и их устойчивости

Цель работы:

изучить способы получения дисперсных систем методом диспергирования; исследовать устойчивость дисперсных систем; сравнить устойчивость дисперсных систем, полученных разными способами.

Приборы, оборудование и растворы:

механическая мешалка; ультразвуковой диспергатор; фотоколориметр KF-5; стакан вместимостью 100 см³ ; самопишущий потенциометр КСП-4; диспергируемое вещество (например, азокраситель); дистиллированная вода.

Теоретическое введение

Дисперсной называется система, состоящая из мелких частиц вещества, распределённых в другом веществе.

Процесс размельчения и равномерного распределения частиц одного вещества в другом называется диспергированием.

Все способы получения дисперсных систем делятся на две группы: диспергирование и конденсация.

Методы диспергирования чаще всего используют для получения микро- и макродисперсных систем. Диспергирование проводят в коллоидных мельницах и дезинтеграторах.

Ультрамикродисперсные системы получают за счёт объединения атомов или молекул в агрегаты с образованием микро- и субмикрокристаллов или аморфных частиц.

Лиофильные эмульсии образуются самопроизвольно и термодинамически устойчивы. Они возникают вблизи критической температуры смешения двух жидких фаз.

Лиофобные эмульсии получают при механическом, акустическом или электрическом эмульгировании, а также при конденсационном образовании капель дисперсной фазы в пересыщенных растворах или расплавах.

Дуговой метод получения дисперсных систем заключается в возбуждении в воде электрического разряда между двумя проволоками из серебра, золота или железа. При этом возникает электрическая дуга, и металл испаряется. Пары металла конденсируются в микро- или субмикрокристаллы, которые сорбируют на своей поверхности ионы гидроксида. Возникшие частицы приобретают отрицательный заряд, и коллоидный раствор стабилизируется.

Метод подбора растворителя состоит в выборе растворителя, который даёт с диспергированным веществом истинный раствор и сам растворяется в дисперсионной среде. Так получают коллоидные растворы высокомолекулярных веществ в воде.

Метод образования труднорастворимых веществ основан на получении дисперсной фазы в дисперсионной среде за счёт химических реакций (гидролиза, окисления, восстановления, обмена). Этим методом получают высокодисперсные однородные по степени дисперсности системы. Гидролизом можно получить коллоидный раствор гидроксида железа.

Приготовление коллоидных растворов требует повышенной чистоты — малейшие загрязнения могут его разрушить.

Для увеличения их устойчивости применяют методы диализа и электродиализа с целью уменьшения концентрации ионов в растворе. Такие коллоидные системы сохраняются в течение десятков лет.

Методика выполнения работы

1. Получение дисперсной системы с помощью

механической мешалки

1.1. В чистый стакан налейте 50 мл дистиллированной воды.

1.2. Насыпьте 0,5 г диспергируемого вещества, например азокрасителя.

1.3. Поставьте стакан с диспергируемым веществом и водой на магнитную мешалку.

1.4. Включите магнитную мешалку на 10 минут.

1.5. Налейте полученную дисперсную систему в кювету фотоколориметра и запишите зависимость светопропускания от времени (по методике, изложенной в лабораторной работе № 1).

1.6. Включите магнитную мешалку ещё на 10 минут.

1.7. Налейте полученную дисперсную систему в кювету фотоколориметра и запишите зависимость светопропускания от времени. Вымойте кювету. Выключите приборы.

2. Получение дисперсной системы с помощью

ультразвукового диспергатора

2.1. Приготовьте исходную смесь воды с диспергируемым веществом (пункты 1.1 и 1.2).

2.2. Установите стакан в ультразвукой диспергатор.

2.3. Включите ультразвуковой диспергатор на 10 минут.

2.4. Налейте полученную дисперсную систему в кювету фотоколориметра и запишите зависимость светопропускания от времени.

2.5. Включите ультразвуковой диспергатор на 20 минут.

2.6. Налейте полученную дисперсную систему в кювету фотоколориметра и запишите зависимость светопропускания от времени.

2.7. Вымойте кювету и выключите приборы.

Обработка экспериментальных данных

1. Рассчитайте скорости осаждения твёрдой фазы для всех исследованных дисперсных систем при одинаковом времени от начала осаждения.

Для расчётов используйте формулу:

V_тв.ф. = b (lgT₂ – lgT₁) / (t₂ – t₁) ,

где b = c₀ / lgT₀, T₀ — светопропускание (%) исходной дисперсной системы с концентрацией c₀ (г ^· л^–1); T₁ и T₂ — светопропускание (%) в моменты времени: t₁ = 0 с и t₂ = 30 с; t₁ = 30 с и t₂ = 60 с; t₁ = 60 с и t₂ = 90 с; t₁ = 90 с и t₂ = 120 с.

2. Постройте графики зависимости осаждения твёрдой фазы от времени.

3. Сравните значения скорости осаждения твёрдой фазы в дисперсных системах, полученных разными способами (сравнение следует проводить при одинаковом времени от начала записи зависимости светопропускания от времени).

4. Сделайте выводы о влиянии способа и времени диспергирования на устойчивость дисперсной системы.