Устойчивость коллоидных растворов. — КиберПедия 

Кормораздатчик мобильный электрифицированный: схема и процесс работы устройства...

Адаптации растений и животных к жизни в горах: Большое значение для жизни организмов в горах имеют степень расчленения, крутизна и экспозиционные различия склонов...

Устойчивость коллоидных растворов.

2017-09-30 695
Устойчивость коллоидных растворов. 0.00 из 5.00 0 оценок
Заказать работу

Коагуляция. Седиментация

Под устойчивостью дисперсной системы понимают неизменность её основных свойств: степени раздробленности (дисперсности); равновесного распределения частиц в дисперсной среде.

Относительная устойчивость – это способность системы в течении определённого времени сохранять неизменной свою структуру, т.е. размеры частиц и их равномерное распределение в объёме системы.

Седиментационная устойчивость – это способность дисперсной системы сохранять неизменным во времени распределение частиц по объёму системы, т.е. способность системы противостоять действию силы тяжести. Действию силы тяжести противостоит диффузия. Соотношение этих факторов, т.е. сидиментационная устойчивость определяется, главным образом, размерами частиц дисперсной фазы. В лиофобных золях размеры частиц малы (10-5 – 10-7 см) и диффузия обеспечивает равномерное распределение частиц в объёме системы.

Удельный поток седиментации – это число частиц, оседающих в единицу времени через сечение единичной площади, нормальное к направлению седиментации.

Агрегативная устойчивость – это способность системы сохранять неизменной во времени степень дисперсности, т.е. размеры частиц и их индивидуальность. Существует пять факторов, которые могут обеспечить агрегативную устойчивость золя: электростатический, адсорбционно-сольватный, структурно-механический, энтропийный, гидродинамический.

Коагуляцией называется процесс слипания частиц с образованием крупных агрегатов. В результате коагуляции система теряет свою седиментационную устойчивость, так как частицы становятся слишком крупные и не могут участвовать в броуновском движении.

Коагуляция является самопроизвольным процессом, так как она приводит к уменьшению межфазной поверхности и, следовательно, к уменьшению свободной поверхностной энергии.

Скорость коагуляции – это изменение концентрации коллоидных частиц в единицу времени при постоянном объёме системы.

Пример 1. Вычисление порога коагуляции электролита с учётом его концентрации.

В три колбы налито по 0,01 л золя хлорида серебра AgCl. В первую колбу для коагуляции золя добавлено 0,002 л 1н. нитрата натрия NаNО3, во вторую – 0,012 л 0,01н. нитрата кальция Са(NО3)2, а в третью – 0,007 л 0,001н. нитрата алюминия А1(NО3)3. Вычислите пороги коагуляции электролитов. Определите знак заряда частиц золя.

Решение:

Порогом коагуляции Скр (ммоль/л) или критической концентрацией называют минимальное количество электролита, прибавляемого к золю, которое может вызвать коагуляцию золя. Порог коагуляции вычисляют по формуле:

где, Сн – нормальная концентрация электролита, моль/л;

Vэл, V3 – соответственно объём электролита и золя, л.

Вычисляем пороги коагуляции добавляемых электролитов:

Добавляемые электролиты – NaNO3, Са(NО3)2 и А1(NО3)3 – содержат анион NО3- и катионы Na+, Ca2+, Al3+ разной зарядности.

Наименьший порог коагуляции у нитрата алюминия А1(NO3)3, следовательно, частицы золя хлорида серебра заряжены отрицательно.

Пример 2. Вычисление порога коагуляции электролита с учётом заряда иона-коагулятора.

Порог коагуляции раствора нитрата калия КNО3 для золя гидроксида алюминия А1(ОН)3, частицы которого заряжены положительно, равен 60,0 ммоль/л. Рассчитайте порог коагуляции К3[Fe(CN)6] для этого золя.

Решение:

Коагуляцию золя вызывает тот из ионов прибавленного электролита, заряд которого противоположен заряду коллоидной частицы. Коагулирующая способность иона определяется его зарядом. Чем больше заряд иона, тем больше его коагулирующая способность. Значения порогов коагуляции электролитов с одно-, двух- и трехзарядными ионами относятся как числа: 729: 11: 1.

Следовательно порог коагуляции К3[Fе(СN)6] будет в 729 раз меньше чем у нитрата калия, т.е. С К3[Fе(СN)6] = 60/729 = 0,082 ммоль/л.

 

Пример 3.

На коагуляцию гидрозоля иодида серебра AgJ из 1,0×10-2 м3 сточных вод потребовалось 8,0×10-4 м3 10%-го раствора хлорида натрия NаСl с плотностью 1,07×103 кг/м3. Рассчитайте расход 28%-го раствора сульфата алюминия А12(SO4)3, плотность которого 1,30×103 кг/м3 для извлечения AgJ из 100 м3 указанных сточных вод, если электрический заряд коллоидных частиц иодида серебра в этих водах:

а) положительный; б) отрицательный.

Решение:

Количество n1 вещества хлорида натрия NaCl в 8,0×10-4 м3 10%-го раствора хлорида натрия NaCl равно: n1 = V1× r1 × w1/ (100M1).

n1 = 8,0×10-4 × 1,07×103 × 10/100 × 0,0585 = 1,46 моль.,

где: V1, r1, w1 – объём (м3), плотность (кг/м3) и концентрация (%) взятого раствора хлорида натрия NaCl;

M1 – молярная масса хлорида натрия NaCI (кг/моль).

Отсюда: порог коагуляции Скр сточных вод по хлориду натрия NaCI равен:

Скр = VэCн / (V +Vэ) = n1 / (Vэл +Vз) [моль/м3],

поэтому: С/кр =1,46/1,0×10-2 + 8,0×10-4 = 1,46×10-2 = 135 моль/м3.

а) Если электрический заряд коллоидных частиц положительный, то ионами-коагуляторами в А12(SO4)3 являются ионы SО42- (Z = 2). Порог коагуляции (Скр) рассматриваемого гидрозоля по ионам SО42-, согласно формуле: Скр = kT5/Z6

С//кр = С/кр/26 = 135/64 = 2,12 моль/м3.

Следовательно, для коагуляции 100 м3 сточных вод потребуется ионов

42-: n2 = 2,12× 100 = 212 моль.

Масса m2 Al2(SО4)3, содержащая такое количество ионов SO42-, равна:

m2 = n2М2/3 = 212 × 0,342/3 = 24,2 кг

где М2 – молярная масса Al2(SО4)3;

3 – число ионов SO42- в молекуле Al2(SO4)3.

Объём V2 раствора Al2(SO4)3, содержащий такую массу соли, равен:

V2 = m2 × 100/w2r2 = 24,2 × 100/28 × 1,30×103 = 6,65×10-2м3

где, w2 и r2 – концентрация (%) и плотность (кг/м3) раствора Al2(SO4)3.

 

б) Если электрический заряд коллоидных частиц отрицательный, то ионами-коагуляторами в Al2(SO4)3 являются ионы A13+ (Z = 3).

Порог коагуляции (Скр) рассматриваемого гидрозоля по ионам А13+ согласно формуле равен:

С///кр = С/кр /36 = 135/729 =0,186 моль/м3.

Для коагуляции сточных вод в этом случае потребуется ионов Al3+:

n3 = 0,186 × 100 = 18,6 моль.

Масса m3 А12(SO4)3, содержащая такое количество ионов Al3+ равна:

m3 = n3М2/2 = 18,6 × 0,342/2 = 3,18 кг

где 2 – число ионов А13+ в молекуле А12(SO4)3

Объём V3 раствора А12(SO4)3, содержащий такую массу соли, равен:

V3 = m3× 100/w2 r2 = 3,18 × 100/28 × 1,30×103 = 8,74×10-3 м3.

Ответы: а) 6,65×10-2м3; б) 8,74×10мз.

Задачи для самостоятельного решения

431 - 440. На коагуляцию гидрозоля соли серебра из V0 м3 сточных вод потребовалось V1 м3 раствора коагулятора 1, концентрацией w1 с плотностью r1 кг/м3. Рассчитайте расход раствора второго коагулятора для извлечения гидрозоля из V01 м3 указанных сточных вод, если электрический заряд коллоидных частиц соли серебра в этих водах:

а) положительный;

б) отрицательный.

 

  параметры № задачи  
         
гидрозоль AgJ AgCl AgBr Ag2S Ag2CO3
V0, м3 5,4×10-3 3,6×10-2 9,8×10-3 6,4×10-2 4,8×10-2
коагулятор 1 в-во KСl LiI NaBr NaCl KBr
V1, м3 1,4×10-4 1,6×10-4 1,3×10-5 0,9×10-3 1,5 ×10-4
w1, %          
r1, кг/м3 1,05×103 1,13×103 1,14×103 1,17×103 1,16×103
коагулятор 2 в-во Fe2(SO4)3 Cr2(SO4)3 BaCl2 Al2(SO4)3 Fe2(SO4)3
w2, %          
r2, кг/м3 1,42×103 1,21×103 1,16×103 1,34×103 1,27×103
V01, м3          
  параметры   № задачи
         
гидрозоль AgJ AgCl AgBr Ag2S Ag2CO3
V0, м3 3,4×10-3 2,6×10-2 9,3×10-3 5,4×10-2 1,8×10-2
коагулятор 1 в-во KСl LiI NaBr NaCl KBr
V1, м3 1,2×10-4 1,2×10-4 1,7×10-5 0,8×10-3 1,7×10-4
w1, %          
r1, кг/м3 1,03×103 1,11×103 1,04×103 1,12×103 1,06×103
коагулятор 2 в-во Fe2(SO4)3 Cr2(SO4)3 BaCl2 Al2(SO4)3 Fe2(SO4)3
w2, %          
r2, кг/м3 1,23×103 1,17×103 1,14×103 1,19×103 1,21×103
V01, м3          

441 - 450. Образование гидрозоля вещества С возможно при достаточно медленном введении вещества А в разбавленный раствор вещества В. Напишите формулу мицеллы и укажите знак электрического заряда коллоидных частиц этого золя. Объясните, какой из коагуляторов является наиболее экономичным для этого золя?

№ задачи вещество А вещество В гидрозоль вещества С коагулятор
    KH2SbO4 NaCl NaH2SbO4 K2SO4; NH4Cl; FeCl3
  NaOH MgCl2 Mg(OH2) Zn(Ac)2; KCl; AlCl3
  AgNO3 NH4CNS AgCNS NaAc; KNO3; Na2SO4
  H2SO4 CaCl2 CaSO4 AlCl3; ZnCl2; NaAc
  AgNO3 NaI AgI Ca(NO3)2 ; NaF; K2SO4
    CaSO4 BaCl2 BaSO4 AlCl3; NH4Cl; Zn(Ac)2;
  AgNO3 (NH4)2S Ag2S KАc; Ba(NO3)2; Na2SO4;
  NaOH AlCl3 Al(OH)3 KNO3; Na2SO4; CaCl2;
  NH4OH CrCl3 Cr(OH)3 KCl; Na2SO4; BaCl2;
  NH4OH BeCl2 Be(OH)2 AlCl3; NH4Cl; Zn(Ac)2;
    NaOH ZnCl2 Zn(OH)2 K2SO4; NaAc; SrCl2;
  (NH4)2S MnCl2 MnS K2SO4; BaBr2; NaCl;
  NaOH FeCl3 Fe(OH)3 KNO3; Na2SO4; MgCl2;
  Ba(CH3COO)2 K2SO4 BaSO4 AlCl3; NH4Cl; Zn(Ac)2;
  (NH4)2S ZnCl2 ZnS NaCl;(NH4)2SO4; Ca(NO3)2;
    (NH4)2S CoCl2 CoS K2SO4; NaCl; CaCl2;
  (NH4)2S SnCl2 SnS Ca(Ac)2; Na2SO4; KCl;
  H2S CdCl2 CdS CaBr2; (NH4)2SO4; NaCl;
  HCl AgNO3 AgCl NH4NO3; Al(NO3)3; K2SO4;
  (NH4)2S NiCl2 NiS Na2SO4; NH4Cl; SrCl2;
    KI AgNO3 AgI Ca(NO3)2; NaF; K2SO4;
  H2SO4 Hg(NO3)2 Hg2SO4 NH4NO3; KNO3; Zn(Ac)2;
  AgNO3 K2CrO4 Ag2CrO4 NH4NO3; Zn(NO3)2; NaAc;
  KI Hg2(NO3)2 Hg2I2 Zn(NO3)2; KNO3; NaAc;
  K4[Fe(CN)6] FeCl3 Fe4[Fe(CN)6]3 NH4NO3; K2SO4; AlCl3;
    HCl Pb(NO3)2 PbCl2 ZnCl2; NaNO3; Kac;
  HCl Na2SiO3 H2SiO3 Al(NO3)3; Na2SO4; NH4Cl
  H2SO4 Pb(NO3)2 PbSO4 NaAc;Zn(NO3)2; (NH4)2SO4
  (NH4)2S AgNO3 Ag2S CaAc; Ba(NO3)2; KNO3
  KI Pb(NO3)2 PbI2 NH4NO3; Ca(OH)2; AlBr3;
    (NH4)2S Pb(NO3)2 PbS NaAc; Ca(NO3)2; Al(NO3)3
  (NH4)2C2O4 AgNO3 Ag2C2O4 KАc; NH4NO3; Hac
  BaCl2 NaF BaF2 Cu(NO3)2; FeCl3; KBr
  NaOH Bi(NO3)2 Bi(NO)3 NH4NO3; NaNO3; NaAc
  AgNO3 Na3AsO4 Ag3 AsO4 NH4NO3; Na2 SO4; HNO3
    SrCl2 NaF SrF2 NH4NO3; ZnCl2; NaAc
  H2S Hg(NO3)2 HgS Ca(NO3)2;Ba(NO3)2; NH4Ac
  H2S CuSO4 CuS CaCl2; HCl; NaSO4
  NiSO4 Na2S NiS Na2SO4; NH4Cl; SrCl2
  H2S Bi(NO3)2 Bi2S3 NaNO3; NH4Ac; HCl
    KI Hg(NO3)2 HgI2 Zn(Ac)2; KNO2; NH4NO3
  K3[Fe(CN)6] Zn(NO3)2 Zn3[Fe(CN)6]2 K2SO4; NaCl; NH4NO3
  K3[Fe(CN)6] FeSO4 Fe3[Fe(CN)6] NH4NO3; KNO3; NaCl
  Pb(CH3COO)2 (NH4)2S PbS Ca(Ac)2; NaNO3; Al(NO3)3
  NaOH TiCl4 TiO(OH)2 K2C2O4; NH4OH; AlCl3
    AgNO3 K4[Fe(CN)6] Ag4[Fe(CN)6] NaAc; NH4NO3; H2SO4
  H2S Na3AsO3 As2S3 Na2SO4; NH4Cl; CaCl2
  AgNO3 Na2SiO3 Ag2SiO3 NH4Cl; HАc; KNO3
  KBr AgNO3 AgBr NaNO3; K2SO4; Ca(OH)2
  AgNO3 K3[Fe(CN)6] Ag3 [Fe(CN)6] (NH4)2SO4; KNO3; NaAc

Поделиться с друзьями:

История развития пистолетов-пулеметов: Предпосылкой для возникновения пистолетов-пулеметов послужила давняя тенденция тяготения винтовок...

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого...

Адаптации растений и животных к жизни в горах: Большое значение для жизни организмов в горах имеют степень расчленения, крутизна и экспозиционные различия склонов...



© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

0.026 с.