Методистские указания по курсу коллоидной химии

Эффективный вес G этих частиц:

(5),

Где ρ- плотность частиц, ρ0 – плотность среды, g - ускорение силы тяжести.

Постоянная скорость оседания достигается при G = F:

(6)

Если средой является вода, вязкость которой η(Н2О) = 1×10-3 Н с/м2, а плотность ρ = 1000 кг/м3, по формуле (6) легко рассчитать радиус оседающей частицы:

(7)

Зная высоту столба жидкости Н И время осаждения τ, можно рассчитать скорость: . При (ρ – ρ0) < 0 происходит всплытие частиц, при (ρ – ρ0) > 0 – оседание.

* Вычислите эффективный радиус частиц суспензии глины в воде, если известно, что средняя скорость их оседания 4 ×10-5 м/ с, плотность глины 2 ×103 кг/м3, вязкость воды 10-3 Н с/м2, плотность воды 1×103 кг/м3 .

** Средний эффективный радиус частиц водной суспензии арсената кальция Ca3(AsO4)2 10-5 м. Вычислите скорость оседания частиц суспензии, зная, что ρ(Ca3(AsO4)2) = 3 ×103 кг/м3; вязкость воды 10-3 Н с/м2, плотность воды 1×103 кг/м3 .

3. Седиментационный анализ

Многие пищевые продукты, такие как, например, мука, крахмал, какао-порошок, сухое молоко и т. д., представляют собой порошки - дисперсные системы с различными размерами частиц. Существуют различные методы определения размера частиц.

В системах с размером частиц от 1 до 100 мкм широко используется седиментационный метод анализа, основанный на определении скорости оседания или всплытия частиц. Для измерения скорости оседания частиц в жидкой фазе пользуются приборами – седиментометрами. Наиболее простым и точным является седиментометр Н. А.Фигуровского (рис.1).

Рис.1. Весы Н. А.Фигуровского.

При погружении чашечки 4 в суспензию на ней накапливается осадок, в результате чего стержень деформируется и прогибается. Прогиб стержня регистрируют по отсчетной шкале 3. Деформация стержня пропорциональна массе накопившегося осадка в чашечке. Сущность эксперимента заключается в следующем: в предварительно подготовленную взмученную суспензию аккуратно погружают чашечку весов на определенной высоте. Включают секундомер и через определенные промежутки времени отмечают по шкале деформацию стержня. По экспериментальным данным строят график в координатах масса осадка – время осаждении( кривая осаждения). По полученной кривой определяют время оседания крупных и мелких частиц. А также процентное содержание фракций. Проводя графические построения на кривой осаждения, получают исходные данные для построения кривой распределения (процентное содержание фракции – радиус частиц).

Седиментационный анализ модно проводить и с помощью торзионных

весов.

Осмос в коллоидных системаX

Для двух дисперсных систем с одинаковым растворителем при постоянной температуре величина осмотического давления растворов зависит от величины дисперсности их частичек. Величина осмотического давления в золях является функцией частичной концентрации: π = сDRT.

Так как , , а число частиц в заданном объеме золя

ν = m(вещества)/m(коллоидной частицы), необходимо рассчитать массу коллоидной частицы. Допустим, частицы имеют шарообразную форму, тогда объем частицы составит V = 4/3π R3, а масса будет равна M = 4/3π R3ρ. Осмотические давления растворов с дисперсностями Δ2 >Δ1 будут пропорциональны кубам дисперсностей:

.

Итак, чем выше дисперсность золя, тем выше его осмотическое давление!

Пример 2. Найти частичную молярную концентрацию 0,1% золя золота, если частички имеют кубическую форму с ребром, равным 10-6 см, а плотность золота равна 20 г/ см.

Решение.

Объем частицы золя золота v = l3 = (10-6)3 = 10-18 cм3. Масса коллоидной частицы: m = v ρ = 10-18 20 = 2 10-17г. По условию задачи в 100 г раствора содержится 0,1 г золота. Приняв плотность 0,1% раствора примерно равной плотности растворителя – воды, будем считать, что в 1 л раствора содержится примерно 1 г золота. Тогда частичная молярная концентрация будет равна: СD = ≈ 10-7 моль частиц/ л.

Осмотическое давление в коллоидных растворах примерно на 7 порядков ниже, чем в истинных!

· Золь амилозы содержит 5 г растворенного вещества в 1 л раствора, осмотическое давление 0,15 мм рт. ст. при 270С. Найдите молекулярную массу амилозы.

· Молекулярная масса некоторого ВМС 600 000 а. е.м. а) чему равна масса 1 моль этого вещества? б) Чему равна молярность раствора, если весовая концентрация равна 6 г/ л? в) Чему равно осмотическое давление такого раствора при температуре опыта?

· Золь золота массовой концентрации 1 г/л содержит частицы золота диаметром 6 нм, плотность золота 19,3 г/ см3 . Вычислить: а) число коллоидных частиц в 2 л золя; б) молярную концентрацию золя; в) осмотическое давление в мм рт. ст.

· Коллоидный раствор содержит 7,2 г/л сульфида мышьяка(Ш). Средний диаметр частиц 20 нм, плотность сульфида мышьяка 2,8 г/см3. Вычислить: а) объем единичной коллоидной частицы и ее массу; б) число частиц золя в 1 л и его молярность; в) осмотическое давление в мм рт. ст.; г) массу числа Авогадро мицелл золя указанной дисперсности.

Распределение частиц по высоте столба жидкости подчиняется гипсометрическому (барометрическому) закону Лапласа: