Лабораториялық жұмыс. Коллоидты жүйе. Коллоидты жүйені алу

Коллоидты жүйе. Коллоидты жүйені алу

1- тапсырма Коллоид ерітінділерін алу кезіндегі әрекеттесуші зат концентрациясының маңызы.

Реакция нәтижесінде ерімейтін өнім, екі рет қайта алмасатын реакцияларға қатынасты алынатын дисперсті бөлшек өлшемі, әрекеттесетін зат концнетрациясына тәуелді. Жоғарғы және төменгі концентрация кезінде коллоид жүйе алынады. Әуелгі жағдайда, яғни жоғарғы концентрация кезінде кристалдану ортасы бірден көбейіп кететіндігімен байланысты. Мұндай әрекеттесуші заттар іріленіп, коллоид бөлшектерін түзеді. Сосын мұндай бөлшектердің ірілену мүмкіндігі шектелінеді. Ал екінші, яғни төменгі концентрация кезінде, кристалдану орталарының пайда болуы қиындағандықтан, қатты түйіршіктер-бөлшектер сирек түзіледі және ол шектеулі болады. Демек, бөлшек өлшемі өспейді, ол ірілене бермейді. Әрекеттесуші заттар концентрациясы орташа кезінде шөгіндіге түсетін өлшемдегі бөлшектер туындайды.

Жұмыс мақсаты: коллоид ерітінділерін алу кезіндегі әрекеттесуші заттар концентациясының әсерін зерттеу.

Аспаптар мен ыдыстар: 100 мл бес стакан; 5 мл бес тамызғыш-пипетка.

Реактивтер: 0,005М және 0,1М темір(ІІІ) хлоридінің ерітінділері; 0,005М және 0,1М сары қан тұзы ерітіндісі-К₄[Fe(CN)₆]; таза су.

Пререквизиттер: бейорганикалық химия,элементтер химиясы, органикалық химия, физикалық химия

Постреквизиттер: электрохимия негіздері, физикалық химияның зерттеу әдістері

Студенттің алдын-ала меңгеріп келуге тиісті дағдылары: Коллоидты ерітінділер туралы жалпы мағлұматтармен танысу

Студенттің алдын-ала біліп келу мәліметтері: Лабораториялық жұмыста қолданылатын реактивтер туралы мәліметтер және есептерді шешуге арналған формулалары мен әдіс-тәсілдері туралы мәліметтерді білу.

Қысқаша теориялық мәлімет:

Коллоид күйінің ерекшелігі. 1. Барлық коллоидты ерітінділердің сәуле шашырату қабілеті болады (мұны опалесценциялау дейді). Бұл құбылысты тәжірибе жүзінде жасап көруге болады. Ол үшін сәуле жолына линза қойып, одан шыққан сәулені коллоидты ерітінді арқылы жіберсе, одан опалесценцияны көруге болады. Мұны Тиндаль конусы дейді.

2. Нағыз ерітінділермен салыстырғанда коллоидты ерітінділердегі диффузия жылдамдығы төмен.

3. Коллоидты ерітінділердің осмостық қысымы аз, кейде оларды байқау да қиын. Демек, коллоидты ерітінділердегі диффузия жылдамдығы мен осмостық қысымының төмен болуы ондағы еріген зат бөлшегінің нағыз ерітіндімен салыстырғанда ірі екендігін көрсетеді. Расында да коллоидты ерітіндідегі бөлшек ірі болған сайын оның диффузия кезіндегі қозғалысы қиындап, жылдамдығы төмендейді, өйткені бөлшек іріленген сайын кедергі де арта түседі. Сондай-ақ ондағы бөлшек өлшемі осмостық қысымға әсер етеді. Берілген бірдей көлем мен тығыздықтағы екі ерітіндінің қайсысында бөлшек ірілеу болса, сонда бөлшек саны аз болады. Ал осмостық қысым концентрацияға, яғни бөлшек санына тікелей тәуелді.

4. Коллоидты ерітінділер диализге бейім, яғни онымен ерітіндіде бірге еріген төменгі молекулалы заттарды жартылай өткізетін жарғақты пленкалар көмегімен тазартуға болады. Мұндайда төменгі молекулалы заттар (нағыз ерітінділер) жарғақ арқылы өтеді де, коллоидты ерітінділер қалып қояды.

5. Нағыз ерітінділер өте тұрақты, ал коллоидты ерітінділер тұрақсыз. Олай болса, коллоидты бөлшектер болмашы ғана сыртқы әсер салдарынан коагуляцияланады.

6. Коллоидты ерітінділер, әдетте, электрофорез құбылысына бейім. Бұл құбылыс электр өрісіндегі коллоидты бөлшекті оң, не теріс электродқа тасымалдаумен сипатталады.

Бірнеше ондаған жылдар бойы жүргізілген зерттеу жұмыстарының нәтижесін топтастырып, тұжырымдап қарағанда, заттардың коллоидты күйі дегеніміз, ол молекула емес, көптеген молекуладан жинақталған жекеленген агрегат түрінде жүретін аса майда ұнтақталған, яғни жоғары дисперстелген жүзгінді (дисперсті) түрі екен. Осы айтылғанды коллоидты жүйедегі коллоидты күйдің анықтамасы ретінде қабылдай отырып, коллоидты жүйенің кәдімгі, яғни нағыз ерітіндіден өзгешелігін көрсететін негізгі пікірлерді тұжырымдауға болады. Коллоидты бөлшектер көптеген молекулалардан тұратындықтан да оларға фазадағы термодинамика заңдылықтарын қолдануға болады. Кәдімгі ерітіндімен салыстырғанда коллоидты ерітінді екі фазадан тұратын гетерогенді жүйе екен. Әр коллоидты ерітінді гетерогенді жүйе болғандықтан, оның басты шарты бір фазадағы заттың екінші фазадағы затта ерімеуі немесе нашар еруі.

Коллоидты химиядағы басты проблемалардың бірі - агрегаттық тұрақсыздық. Бөлшектердің тұрақсыз болуының негізгі себептері термодинамикалық және кинетикалық тұрғыдан түсіндіріледі. Коллоидты жүйедегі агрегаттық тұрақсыздық жүйедегі фазааралық жанасу бетке шоғырланған энергияның оң және айтарлықтай үлкен мәнде болуына байланысты екен. Ол бос энергияға тең болғандықтан, мұндай жүйелердің бәрі де тұрақсыз екені термодинамикадан белгілі. Бұл жайт коллоидты жүйелердің ұюына, коагуляциялануына әкеледі. Мұндайда бөлшектер бір-біріне жанасып, бірігеді және фазааралық беткі қабат азайып, жүйедегі бос энергия кемиді. Коллоидты жүйенің күйін термодинамикалық тұрғыдан өте қарапайым әдіспен талқылауға болады. Әйтсе де мұндай талқылау агрегаттық тұрақсыздықтың негізгі түпкі мәнін ашпайды. Сол сияқты термодинамика жүйедегі бос энергия мен жүйенің тұрақсыз күйде қанша уақыт болатынын және олардың арасындағы байланысты көрсетпейді. Сондықтан да коллоидтық жүйенің агрегаттық күйі жайлы мәлімет толық және нақтылы болу үшін термодинамикалық талқылау физикалық кинетикамен толықтырылады.

Кинетикалық тұрғыдан коллоидты немесе микрогетерогенді жүйенің күйі ондағы жекеленген бөлшектер арасындағы әсер етуші күштердің қатысымен анықталады. Мұндай күштерге бөлшектердің тартылыс күші және коагуляцияға кедергі болатын тебіліс күші жатады. Кейде тартылу күшін ілініс күші деп те айтады. Бұл күш пен молекулааралық күштің тегі бірдей. Бөлшектер бір- біріне жақындағанда олардың арасындағы күштің мәні артады. Жүйеде кездесетін электролит иондарының фазааралық беткі қабатқа таңдамалы адсорбциялануы нәтижесінде пайда болатын электр күштері де тебіліс күші бола алады. Сондықтан да коллоидты жүйенің салыстырмалы тұрақтылығы бөлшектердің өзара жақындай түсуіне қарсы тұра алатын тебіліс күшінің жеткілікті не артық болуымен анықталады. Бұл көптеген коллоидты жүйенің тұрақсыздығына қайшы келе бермейді, өйткені бөлшектер бір-біріне өте жақындаған сәтте ондағы тартылыс күші тебіліс күшінен артық болады және жекеленген екі бөлшекке энергетикалық тұрғыдан агрегат құрастыру тиімді.

Дисперсті орта, дисперсті фаза құрамы бірдей екі дисперсті жүйе алынды делік. Бұл екі жүйенің айырмашылығы бірінші жүйедегі дисперсті фазада кездесетін бөлшектер біркелкі де, екінші дисперсті фазадағы бөлшектер бірдей болса да өлшемдерінің әр түрлілігінде. Бұл – бөлшектер айырмашылығын диаметр, ұзындық, биіктік сияқты өлшемдермен шектеп көрсетуге арналған мысал. Ал іс жүзінде коллоидты жүйедегі дисперсті фаза бөлшектердің өлшемі әр түрлі болады. Мұндай жүйелерді салыстыру үшін меншікті (үлесті) бет (беткі қабат ауданы) арқылы сипатталатын, Оствальд ұсынған дисперстік дәреже қолданылады.

Лабораториялық жұмыс реті.

1-тәжірибе. Көлемі 100 мл стаканға 0,005М темір(ІІІ) хлоридінің ерітіндісін құяды да оның үстіне 5 мл 0,005М сары қан тұздың К₄[Fe(CN)₆] ерітіндісін қосады. Осылайша алынған ерітінді қоспасын 50 мл таза сумен сұйылтады. Нәтижеде мөлдір түсті берлин лазурының Fe₄[Fe(CN)₄] коллоид ерітіндісі пайда болады.

2-тәжірибе. Мұнда да 1-тәжірибедегі темір (ІІІ) хлориді мен сары қанды тұздардың 0,1М ерітінділерін сол көлемде алады. Пайда болатын лайлы ерітіндіден берлин лазурының шөгіндісі түседі.

3-тәжірибе. Көлемі 100 мл стаканға 5 мл темір (ІІІ) хлоридінің қаныққан ерітіндісін және 10мл сары қанды тұздың қаныққан ерітіндісін қосады. Ұйыма тәрізді шөгінді пайда болады. Мұның бір бөлігін екінші стаканға ауыстырып, 100 мл таза сумен араластырады. Нәтижесінде тұрақты берлин лазурының золі пайда болады.

2-тапсырма. Гидрофилді зольдерді алу және олардың кейбір қасиеттері.

Лиофильді зольдерді, жоғарғы молекулалық қосылыстарды өздеріне сәйкес еріткіштерде еріту арқылы алады, ақ-затты белокты суда, каучукты бензолда, целлюлозаны эфирде және т.с.с. Бұл заттардың арасында суда еритін зольдердің-гидрофильдінің маңызы зор, мысалы ақ зат белок, крахмал, глюкоген және басқалар. Лиофильді зольдер жоғарғы молекулалық қосылыстардың ерітіндісі болғандықтан, лиофобты зольдерден гөрі тұрақты болады және мұның нәтижесінде олар өте жоғарғы концентрациялы ерітінді құрап, жоғарғы тұтқырлық және осмостық қысым көрсетеді. Лиофильді ерітінділердің концентрациясы артқан сайын, олар қоюлана келіп, сірленеді де іркілденіп гельге ауысады. Бұл құбылыс кері де жүре алады.

Жұмыс мақсыты: Гидрофильді золь қасиетін зерттеу.

Аспаптар мен ыдыстар: фарфордан жасалған ұнтақтағыш кіші келі мен келсап, фарфор табақша, өлшеуіш цилиндр, сыйымдылықтары 200 мл стакан, 100 мл өлшеуіш колба, 5 мл тамызғыш-пипетка, 10 мл бес пробирка, электр плитасы, қыздыратын жәй су, техникалық таразы.

Реактивтер: Крахмал,жапырақша түріндегі желатин,ұнтақты жұмыртқа альбумині,ұнтақты құрғақ казеин, формальдегид, 0,1 М натрий ацетатының ерітіндісі, берлин лазурының-жылтырағының зольі Fe₄[Fe(CN)₄], аммоний сульфатының қаныққан ерітіндісі - (NH₄)₂SO₄, таза су.

Жұмыс реті.1-тәжірибе. Крахмал зольі ерітіндісі. Ол үшін 0,5г крахмалды фарфор келісінде мұқият ұнтақтап, фарфор табақшасына ауыстырып, 10 мл таза сумен араластырады да сосын оған тағы да 90 мл таза су қосады. Енді осы қоспаны үздіксіз қозғап, араластыра отырып, баяу қыздырып, қайнатады. Нәтижесінде 0,5 процентті крахмал зольі пайда болады, яғни оның жарық сәулесіне шағылыстырып қарағанда лайланқырап көрінеді.

2-тәжірибе. Желатин золі. Сыйымдылығы 200 мл стаканға 0,5 г желатинді ұнтақтап, салып,үстіне 50 мл таза суды қосып, ол ісіну үшін 30 минуттай қояды. Сосын оған тағы да 50 мл таза су қосып, араластырады да оны стаканмен 50⁰С шамасындағы жылы суға салып,толық ерітеді. Осылайша алынған желатин зольін тұрақтандыру үшін оған формальдегид ерітіндісінің 2-3 тамшысын тамызады.

3-тәжірибе. Жұмыртқа альбулинінің золі. Көлемі 100 мл өлшеуіш колбадағы алдын ала ұнталған жұмыртқа альбуминінің 10 г ұнтағын немесе тауық жұмыртқасының ақ затын салып, үстіне 40-50 мл салқын таза су қосып, толық ерігенше мұқият араластырады. Сосын колбаға таза суды белгіге дейін қосса, аз зат белок золі пайда болады.

4-тәжірибе. Казеин золі. Көлемі 50 мл өлшеуіш колбаға 0,1М натрий ацетатының 5 мл ерітіндісін, 10 мл таза су құяды да, оған 0,2г ұнтақталған казеин қосады. Сосын оны 40-50⁰С қыздырып, араластыра қозғап, толық ерітеді. Колба салқындаған соң оған шекті сызық белгіге дейін таза су қосады. Мұндайда, әлсін ғана опалесцияланатын казеиннің коллоид ерітіндісі пайда болады.

5-тәжірибе. Гидрофильді ерітінділердің қыздыру мен электролит әсеріне тұрақтылығы. Жоғарыдағы тәжірибелерде алынған гидрофильді зольдердің ерітінділерін төрт пробиркаға 5мл құйып, қайнағанша қыздырады. Бұлардың арасында қандай зольдің қыздыруға тұрақты екенін анықтап, сипаттайды.

Бір пробиркаға мұның алдындағы тәжірибеде алынған берлин лазурының 5 мл золін құяды. Ал төрт пробиркаға 5 мл гидрофильді зольдің ертінділерін қосады: крахмал, казеин, желатин және жұмыртқа альбулині. Енді осы бес пробирканың әр қайсысын бюреткадан аммоний сульфатының қаныққан ерітіндісін, коллоид, ерітіндінің әрқайсысы ұйығанша қосып, оның әр қайсысына кеткен электролит көлемін өлшейді.

 

№ кесте Алынған нәтижелерді кестеге жинақтайды

Золь	Ұйытуға жұмсалған электролит, мл
Берлин лазуры
Крахмал
Жұмыртқа альбумині
Казеин
Желатин

 

Бақылау сұрақтары:

1. Дисперсті жүйелер арсындағы коллоид ерітінділер қандай орын алады?

2. Коллоид ерітінділерді алудың қандай әдістері бар және олар неге негізделген?

3. Коллоид ерітіндісін алу үшін дисперстілікті жоғарылату жеткілікті ме?

4. Шекті концентрациялар заңының мәні не?