Получение коллоидных систем.

При получении коллоидных систем два основных метода: диспергационный и конденсационный.

1. Диспергационные методы.

Дробление крупных кусков до требуемой дисперсности. Леофильные коллоидные растворы характеризуются самопроизвольным распусканием или растворением веществ в подходящем растворителе. Затраты внешней работы не требуются. Для леофобных систем необходимо механическое воздействие. Механическая работа нужна для преодоления межмолекулярного взаимодействия. Раздавливание, стирание, дробление существуют в природе (разрушение береговых почв под влиянием прибоя, выщелачивание, выветривание). Таким образом получают золи металлов, сплавов, гипса, графита. Используют электрические методы: электрогидравлический эффект. Суспензия или эмульсия находится в межэлектронном пространстве, через нее пропускается искра высокого напряжения. Возникают резкие локальные изменения давления, что разрушает крупные частицы.

2. Конденсационные методы – получение из более мелких более крупных частиц. Выделяют физические и химические конденсационные методы

а) Физические методы основаны на изменении параметров коллоидной системы:

Конденсация из паров. При уменьшении температуры, давление пара становится выше равновесного давления пара над жидкостью и в газовой фазе возникает новая фаза: жидкая или твердая. Возникает гетерогенная система (коллоидная). В природе: туман (жф) дым (тф).

Пептизация (деагрегация) – перевод коагулируемого коллоидного осадка в раствор под влиянием изменения среды. Пример: перевод спиртового осадка белка в раствор при добавлении излишка воды.

б) Химические методы. Вещество дисперсной фазы образуется в результате химической реакции.

4Fe(HCO₃)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃ + 8CO₂

Химические методы основаны на образовании новой фазы малорастворимого соединения в результате протекания химической реакции. Любая химическая реакция, протекающая с образованием новой фазы, может быть источником получения коллоидной системы.

Для получения высокодисперсных золей концентрированный раствор одного компонента добавляют к разбалвенному раствору другого компонента при постоянном перемешивании.

Формула Нернста для электродных потенциалов и ЭДС гальванических элементов. Нормальный водородный электрод. Стандартные электродные потенциалы.

Уравнение Нернста:

ϕ_Ox/Red = ϕ⁰_Ox/Red + (RT/zF)ln(a_Ox/a_Red)

Величина ϕ⁰_Ox/Red характеризует окислительные свойства каждого металла и представляет собой стандартный (нормальный) потенциал электрода на границе металл-раствор при активности ионов, участвующих в реакции, равной единице.

Нормальный водородный электрод состоит из сосуда, наполненного 1 М раствором серной кислоты, и пластинки из платины, на которую нанесен тонкий шероховатый слой платины.

Электрод при помощи платиновой проволоки соединен со ртутью, налитой в стеклянную трубку; в ртуть опускают конец внешнего провода. При открытом кране через трубку пропускают под давлением 760 мм.рт.cт. ровную струю тщательно очищенного водорода, который омывает поверхность электрода. Водород выходит в верхней части сосуда через гидравлический затвор. Сифон снабжен краном, который открывают перед введением водородного электрода в гальваническую цепь. Электродный потенциал водородного электрода принят равным нулю; поэтому электродный потенциал, который требуется измерить, равен наблюдаемой ЭДС элемента Е, состоящего из испытуемого полуэлемента и водородного электрода сравнения:

E = E_x - 0 = E_x .

При пользовании водородным электродом следует применять только чистый водород, следить за постоянством его давления, учитывать давление водяного пара над раствором серной кислоты и соблюдать ряд других предосторожностей. Поэтому его часто заменяют другими электродами, потенциалы которых точно измерены по сравнению с водородным. В качестве таких электродов применяют хлорсеребряный, каломельный и хингидронный электроды, отличающиеся простотой устройства и устойчивостью потенциала.

Международным соглашением установлена шкала потенциалов, по которой скачок потенциала стандартного водородного электрода при всех температурах равен нулю. Таким образом, электродный потенциал равен ЭДС электрохимического элемента, состоящего из стандартного водородного и данного электродов.

Шкала стандартных электродных потенциалов.

Стандартный потенциал металла, расположенного правее в электрохимическом ряду, более положителен по сравнению с потенциалом металла, расположенного левее.

23. Электрометрическое измммерение концентрации ионов H⁺. Определение pH раствора. Водородный электрод. Стеклянный электрод.

Стеклянный электрод – один из самых надёжных и точных электродов, позволяющих измерять pH с погрешностью до 0,01 единиц. Электрод представляет собой тонкую мембрану (0,04 мм) из специального сорта стекла, в котором повышено содержание соединения натрия. Внутри шарика помещен хлорсеребряный электрод в растворе HCl. Электрод погружается в испытуемый или буферный раствор. В качестве электрода сравнения используется тоже хлорсеребряный электрод. Образуется электрохимическая цепь:

Ag,AgCl|HCl|стеклянная мембрана|H⁺(раствор)||KCl|AgCl,Ag

При погружении стеклянной мембраны в раствор электролита ионы натрия (лития, калия) могут обмениваться с находящимися в растворе ионами водорода, которые с силикатными анионами стекла образуют слабо диссоциированные силикатные кислоты. Этот обмен идёт до установления равновесия на границе стекло-раствор внутри и снаружи мембраны:

Na⁺_(c) + H⁺ = Na⁺ + H⁺_(c)

Потенциалоопределяющий процесс на границе стекло-раствор заключается в обмене между ионами натрия в стекле и ионами водорода в растворе. Равновесие характеризуется константой обменного равновесия, представляющей собой отношение произведений активностей соответствующих ионов. При установившемся равновесии поверхность стекла и раствор имеют противоположные знаки, а на границе раздела фаз возникает двойной электрический слой, которому соответствует скачок потенциала. Потенциалы на границе стекло-раствор линейно зависят от pH среды.

а) В кислой среде: ϕ_H+|H+c = ϕ^0’_H+|H+c – 0,059 pH

б) В щелочной среде: ϕ_H+|H+c = ϕ^0’’_H+|H+c + 0,059 pH

ϕ^0’_H+|H+c –нормальный потенциал стеклянного электрода.

Особенность стеклянного электрода – стекло обладает большим сопротивлением.

Водородный электрод (H⁺|H₂,Pt).

Представляет собой платиновую пластинку, погруженную в раствор, содержащий ионы водорода. Ионы H+ находятся в равновесии с молекулярным водородом, который омывает пластину. При насыщении пластинки водородом устанавливается равновесие: H₂ <=> 2H_адс <=> 2H⁺+2ē

Потенциал водородного электрода записывается:

ϕ_H+|H2,Pt = ϕ⁰_H+|H2,Pt+(Rt/zF)ln(a²_H+/a_H2)

Активность газа зависит от концентрации адсорбированного водорода, которая определяется парциальным давлением газообразного водорода. ϕ⁰_H+|H2,Pt=0. При давлении, равном атмосферному P_H2=1,013*10⁵Па = 1атм., z=2, a_H2=P_H2:

ϕ_H+|H2,Pt = 0,059lga_H+= -0,059pH

Электродные процессы. Причины возникновения разности потенциалов. Возникновение скачка потенциала на границе металл-раствор соли. Гальванический элемент. Скачки потенциала на границе металл-раствор соли, металл-металл, диффузионный потенциал.

Электродные процессы – процессы, связанные с переносом зарядов через границу между электродом и раствором. Катодные процессы связаны с восстановлением молекул или ионов реагирующего вещества, анодные – с окислением реагирующего вещества и с растворением металла электрода.

Гальванический элемент – электрохимическая система, состоящая из проводников первого и второго рода, в которых энергия Гиббса химической реакции превращается в электрическую энергию.

Контакт между растворами электролитов устанавливаются с помощью пористой перегородки, которая обеспечивает электрическую проводимость, но препятствует взаимной диффузии растворов.

Если электроды гальванического элемента замкнуть проводником бесконечно большого сопротивления, окислительно-восстановительная реакция будет протекать очень медленно. В этом случае можно услвоно считать, что внешняя цепь разомкнута, между электродами и раствором устанавливается термодинамическое равновесие, а энергия Гиббса окислительно-восстановительного процесса может быть полностью превращена в электрическую работу. Измеренная разность потенциалов между электродами электрохимической цепи – электродвижущая сила гальванического элемента (ЭДС – Е).

E = E⁰ – (RT/zF)*ln*((a_ox*a_red)/(a_ox*a_red)

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: