Методические разработки к практикуму по коллоидной химии, страница 11

6.3) соответствует t max , а ордината – весу всех частиц, выпавших начашечку РВ.Накопление осадка в процессе оседания описывается уравнениемСведберга–Свен–Одена:Pi = qi + ( dP / dt )i ti ,(6.5)где Pi – общий вес осадка, соответствующий времени ti , qi – вес частиц,полностью осевших к данному времени ti , т.е. частиц, имеющих радиусбольший, чем ri ; (dP / dt )i t i – вес частиц, радиус которых равен и меньше, чем ri ,и которые определяют скорость (dP / dt )i оседания в данный момент времени ti.Скорость оседания частиц радиуса ri , равна vi = H / t i и с учетом уравнения (6.4)r рассчитывается как:iri =9ηHH,=K2(ρ − ρ0 ) gtiti(6.6)где η – вязкость дисперсионной среды (для воды 1.10–3 Па.с).4. Рассчитать фракционный состав суспензии по кривой накопленияграфическим методом, используя уравнения (6.5) и (6.6).

С этой целью накривой накопления выбрать 8–10 точек с наибольшей кривизной и определитьзначения ti , qi и Pi , соответствующие этим точкам: qi находят как отрезок,отсекаемый на оси ординат касательной, проведенной к зависимости Р(t) вточке с координатами (ti, Pi). Данные занести в таблицу 1.5.Спомощьюуравнения(6.6)рассчитатьрадиусычастиц,соответствующих времени выпадения ti , и также занести в таблицу 1. Радиусычастицможнорассчитатьтакжеспомощьюномограммы(выдаетсялаборантом).Таблица 1. Экспериментальные данные, полученные из анализа кривойнакопления.tiritminrmaxPi70qit3r3P3tmaxrminPBОО36.

Построить интегральную и дифференциальную кривые распределениячастиц по размерам (примеры кривых приведены на рис.6.4).Рис. 6.4. Интегральная (а) и дифференциальная (б) кривые распределениячастиц по размерам.Для построения интегральной кривой распределения частиц по размерамнеобходимо определить относительное содержание частиц с радиусом большимri , как ( OOi / OPB ) 100%. Данные занести в таблицу 2.

Затем на оси абсциссотложить значения радиусов в интервале rmin − rmax , на оси ординат – процентноесодержание частиц. Пример такой зависимости приведен на рис. 6.4 а. Спомощью интегральной функции распределения можно определить процентноесодержание частиц с радиусом, большим ri , а также процентное содержаниечастиц в любом заданном интервале радиусов от r1 до r2 как разность Q2– Q1.Таблица 2.

Данные для построения интегральной кривой распределениячастиц по размерам.71rQi = (OOi / OPB )100%tminrmax0%t2r2..............tmaxrmin100%Q2 = (OO2 / OPB )100%Q27. Построить дифференциальную кривую распределения частиц поразмерам на основе построенной ранее интегральной кривой распределения. Поинтегральной кривой найти значения (– ΔQ / Δr )>0 для различных интерваловрадиусов.

Если содержание фракции от r1 до r2 , в которой средний радиусчастиц r = (r1 + r2 ) / 2 , равно ( − ΔQ ), то доля этой фракции F (r ) = −ΔQ /(r1 − r2 ) .Данные занести в таблицу 3 и построить зависимость ΔQ / Δr = f (r ) .Таблица3.Данныедляпостроениядифференциальнойкривойраспределения частиц по размерам.ΔrrrΔQΔQ / Δr0rmaxr2r3r3 − r2(r2 + r3 ) / 2Q3 − Q2ΔQ /(r1 − r2 )...............0rminПример такой зависимости представлен на рис. 6.4 б. Дифференциальнаяфункция распределения F (r ) = −dQ(r ) / dr дает более наглядное представление офракционном составе суспензии.Положение максимума на дифференциальной кривой соответствуетсреднему радиусу фракции, массовая доля которой максимальна.

Чем уже72интервалсреднихрадиусов,соответствующихмаксимумунадифференциальной кривой, и чем выше абсолютная величина максимума, темближе система к монодисперсной. Наоборот, чем шире дифференциальнаякривая распределения частиц по размерам, тем более полидисперсна даннаясуспензия.Вполидисперснойсистемевозможноналичиенесколькихмаксимумов. Площадь, ограниченная дифференциальной кривой и осьюабсцисс, дает общую массу частиц всех размеров (100%).РАЗДЕЛ 7.ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ.При падении луча света на дисперсную систему, в зависимости отразмера частиц, могут наблюдаться следующие явления: преломление;отражение; рассеяние и поглощение света частицами дисперсной фазы.

Наодном из этих явлений – рассеянии света – основаны методы определениявеличины, формы и концентрации частиц дисперсной фазы, размер которыхменьше длины волны падающего света. Теория статического светорассеяниядля частиц, не проводящих электрический ток, была развита Рэлеем. Релейполучил уравнение, связывающее общий световой поток R, рассеянныйединицей объема дисперсной системы за единицу времени, с интенсивностьюпадающего света I 0 :⎛ n 2 − n02 ⎞ νV 2R = 24π ⎜ 2I 0 = τI 0 ,2 ⎟4⎝ n + 2n0 ⎠ λ3(7.1)где n и n0 – показатели преломления частиц и среды, ν – число частицдисперсной фазы в 1 см3, V – объем одной частицы; λ – длина волны⎛ n 2 − n02 ⎞ νV 2характеризует способность22 ⎟4⎝ n + 2n0 ⎠ λпадающего света.

Величина τ = 24π3 ⎜системы рассеивать свет и называется мутностью дисперсной системы.Уравнение(7.1)являетсяосновойметодовнефелометриитурбидиметрии, позволяющих определять размер частиц дисперсной фазы.73иНефелометрический метод основан на измерении интенсивности света,рассеянного дисперсной системой под определённым углом. Уравнение (7.1),представленное в виде:R = kνV 2 I 0 = kcVI 0 ,(7.2)⎛ n 2 − n02 ⎞ 1c = ν V – объемная концентрация дисперсной фазы22 ⎟ 4 ,+n2nλ0⎝⎠где k = 24π3 ⎜(суммарный объем частиц дисперсной фазы в единице объема дисперсионнойсреды), позволяет определить:– концентрацию с частиц дисперсной фазы при постоянном объеме V:R1 / R2 = c1 / c2 .– число частиц дисперсной фазы νν = c /V =при известном размере частиц r:c;(4 / 3)πr 3– объем частиц, а, следовательно, их радиус при постоянной концентрации c :R1 / R2 = V1 / V2 = r13 / r23 .Турбидиметрический метод заключается в измерении интенсивностисвета, прошедшего через дисперсную систему.

Уменьшение интенсивностисвета dI при прохождении через дисперсную систему может вызываться какпоглощением, так и рассеянием света. Если дисперсионная среда и дисперснаяфаза для света данной длины волны являются прозрачными, т.е. не происходитпоглощения, то dI будет связано только с его рассеянием, т.е. рассеянный светможносчитатьусловнопоглощенным.Уменьшениеинтенсивностипрошедшего света будет пропорционально интенсивности падающего света итолщине слоя dx, через который проходит свет: dI ( x) = − I 0 τdx . Интегрированиеэтого выражения приводит к уравнению аналогичному закону Бугера–Ламберта–Бера:I = I 0e− τx .(7.3)74lg I 0 / I = 0, 43τx = AВеличинуназываютоптическойплотностью.Измерение оптической плотности дисперсной системы позволяет рассчитатьмутность системы.Закономерности уравнения Рэлея выполняются для дисперсных систем, вкоторых размер частиц лежит в интервале значений λ / 30 − λ / 20 .

С увеличениемразмера частиц от λ /10 до λ / 3 , показатель степени x при λ становится меньше,чем 4. Для описания таких систем Геллером были предложены эмпирическиеуравнения, связывающие мутность и оптическую плотность с длиной волныпадающего света:τ = kλ − x ,(7.4)A = k1λ − x ,(7.5)где k и k1 – константы, не зависящие от длины волны. Значение x определяетсякак тангенс угла наклона прямых на графиках зависимостей lg τ(lg λ) илиlg A(lg λ) . Показатель степени x в уравнениях (7.4) и (7.5) зависит отсоотношенияпоказателейпреломлениячастицдисперснойфазыn,дисперсионной среды n0 и размера частиц дисперсной фазы. Для определениярадиуса частиц исследуемого золя обычно используют градуировочные кривыеx( r ) , полученные для бесцветных золей с известным размером частиц.Лабораторная работа 7.Определение среднего размера частиц в бесцветномзоле методом спектра мутности.Цель работы: определение среднего размера частиц бесцветного золя.Порядок выполнения работы.1.

Готовят золь по указанию преподавателя. Методика приготовлениязоля указана в Приложении.2. Измеряют оптическую плотность, и светопропускание приготовленнойдисперсной системы при различных длинах волн в видимой части спектра.Светопропускание исследуемого золя при длине волны 400 нм должносоставлять60–70%посравнениюсдистиллированнойводой.Еслисветопропускание больше, то следует взять более концентрированный золь,75если меньше, то золь необходимо разбавить. Для измерения оптическойплотности используют фотоколориметр «Экотест 2020» или спектрофотометрJenway 6310.Таблица 1. Экспериментальные результаты.Золь ____Длина волны lgλОптическаяλ, нмплотность АlgAОбработка экспериментальных результатов.1.

Построить график lg A(lg λ) , и по углу наклона полученной прямойопределить x (cм. уравнение 7.5), затем, используя рис. 7.1, – средний размерчастиц золя.2. Исходя из концентраций реагентов, взятых для приготовления золя,рассчитать величину пересыщения, при которой был получен данный золь.x4321004080120160r, нмРис.

7.1. Зависимость показателя степени x от радиуса частиц золя при сильномотличии показателей преломления частиц дисперсной фазы и дисперсионнойсреды.76Порядок работы с фотоколориметром «Экотест 2020»:Измерения проводят в режиме автоматического подбора длин волн.1. Включают прибор, нажав на кнопку «ВКЛ».2. После того, как на экране появится надпись «Источник ххх нм» (гдеххх – длина волны первого из установленных источников), выбирают пункт«Автоподбор», нажимая кнопки «←» и «→».3. Устанавливают в кюветное отделение кювету с раствором сравнения(фоновым), закрывают её крышкой и нажимают клавишу «ВВОД». На экранеприбора появляется надпись «Измерить фон?». Нажимают ещё раз клавишу«ВВОД»дляподтверждения.Затемнаэкранепоявитсянадпись«Измерение...».

После окончания измерения (не более 90 сек.) на экранепоявится надпись «Фон измерен».4. Извлекают кювету с раствором сравнения из кюветного блока.5. Устанавливают в кюветное отделение кювету с исследуемым золем.Закрывают кювету крышкой и снова нажимают клавишу «ВВОД».

На экранеприбора появляется надпись «Изм. образец?». Нажимают еще раз клавишу«ВВОД» для подтверждения. На экране появляется надпись «Измерение ....».После окончания измерения (не более 90 сек.) на экране появляется значениепропускания и оптической плотности измеряемого раствора при одной из длинволн. Результат будет представлен в следующем виде: «Т= хх.хх%. А=х.ххх»,где хх.хх и х.ххх – значения величин пропускания и оптической плотностисоответственно.6. Определяют значения оптической плотности данного золя во всемисследованном диапазоне длин волн, используя кнопки «←» и «→».Полученные данные заносят в таблицу 1.Порядок работы на спектрофотометре Jenway 6310:1. Включают спектрофотометр и прогревают в течение 30 мин.(включатель находится на задней панели прибора).772.