Дано:
- Порог коагуляции гидрозоля гидроксида железа(III) сульфатом натрия: C1 = 0,32 ммоль/л = 3,2 × 10^-4 моль/л
- Порог коагуляции гидрозоля гидроксида железа(III) хлоридом алюминия: C2 = 20,50 ммоль/л = 2,05 × 10^-2 моль/л
Найти:
- Знак заряда коллоидных частиц золя.
- Величины коагулирующей способности электролитов.
- Соотношение величин коагулирующей способности и его сопоставление с вычисленным по правилу Шульце — Гарди.
Решение:
1. Определим знак заряда коллоидных частиц:
Порог коагуляции зависит от заряда частиц. Если коагуляция происходит при низких концентрациях электролитов, это указывает на высокую коагулирующую способность электролита и, соответственно, на наличие противоположного знака заряда у частиц.
- Сульфат натрия (Na2SO4) содержит анионы (SO4^2-), что указывает на отрицательный заряд частиц.
- Хлорид алюминия (AlCl3) содержит катионы (Al^3+), что указывает на положительный заряд частиц.
Таким образом, если порог коагуляции для сульфата натрия низкий, частицы имеют отрицательный заряд. Если порог коагуляции для хлорида алюминия высокий, это также подтверждает, что частицы имеют отрицательный заряд.
2. Вычислим величины коагулирующей способности электролитов:
Коагулирующая способность (K) электролита определяется как обратная величина порога коагуляции.
- Для сульфата натрия:
K1 = 1 / C1
K1 = 1 / (3,2 × 10^-4) ≈ 3125 л/моль
- Для хлорида алюминия:
K2 = 1 / C2
K2 = 1 / (2,05 × 10^-2) ≈ 48,8 л/моль
3. Сопоставим отношение величин коагулирующей способности с вычисленным по правилу Шульце — Гарди:
Правило Шульце — Гарди гласит, что отношение коагулирующих способностей электролитов обратно пропорционально квадрату их валентности.
- Валентность сульфата натрия: SO4^2- (двойной заряд, валентность 2).
- Валентность хлорида алюминия: Al^3+ (тройной заряд, валентность 3).
Отношение коагулирующих способностей (K1 / K2) должно быть примерно равно квадрату отношения валентностей:
(valence of Al^3+)^2 / (valence of SO4^2-)^2
(3^2) / (2^2) = 9 / 4 = 2,25
Рассчитаем фактическое отношение коагулирующих способностей:
K1 / K2 = 3125 / 48,8 ≈ 64
Сравним с теоретическим отношением:
64 / 2,25 ≈ 28,4
Полученное значение намного больше теоретического значения, что может быть вызвано различиями в активностях и другими факторами, влияющими на коагуляцию в реальных системах.
Ответ:
- Знак заряда коллоидных частиц золя: отрицательный.
- Величины коагулирующей способности:
- Сульфат натрия: K1 ≈ 3125 л/моль
- Хлорид алюминия: K2 ≈ 48,8 л/моль
- Отношение величин коагулирующей способности значительно отличается от вычисленного по правилу Шульце — Гарди, что указывает на влияние дополнительных факторов в реальных системах.