Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОЙСТВ ЛИОФОБНЫХ СИСТЕМ



Цель работы:

1. Получить лиофобную золь в виде эмульсий.

2. Определить их тип, объяснить их строение и устойчивость.

Теоретическая часть

Эмульсии - дисперсные системы, состоящие из двух взаимно нерас­творимых жидкостей, одна из которых распределяется в другой в виде мельчайших капелек. Обе жидкие фазы эмульсии сильно отличаются по своей природе. Если одна фаза образована полярной жидкостью, то другая - непо­лярная жидкость. Различают два основных типа эмульсий - дисперсии масла в воде (м/в) и дисперсии воды в масле (в/м). Первые относятся к эмульсиям прямого типа или первого рода, вторые - к эмульсиям обратного типа или второго рода.

В зависимости от условий получения может образоваться прямая или обратная эмульсия. При изменений условий один тип эмульсии может превратиться в другой:

в/м <-> м/в.

Это явление носит название обращения фаз эмульсий.

Эмульсии можно получить методами конденсации или диспергирования. Разновидностями дисперсионного метода являются метод прерывистого встряхивания и механическое диспергирование с помощью роторно-пульсационных аппаратов, гомогенизаторов и т. п.

Пределом эмульгирования считается момент, когда добавленная оче­редная порция жидкости не диспергируется, а образует крупные капли и прожилки в объеме эмульсии.

Эмульсии - типично лиофобные дисперсные системы. Потеря их агре-гативной устойчивости может быть обусловлена процессами изотермической перегонки или коагуляции (коалесценциикапель) и обычно сопровождается потерей седиментационной устойчивости (расслоение системы). В качестве меры устойчивости эмульсии можно принять время существования определенного объема эмульсии до полного ее расслоения.

Устойчивость эмульсии повышают введением в систему стабилизатора (эмульгатора), в качестве которого можно использовать электролиты, ПАВ ивысокомолекулярные соединения. Агрегативная устойчивость эмульсий определяется теми же факторами, которые обуславливают устойчивость к коагуляции других лиофобных дисперсных систем.

Разбавленные эмульсии могут быть достаточно устойчивы в присутствии таких слабых эмульгаторов, как электролиты. Устойчивость этих эмульсий связана в основном с наличием двойного электрического слоя на частицах дисперсной фазы. Устойчивость концентрированных и высококонцентрированных эмульсий в большинстве случаев определяется действием структурно-механического барьера при образовании адсорбционных слоев эмульгатора. Образующиеся межфазные адсорбционные слои обуславливают плавное изменение свойств переходной зоны на границе раздела двух жидких фаз, увеличивая лиофильность частиц дисперсной фазы. Наиболее сильное стабилизирующее действие оказывают высокомолекулярные соединения и коллоидные ПАВ (мыла, неионогенные ПАВ), адсорбционные слои кото­рых имеют гелеобразную структуру и сильно гидратированны.



Тип эмульсии, образующийся при механическом диспергировании, в значительной степени зависит от соотношения объемов фаз. Жидкость, со­держащаяся в большем объеме, обычно становиться дисперсионной средой. При равных объемах двух жидкостей при диспергировании возникают эмульсии обоих типов, сохраняется их них та, которая имеет более высокую агрегативную устойчивость и определяется природой эмульгатора.

При взбалтывании толуола с водой образуется эмульсия, которая быстро расслаивается. Для придания устойчивости эмульсии взбалтывание необходимо вести в присутствии эмульгатора, в данном случае — мыла. Стабилизирующее действие мыла при образовании эмульсии вызывается строением адсорбционных слоев на границе двух фаз. Молекулы электрически полярных соединений (молекулы мыла) располагаются в пограничном слое в строго определенном порядке. Электрически полярная (несущая заряд) часть молекулы всегда обращена к воде. Молекулы мыла имеют ясно выраженный полярный характер, их строение можно изобразить формулой R—COONa, в которой Rобозначает углеводородный радикал. Полярность молекулам мыла придает группа —COONa, способная к электролитической диссоциации: получаются ионы RСОО -и Na+.

При встряхивании толуола с водой молекулы мыла адсорбируются на поверхности капелек и ориентируются группами —COONaк воде.



От группы —COONaотделяется ион Na+, и капелька становится заряженной, что и обусловливает стабильность эмульсии. Строение частицы эмульсии толуола в воде можно изобразить схематически:

п (R—COONa) —>nRCOO- + Na+ [C6H5СН3]m + nRCOO- + nNa+[C6H5CH3]mwRCOO- + nNa+

Аналогичной схемой можно объяснить образование устойчивой эмульсии масла в воде в присутствии буры.

На практике часто возникает необходимость выделить из эмульсии ее составные части, т.е. разрушить эмульсию. Разрушение эмульсии может произойти в результате трех процессов:седиментации, коалесценции и инверсии (обращения фаз).

Седиментация — это всплывание или оседание капель дисперсной фазы. При этом не происходит полного разрушения эмульсии, а образуется две эмульсии, одна из которых богаче дисперсной фазой, чем другая. Например, этот процесс происходит при отделение сливок от молока.

Коалесценция - полное разрушение эмульсии (слипание капелек), приводящее к выделению в чистом виде обеих фаз жидкости.

Инверсия (обращение фаз) - это превращение эмульсии одного типа в другой путем добавления к ней большого количества эмульгатора другого рода при энергичном перемешивании. При этом дисперсная фаза становиться дисперсионной средой, а дисперсионная среда - дисперсной фазой. Например, инверсию прямой эмульсии, стабилизированной олеатом натрия (гидрофильным эмульгатором), можно вызвать добавлением олеата кальция (гидрофобного эмульгатора). Такой же эффект наблюдается при введении в эмульсию при энергичном перемешивании раствора хлорида кальция, который взаимодействуя с олеатом натрия, образует олеат кальция.

Оборудование и реактивы.

  1. стаканы вместимостью 50 - 100 мл;
  2. колбы вместимостью 50 - 100 мл;
  3. мерный цилиндр с притертой пробкой вместимостью 100 мл ;
  4. бюретка вместимостью 50 мл;
  5. градуированная пипетка вместимостью 5- 10 мл;
  6. пробирки;
  7. предметное стекло;
  8. фильтровальная бумага;
  9. толуол; подсолнечное масло; раствор ПАВ с концентрацией 0,1 моль/л (например, олеата или додецилсульфата натрия);
  10. спиртовой раствор мыла 2%
  11. кристаллическая бура Na2B4O7;
  12. краситель метиленовый синий.

Экспериментальная часть

Опыт 1. Получение эмульсии толуола

В цилиндр с пробкой наливают около 50 мл воды и добавляют 10 мл толуола. Энергично взбалтывают. Дают постоять. Эмульсия не образуется — быстро наступает расслоение жидкости. Отметьте время расслоения. После этого добавляют 10 мл 2-процентного раствора мыла и энергично взбалтывают. Образуется эмульсия толуола. 10 мл эмульсии переливают в пробирку и определяют время расслоения. Объясните происходящее.

Опыт 2. Получение эмульсии подсолнечного масла

Отвешивают 4—5 г буры и растворяют ее при нагревании в 95 мл дистиллированной воды. Полученный раствор наливают в мерный цилиндр с притертой пробкой, добавляют 2—3 мл подсолнечного масла и сильно взбалтывают. Получается устойчивая эмульсия. 10 мл эмульсии из цилиндра переливают в пробирку и определяют время расслоения.Объясните происходящее.

Опыт 3. Определение типа эмульсии

1. Каплю эмульсии и каплю воды помещают на предметное стекло,стекло наклоняют так, чтобы капли пришли в соприкосновение. Есликапли сольются, то дисперсной фазой является вода, если не сольются- масло.

2. На фильтровальную бумагу наносят каплю эмульсии. Если средой является вода, то капля сразу всасывается бумагой, на которой остаетсяжирное пятно. Капли эмульсии в/м не всасываются.

3. Эмульсию наливают в пробирку и добавляют несколько капель красителя метиленового синего, растворимого в воде. Эмульсия м/в окрашивается в синий цвет, эмульсия в/м - не окрашивается.

 

Форма отчета.

1. Отчет должен содержать название работы, описание ее цели, краткие теоретические положения, порядок выполнения работы, вывод

2. Ответить на контрольные вопросы

Контрольные вопросы

1. Что такое лиофобные золи? Что называют эмульсией?

2. Какие виды устойчивости у эмульсий бывают? Опишите.

3. Какие свойства лиофобных золей вы знаете?

4. Для чего необходимы стабилизаторы? Какие виды ПАВ вы знаете?

5. Что такое обращение фаз? При каких условиях осуществляется?

6. Как можно определить тип эмульсий?

7. Какие методы разрушения лиофобных золей вы знаете, опишите.


Лабораторная работа 7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОЙСТВ ЛИОФИЛЬНЫХ СИСТЕМ

Цель работы:

1. Получить лиофильную золь.

2. Определить их тип, объяснить их строение и устойчивость.

Теоретическая часть

Лиофильные золи получают путем растворения высокомолекулярных веществ (ВМС) в соответствующих растворителях: белков в воде, каучука в бензоле, целлюлозы в эфире и т. д. Из этих веществ наибольшее биологическое значение имеют воднорастворимые (гидрофильные) золи белков, крахмала, и др.

Лиофильные золи, являющиеся растворами высокомолекулярных соединений, обладают значительно большей устойчивостью по сравнению с лиофобными золями, поэтому они могут быть получены в сравнительно высоких концентрациях и, следовательно, обладают большой вязкостью и осмотическим давлением. Повышение концентрации лиофильных растворов приводит к их застудневанию — переходу в гели. Последние обладают свойством обратимости.

Растворы ВМС в зависимости от природы растворите­ли могут быть истинными или коллоидными. В «плохих» растворителях молекулы полимеров несольватированы, они сворачиваются в компактные клубки и приобретают свойства фазы.

Таким образом, для растворов ВМС характерны три группы свойств: присущие истинным растворам, коллоидным растворам и специфические только для растворов ИМС: набухание и студнеобразование .

Высокомолекулярными соединениями (ВМС) называются вещества, имеющие молекулярную массу от 10 000 а. е. м. до нескольких миллионов. Размеры молекул ВМС в вытянутом состоянии соизмеримы с размерами частиц в коллоидных и микрогетерогенных системах. Такие огромные молекулы часто называютмакромолекулами.

При полимеризации или поликонденсации получают макромолекулы различных размеров. Поэтому говорят о полидисперсностиполимера и осредней молекулярной массе:

гдеnt — число молекул, имеющих молекулярную массу Mt.

Высокомолекулярные соединения не летучи, не способны перегоняться, при повышении температуры размягчаются постепенно и не имеют определенной темпера­туры плавления.

ВМС классифицируют по различным признакам.

1. Попроисхождению ВМС делятся на природные (натуральные) и синтетические.

ПриродныеВМС — это белки животного или растительного происхождения, полисахариды (крахмал, целлюлоза), натуральный каучук.

Синтетические ВМС — ВМС, получаемые в результате химического синтеза.. В качестве исходных веществ для получения полимеров используют низкомолекулярные ненасыщенные или полифункциональные соединения — мономеры. Макромолекула полимера состоит из множества Повторяющихся звеньев. Так, в результате полимеризации этилена образуется полиэтилен по следующей схеме:

 

n(СН2=СН2) → (-СН2-СН2-)n

 

где (-СН2-СН2-) — звено; n — степень полимеризации (число повторяющихся звеньев в макромолекуле).

2. Похимическому составу различаюторганические(белки, полисахариды, каучук, полиэтилен) инеорганические ВМС («пластическая» сера, слюда, алюмосиликаты, графит, алмаз).

3. Поструктуре молекул различают линейные, пространственные, разветвленные полимеры.

Линейные макромолекулы характерны, например, для натурального каучука, полибутадиена. Линейность молекул определяет типичные свойства полимеров: эластичность, способность образовывать прочные пленки и нити, набухать, давать вязкие растворы.

Конформациями называют пространственные энергетически неравноценные формы макромолекул, возникающие в результате вращения звеньев вокруг химических связей (без их разрыва).

Макромолекулыпространственных (сетчатых) полимеров образуют трехмерную пространственную сетку. Типичным примером полимера с пространственной структурой является вулканизированный каучук, состоящий из линейных молекул, «сшитых» друг с другом мостиками из серы. Такие полимеры не способны растворяться, не текучи, ограниченно набухают.


Разветвленные полимеры состоят из макромолекул с боковыми ответвлениями, причем боковые ветви могут иметь длину того же порядка, что и основная цепь. Разветвленные полимеры имеют свойства промежуточные между линейными и пространственными полимерами. Примером может служить крахмал.

Растворение полимера является сложным процессом. Первым этапом растворения полимера является набухание.

Набухание — это самопроизвольное поглощение низ­комолекулярного растворителя высокомолекулярным ве­ществом, сопровождающееся увеличением массы и объема полимера. При этом общий объем системы «полимер + растворитель» уменьшается (явлениеконтракции). Причина набухания состоит в том, что подвижность маленьких молекул растворителя во много раз больше подвижности мак­ромолекул. Поэтому переход макромолекул в растворитель происходит медленно, в то время как молекулы растворителя быстро проникают в сетку полимера и сольватируют макромолекулы. Такое межмолекулярное взаимодействие обусловливает специфичность набухания: в полярном ра­створителе набухают полимеры, содержащие в основном полярные группы, и наоборот. Так, каучук набухает в неполярных растворителях — бензине, бензоле; а белки набухают в полярных растворителях — воде, спиртах.

Набухание бываетнеограниченным иограниченным.При неограниченном набухании проникновение молекул растворителя в полимер ослабляет, а затем разрушает связи между макромолекулами. Это приводит к диффузии макромолекул полимера в растворитель и к образованию однородного истинного раствора полимера. При ограни­ченном набухании растворения полимера не происходит.

Экспериментальная часть

Оборудование и реактивы.

1. Ступка с пестиком;

  1. фарфоровая чашка;
  2. песчаная баня;
  3. технические весы;
  4. мерные колбы вместимостью 100 и 50 мл;
  5. химические стаканы вместимостью 100 и 200 мл;
  6. бюретка вместимостью 50 мл;
  7. крахмал;
  8. пищевой желатин (листочки),
  9. казеин в порошке;
  10. куриное яйцо или альбумин в порошке,
  11. 0,1 н. раствор СНзСООNа;
  12. золь берлинской лазури — Fe4[Fe(CN)6 ]3;
  13. насыщенный раствор А12(S04)3.

Опыт 1. Получение золя крахмала

0,5 г крахмала тщательно растирают в фарфоровой ступке, переносят в стакан и перемешивают с 10 мл дистиллированной воды, после чего добавляют еще 90 мл воды. Затем при постоянном помешивании доводят полученную смесь крахмала в воде до кипения. После нескольких вскипаний получается 0,5-процентный опалесцирующий золь крахмала.

Опыт 2. Получение золя желатина

0,5 г разрезанного на кусочки листового желатина вносят в стакан вме­стимостью 200 мл, заливают 50 мл дистиллированной воды и оставляют на 6—8 часов для набухания. После набухания добавляют в стакан еще 50 мл воды и нагревают на водяной бане при температуре 40—50°С до полного растворения набухшего желатина. В полученный золь желатина добавляют несколько капель формальдегида (для консервирования).

Опыт З. Получение золя яичного альбумина

В мерную колбу вместимостью 100 мл вносят 10 г предварительно растертого в ступке яичного альбумина (порошка) или белок куриного яйца. Заливают белок 40—50 мл холодной дистиллированной воды и взбалтывают до полного растворения. Затем доливают в колбу воды до метки. Получается золь белка.

Опыт 4. Получение золя казеина

В мерную колбу вместимостью 50 мл наливают 5 мл 0,1 н. раствора ацетата натрия, 10 мл воды и добавляют 0,2 г порошка казеина. Затем нагревают раствор до 40—50°С при перемешивании до растворения казеина. Охлаждают раствор и доливают в колбу дистиллированной воды до метки. Получают слегка опалесцирующий раствор казеина.

Опыт 5. Устойчивость гидрофильных растворов к нагреванию и электролитам

В четыре пробирки наливают по 5 мл полученных растворов гидрофильных золей и нагревают до кипения. Отмечают, какой из испытуемых золей является устойчивым к нагреванию.

В одну пробирку наливают 5 мл золя берлинской лазури, полученного в предыдущей работе. В четыре другие пробирки наливают по 5 мл гидрофильных золей: крахмала, желатина, яичного альбумина и казеина. В каждую из 5 пробирок по каплям из бюретки добавляют насыщенного раствора сульфата алюминия до коагуляции коллоидного раствора, отмечая количество электролита, необходимое для коагуляции каждого раствора. Полученные результаты записывают в таблицу.


 

Устойчивость гидрофильных золей к электролитам

8.

Золь Количество капель (мл) Ah(БО^з, вы­зывающее коагуляцию золя
Берлинская лазурь  
Крахмал  
Яичный альбумин (белок)  
Казеин  

 

Форма отчета.

1. Отчет должен содержать название работы, описание ее цели, краткие теоретические положения, порядок выполнения работы, вывод

2. Ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Что такое ВМС? Какие свойства и у лиофильных систем?

2. Что называется набуханием? Как влияет структура полимера на его способность к набуханию?

3. Какое влияние оказывают температура и давление на процесс набухания?

4. Все ли полимеры способны к набуханию?

5. Каковы причины влияния рН растворителя на процесс набухания полиэлектролитов?

6. Что называется лиотропным рядом?


ЛИТЕРАТУРА

1. Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии. – М.: Интеграл- Пресс,2006. – 240с.

2. Кругляков П.М. Физическая и коллоидная химия. Уч. Пособие – М.: Высшая школа , 2007. – 319с.

3. Гельфман М.И. Коллоидная химия. – СПб.:Издательство 'Лань', 2008. – 336с.

4. Стромберг А.Г. Физическая химия.- М.: Высшая школа, 2008. – 425с.

5. Серов Ю.М., Конюхов В.Ю., Крюков А.Ю. Хроматографическиеметоды анализа[Электронный ресурс]: учебное пособие.–М.: Российский университет дружбы народов, 2011. – 220 с.

6. Харитонов Ю.А. Аналитическая химия./Том 1 – М: Высшая школа, 2009. – 604с.

7. Харитонов Ю.А. Аналитическая химия./Том 2 – М : Высшая школа, 2009. – 550с.

8. Белик В.В. Физическая и коллоидная химия –М.: изд.дом «Академия»,2008. – 288с

9. Зимон А.Д., Лещенко Н.Ф. Коллоидная химия.: Учебник для вузов.-М.: АГАР, 2001.-320с.

 


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2018 год. Все права принадлежат их авторам!