Работа 40а. Исследование зон коагуляции с помощью фотоэлектроколориметра

Коагулированный золь обладает бóльшим светорассеянием (бóльшей мутностью) по сравнению с некоагулированным золем. Это может быть использовано для определения зон коагуляции оптическим методом с помощью фотоэлектроколориметра (ФЭКа).

Зависимость мутности золя τ от концентрации коагулирующего электролита (иона) изображена на рис. 40а.1.

Рис.40а.1. Зависимость мутности золя от логарифма концентрации коагулирующего иона.

В зоне I золь устойчив и величина τ имеет небольшое значение. Увеличение концентрации коагулирующего иона приводит к коагуляции золя (II зона), однако дальнейший рост концентрации коагулирующего электролита приводит к перезарядке золя, и появлению новой зоны устойчивости золя (III зона). Наконец, при еще бóльших концентрациях коагулирующего иона наступает вторая зона коагуляции (IV зона), связанная со сжатием двойного электрического слоя, существующего вокруг частиц.

В данной работе исследуют зоны коагуляции или так называемые “неправильные ряды” на примере коагуляции отрицательно заряженного золя AgJ раствором Al(NO₃)₃ в области концентраций 10^-⁶- 3^.10^-⁴ М. Золь получают непосредственно в кювете, в которой в дальнейшем производится измерение оптической плотности D.

Золь для каждого измерения готовится заново, и объем золя в кювете всегда составляет 21 мл. При этом компоненты в кювету наливают, строго соблюдая указанный порядок: сначала в кювету наливается необходимое количество дистиллированной воды, затем добавляют раствор Al(NO₃)₃ из соответствующей пробирки (см. таблицу 40а.1), 10 мл раствора AgNO₃ и 10 мл раствора KJ (объем получающегося золя в кювете всегда составляет 21 мл).

Растворы AgNO₃ и KJ необходимой концентрации находятся на рабочем месте в бюретках, растворы Al(NO₃)₃ с концентрациями 2.1^.10^-⁴, 2.1^.10^-³, 2.1^.10^-² М – в трех отдельных пробирках, пронумерованных по возрастанию концентрации. Общий объем воды и раствора нитрата алюминия составляет 1 мл, а соотношение между ними задано в таблице 40а.1. Требуемое количество воды и раствора Al(NO₃)₃ рекомендуется вливать в кювету по разности начального и конечного объемов раствора в пипетке. Для выполнения работы выдаются две пипетки: одна для воды и вторая – для Al(NO₃)₃, причем перед выполнением работы обе пипетки промываются.

После смешения всех четырех компонентов включают секундомер и содержимое кюветы тщательно перемешивают, осторожно продувая грушей воздух через пипетку, носик которой подносят к поверхности раствора в кювете. Затем кювета помещается в ФЭК, и оптическую плотность D₅ измеряют по три раза подряд на синем светофильтре через 5 минут после смешения растворов; при этом раствором сравнения служит дистиллированная вода (21 мл воды наливают из бюретки в оставшуюся кювету, и устанавливают ее в дальний кюветодержатель ФЭКа). После проведенных измерений золь выливается, кювета тщательно ополаскивается дистиллированной водой над сливной емкостью, и аналогичные эксперименты проводятся с бóльшими количествами коагулирующего электролита.

Полученные данные заносятся в таблицу 40а.1, проверяя каждые пять последовательных измерений оптической плотности у преподавателя.

Таблица 40а.1.

№ про-бир-ки	№ опы-та	H₂O, мл	Al(NO₃)₃, мл	С_исх М	в золе, М	-lg C	D₅		τ₅, см^-¹
I		1.0	0.0	2.1∙10^-⁴			0.08 0.06 0.07	0.08	0.037
		0.9	0.1		1∙10^-⁶		0.11 0.11 0.11	0.11	0.051
		0.8	0.2		2∙10^-⁶	5.7	0.13 0.10 0.10	0.11	0.051
		0.7	0.3		3∙10^-⁶	5.5	0.22 0.21 0.23	0.22	0.101
		0.5	0.5		5∙10^-⁶	5.3	0.27 0.28 0.28	0.28	0.129
		0.0	1.0		1∙10^-⁵	5.0	0.10 0.14 0.14	0.13	0.060
II		0.8	0.2	2.1∙10^-³	2∙10^-⁵	4.7	0.12 0.12 0.12	0.12	0.055
		0.5	0.5		5∙10^-⁵	4.3	0.19 0.17 0.15	0.17	0.078
		0.0	1.0		1∙10^-⁴	4.0	0.25 0.25 0.20	0.23	0.106
III		0.8	0.2	2.1∙10^-²	2∙10^-⁴	3.7	0.27 0.29 0.30	0.29	0.133
		0.7	0.3		3∙10^-⁴	3.5	0.29 0.29 0.29	0.29	0.133

Результаты трех повторных измерений усредняют, после чего из величин вычисляются значения τ₅ по формуле τ₅ = , где l – толщина слоя среды (в см), через который проходит луч в кювете (в нашем случае l = 5 см). На основании полученных результатов строится зависимость τ₅ от логарифма концентрации коагулирующего иона (рис. 40а.1). На графике необходимо указать зоны коагуляции и зоны устойчивости золя.