Исследование зон коагуляции с помощью фотоэлектроколориметра.

(порог коагуляции С_к ─ это минимальная концентрация электролита, вызывающая коагуляцию).

Согласно правилу Шульце – Гарди соотношение порогов коагуляции для ионов с различной величиной заряда выглядит приблизительно, как С_I: С_II: С_III ≈ 500: 8: 1

В зависимости от химической природы иона пороги коагуляции также различаются, причем они в принципе повторяют лиотропный ряд, известный для адсорбционной способности этих ионов, т.е. С_к возрастает в ряду:

Al⁺³ < Ba⁺² < Mg⁺² < Rb⁺¹ < K⁺¹ < Na⁺¹.

Чем меньше, по мере увеличения концентрации электролита в дисперсной системе, будут становиться абсолютные величины (│ ψ¹ │и│ ζ │) - потенциалов, тем сильнее происходит сжатие ДЭС, иследовательно, тем ближе могут подойти друг к другу две частицы, в результате чего между ними возникнет непосредственный контакт и образуется единый агрегат из пары частиц, т.е. пройдет коагуляция. Для осуществления такого процесса абсолютная величина ζ– потенциала не обязательно должна быть равна нулю, (как это предполагалв 1900 г. Гарди). Вполне достаточно, чтобы она была невелика, меньше некоторого критического значения, порядка 20 – 25 мВ.

ζ (дзета) – потенциал – это часть падения потенциала в двойном электрическом слое на границе раздела твердой фазы с раствором электролита, которая относится к движущейся части ДЭС, и величина которой может быть определена с помощью электрокинетических явлений.

Рсаамотрим график зависимости ζ – потенциала от концентрации различных индифферентных электролитов, проведя на нем две пунктирные линии, параллельные оси концентраций, обозначающие критические значения ζ– потенциала, в области как отрицательных, так и положительных величин ζ (рис. XI.2).

Кривая 1 соответствует зависимости ζ от lgС для KNO₃. При всех концентрациях KNO₃ меньших, чем С_k^I, система остается устойчивой, т.к. при этих концентрациях абсолютная величина│ ζ │ выше критического значения, а при достижении концентрации С_k^I начинается коагуляция, которая сохраняется и при дальнейшем росте концентрации KNO₃. Аналогично ведет себя система при добавлении Ba(NO₃ )₂ ,кривая 2: устойчивость при концентрациях электролита меньше величины C_k^II и окончательная коагуляция при больших концентрациях Ba(NO₃ )₂. Зато совсем иная картина наблюдается в случае коагуляции раствором Al(NO₃)₃, кривая 3,т.е. когда коагулирующим является многозарядный противоион Al⁺³. За счет сверхэквивалентного содержания «+» заряда уже в плотном слое, катион Al⁺³ вызывает перезарядку поверхности частицы, с переменой знака (ψ¹ и ζ) – потенциалов, (вспомните рис X.9 из главы X). Поэтому при очень малых концентрациях Al(NO₃)₃, пока ζ – потенциал ещё не достиг критического значения наблюдается первая зона устойчивости, затем в интервале концентраций, соответствующих значениям ζ между ─ ζ _кр и + ζ _кр , появляется первая зона коагуляции.

Таблица 1. Набухание желатины в KBr.

Таблица 2. Набухание желатины в воде

По полученным данным строят два графика в координатах: степень набухания W от времени набухания t [ мин.] (мы в качестве примера приводим только один график зависимости W от t для набухания желатины в воде (рис.XI.5).

После того как данные из таблицы 2 нанесены на график (рис.XI.5,), проводят усредненную плавную кривую из начала координат.

Процесс набухания протекает как реакция первого порядка:

dW/dt = A(W_∞ - W), где:

А – постоянная, зависящая от природы полимера; W – степень набухания;

W_∞ - предельная степень набухания; dW/dt – скорость набухания.

Рис.XIV.5

Можно представить это уравнение в виде W = W_∞ − (1/А) * dW/dt (это уравнение прямой, не проходящей через начало координат), с помощью которого можно найти графически предельную степень набухания W_∞ и константу А. Для этого необходимо построить график зависимости степени набухания W от скорости набухания dW/dt. Для построения такого графика на кривой (рис. XIV.5) выбирают точки, соответствующие времени набухания 15, 30, 45, 60, 75, 90, 105 мин., и в каждой из этих точек проводят касательную к кривой W = f(t). Используя эту касательную, как гипотенузу, строят треугольники, в каждом из которых катет, соответствующий оси времени, составляет 10 мин. и вычисляют ряд значений ΔW и dW/dt, как это показано на рис .XIV.5.

Затем заполняют таблицу 3 и по её данным строят график зависимости степени набухания W от скорости набухания dW/dt (рис.XIV.6).

Таблица 3.

По этим точкам (на рис. XIV.6 – звёздочки) проводят усредненную прямую, причем экстраполяция этой прямой на ось ординат (dW/dt = 0), даст значение W_∞; а на ось абсцисс (W = 0), даст величину A*W_∞ . После этого вычисляют значение А..

Рис.XIV.6

В нашем случае: W_∞ = 2,48; А = 0, 0185.