Kolloidosakeste elektrokineetilise potentsiaali elektroforeetiline määramine (0)

TTÜ Materjaliteaduse Instituut
Füüsikalise keemia õppetool
Töö nr 6/9k
Kolloidosakeste elektrokineetilise potentsiaali elektroforeetiline määramine
Joonis 1. Elektroforeesi uurimise seadme põhimõtteskeem

Fe(OH)3 SOOLI VALMISTAMINE

Töö eesmärk

Töös on vaja valmistada raudhüdroksiidi kolloidlahus. Määrata kolloidosakeste laengumärk ja ζ - potentsiaal elektroforeesi teel.

Töövahendid

FeCl3 2% värskelt valmistatud lahus, keeduklaasid, pipetid.

Töö käik

Raudhüdroksiidi sooli saab, kui intensiivsel segamisel juhtida 10 ml 2% värskelt valmistatud FeCl3 lahust 250 milliliitrisse keevasse vette. Toimub hüdrolüüsireaktsioon
FeCl3 + 3H2O = Fe(OH)3 + 3HCl
Raudhüdroksiidi raskestilahustuvad molekulid moodustavad omavahel ühinedes osakese tuuma. Ionogeense rühma annavad raudoksükloriidi molekulid, mis tekivad tuuma molekulide reageerimisel soolhappega:
Fe(OH)3 + HCl = FeOCl + 2H2O
Raudoksükloriidi molekulid dissotseeruvad vastavalt võrrandile:
FeOCl = FeO+ Cl
FeO ioon adsorbeerub Fe(OH)3 osakese pinnale ning Clioon esineb vastasioonina. Raudhüdroksiidi mitselli vōib kujundada järgmiselt: <xxCl
Teise arvamuse järgi võib stabilisaatoriks olla ka FeCl3. Siis on Fe(OH)3 mitselli kuju:<3x+3xCl
Mitsell on punakaspruuni värvusega. Jahutamisel hakkab tasakaal aeglaselt nihkuma vastasreaktsiooni suunas, mida on märgata lahuse värvuse heledamaks muutumise järgi. Seda saab vältida, kui eemaldada hüdrolüüsil tekkinud HCl, kas dialüüsides saadud sooli kuumalt vōi juhtides teda läbi kolonni, mis sisaldab nōrgalt aluselist OH vormis ioniiti.
Saadud soolile määratakse kolloidosakeste laengumärk ja ζ - potentsiaal kolloidkeemia töös nr 9 kirjeldatud viisil.
KOLLOIDOSAKESTE ELEKTROKINEETILISE POTENTSIAALI ELEKTROFOREETILINE MÄÄRAMINE

Töö eesmärk

Uurida elektroforeesi nähtust, mōōtes piirpinna kolloidlahus-dispersioonikeskkond liikumise joonkiirust. Selle pōhjal määrata osakeste laengu märk ja arvutada elektrokineetiline potentsiaal.
Töövahendid
Elektrofereesi kiirust mõõdetakse joonisel 1 kujutatud seadmes . See koosneb U-kujulisest torust (1), gradueeritud skaalast piirpinna edasiliikumise ulatuse määramiseks (2), kraani abil U-toruga ühendatud külgtorust (3), agar -agariga ja KCl-ga täidetud soolasillast (4), CuSO4 vahelahusest (5), Cu-elektroodidest (6) ja alalisvoolu toiteallikast.
Teoreetilise alused
Tahke ja vedela faasi liikumisel teineteise suhtes ei toimu libisemine vahetult tahke aine pinnal, vaid kaugemal. Adsorbse kihi ioonid ja ka osa difuusse kihi ioone jäävad paigale, ülejäänud difuusse kihi ioonid liiguvad koos vedelikuga. Elektrokineetiline potentsiaal on potentsiaal sellisel kaugusel piirpinnast, kus vedel faas hakkab liikuma tahke faasi suhtes. See suurus määrab elektrokineetiliste nähtuste intensiivsuse ning on oluline näitaja ka kolloidlahuste püsivuse määramisel Elektrokineetilist potentsiaali mõjutavad: temperatuur, lahjeduse suurus ja mõnel juhul ka pH.

Töö käik

Hoolikalt pestud ja kuiv U-toru kinnitatakse hoidiku külge, külgtoru täidetakse kraanini raudhüdroksiidi sooliga. Kraan suletakse ning toru täidetakse ääreni kolloidlahusega. U-torusse kallatakse umbes 15 ml külgvedelikku (vett) ja asetatakse kohale CuSO4-ga täidetud vahelahused. Seejärel asetatakse kohale soolasillad ja Cu- elektroodid , mis ühendatakse alalisvoolu toiteallikaga. Avatakse ettevaatlikult U-toru ja külgtoru ühendav kraan, nii et kolloidlahus tungiks vōimalikult aeglaselt U-torusse ja seguneks minimaalselt külgvedelikuga. Kraan hoitakse lahti seni, kuni külgvedelik tōuseb elektroodideni. Juhul kui kolloidlahust ei jätku, suletakse ühenduskraan, lisatakse kolloidlahust ja jätkatakse U-toru täitmist, kuni külgvedeliku nivoo ulatub soolasillani. Seejärel suletakse kraan lōplikult ja määratakse piirpinna asukohad kolloidlahuse ja külgvedeliku vahel mōlemas U-toru harus. Vastavalt juhendaja poolt antud tööülesandele lülitatakse pingeallikas sisse ja reguleeritakse vastav pinge elektroodidele, fikseeritakse ühtlasi ka aeg. Ettenähtud aja möödudes lülitatakse pinge välja ja määratakse piirpinna edasiliikumise ulatus ja suund ehk kumma elektroodi poole piirpind nihkus.

Katseandmed

Potentsiaalide
vahe elektroodidel U
Elektroodide vaheline
kaugus L
Piirpinna
edasinihkumine h
Elektrofo-reesi aeg t
Külgvedeliku viskoossus η
Külgvedeliku dielektriline läbitavus ε
130 V
0,22 m
0,014 m
1500 s
0,00101 Pa.s
80,08
Elektrokineetiline potentsiaal (ζ ) arvutatakse valemiga:
v , kus
η - külgvedeliku viskoossus Pas (destilleeritud vesi),
v - piirpinna edasiliikumise kiirus m/s,
v = h/t,
E - elektrivälja tugevus V/m,
E = U/L,
ε0 - vaakumi dielektriline läbitavus 8,85410-12 F/m.

Minu tulemused

v = h/t = 0,014/1500 = 9,3·10-6 m/s
E = U/L = 130/0,22 = 590,91 V/m
ζ V
Piirpinna nihkumise suuna järgi määratakse laetud osakese märk.
Tulemus jääb positiivseks, sest laetud osake liikus miinuse poole ehk katoodile, kuhu liikuvad katioonid on positiivselt laetud.

Järeldus

Töös mõõtsin piirpinna kolloidlahus ja dispersioonikeskkond liikumise joonkiirust, mille põhjal arvutasin raudhüdroksiidi kolloidlahuse elektrokineetlise potentsiaali, milleks sain 0,0222 V, mille laeng on positiivne, sest osakesed liikusid katoodi poole.

Kasutatud kirjanud

Palm , U. Past, V. Füüsikaline keemia. 1974. Valgus.