Колоїдний розчин виникає, якщо в гетерогенній системі є умови для утворення особливої частки, званої "міцела". Центром міцели є ядро, яке представляє собою ассоциат молекул нерозчинних речовин. В даному випадку (див. Схему 4.1) це молекули метакремнієвої (H2 SiO3) і ортокремнієвої (H4 SiO4) кислот, що утворюються в реакції, що проходить у водному розчині:
На поверхні ядра адсорбуються знаходяться в розчині в надлишку частки, які найбільшою мірою подібні до тих атомним групам, які є в складі молекул, що утворюють ядро. У розглянутій реакційної системі це протони в складі молекул HCl (див. Схему 4.1). В результаті цієї адсорбції відбувається компенсація надлишкової поверхневої енергії Gпов на кордоні розділу фаз в системі кремнієва кислота - водний розчин HCl. Ядро разом з адсорбційним шаром протонів утворює позитивно заряджений агрегат. На поверхні агрегату адсорбується частина протиіонів (в даному випадку це аніони Cl -). При цьому утворюється гранула, що має той же заряд, що і агрегат. Гранули якраз і є колоїдними частинками, які в сукупності утворюють дисперсну систему.
Решта протівоіони, що не увійшли в адсорбційний шар, гидратируются водою і розподіляються по всьому розчину, утворюючи дифузний шар. Гранула разом з дифузним шаром утворюється міцелу, яка в цілому електронейтральна.
Хімічна формула міцели, що утворюється в системі, що вивчається в даному досвіді, має такий вигляд (схема 4.1):
У певних умовах (нагрівання, перемішування, додавання інших електролітів та ін.) Адсорбційні шари іонів на ядрі частково або повністю руйнуються. В цьому випадку компенсація надлишкової поверхневої енергії Gпов на кордоні розділу фаз відбувається шляхом агрегації - злипання частинок дисперсної фази (в проведеному експерименті - частинок кремнієвої кислоти). Цей процес, що приводить до укрупнення частинок фази без випадання їх в осад, називається гелеобразования (неповна коагуляція). При цьому не відбувається повного руйнування дисперсної системи.
Гелеутворення - процес оборотний, і при відповідних діях на дисперсну гелеобразную систему гель можна знову перетворити в колоїдний розчин (золь).
Якщо ж укрупнення настільки значно, що під дією сили тяжіння укрупнені частки випадають в осад (тобто здійснюється процес седиментації), то відбувається повне руйнування колоїдного розчину. У цьому випадку має місце повна коагуляція з утворенням осаду (коагулята).
Мета роботи. отримати уявлення про утворення колоїдного розчину кремнієвої кислоти у воді при взаємодії силікату натрію з надлишком соляної кислоти і про умови перетворення цього золю в гель.
Використовувані речовини: 37% -ний розчин HCl; профільтрований через скляний фільтр розчин силікатів натрію Na2 SiO3 і Na4 SiO4 (силікатного клею).
Посуд та приладдя: пробірка на 20 см 3. градуированная піпетка.
Методика проведення досвіду. До 6 см 3 37% -ного розчину соляної кислоти повільно прилейте при інтенсивному перемішуванні скляною паличкою 1см 3 розчину силікатного клею. Нагрійте розчин до кипіння, а потім остудіть. У спостереженнях відзначте, що відбувалося на всіх стадіях досвіду (при зливанні, кипінні, охолодженні).
- назвіть і охарактеризуйте спостерігаються Вами фізико-хімічні явища, поясніть їх причину,
- відзначте, чому і як відбувається в даному досвіді освіту золю і гелеутворення;
- поясніть, чому в присутності великого надлишку води за відсутності HCl нерозчинні кремнієві кислоти утворюють колоїдні розчини. Зобразіть формулу міцели, що утворюється в цьому випадку, з урахуванням часток, що виникають при дисоціації кремнієвої кислоти:
Поясніть, чому в ряді випадків нерозчинні або малорозчинні речовини погано утворюють осад і їх важко відокремити від розчинів, наприклад, Al (OH) 3. Zn (OH) 2. Ca (OH) 2 і ін.