеристикой броуновского движения считается средний сдвиг частиц за время t. Как показал Эйнштейн, средний квадратичный сдвиг частицы может быть вычислен на основании статистических законов из уравнения: , откуда , где Т − абсолютная температура; t − время наблюдения; h − коэффициент вязкости; r − радиус частицы; k − постоянная Больцмана, , где R − универсальная газовая постоянная; NА − постоянная Авогадро. Диффузией называется самопроизвольный процесс выравнивания концентрации молекул, ионов или коллоидных частиц под влиянием их теплового движения. Для количественного описания диффузии используется закон Фика: , где m − количество продиффундировавшего вещества; D − коэффициент диффузии; − градиент концентрации; S − площадь, через которую происходит диффузия; t − продолжительность диффузии. Знак минус перед правой частью уравнения означает, что градиент концентрации отрицателен, т.к. концентрация с увеличением х уменьшается. Для описания диффузии также используется удельный поток диффузии − количество вещества, диффундирующее за единицу времени через сечение единичной площади . Из этого уравнения виден физический смысл коэффициента диффузии D. Коэффициент диффузии численно равен количеству вещества, диффундирующего через единицу площади в единицу времени при градиенте концентрации, равном единице. Эйнштейн вывел уравнение, связывающее коэффициент диффузии с абсолютной температурой Т, вязкостью дисперсионной среды η и радиусом частиц дисперсной фазы r: . Связь между средним квадратичным сдвигом частиц и коэффициентом диффузии определяет уравнение Эйнштейна-Смолуховского: = 2D × t . Если коллоидный раствор отделен от чистого растворителя (дисперсионной среды) полупроницаемой мембраной, не пропускающей коллоидные частицы, возникает односторонняя диффузия молекул растворителя в коллоидный раствор, называемая осмосом. Осмос количественно характеризуется осмотическим давлением. Осмотическое давление π достаточно разбавленных коллоидных растворов может быть найдено по уравнению: , где m общ− масса растворенного вещества, m − масса одной частицы; V − объем системы; NA − постоянная Авогадро; Т − абсолютная температура; n − частичная концентрация; k − постоянная Больцмана. К коллоидным растворам применимо и уравнение Вант-Гоффа для осмотического давления истинных растворов: , где М − масса одного моля растворенного вещества; с − массовая концентрация,кг/м3. Однако в этом случае масса 1 моль вещества заменяется массой одной частицы − мицелярной массой, определяемой по формуле: , где r — радиус частицы, ρ — плотность вещества. Оптические свойства коллоидных систем тесно связаны с размерами, формой и структурой частиц дисперсной фазы. При падении света на дисперсную систему могут наблюдаться следующие явления: прохождение света через систему, преломление или отражение света частицами дисперсной фазы, рассеяние света и поглощение света. Размеры коллоидных частиц соизмеримы с длиной волны света. Поэтому одним из наиболее характерных оптических свойств золей является рассеяние света (опалесценция). Закон светорассеяния выражается уравнением Рэлея: , где I0 − интенсивность падающего света; I − интенсивность рассеянного света; . Подставив в уравнение Рэлея вместо частичной n массовую концентрацию с (с= ν∙ V∙ ρ, г/л), получим: , т.е., светорассеяние пропорционально концентрации частиц, объему частицы и обратно пропорционально четвертой степени длины волны падающего света. Таким образом, рассеяние коротких волн происходит более интенсивно. Интенсивность рассеянного света тем больше, чем больше различаются показатели преломления частицы и среды (n1− n0); если n1 и n0 одинаковы, то светорассеяния не будет. Наряду со светорассеянием для многих коллоидных растворов характерно поглощение света определенной длины волны, чем объясняется окраска золей. Для характеристики оптических свойств коллоидных систем, способных к поглощению света, используют закон Бугера-Ламберта-Бера: Iпр = I0 ∙ e-( k+k1)∙l∙с где I0, Iпр − интенсивность падающего и прошедшего через золь света соответственно; k − коэффициент поглощения; k1 –коэффициент рассеяния, т.е. ослабление светового потока происходит не только за счет поглощения, но и за счет рассеяния света; l − толщина слоя золя; c − концентрация золя. Если это выражение прологарифмировать, то получим: . Величину называют оптической плотностью или экстинцией. Ее обозначают Dl. В настоящее время оптические методы являются наиболее распространенными методами определения размера, формы и структуры коллоидных частиц. К ним относятся: - ультрамикроскопия, основанная на наблюдении рассеяния света в оптическом ультрамикроскопе, позволяющем обнаруживать частицы размером до 2 ∙ 10-8см; - электронная микроскопия, использующая вместо световых лучей пучки быстрых электронов, позволяющая непосредственно видеть и фотографировать коллоидные частицы; - нефелометрия − метод определения размеров коллоидных частиц или концентрации золя, основанный на измерении интенсивности светорассеяния коллоидным раствором; - турбидиметрия − метод исследования, основанный на измерении интенсивности проходящего через коллоидную систему света, который ослабляется в результате светорассеяния.
Популярное: Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (3342)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |