Kolloidosakeste elektrokineetilise potentsiaali elektroforeetiline määramine (1)

TTÜ
Materjaliteaduse instituut füüsikalise keemia õppetool
Töö nr 6/9K
Töö pealkiri
Kolloidosakeste elektrokineetilise potentsiaali elektroforeetiline määramine
Üliõpilase nimi ja eesnimi
Õpperühm
Töö teostamise
kuupäev:
09.03.2011
Kontrollitud:
Arvestatud:
Joonis 1 Elektrofereesi uurimise seadme põhimõtteskeem
Fe(OH)3 SOOLI VALMISTAMINE
TÖÖ EESMÄRK
Valmistada raudhüdroksiidi kolloidlahus. Määrata kolloidosakeste laengumärk ja ζ - potentsiaal elektroforeesi teel.
TÖÖVAHENDID
FeCl3 2% värskelt valmistatud lahus, keeduklaasid, pipetid.
TÖÖ KÄIK
Raudhüdroksiidi sooli vōib saada, kui intensiivsel segamisel juhtida 10 ml 2% värskeltvalmistatud 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 vōrrandile
FeOCl = FeO+ Cl
FeOioon adsorbeerub Fe(OH)3 osakese pinnale ning Clioon esineb vastasioonina. Raudhüdroksiidi mitselli vōib kujundada järgmiselt:<xxCl
Teise arvamuse kohaselt vōib olla stabilisaatoriks ka FeCl3. Sel juhul on Fe(OH)3 mitselli ehitus järgmine:<3x+3xCl
Mōlemal juhul tekib positiivselt laetud sool.
Mitsell on punakaspruuni värvusega. Jahutamisel hakkab tasakaal aeglaselt nihkuma vastasreaktsiooni suunas, mida saab 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 (anioniiti).
Seejärel määratakse saadud soolile 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 (ζ – potentsiaal- DEF: Mõttelist pinda, milles vastasioonid kolloidosakestega enam kaasa ei liigu, nimetatakse nihkepinnaks ehk libisemispinnaks ja sellele pinnale vastavat potentsiaali väärtust nimetatakse -potentsiaaliks).
TÖÖVAHENDID
Elektrofereesi kiirust mõõdetakse joonisel 1 kujutatud seadmes .
TÖÖ KÄIK
Hoolikalt pestud ja kuiv U-toru kinnitatakse hoidiku külge, külgtoru täidetakse juhendaja poolt määratud kolloidlahusega, U-torusse kallatakse umbes 15 ml külgvedelikku ja asetatakse kohale CuSO4 -ga täidetud vahelahused. Seejärel asetatakse kohale soolasillad ja Cu-elektroodid, mis ühendatakse alalisvoolu toiteallikaga. Nüüd avatakse ettevaatlikult U-toru ja külgtoru ühendav kraan (1), 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, fikseerides ühtlasi ka aja.
Ettenähtud aja möödudes lülitatakse pinge välja ja määratakse piirpinna edasiliikumise ulatus ja suund (kumba elektroodi poole piirpind nihkus)
KATSEANDMED
Potentsiaalide vahe elektroodidel U
Elektroodide vaheline kaugus L
Piirpinna edasinihkumine h
Elektroforeesi aeg t
Külgvedeliku viskoossus η
Külgvedeliku dielektriline läbitavus ε
V
m
m
s
mPa*s
150
0,233
0,005
1500
0,8902
78,53
Elektrokineetiline potentsiaal (ζ ) arvutatakse järgmise valemi abil:
v , kus
η - külgvedeliku viskoossus Pas, antud juhul dest. 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.
Piirpinna nihkumise suuna järgi määratakse laetud osakese märk.
ARVUTUSED
v = h/t = 0,005/1500 = 3,3*10-6 m/s
E = U/L = 150/0,233 =643,78 V/m
V
Kuna nihkus katoodi poole, mistõttu jääb tulemus positiivseks.