Методические указания по отдельным видам занятий лабораторная работа №1 (стр. 6 из 16)

При понижений дзета-потенциала до 0,03 В коллоидные частицы, сталкиваясь, образуют более крупные агрегаты и осаждаются Такое укрупнение коллоидных частиц называется коагуляцией, внешним признаком которой является помутнение коллоида за счет образования агрегатов, способных отражать видимый свет. Наступающая за ней седиментация − осаждение этих агрегатов под действием силы тяжести.

Уменьшить дзета-потециал можно путем увеличения в растворе концентрации электролита. Роль коагулянта (вещества, ввызывающего коагуляцию) играет ион, противоположный по знаку заряда гранулы. При увеличении концентрации противоположно заряженных ионов в диффузионном слое они могут переходить в адсорбционный слой и понижать величину дзета-потенциала. Состояние коллоидной системы, при котором его величина становится равной нулю, называется изо-электрическим, а величина рН, отвечающая этому состоянию, − изоэлектрической точкой. Чем больше валентность коагулирующего иона, тем выше его способность вызывать коагуляцию (правило Шульце-Гарди). Минимальная концентрация электролита, вызывающая коагуляцию, называется порогом коагуляции.

Коагуляция коллоидов может быть вызвана также путем повышения температуры, смешивания коллоидов с различными знаками зарядов гранул и др. Некоторые коллоиды при коагуляции способны создавать из коллоидных частиц пространственные сетки, образуя твердообразные не текучие структурированные системы, называемые гелями. Гели, способные к набуханию, называются эластичными. При их старении возникает явление синерезиса − разделения гелия на две фазы − жидкую и твердую.

Некоторые гели, например глинистых и цементных растворов, под влиянием механических воздействий могут переходить в золь (коллоид), который через некоторое время снова переходит в гель. Такое явление называется тиксотропией.

Коллоидные системы могут быть получены двумя противоположными методами: укрупнения молекул, атомов (конденсации) и раздробления макрочастиц (диспергирования). Эти методы могут осуществляться различными способами. Так, конденсацию можно осуществить в результате химической реакции, путем замены растворителя и др. Диспергирование можно осуществить как механическим путем (с помощью коллоидных мельниц), так и химическим − введением в систему пептизатора − вещества, за счет которого из свежеприготовленного осадка или геля получается коллоид. Такой способ диспергирования называется пептизацией.

7.2. Экспериментальная часть

Получение золя гидроксида железа (III). Нагреть до кипения 100 мл дистиллированной воды. К кипящей воде прибавить небольшими порциями 5 мл 10%-ного раствора хлорида железа (Ш). Пронаблюдать образование красно-кирпичного золя гидроксида железа (Ш).

Составить молекулярное и ионное уравнения полного гидролиза хлорного железа; формулу мицеллы золя гидроксида железа (Ш), учитывая, что заряд гранулы положительный.

Диализ золя гидроксида железа (Ш). Диализатор заполнить наполовину коллоидом гидроксида железа (Ш), поместить сосуд в стаканчик с небольшим количеством дистиллированной воды и закрепить сосуд на штативе так, чтобы он не касался дна стакана. Через 30 мин воду из стаканчика разлить в две пробирки. В первую пробирку прилить пять-шесть капель нитрата серебра, во вторую − столько же метилоранжа. Написать уравнения реакций и объяснить, почему в первой пробирке образовался небольшой белый осадок, а во второй − изменилась окраска раствора; какие частицы проникли через мембрану в воду и вызвали образование осадка и изменение окраски метилоранжа.

Влияние заряда иона на коагулирующую способность электролита. В четыре чистых пробирки налить по 1/3 их объема диализованного золя гидроксида железа. В каждую пробирку прилить из бюретки по пять-шесть капель одного из нижеуказанных электролитов:

1. KCl (0,5 н)

2. KCl (насыщенный)

3. K₂SO_{4 (0,5 н)}

4. K₃[Fe(CN)₆] (0,5 н)

Что при этом наблюдается?

Какие ионы вызывают коагуляцию? Сделать вывод о коагулирующей способности ионов по интенсивности помутнения раствора в пробирках и записать результат, расположив ионы по их убывающей способности.

Защитное действие раствора высокомолекулярного соединения. В две пробирки налить до 1/3 их объема коллоида гидроксида железа (III), затем в одну из них прилить из бюретки 1 мл раствора желатина, а в другую − 1 мл дистиллированной воды. Пробирки встряхнуть. В каждую из пробирок добавить по пять-шесть капель 0,5 н раствора сульфата калия и снова встряхнуть содержимое пробирок.

Как сказалась добавка высокомолекулярного соединения (желатина) на устойчивость золя гидрата окиси железа?

Приготовление эмульсии керосина в воде. Нижеуказанные опыты А и Б проделать параллельно.

А. В пробирку налить из бюретки 1 мл приготовленного раствора мыла, а затем туда же прилить 1 мл керосина. Закрыть пробирку резиновой пробкой и содержимое пробирки сильно встряхнуть. Когда весь керосин будет смешан с мыльным раствором, к полученной массе прилить 10 мл дистиллированной воды и, закрыв пробирку пробкой, снова несколько раз сильно встряхнуть содержимое пробирки.

Б. В другую пробирку налить 1 мл дистиллированной воды, а затем туда же прилить 1 мл керосина. Закрыть пробирку резиновой пробкой и содержимое пробирки сильно встряхнуть. Когда весь керосин будет смешан с мыльным раствором, к полученной массе прилить 10 мл дистиллированной воды и, закрыв пробирку пробкой, снова несколько раз сильно встряхнуть содержимое пробирки. Отметить время начала и конца расслоения эмульсии в каждой пробирке.

Примечание Молекулы мыла адсорбируются на поверхности капельки эмульсии, создавая структурированную оболочку. Такая оболочка является вязкой, прочной, упругой и предохраняет капельки эмульсии от слияния, придавая им высокую устойчивость. Мыло в этом случае является эмульгатором.

Список литературы

1. Глинка Н. Л. Общая химия. – М.: Высшая школа, 1983-1988.

2. Курс химии / Под редакцией Г. А. Дмитриева. М.: Высшая школа, 1971.

3. Дисперсные системы: Программированный химический тренажер для самостоятельной работы студентов всех форм обучения / Сост. М. С. Барвинок, В. Л. Шубаев, Т. В. Шатрова. – Л.: ЛИИЖТ, 1989.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ ДОЗЫ КОАГУЛЯНТА

Цель работы: ознакомиться с методикой определения дозы коагулянта.

8.1. Теоретическая часть

Для очистки природных и сточных вод от коллоидных загрязнений в водоснабжении используются коагулянты − легкогидрализующиеся соли алюминия и железа: Al(SO₄)₃ · 18H₂O – восемнадцативодный сернокислый глинозем; FeCl₃ · 6H₂O – хлорное железо; FeSO₄ · 7H₂O – сульфат железа (II); Al₂(OH)₅Cl · 6H₂O - гидрохлорид алюминия; NaAlO₂ - алюминат натрия; Fe₂(SO₄)₃ -сульфат железа (Ш). Применяется также смешанный коагулянт, представляющий собой смесь растворов сульфата алюминия и хлорида железа (III) в соотношении I:I, моль.

Доза коагулянта Д_к безводного сернокислого глинозема для цветных вод, мг/л, рассчитывается по эмпирической формуле:

Д_к = 4

где Ц⁰ – цветность воды в градусах платиново-кобальтовой шкалы.

Для мутных вод доза коагулянта рассчитывается, мг/л, по величине мутности М по формуле:

Д_к = 3,5

Расчетная доза коагулянта не всегда дает требуемый эффект - быстрое образование и осаждение хлопьев осадка, достаточно хорошую очистку воды (понижение окисляемости и цветности воды), повышение прозрачности и др. Поэтому оптимальную дозу коагулянта (минимальную его дозу, которая вызывает по истечении 10-15 мин эффективную коагуляцию – образование крупных, быстро осаждающихся хлопьев осадка, достижение требуемой очистки) часто определяют экспериментально.

Если щелочность воды недостаточна для нейтрализации кислот, образующихся при гидролизе коагулянта, то воду подщелачивают. Доза щелочи рассчитывается по формуле:

Д_щ = 0,075 Д_к – Щ₀ + 1

где Д_щ - доза щелочи, обеспечивающая нормальное протекание гидролиза, мэ/л;

Д_к – доза коагулянта, мг/л;

Щ₀ – общая щелочность исходной воды, мэ/л;

1 – резервная остаточная щелочность воды, мэ/л.

Для перевода дозы щелочи в мг/л ее умножают на величину эквивалента того вещества, которым осуществляется подщелачивание.

Процесс коагуляции характеризуется несколькими стадиями, После смешивания раствора коагулянта с очищаемой водой в первое время никаких изменений не происходит. Затем появляется опалесценция, после чего вода мутнеет от образования большого количества мельчайших хлопьев (до 5000 в 1 мл), которые агрегируются в более крупные. При этом число их в единице объема уменьшается, а после того, как достигает 5-10 единиц в 1 мл (конец хлопьеобразования), начинается их осаждение. Перемешивание воды вызывает ускорение роста частиц.