Примеры решения задач

Задача 1. Пороги коагуляции золя электролитами оказались равными (моль/л): C(NaNO₃) =0,25; C[ Fe (NO₃)₃]=0,0005; C[Mg(NO₃)₂]= 0,02. Какие ионы электролитов являются коагулирующими? Как заряжены час­тицы золя

Решение: Все применяемые в качестве коагулянтов электролиты содержат нитрат анион. Если коагулирующей способностью обладали бы анионы коагулянта, то пороги коагуляции для всех электролитов должны были быть одинаковыми. Однако, в ряду Na⁺, Mg²⁺, Fe³⁺ значения порогов коагуляции резко уменьшаются. То есть, с ростом заряда катиона коагулянта порог коагуляции падает. Как известно, коагулирующей активностью обладают ионы, противоположно заряженные по отношению к коллоидной частице. Поэтому можно заключить, что коллоидная частица изучаемого золя имеет отрицательный заряд.

Задача 2. Золь кремниевой кислоты Н₂SiO₃ был получен при взаимодействии растворов К₂SiO₃ и HCI. Напишите формулу мицеллы золя и определите, какой из электролитов был в избытке, если противоионы диффузного слоя в электрическом поле движутся к катоду?

Решение: Если противоионы диффузного слоя движутся к катоду, то они имеют положительный заряд, а коллоидная частица – отрицательный. Следовательно, потенциал образующими ионами в процессе мицеллообразования оказались отрицательно заряженные анионы SiO₃^2-.

Из сказанного следует, что в избытке была взята кремневая кислота, а мицелла имеет формулу, приведенную ниже:

[n(H₂SiO₃)m(SiO₃^2-)2(m-x)K⁺]^2x-2xK⁺ .

Задача 3. Какой объем 0,0025 м КI надо добавить к 0,035 л 0,003 н Рb(NO₃)₂, чтобы получить золь иодида свинца и при электрофорезе коллоидная частица двигались бы к аноду. Напишите формулу мицеллы золя.

Решение: Так как коллоидная частица двигается к аноду, значит коллоидная частица заряжена отрицательно. Следовательно, при образовании золя в избытке оказался иодид калия, а мицелла имеет формулу:

[n(PbI₂) mI^- (m-x)K⁺]^x- xK^-

Пользуясь законом эквивалентов можно подсчитать объемы реагирующих растворов для полной нейтрализации: V₁C₁(1/z) = V₂C₂(1/z).

V(KI)=V[Рb(NO₃)₂]C[1/zРb(NO₃)₂]/C(1/zKI) = 0,0350,003/0,0025=0,042л

где C(1/z) – молярная концентрация эквивалента, моль/л.

Задача №4. Свежеполученный и очищенный осадок Al(OH)₃ разделили на 3 части. К первой добавили небольшое количество растворов, содержащих (перечисление по порядку добавления) Al₂(SO₄)₃, HCl и Н₂SO₄ соответственно. Во всех трех случаях образовались золи гидроксида алюминия. Напишите формулы мицелл образовавшихся золей. Какой заряд будут иметь гранулы?

Решение. При введении в раствор катионов алюминия, не границе раздела фаз осадок/раствор происходит адсорбция катионов алюминия на рыхлой и активной поверхности гидроксида алюминия. Таким образом, ядро из молекул гидроксида алюминия, заряжается положительно. К этому агломерату притягиваются противоположно заряженные сульфат анионы (в растворе имеются только сульфат анионы), которые формируют слой ионов внутренней обкладки. Таким образом, появляется двойной электрический слой с определенным электрическим потенциалом. При этом, число отрицательных зарядов привнесенные сульфат анионами, в сумме, меньше, чем суммарный положительный заряд катионов алюминия. Поэтому, образованная гранула – коллоидная частица имеет положительный заряд. К положительно заряженной грануле притягиваются противоионы – отрицательные сульфат анионы, которые формируют диффузный слой противоионов. Таким образом, при введении в раствор сульфата алюминия наблюдается частичное растворение осадка с переходом в раствор, где формируется гидрозоль гидроксида алюминия. Это явление называется химическая пептизация.

{[nAl(OH)₃mAl³⁺ (m- x)SO₄^2-]^3x+x (SO₄^2-)}.

Когда к раствору с осадком гидроксида алюминия добавили раствор серной кислоты, то произошла химическая реакция нейтрализации, в результате чего осадок гидроксида алюминия частичен растворяется, а в растворе, над осадком появляются катионы алюминия:

2Al(OH)₃ + 3Н₂SO₄Al₂(SO₄)₃ + 6Н₂O

Наличие в растворе свободных катионов алюминия способствуют процессу химической пептизации (см. выше). В результате пептизации еще некоторая часть осадка гидроксида алюминия переходит в раствор, где формируются гидрозоли гидроксида алюминия точно такой же структуры (см. выше), что и в первом случае.

При введении в раствор соляной кислоты, наблюдаются те же процессы, что и во втором, только здесь в качестве противоионов вступают анионы хлора.

Al(OH)₃ + 3НClAlCl₃ + 3Н₂O

и далее формируется соответствующий гидрозоль:

{[nAl(OH)₃mAl³⁺ (m- 3x)Cl^-]^3x+3x Cl^-}.

Во всех трех случаях заряд коллоидной частицы положителен, так как во всех случаях потенциал определяющим ионом являются катионы алюминия.