Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии - Фролов Ю. Г.
Скачать (прямая ссылка):
{3§) Рассчитайте количество сульфокатионита в Н+-форме и анионита в ОН~-форме, необходимое для очистки 1000 м3 природной воды, содержащей 0,025 г/л ЫаС1, 0,04 г/л Л^БО^ 0,12 г/л Са(НС03)2. Полная обменная емкость катионита 4,2 экв/кг, анионита — 3,5 экв/кг.
40. Определите, какое количество (в кг) морской воды можно обессолить с помощью хроматографических колонок, содержащих 1 кг катионита и 1 кг анионита, если динамическая обменная емкость каждого ионита равна 3,5 экв/кг. Концентрация солей, преобладающих в воде, в % (масс): ЫаС1 —2,74, М§С12 —0,33, М&504 —0,23.
41. Рассчитайте среднее значение константы ионообменного равновесия, описываемого уравнением Никольского, используя данные по замещению ионов кальция из почвы на ионы натрия из раствора натриевой соли:
Равновесная концентрация в
растворе, ммоль/л
3,26 6,60 13,80 21,25 37,84 36,72 34,62 31,87
Na............
Ca . -..........
Адсорбция Л-102 на почве,
моль/кг Na . Ca .
0,28 0,60 1,20 1,89 39,72 39,56 39,40 38,68
74
42. Ввели 3 г полистирольного сульфокатионита в Н+-форме, полная обменная емкость которого 5,12 экв/кг, в 0,2 л водного раствора СзС1 исходной концентрации 8-Ю-2 моль/л. Определить равновесные концентрации ионов Н+ и Сэ+ в растворе и в ионите, если константа ионообменного равновесия равна Д'м/д =2,7.
?ж В раствор, содержащий 0,028 моль/л ИЬС1, ввели 5 г феноло-формальдегидного сульфокатионита в Ма+-форме и смесь выдержали до достижения равновесия ионного обмена. Рассчитайте, какая часть рубидия будет адсорбироваться, если константа равновесия Дкь/К[а =4,3, полная обменная емкость 3,5 экв/кг (Ма+-форма ионита), объем раствора 0,21 л.
III. КИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ И КИНЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ
В микрогетерогенных системах (суспензиях, эмульсиях, газовых эмульсиях, аэрозолях), частицы которых благодаря большой массе не могут принимать участия в тепловом (броуновском) движении, происходит седиментация — осаждение или обратный процесс — всплывание частиц. Если движение потока частиц ламинарное и может быть описано уравнением Стокса, то скорость оседания (всплывания) в гравитационном поле и связана с их размером следующим соотношением:
„_^(Р-Ро> (ШЛ)
В
где v—объем частицы; g — ускорение свободного падения; р и р0 — соответственно плотность частицы и дисперсионной среды; В — коэффициент трения.
Для сферических частиц (В = блцг) это уравнение принимает вид
а=2у'(р-Ро) (Ш. 2)
9г|
где г — радиус частицы; Т| — вязкость дисперсионной среды.
Способность системы к седиментации характеризуют константой седиментации:
с _ тот _ у (р — ро)
>->сед— g , g (lll.O)
где Шот — относительная масса частицы (с учетом плотности среды; отот = от— tipo). Для сферических частиц уравнение (III. 3) принимает вид
^д-2г2(р9~р0) (iil4)
В центробежном поле расстояние х., пройденное частицами при седиментации, увеличивается со временем х по экспоненте (при постоянном числе оборотов центрифуги).
ln^-=^!i (Ш. 5)
75
а если частицы сферические, то
х 2г2 (р — р0) со2т , / 9г| 1п х/х0
-^--, г = Л I -г—о— (Ш- о)
где х0 — начальное расстояние частиц от центра вращения; со — угловая скорость вращения ротора центрифуги.
Соотношения (III. 1) — (III. 6) используются в седиментационном анализе дисперсности различных материалов.
Седиментационный анализ дисперсности состоит в получении кривой седиментации, т. е. зависимости массы осадка т дисперсной фазы (осевшей к данному времени) от времени осаждения т. Очевидно, что для монодисперсной (с одинаковыми частицами) системы такая зависимость является линейной:
<2
т = —ггих (III. 7)
п
еде <3 — общая масса дисперсной фазы; Н — первоначальная высота столба суспензии.
Все реальные дисперсные системы полидисперсиы (частицы дисперсной фазы имеют разные размеры), и поэтому скорости осаждения частиц различных фракций разные: крупные частицы осаждаются быстрее, мелкие — медленнее. По этой причине кривая седиментации выпукла к оси ординат. Тангенсы угла наклона касательных в данных точках кривой седиментации определяют скорости седиментации соответствующих фракций частиц. Зная скорости осаждения частиц отдельных фракций, по уравнению (III. 2) можно рассчитать их размеры (радиусы). Построением интегральной, а затем дифференциальной кривых распределения частиц полидисперсной системы по радиусам (размерам) заканчивается седиментационный анализ.
Ультрамикрогетерогенные системы (золи) отличаются тем, что их частицы принимают участие в тепловом движении, следуют всем моле-кулярно-кинетическим законам, которые позволяют по соответствующим экспериментальным зависимостям определить концентрацию, массу и размер частиц дисперсной фазы.
К таким законам относится закон Эйнштейна — Смолуховского, который устанавливает связь между средним сдвигом частиц Д и коэффициентом диффузии Б:
Д2 = 2?>т (III. 8)
где т—время между моментами измерения расстояний движущейся частицы.
К золям применимо также уравнение Эйнштейна для коэффициента диффузии ?>. Если частицы сферические, то это уравнение имеет вид
