Шульце-гарди правило

Шульце-гарди правило

История развития коллоидной химии

Знакомимся ближе

Правила коагуляции

1. Все сильные электролиты, добавленные к золю в достаточном количестве, вызывают его коагуляцию.

Минимальная концентрация электролита, вызывающая коагуляцию золя за определённый короткий промежуток времени, называется порогом коагуляции.

Порог коагуляции можно рассчитать, зная концентрацию электролита-коагулятора С, объём добавленного электролита V, и объём золя Vзоля (обычно 10 мл): Величина, обратная порогу коагуляции , называется коагулирующей способностьюэлектролита. Значит, чем меньше порог коагуляции, тем больше коагулирующая способность электролита.

2. Коагулирующим действием обладает не весь электролит, а только тот ион, заряд которого совпадает по знаку с зарядом противоионов мицеллы лиофобного золя (заряд коагулирующего иона противоположен заряду коллоидной частицы). Этот ион называютионом – коагулянтом.

3. Коагулирующая способность иона – коагулянта тем больше, чем больше заряд иона. Количественно эта закономерность описывается эмпирическим правилом Шульце – Гарди, а теоретически обоснованную связь между зарядом коагулирующего иона и порогом коагуляции дает теория Дерягина – Ландау.

Соотношение порогов коагуляции для одно -, двух — и трёхвалентных ионов равно (правило значности):

Следовательно, коагулирующая способность трёхзарядного иона в 729 раз выше коагулирующей способности однозарядного иона.

В настоящее время установлены отклонения от правила Шульце – Гарди – Дерягина – Ландау (правило значности). На порог коагуляции кроме заряда оказывают влияние радиус коагулирующего иона, способность к адсорбции и гидратации, а также и природа иона, сопутствующего коагулирующему.

В случае многозарядных ионов возможен и такой эффект, как перезарядка частиц, т.е. изменение знака заряда и потенциала коллоидной частицы. Добавляемые ионы могут обмениваться с противоионами, замещая их и в диффузном и в адсорбционном слоях. При этом, если многозарядный ион является достаточно маленьким (например, Al 3+ , Th 4+ и др.), он замещает на поверхности частиц (в адсорбционном слое)неэквивалентное по заряду количество прежних ионов (сверхэквивалентная адсорбция). Например, вместо одного – двух ионов К + может оказаться ион Th 4+ . Поэтому, при достаточно высокой концентрации таких ионов создаваемый ими заряд на поверхности может стать больше по абсолютному значению, чем заряд потенциалопределяющих ионов. Это и означает изменение знака заряда и потенциала. Теперь такие ионы становятся потенциалопределяющими (вместо прежних) и вокруг частицы ориентируются иные противоионы.

4. Коагулирующая способность иона при одинаковом заряде тем больше, чем больше его кристаллический радиус.

Для однозарядных неорганических катионов коагулирующая способность убывает в следующем порядке:

Ag + > Cs + > Rb + > NH 4 + > K + > Na + > Li +

sites.google.com

Правило Шульце-Гарди. Механизм коагулирующего действия электролитов. 57

ЕЩЁ МАТЕРИАЛЫ ПО ТЕМЕ:

Правило Шульце — Гарди:

«Коагулирующий ион имеет заряд, протиоположный коллоидной частицы, и чем он больше, тем больше его коагулирующее действие.»

2. Правило Шульце-Гарди (правило значности, эмпирическое):

Коагулирующим действием обладает тот ион электролита, который имеет заряд, противоположный заряду потенциалопределяющих ионов мицеллы (гранулы), причем, коагулирующее действие тем сильнее, чем выше заряд.

где К – коагулирующая способность (примем ее за единицу).

По правилу Шульца – Гарди значение порогов коагуляции для противоионов с зарядами 1, 2 и 3 соотносятся как 1:1/20:1/500, т.е. чем выше заряд, тем меньше требуется электролита, чтобы вызвать коагуляцию.

Например, коагулируем золь сульфида мышьяка (As2S3): или Fe(OH)2

( As2S3) Fe(OH)2

NaCl (Na + =5 моль/л KBr (Brg) — =12,5g)

AlCl3 (Al 3+ =0,092g)
Правило Шульце – Гарди имеет приближенный характер и описывает действие ионов лишь неорганических соединений.

3.
В ряду органических ионов коагулирующее действие возрастает с повышением адсорбционной способности.

4.
В ряду неорганических ионов одинаковой зарядности их коагулирующая активность возрастает с уменьшением гидратации.

Лиотропные ряды или ряды Гофмейстера – это порядок расположения ионов по их способности гидратироваться (связывать воду).

Слово »лиотропный» значит »стремящийся к жидкости» (более подходящий термин для случая водных сред – гидротропный).

возрастание коагулирующей активности

Li + ; Na + ; K + ; Rb + ; Cs +

возрастание степени гидратации

Теплота гидратации: 140 117 93 86 (ккал/г-ион)
5. Очень часто началу коагуляции соответствует снижение дзета-потенциала до критического значения (около 0,03 В).
6. В осадках, получаемых при коагуляции электролитами, всегда присутствуют ионы, вызывающие ее.

В связи с коагулирующим действием электролитов широкое распространение приобрели взгляды, согласно которым агрегативная устойчивость синтетических латексов, стабилизованных адсорбционными слоями ионогенных эмульгаторов, связана с зарядом латексных частиц и структурой двойного электрического слоя ионов, образующегося у их поверхности. [1]

Наблюдать, как зависит коагулирующее действие электролита на коллоидный раствор от знака и величины заряда иона. [2]

Что касается самого механизма коагулирующего действия электролитов, то несмотря на многочисленные исследования характер его во многих, даже основных чертах еще остается невыясненным. Коагулирующий ион уменьшает заряд коллоидных частиц. Механизм коагулирующего действия электролитов оказывается очень сложным, что затрудняет возможность создания общей теории его.

studepedia.org

Влияние электролитов на устойчивость золей. Порог коагуляции. Правило Шульца-Гарди

Фактором, вызывающим коагуляцию, может быть любое внешнее воздействие, нарушающее агрегативную устойчивость системы. Кроме изменения температуры в его роли может выступать механическое воздействие (интенсивное встряхивание, перемешивание, перекачивание по трубам), действие света и различного рода других излучений, действие электрических разрядов. Однако наиболее эффективным способом является добавление в золь электролитов. Они быстро и резко влияют на толщину ДЭС и величину ζ-потенциала частицы.

Многочисленные исследования показали, что добавление в золь практически любого электролита вызывает уменьшение его устойчивости. Однако с заметной скоростью коагуляция золя будет происходить, если концентрация добавляемого электролита в растворе достигает строго определенной величины.

Та минимальная концентрация электролита в коллоидном растворе, которая вызывает протекание в нем явной коагуляции, называется порогом коагуляции данного электролита. Она измеряется в ммоль/дм 3 или в моль/м 3 и обозначается СП или γ.

Величину, обратную порогу коагуляции, называют коагулирующей способностью и обозначают VK: VK = .

Порог коагуляции обычно определяют визуально и опытным путем, поэтому его величина может зависеть от ряда субъективных факторов. Например, от момента его фиксирования после внесения электролита, от метода наблюдения, от концентрации исследуемого золя и др. Поэтому все это необходимо учитывать, особенно, если проводится сравнительный анализ воздействия одного и того же электролита на разные золи или разных электролитов на один и тот же золь.

Опытным путем было установлено, что коагулирующее воздействие на коллоидный раствор оказывают не весь электролит, а только те его ионы, знак заряда которых противоположен заряду гранулы (или совпадает со знаком заряда потенциалопределяющих ионов) мицеллы.

Так, коагуляцию золя с отрицательно заряженными гранулами вызывают катионами электролита, а золя с положительно заряженными гранулами – его анионами.

Очень часто порог коагуляции и коагулирующую способность определяют не по концентрации всего электролита в растворе, а только его коагулирующего иона.

В 1882 г. Г. Шульц, а несколько позже и М. Гарди показали, что коагулирующая способность ионов электролита напрямую зависит от величины их заряда. Причем, с увеличением величины заряда иона на единицу его коагулирующая способность возрастает в 10 и более раз. Такая закономерность получила название правило Шульца-Гарди и носит приближенный характер. Это связано с тем, что, кроме величины заряда, на коагулирующую способность иона оказывает влияние и ряд других факторов: природа иона, его радиус и способность к сольватации (гидратации для водных растворов).

У ионов с одинаковой величиной заряда коагулирующая способность возрастает с увеличением их радиуса и уменьшением степени сольватации. По данному признаку ионы располагают в так называемые лиотропные ряды Гофмейстера:

Li + , Na + , K + , Rb + , Cs + ;

Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ ;

F – , Cl – , Br – , I –

увеличение коагулирующей способности ионов электролита

Таким образом, коагулирующая способность ионов электролита в растворе напрямую связана с их способностью к адсорбции на твердой поверхности.

В зависимости от механизма действия различают 2 вида коагуляции золей электролита: концентрационную и нейтрализационную.

Концентрационная коагуляция наблюдается при увеличении содержания в золе электролита, не вступающего в химическое взаимодействие с компонентами двойного электрического слоя мицеллы. Такие электролиты называются индифферентными. Их ионы не способны достраивать кристаллическую решетку агрегата и не могут реагировать с потенциалопределяющими ионами, образуя нерастворимые соединения. При увеличении концентрации такого электролита в растворе диффузный слой мицеллы сжимается из-за перехода ее противоионов и коагулирующих ионов электролита в адсорбционный слой. Одновременно с этим процессом уменьшается и электрокинетический потенциал гранулы (но не поверхностный потенциал).

Наблюдения показали, что для большинства коллоидных систем явная коагуляция наступает, если значение ζ-потенциала достигает одного и того же критического значения: ≈ 0,029-0,03 В.

В идеале при добавлении электролита ζ-потенциал гранулы может уменьшаться до нуля. Такое состояние коллоидной системы называется изоэлектрическим. В этом случае у коллоидных частиц отсутствует и диффузный слой. Такие системы являются максимально неустойчивыми.

При нейтрализационной коагуляции ионы прибавляемого электролита способны взаимодействовать с потенциалопределяющими ионами агрегата, образуя на его поверхности нерастворимые соединения. В этом случае наряду с ζ-потенциалом уменьшается и общий (поверхностный или электротермодинамический) потенциал частицы.

Если электролит в коллоидный раствор вводят не сразу, а небольшими порциями через определенные промежутки времени, может наблюдаться явление привыкания. Привыканием называется повышение устойчивости золя к коагулирующему действию электролита в случае уменьшения скорости его поступления. Этот факт учитывают в медицине при внутривенных инъекциях больших объемов растворов лекарственных веществ.

При смешивании двух устойчивых коллоидных растворов с разноименно заряженными гранулами нередко происходит образование осадка, называемое взаимной коагуляцией золей.

studopedia.org

Правила коагуляции электролитами

Коагуляция наблюдается при добавлении некоторого количества любого электролита, химически не реагирующего с дисперсной фазой системы. Наблюдениями Г.Шульце было установлено, что коагуляцию вызывает один из ионов электролита. Этот ион называют ионом-коагулятором. Причём, коагулирующая способность иона возрастает с увеличением заряда иона в геометрической прогрессии при соотношении 1:100:1000 (правило значности или правило Шульце). Ландау, Дерягиным установлено, что коагулирующая способность изменяется в соответствии 6-ой степени заряда ионов: 1 6 :2 6 :3 6 = 1:64:729.

Позже М.Гарди выявил, что заряд коагулирующего иона всегда противоположен заряду гранулы мицеллы (правило Гарди). Следовательно, отрицательная гранула коагулирует под влиянием положительно заряженных ионов, а положительно заряженная гранула – под действием анионов добавляемого электролита.

Закономерности, найденные Шульце и Гарди объединены в одно правило (правило Шульце-Гарди): коагулирующим действием обладает тот ион электролита, заряд которого противоположен заряду гранулы и коагулирующее действие тем сильнее, чем выше заряд иона-коагулятора.

Для характеристики и сравнения различных электролитов используется понятие «порог коагуляции» − это минимальная концентрация добавляемого электролита, при которой начинается (наблюдается) коагуляция:

, моль/л.

Порог коагуляции зависит от ряда условий: от момента фиксирования после добавления электролита; от метода наблюдения; от концентрации исследуемого раствора и добавляемого электролита. Порог коагуляции определяют путем измерения светорассеяния или титрованием коллоидного раствора электролитом до начала явной коагуляции.

Величина, обратная порогу коагуляции называют коагулирующей способностью: . Она выражает объем золя, скоагулированного под действием 1 ммоль иона-коагулятора. Чем выше коагулирующая способность, тем меньше электролита для вызова коагуляции.

Коагулирующая способность зависит от атомной массы и заряда, т.е. плотности заряда иона. С увеличением атомной массы плотность заряда уменьшается, ионы становятся менее поляризованными. В результате утоньшается их сольватная оболочка. Поэтому большие ионы легче проникают в адсорбционный слой мицеллы и нейтрализуют заряд частицы, вызывая коагуляцию золя. Например, для золя иодида серебра состава xK + индифферентными электролитами являются KNO3, NaNO3, Ca(NO3)2, Al(NO3)3, Th(NO3)4 , а ионами-коагуляторами ионы K + , Na + , Ca 2+ , Al 3+ , Th 4+ . Коагулирующая способность ионов возрастает в ряду: Li + + + + + или Na + 2+ 3+ 4+ . Чем меньше гидратация (сольватация) катиона, тем меньше порог коагуляции, т.е. сильнее коагулирующее действие. Гидратная оболочка увеличивает размер иона и препятствует проникновению иона в адсорбционный слой. Коагулирующая способность органических соединений возрастает в соответствии правила Траубе.

Дата добавления: 2015-11-12 ; просмотров: 1001 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

helpiks.org

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ. 1. Определите знак заряда коллоидных частиц и порог коагуляции электролитов, если для того, чтобы вызвать коагуляцию 1·10-5 м3 золя Аl(ОН)3 был израсходован

1. Определите знак заряда коллоидных частиц и порог коагуляции электролитов, если для того, чтобы вызвать коагуляцию 1·10 -5 м3 золя Аl(ОН)3 был израсходован следующий объем раствора электролитов указанной концентрации:

РЕШЕНИЕ Порог коагуляции электролита определяется по уравнению:

кмоль/м 3

Согласно правилам коагуляции электролитами коагуляцию вызывают ионы, заряд которых одинаков с противоионами мицелл. В нашем случае катионы всех электролитов одновалентны, а пороги коагуляции разные, следовательно, коагуляцию вызывают анионы электролитов, валентность которых неодинакова. Поэтому заряд частицы положительный.

2. Рассчитайте и постройте потенциальную кривую взаимодействия сферических частиц диаметром 160 нм в водном растворе NаСl по следующим данным; потенциал φδ = 25 мВ; константа Гамакера А* = 5,10 -20 Дж; параметр χ = 10 8 м -1 и температура 293 К. Значения суммарной энергии взаимодействия определите при расстояниях I, 3. 5, 10, 20, 40 нм.

РЕШЕНИЕ. Согласно теории устойчивости ДЛФО для слабозаряженных поверхностей и малых расстояний hhр (h -I2 ·81·0,8·10 -7 ·(2,5·10 -2 ) 2 ln(1+e -0,1 ) =

Дж

U = 14,5 . 10 -20 – 33 . 10 -20 = -18,5 Дж

Аналогично рассчитываем энергию взаимодействия частиц при других расстояниях h:

studopedia.org

Популярное:

  • Правила покера старшая карта Комбинации карт в покере В традиционном Покере имеются всего 10 комбинаций, которые идут в определенной последовательности. Но в данное время набирает популярность Покер с джокером, поэтому я включил 11-ю комбинацию с […]
  • Логическое правило деления понятия Логика - доступно для всех ПРАВИЛА ДЕЛЕНИЯ Как и определение, операция деления подчиняется особым правилам. 1. Деление должно вестись только по одному основанию. Это требование означает, что избранный вначале в […]
  • Назначение сечений правила выполнения сечений Назначение сечений правила выполнения сечений Тема урока Понятие о сечении. Правила выполнения сечений. Образовательные: Ознакомить учащихся с сечением как изображе нием, применяемым в практике при выполнении технических […]
  • Правила восклицательного знака Правила русской орфографии и пунктуации (1956) Пунктуация § 182. Знак восклицательный ставится в конце восклицательного предложения, например: Как хорошо! Вот сладкий плод ученья! Печально я гляжу на наше […]
  • Кибернетика законы Законы и принципы кибернетики, применяемые в управлении организациями Для выяснения сущности управления и для рассмотрения проблем его организации и эффективности важное значение имеет установление связи между теорией управления […]
  • Заключения брака в мчп Лекция 13. Семейные правоотношения в международном частном праве 13.2. Заключение брака В Российской Федерации регистрируются браки как между российскими гражданами и иностранцами, так и между иностранцами, в том числе и между […]
  • Определение право собственности на недвижимость Глава 4.ГОСУДАРСТВЕННАЯ РЕГИСТРАЦИЯ ПРАВ НА НЕДВИЖИМОСТЬ И СДЕЛОК С НЕЙ 4.1. Право собственности на недвижимость Недвижимость как экономическая категория представляет собой физический объект и право собственности на него. В […]
  • Правило с двоеточием и тире Правила русской орфографии и пунктуации (1956) Пунктуация § 159. Двоеточие ставится перед перечислением, которым заканчивается предложение: 1. Если перечислению предшествует обобщающее слово (а нередко, кроме того, еще слова […]