welcome (Практикум 1), страница 15

В этом случае уравнение (11.4) можно представить в видеæcгде К2 – численный коэффициент. Полученное соотношение аналогичноэмпирическому правилу, установленному Эйлерсом и Корфом:101ζ c2≈ const .æcТаким образом, теория ДЛФО позволила теоретически обосноватьэмпирические закономерности коагуляции золей под действием электролитов:правило Шульце-Гарди и критерий Эйлерса-Корфа.Лабораторные работы к Разделу 11.Работа11.1.Исследованиекоагуляциигидрозолейподдействиемэлектролитов.Цель работы: определение порогов коагуляции гидрозоля электролитами,содержащими коагулирующие ионы различной валентности (одно–, двух – итрехвалентные), проверка применимости правила Шульце–Гарди.Порядок выполнения работы.1. В десять пронумерованных колбочек наливают по 10 мл гидрозоля (поуказанию преподавателя).2. Золь в первой колбочке разбавляют водой (таблица 1), закрываютколбочкупробкойивстряхивают.Полученныйтакимобразомзольиспользуется в дальнейшем как стандартный.3.

В колбочки с золем с помощью пипетки приливают указанные втаблице объемы воды и раствора 1–1 валентного электролита с исходнойконцентрацией с0 и перемешивают.Таблица 1. Таблица разбавлений.NN колб1Объем воды, мл10 9Объем электролита vэ, мл 0213456789108,5 87,5 76,5 65,5 51,5 22,5 33,5 44,5 54. Фиксируют время добавления электролита к золю и через 20 мин.измеряют оптическую плотность (А) золей на спектрофотометре Jenway илифотоколориметре «Экотест–2020» (описание работы на приборах приведены во2-й части методических разработок, работа 7) по указанию преподавателя.Данные заносят в таблицу 2.1025. Рассчитывают концентрации электролита в золе по формуле: c =c0 v э,vобщгде vобщ – общий объем системы (20 мл).

Занести в таблицу 2.Таблица 2. Экспериментальные результаты.1NN колб1–1 345678910валентный  с, Мэлектролит, с0=1–2 2Авалентный  с, Мэлектролит, с0 =А1–3 валентный с, Мэлектролит, с0 = А6. Используя таблицу 1, готовят золи с добавками 1-2 валентного и 1-3валентного электролитов. Приготовление каждой следующей серии золяможно начинать через 20 мин. после приготовления предыдущей серии.7. Аналогичным образом измеряют оптическую плотность (А) золей ирассчитывают концентрации электролита в золе.

Данные заносят в табл. 2.Обработка полученных результатов.1. Построить зависимости оптической плотности золя от концентрацииэлектролитов А(c) по данным таблицы 2. Определить пороги коагуляции ск, какзначенияконцентраций,прикоторыхначинаетсярезкоевозрастаниеоптической плотности золя.2. Для определения показателя степени α функции ск = f(z–α) построить влогарифмических координатах линейную зависимость порога коагуляции ск отвалентности z коагулирующего иона и по тангенсу угла наклона найти значениеα.3. Сопоставить полученные результаты с правилом Шульце–Гарди.Работа 11.2. Исследование зон коагуляции и стабилизации гидрозолей103Цель работы: исследование влияния индифферентного электролита,способного вызвать перезарядку коллоидных частиц, на устойчивостьгидрозоля.Индифферентныеэлектролиты,содержащиеионысвысокимадсорбционным потенциалом или большим зарядом, способны не толькоуменьшать ζ–потенциал, но и изменять его знак на противоположный.Например, для отрицательно заряженных частиц золя такими ионами являютсямноговалентные катионы (Al3+, Fe3+, Th4+ и др.).Как видно из рис.

11.1, по мере возрастания концентрации электролитавначале имеет место резкое падение отрицательного значения ζ– потенциала,изменение его знака, сопровождающееся сначала повышением положительногозначения ζ– потенциала, а затем его понижением вплоть до нулевого значения.Изменение знака ζ– потенциала объясняется способностью многовалентныхионов к адсорбции в сверхэквивалентном количестве, т.е. в количествебольшем, чем это требуется для нейтрализации заряда поверхности частицызоля. При этом потенциал плотного слоя ϕd меняет знак (без изменения ϕ0–потенциала). Состав диффузного слоя теперь определяется знаком ϕd–потенциала.При добавлении электролита с многовалентным катионом к золю сотрицательнозаряженнымичастицаминаблюдаетсячередованиезонустойчивости и коагуляции (см.

рис. 11.1):I – первая зона устойчивости, коагуляция отсутствует (ζ < 0, |ζ| > |ζc|);II– первая зона коагуляции, которая наблюдается при |ζ| < |ζc|;III – вторая зона устойчивости (ζ > 0 и ζ > ζc);IV – вторая зона коагуляции, связанная с уменьшением толщины диффузногослоя (ζ > 0 и ζ < ζc).104Рис.11.1.Зависимостьζ-потенциалаотконцентрацииэлектролита,вызывающего перезарядку золя.Для определения зон устойчивости и коагуляции используют оптическиеметоды, так как скоагулированный золь обладает большей оптическойплотностью (мутностью) по сравнению с устойчивым золем (см.

рис. 11.2).Обозначения зон устойчивости и коагуляции на рисунках 11.1 и 11.2совпадают.Рис.11.2. Зависимость оптической плотности А (или мутности τ) золя отконцентрации электролита, вызывающего перезарядку частиц.105Аналогичнаякартинанаблюдаетсядлязолейсположительнозаряженными частицами при добавлении анионов с высоким адсорбционнымпотенциалом (как правило, объемных, легко поляризуемых анионов). К такиманионам относятся, например, CNS–, I–, NO3–.Порядок выполнения работы:1. Тщательно моют всю химическую посуду.2. В стакане объемом 500 мл готовят золь AgI, приливая приперемешивании к 200 мл раствора AgNO3 (концентрацией 10–4 М) 200 млраствора KI (4×10–4 М).3. В 17 колб на 25 мл наливают по 20 мл приготовленного золя AgI.4.

Из микробюреток в каждую колбу приливают необходимое количествоводы и раствора Al(NO3)3, приведенное в табл.1Таблица 1.№Концентрацияи Объемколб объемисходного воды, млраствора Al(NO3)3с0, МV, мл12,1.10–401,02–"–0,10,93–"–0,20,84–"–0,30,75–"–0,50,56–"–0,80,27–"–1,0–82,1.10–30,20,89–"–0,30,710–"–0,50,5КонцентрацияAl(NO3)3 в золес, М106lgcτ11–"–0,80,212–"–1,0–132,1.10–20,20,814–"–0,30,715–"–0,50,516–"–0,80,217–"–1,0–5. С помощью турбидиметра измеряют мутность приготовленных золей,начиная с колбы 1.

Результаты заносят в таблицу.Обработка полученных результатов.1. Рассчитать концентрацию электролита в золе по формуле: c =c0 v э,vобщгде vобщ – общий объем системы (21 мл). Занести в таблицу.2. Построить зависимость мутности золя от логарифма концентрацииэлектролита.3. Оценить концентрационные интервалы электролита, соответствующиезонам устойчивости и коагуляции золя.Работа 11.3. Влияние электролитов на устойчивость суспензии глины икинетику нестационарной фильтрации.Цель работы: изучение влияния электролита с многозарядным катиономна устойчивость суспензии глины и кинетику нестационарной фильтрации.Процесс фильтрации суспензий с отделением чистой дисперсионнойсреды характеризуется скоростью фильтрации dV/dt, которая определяется какV – объем фильтрата, накапливающийся за время t.

Различают стационарную инестационарнуюфильтрацию.Стационарнойявляетсяфильтрация,происходящая с постоянной объемной скоростью через слой постояннойтолщины h, при постоянном градиенте давления в слое.107Фильтрация дисперсионной среды из суспензии при непрерывнонакапливающемся осадке является нестационарной. Скорость фильтрациинепрерывно убывает со временем по мере накопления осадка на фильтре. Прифильтрации седиментационно устойчивой суспензии под действием разностидавлений ∆p, происходит накопление осадка, а концентрация c суспензии надосадком остается постоянной во время фильтрации. Масса дисперсной фазы mв фильтрующем слое осадка пропорциональна объему отфильтровавшейсяжидкости m = cV, толщина слоя осадка h = α0m = α0cV, где α0– коэффициентрыхлостиосадка.Скоростьнестационарнойфильтрациивыражаетсясоотношением:Δp s0Δp s0dV,=k= kmα 0cV ηdtcV η(1)где s0 – площадь фильтра, η – вязкость дисперсионной среды, km = k/α0 –постоянная, характеризующая структуру осадка.

Интегрирование уравнения (1)дает:1/ 2⎛Δp s0 ⎞V = ⎜ 2kmt⎟c η ⎠⎝.(2)Логарифмирование уравнения (2) приводит к выражению:lg V = a + 0,5lg t ,(3)где⎛a = 0,5lg ⎜ 2km⎝Δp s0 ⎞⎟.c η⎠(4)В качестве меры фильтрации часто используют величину Ф24, котораясоответствует объему фильтрата, прошедшего за 24 часа через фильтрплощадью 100 см2 . С учетом (2) и (4) величина Ф24 выражается как1/ 2Ф 24⎛Δp 100 ⎞= ⎜ 2k m24 ⎟cη⎝⎠1/ 2⎛ 100 ⎞=⎜⎟⎝ s0 ⎠241/ 210a .(5)Величина а находится из экспериментально полученной линейной зависимостиlgV от lgt (t – в часах) как отрезок, отсекаемый на оси ординат.108Изменение структуры осадка (изменение km) приводит к изменениювеличины a, при сохранении постоянства угла наклона прямой lgV(lgt), равного0,5.В более сложных случаях, например, когда упаковка осадка меняется вовремя фильтрации, кинетика фильтрации описывается уравнением:lg V = a + γ lg t ,(6)где тангенс угла наклона прямой γ отличен от 0,5.Соответственно, выражение для Ф24 будет:γФ 24γ⎛Δp 100 ⎞ ⎛ 100 ⎞γ a= ⎜ 2k m24 ⎟ = ⎜⎟ 24 10 .cηs⎝⎠ ⎝ 0 ⎠(7)Агрегативно устойчивые (стабилизированные) суспензии, состоящие изполностью сольватированных (гидратированных) заряженных частиц, прифильтрации под действием разности давлений образуют плотно упакованныеосадки.

Скорость фильтрации через такие осадки весьма мала, то есть величиныФ24, α0 и а малы.Агрегативнонеустойчивыесуспензииобразуютрыхлыеструктурированные осадки с большим удельным объемом («фильтры»), черезкоторые легко фильтруется дисперсионная среда (значения Ф24, α0 и а велики).Такое явление можно наблюдать, если к устойчивой суспензии глины добавитькоагулятор – раствор AlCl3. Ионы Al3+ снижают ζ– потенциал частиц глины,вследствие чего наступает коагуляция, ведущая к повышению скоростифильтрации.Порядок выполнения работы:1. Помещают в ступку 4 г бентонитовой глины, добавляют 2 мл воды,хорошо размешивают, растирают пестиком в течение 5 мин (растираниедолжно сопровождаться характерным потрескиванием).2.