prepararea solutiilor coloidale

8/13/2019 PREPARAREA SOLUTIILOR COLOIDALE

1/4

PREPARAREA SOLUIILOR COLOIDALE: DETERMINAREA CONCENTRAIEI CRITICE DE COAGULARE I A INDICELUI DE PROTECIE LACOAGULARE PENTRU UN SOL LIOFOB PRIN MSURTORI SPECTROFOTOMETRICE

1

PREPARAREA SOLUIILOR COLOIDALEDETERMINAREA CONCENTRAIEI CRITICE DE COAGULARE I A INDICELUIDE PROTECIE LA COAGULARE PENTRU UN SOL LIOFOB PRIN MSURTORI

SPECTROFOTOMETRICE

Scopul lucrrii:Lucrarea urmreteprepararea unei soluii coloidale, determinarea concentraiei critice decoagulare a sulfatului de potasiu fa de solul de hidroxid feric i indicele de protecie al gelatineifa de acelai sol.

Consideraii teoretice:Sistemele disperse, sau sistemele coloidale sunt sisteme fizico-chimice formate din

mediul de dispersie (faza continu) i substana dispersat (faza discontinu), n care particulelesubstanei dispersate, numite uniti cinetice au dimensiuni mult mai mari dect particulelemediului de dispersie.

Dispersiile liofobe obinute prin procese de condensare, reacii chimice sau prin

dispersare, se caracterizeaz printr-o energie liber superficial mare, datorat suprafeei deseparaie foarte mari dintre faze. Din acest motiv, aceste sisteme prezint o instabilitatetermodinamic pronunat care se manifest prin tendina particulelor fazei disperse de a seaglomera, cu formarea de agregate capabile s sedimenteze sub aciunea cmpului gravitaional,ceea ce conduce la separarea sistemului n dou faze macroscopice.

n general, prepararea unui sistem dispers se face n scopul utilizrii acestuia sub formcoloidal, iar solul format trebuie s fie stabil n timp. n acest scop, sistemul dispers trebuiestabilizat artificial prin diverse metode.

Sunt ns situaii n care un sistem coloidal trebuie distrus ntr-un timp relativ scurt. Aaeste cazul unor ape naturale i al apelor reziduale rezultate n diverse industrii, ape care se

prezint sub forma unor dispersii coloidale fine i care pentru sedimentarea natural ar necesitaun timp foarte mare, neconvenabil din punct de vedere economic.

Distrugerea sistemelor disperse liofobe prin aglomerarea particulelor i micorareagradului de dispersie se poate produce pe dou ci, care n esen conduc la acelai rezultat dar,au loc prin mecanisme diferite: coagulareai flocularea.

Coagularea este procesul de aglomerare a particulelor fazei disperse ca urmare andeprtrii cauzelor care menin sistemul stabil, de cele mai multe stratul dublu -electric.Aceasta se realizeaz prin adaosul de electrolii care prin modificarea sarcinii particulelorcoloidale, faciliteaz manifestarea forelor de atracie dintre particule. Aceti electrolii poartdenumirea de coagulani.

Flocularea este procesul de distrugere al sistemelor disperse liofobe prin unirea

particulelor fazei disperse cu ajutorul unor compui macromoleculari care creeaz puni delegtur ntre particule fr modificarea esenial a elementelor de stabilizare proprii (de obiceisarcina electric). Aceste substane macromoleculare se numescfloculani.

Adaosul de electrolii la sisteme disperse liofobe produce coagularea prin efectuluiionului de semn contrar sarcinii particulei coloidale. Efectul electroliilor se caracterizeaz princoncentraia minimla care are loc coagularea rapid numit concentraie critic de coagulare,(C.C.C.).

n general, coagularea sistemelor solilor liofobi negativi se face cu cationi polivaleni,hidrolizabili. Concentraia critic de coagulare a acestor ioni este puternic dependent de pH,aceast dependen fiind determinat de natura speciilor contraionice formate prin hidrolizaionilor coagulani. ntruct particulele coloidale din apele obinuit naturale au n general semn

negativ, pentru purificarea acestor ape se folosesc n mod obinuit srurile ferice sau cele dealuminiu (de fapt, ionii de Fe3+i/sau ionii Al3+). La coagularea solizilor pozitivi, funcioneazca ageni de coagulare, anionii electrolitului coagulant.


2/4


2

Pentru determinarea concentraiei critice de coagulare (C.C.C.), cele mai comode suntmetodele optice, bazate pe msurarea absorbanei (densitate optic, extincie), A sau aturbiditii a supernatantului (mediul de dispersie rmas dup separarea dispersoidului) nfuncie de concentraia electrolitului coagulant. Msurtorile se fac dup un timp convenabil dela adugarea electrolitului coagulant (30......60 minute) - timp care trebuie determinat n prealabil

pentru o prob martor timp care corespunde situaiei n care absorbana sau turbiditatea nu mai

variaz sensibil.Se reprezint grafic absorbana n funcie de concentraia electrolitului coagulant (figura1) sau turbiditatea n funcie de lnCC, =f(lnCC), (figura 2).

Fig. 1 Reprezentarea grafic A=f(Cc) Fig. 2 Reprezentarea grafic =f(lnCC)

Prin extrapolarea poriunilor abrupte, descresctoare, ale acestor curbe, se obine laintersecia cu axa concentraiilor, valoarea concentraiei critice de coagulare (C.C.C.), respectiv,logaritmul concentraiei critice de coagulare.

Dei este mai precis, n unele cazuri aceast metod nu este convenabil deoarecenecesit t imp ndelungat pentru sedimentarea particulelor coagulante. Din acest motiv, adesea, sefolosete o metod mai direct, care este bazat pe msurarea absorbanei sau turbiditii soluluiimediat dup adugarea electrolitului coagulant. n acest caz, densitatea optic sau turbiditatea

crete cu cantitatea de electrolit coagulant, deoarece n urma coagulrii dimensiuniledispersoidului se mresc (figurile 3 i 4).

Figura 3 Reprezentarea graficA=f(Cc) Figura 4 Reprezentarea grafic =f(lnCc)

Un alt scop al lucrrii de fa l constituie studiul stabilizrii sistemelor coloidale.Adugarea de compui macromoleculari sau de coloizi de asociaie solubili n ap, ca proteinele,spunurile, amidonul, gelatina, etc., la coloizii liofobi are ca efect creterea stabilitii acestorafa de coagulare. Aciunea stabilizatoare const n formarea pe suprafaa particulelor a unor

pelicule protectoare, cu vscozitate i elasticitate ridicat, care produce o liofilizare a suprafeeiparticulelor. Macromoleculele se adsorb pe suprafaa particulelor formnd agregate n form delanuri ncolcite care mpiedic apropierea i ciocnirea particulelor. Capacitatea protectoare a

polimerului se exprim, prin indicele de protecie, S, care reprezint cantitatea de protectornecesar pentru stabilizarea unitii de volum de soluie coloidal. Acesta se calculeaz curelaia:


3/4


3

P

P

VS C

V (1)

unde CPeste concentraia soluiei substanei protectoare (g/L); VPeste volumul minim desoluie necesar pentru o protecie efectiv i V - volumul final al solutului.

Obinerea solului de hidroxid feric

Formarea solului de hidroxid feric se bazeaz pe o reacie chimic de hidroliz:3 2 3

3 3( )F eCl H O F e OH H Cl Analiza solului de hidroxid feric a condus la urmtoarea structur a micelei:

[( ( ) ) ( ) ]x

mF eO OH pF eOCl nF eO n x Cl xCl

Pentru a explica structura micelei se admite c oxiclorura de fer se formeaz pri n hidrolizaclorurii ferice, care are loc n trepte:

3 2

2

2

( )

F eCl H O F eOCl H Cl

F eOCl H O F eO OH H Cl

n baza acestui mecanism, se consider nucleul constituit dintr-un amestec de FeO(OH) iFeOCl, n care predomin oxiclorura de fer, deoarece prima treapt a hidrolizei est e mai

accentuat.n conformitate cu aceast presupunere, micela poate fi redat schematic astfel:

Modul de lucru i prelucrarea datelor experimentale .Prepararea solului de hidroxid feric, Fe(OH)3. ntr-un flacon cotat de 100 cm

3 seintroduc 10 cm3soluie de clorur feric, FeCl3, de concentraie 50% i se completeaz la semncu ap bidistilat. Soluia diluat se aduce ntr-un pahar Berzelius de 400 mL i se precipithidroxidul feric, adugndu-se pictur cu pictur, sub agitare continu, 20 cm3 soluie deamoniac, de concentraie 20%. Precipitatul obinut se spal de 4 -5 ori cu ap distilat, prindecantare, pentru nlturarea electrolitului. Supernatantul (soluia limpede), la ultima splare nutrebuie s aib un pH mai mare de 8,5. Precipitatul splat se aduce ntr-un pahar Berzelius de unlitru i se adaug 800-1000 cm3, soluie de acid clorhidric, HCl, de concentraie 0,05 mol/L, cndse obine un sol rou-brun de Fe(OH)3. Acesta este lsat n repaos timp de 4-6 ore, pentru

sedimentarea eventualelor particule grosiere.Determinarea concentraiei critice de coagulare. n 10 eprubete se introduc cte 5 mLsoluie de hidroxid feric i cantiti variabile de ap (Va), dup care se introduc cantiti variabiledintr-o soluie de electrolit coagulant, (Vc)(n cazul de fa fiind o soluie de de sulfat de potasiu,K2SO4, de concentraie, Cc= 0,01mol/L), astfel nct volumul final al solutului s fie egal cu 15cm3dup cum este indicat n tabelul 1.

Tabelul 1.Eprubeta 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Va(mL) 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1Vc(mL) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

A


4/4


4

Important. Dup adugarea electrolitului coagulant, soluia se agit energic i se msoarimediat absorbana.

Msurtorile de absorban se efectueaz cu un spectrofotometruSPEKOL, la lungimeade und de 625 nm sau cu un fotocolorimetru utiliznd filtrul rou care are maximul benzii detransmisie la aproximativ 600 nm.

Turbiditile soluiilor se calculeaz cu relaia:

2 303, Al

(2)

unde: A este absorbana (extincia, densitatea optic), iar l grosimea cuvei cu soluie.Se reprezint grafic absorbana (sau turbiditatea) n funcie de volumul soluiei de

electrolit. Din aceast diagram se afl volumul critic de coagulare, la intersecia poriunilo rliniare ale intervalelor median i final a curbei obinute (figura 5).

Figura 5. Reprezentarea graficA=f(Vc) Figura 6 Reprezentarea graficA=(Vg)

Concentraia critic se calculeaz cu relaia:

. . . CCc

VC C C C

V (3)

Unde VCCeste volumul critic de coagulare, iar V este volumul final de soluie.

Determinarea indicelui de protecie la coagulare.n 10 eprubete se introduc cte 5 mL soluie coloidal de hidroxid feric, cantiti variabile

de ap (Va) i cantiti variabile dintr-o soluie de gelatin de concentraie 0,05g/dL (Vg),conform datelor din tabelul 2.

Soluiile se agit energic i se las n repaos circa 15-20 minute, dup care se adaugsoluie de electrolit coagulant (K2SO4, 0,01 mol/L) n uor exces fa de volumul critic decoagulare determinat n experimentul anterior (de exemplu: VCC+1mL).

Tabelul 2.

Eprubeta 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Va(mL) 5 4,75 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1 0Vg(mL) 0 0,25 0,5 1 1,5 2 2,5 3 4 5

A

Dup agitare energic, se determin absorbana soluiei la aceeai lungime de und(625nm).

Se reprezint grafic absorbana soluiei din cele 10 eprubete n funcie de volumul soluieide gelatin adugat. Din grafic se gsete volumul minim pentru protecia la coagulare (V P)(figura 6). Indicele de protecie la coagulare se calculeaz cu relaia (1).

prepararea solutiilor coloidale

Documents