М.В.ТОВБИН Е. В. РУСТАМОВА

М. В. ТОВБИН, Е. В. РУСТАМОВА
ЛЕКЦИОННЫЕ
ДЕМОНСТРАЦИИ
К КУРСУ
КОЛЛОИДНОЙ
химии
ИЗДАТЕЛЬСТВО КИЕВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
1967
541
Т50
В книге дается описание 114 лек-
ционных демонстраций по коллоид-
ной химии. Значительная часть опы-
тов подготовлена на кафедре физи-
ческой и коллоидной химии Киевско-
го университета и описана впервые,
остальные демонстрации изложены на
основании литературных данных.
Опыты собраны по отдельным
разделам коллоидной химии. Каж-
дый раздел начинается кратким тео-
ретическим введением.
Рассчитана на преподавателей и
ассистентов вузов, проводящих де-
монстрации к курсу коллоидной хи-
мии, а также на преподавателей хи-
мии техникумов и средних школ.
2—5—4
26—67
ПРЕДИСЛОВИЕ
Роль лекционного демонстрирования в системе выс-
шего химического образования хорошо известна. Увле-
кательные, эффектные демонстрации, которыми обычно
сопровождаются курсы неорганической и органической
химии, надолго запоминаются студентами; они способст-
вуют усвоению материала.
Однако при чтении ряда химических дисциплин лек-
ционному демонстрированию не уделяют должного вни-
мания. К таким дисциплинам относится и коллоидная
химия, читается на химических факультетах универси-
тетов и других высших учебных заведений.
В отечественной и мировой литературе до сих пор нет
ни одного специального пособия, в котором системати-
зировались бы лекционные демонстрации по коллоидной
химии. Лишь в отдельных руководствах приводится
краткое описание сравнительно небольшого количества
разрозненных демонстраций.
На кафедре физической и коллоидной химии Киев-
ского государственного университета в течение ряда лет
проводилась методическая работа по подготовке лекци-
онных демонстраций к курсу коллоидной химии. При
этом были использованы отдельные опыты, демонстри-
руемые в различных высших учебных заведениях, а так-
же описанные в ряде курсов и практикумов. Одновре-
менно на кафедре разработано значительное количество
новых демонстраций. Результатом этой работы и явля-
ется настоящее пособие.
При разработке и осуществлении лекционных демон-
страций мы исходили из того, чтобы на опыт затрачива-
лось минимальное количество времени и чтобы при этом
он был максимально нагляден и (эффектен.
з
В пособии подробно излагаются детали техники вы-
полнения демонстраций.
Опыты собраны по отдельным разделам коллоидной
химии. Каждый раздел начинается весьма кратким тео-
ретическим введением.
В пособии описано 114 демонстрационных опытов по
основным разделам коллоидной химии.
Продемонстрировать во время чтения курса все опи-
санные опыты невозможно ввиду ограниченности числа
лекционных часов. Поэтому лектор должен выбирать те
демонстрации, которые наиболее наглядно иллюстриру-
ют читаемый материал.
Авторы были бы весьма признательны всем коллегам
за критические замечания и за сообщение описаний но-
вых демонстраций, которые могли бы войти во второе из-
дание книги.
ГЛАВА 1
МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ
И ОЧИСТКИ ЗОЛЕЙ
Коллоидное состояние вещества, как известно, харак-
теризуется определенной степенью раздробления частиц
дисперсной фазы. Степень дисперсности достигается дву-
мя противоположными путями: частицы необходимых
размеров можно получить соединением (конденсацией)
отдельных молекул и дроблением (диспергированием)
более крупных агрегатов.
Методы получения золей делят на конденсационные
и диспергационные. При конденсационных методах ис-
пользуются и химические, и физические процессы. Так,
любая химическая реакция, приводящая к образованию
в растворе трудно растворимого вещества, может быть
использована для получения золей конденсационным ме-
тодом. Для этого необходимо проводить реакцию только
при таких условиях, при которых образующийся золь об-
ладает достаточной агрегативной устойчивостью (on. 1 —
6). При получении золей конденсационным методом мо-
гут использоваться и физические процессы. Так, золи
ряда веществ получают конденсированием их паров в
жидкостях.
До некоторой степени условно к таким методам отно-
сят и так называемый метод замены растворителя, при
котором используют различие растворимости вещества,
получаемого в коллоидном состоянии в двух смешива-
ющихся жидкостях. Для этого изготовляют истинный
раствор данного вещества в одной из жидкостей и по-
степенно вливают его в другую (в которой это вещество
практически нерастворимо).
В результате происходящей «замены растворителя»
удается получить золи многих веществ (оп. 7—8).
4
5
При диспергационных методах приготовления золей
используют как механическое дробление (коллоидные
мельницы), так и диспергирование при помощи других
видов энергии (например, ультразвуковых колебаний).
К диспергационным методам условно принято относить
и метод пептизации осадков, который заключается в об-
работке свежеполученных коллоидных осадков различ-
ными, так называемыми пептизаторами (он. 9—10).
В некоторых методах приготовления золей одновре-
менно имеют место как конденсационные, так и диспер-
гационные процессы. К ним относится метод электриче-
ского распыления, применяемый при изготовлении зо-
лей ряда металлов (оп. 11). Он сводится к распылению
металлов в электрической дуге, создаваемой в опреде-
ленной дисперсионной среде.
Следует иметь в виду, что золи, образующиеся при
любом способе приготовления, всегда загрязнены раз-
личными примесями, главным образом истинно раство-
римыми веществами. Они существенно влияют на свой-
ства золей и в первую очередь на их устойчивость. По-
этому для изучения свойств золей их необходимо сна-
чала по возможности очистить от загрязнений. Приме-
няемые методы очистки основаны на том, что истинно
растворимые примеси способны диффундировать через
мембраны, сделанные из высокомолекулярных соедине-
ний (как естественных, так и искусственных), в то врем
как коллоидные частицы через них не проходят. Это
различие свойств используется в основном методе очист-
ки золей, называемом диализом, который предложил
еще Трем (оп. 12).
Процесс диализа требует весьма большой затраты
времени. В большинстве случаев основными загрязнени-
ями в золях, особенно сильно влияющими на их устой-
чивость, являются растворимые в дисперсионной среде
электролиты. Для их удаления применяют электродиа-
лиз, при котором диализ проводят в специальных сосу-
дах при пропускании постоянного электрического тока
(оп. 13). Наконец, очищать золи можно фильтрованием
их через специальные фильтры (ультрафильтрование).
В этом случае загрязненную истинно растворимыми ве-
ществами дисперсионную среду удаляют через фильтр,
изготовленный из высокомолекулярного соединения, и
заменяют свежими порциями чистой жидкости (оп. 14).
ДЕМОНСТРАЦИЯ ЗОЛЕЙ
Принадлежности: 1) универсальный проекционный
аппарат; 2) 7 склянок с гидрозолями и истинными раст-
ворами.
Выполнение. На лекции прежде всего целесообразно
показать ряд заранее приготовленных золей, например,
золей гидроокиси железа, сернистого мышьяка, сернис-
той сурьмы, золота и канифоли.
Золи приготовляют незадолго до лекции (on. 1, 2, 3,
5, 7) и сохраняют в стеклянных склянках с плоскопа-
раллельными стенками. Склянки закрывают пришлифо-
ванными или резиновыми пробками.
На лекции каждую из склянок с золями помещают на
оптическую скамью (удобно использовать универсаль-
ный проекционный аппарат с оптической скамьей для
физических кабинетов, изготовляемый заводом школь-
ного приборостроения — г. Загорск, Московской облас-
ти), установленную на кафедре, и освещают пучком све-
та от осветителя. Все линзы снимают. При этом должен
наблюдаться отчетливый конус Тиндаля. Чтобы показать,
что конус Тиндаля характерен для золей и практически
отсутствует при прохождении света через индивидуаль-
ные жидкости или истинные растворы, на оптическую .
скамью, для сравнения, помещают такие же склянки,
заполненные дистиллированной водой и 5%-ным раство-
ром сульфата меди. Склянки до заполнения следует
тщательно вымыть. Заполнять их надо дважды пере-
гнанной дистиллированной водой и свежеотфильтрован-
ным (через стеклянный фильтр) раствором сульфата
меди. При неаккуратной работе конус Тиндаля (правда,
не особенно яркий) может наблюдаться и при освеще-
нии истинных растворов (из-за наличия в них взвешен-
ных частиц).
ПОЛУЧЕНИЕ ЗОЛЕЙ
Опыт 1. Получение золя гидроокиси железа
А. Метод гидролиза
Принадлежности: 1) коническая колба емкостью
250 мл; 2) пипетка на 15 мл; 3) 2%-ный раствор хлор-
ного железа; 4) газовая горелка; 5) штатив Бунзена с
кольцами и асбестовой сеткой.
6
7
Выполнение. В тщательно вымытой и пропаренной
конической колбе емкостью 250 мл нагревают до кипе-
ния 85 мл дистиллированной воды. Для экономии вре-
мени нагревание воды проводят до начала демонстрации
опыта. Когда вода закипает, удаляют газовую горелку и
приливают небольшими порциями при постоянном взбал-
тывании 15 мл 2%-ного раствора хлорного железа. По-
лученный коричнево-красный золь кипятят в течение не-
скольких минут.
Для дальнейшей демонстрации золь не требует очист-
ки. Можно показать наличие конуса Тиндаля в получен-
ном золе. Для этого часть охлажденного золя перелива-
ют в кювету с плоскопараллельными стенками размером
10X8X2 см и освещают ее на оптической скамье (см.
демонстрацию золей).
Б. Метод Грема
Принадлежности: 1) колба емкостью 500 чл; 3) ка->
пельница; 3) 1%-ный раствор хлорного железа; 4) кон-
центрированный раствор углекислого аммония.
Выполнение. Методом Грема золь гидроокиси железа
получают при взаимодействии хлорного железа с угле-
кислым аммонием; при этом выделяется углекислый газ,
а в растворе образуется гидроокись железа в коллоид-
нодисперсном состоянии и хлористый аммоний, который
может быть частично удален из золя при помощи диа-
лиза.
В колбу на 5Э0 мл наливают 200—300 мл 1 н. раство-
ра хлорного железа и к нему по каплям добавляют кон-
центрированный раствор углекислого аммония до раст-
ворения образующегося вначале осадка. При этом обра-
зуется темно-коричневый золь гидроокиси железа.
Опыт 2. Получение золя сернистого мышьяка
Принадлежности: 1) коническая колба емкостью
250 мл; 2) капельная воронка; 3) аппарат для получения
сероводорода; 4) аппарат для получения водорода;
5) насыщенный раствор As2O3 в воде.
Выполнение. Получение золя As2S3 следует вести под
тягой. На лекции опыт показывать нецелесообразно, так
как он требует сравнительно большой затраты времени.
В тщательно вымытую и пропаренную коническую
колбу емкостью 250 мл наливают 50 мл дистиллирован-
ной воды и медленно пропускают через нее ток серово-
дорода. Сероводород получают в аппарате Киппа и затем
очищают его, пропуская через газовую промывалку с во-
дой. Одновременно с пропусканием сероводорода в кол-
бу по каплям из капельной воронки приливают 150 мл
охлажденного в воде насыщенного раствора As2O3. Этот
раствор получают продолжительным кипячением 3 г
As2O3 в 500 мл дистиллированной воды. В результате
образуется золь As2S3 желтого цвета. Избыток серово-
дорода из раствора удаляют пропусканием через него на
протяжении 2—3 ч очищенного водорода (до полного ис-
чезновения запаха сероводорода). Водород, пропускае-
мый через золь, должен быть тщательно очищен. Его
можно получать в аппарате Киппа и очищать, пропуская
через газовые промывалки с водой, раствором КМПО4,
едкого натра и концентрированной серной кислотой. Так
как золь As2S3 весьма чувствителен к присутствию элек-
тролитов, то посуда для выполнения опыта должна быть
тщательно промыта, а само получение следует проводить
в условиях, исключающих возможность попадания в золь
электролитов (очистка водорода, защита от возможного
попадания пыли из воздуха и т. д.). Для длительного
хранения полученный золь следует подвергнуть диализу
до тех пор, пока его удельное сопротивление не достигнет
примерно 2—2,3 тыс. ом. Дальнейшая очистка золя не-
целесообразна, так как может привести к его коагуля-
ции. Полученный золь используют для демонстрации
(см. демонстрацию золей).
Опыт 3. Получение золя сернистой сурьмы
Принадлежности: 1) коническая колба емкостью
250 мл; 2) аппарат для получения и очистки сероводо-
рода; 3) аппарат для получения и очистки водорода;
4) 0,5%-ный раствор рвотного камня.
Выполнение. Золь Sb2S3 получают так же, как и золь
As2S3 (on. 2). Демонстрировать этот опыт на лекции не-
целесообразно, и золь должен быть получен заранее. При
получении золя необходимы те же предосторожности,
что и в опыте 2, так как золь весьма чувствителен к
электролитам (чистота посуды, предосторожность про-
8
9
тив попадания пыли, очистка полученного золя диали-
зом). Для получения золя в 200 мл 0,5%-ного раствора
рвотного камня (сурьмяновиннокислого калия), налито-
го в коническую колбу, в течение 8—10 мин пропускают
ток очищенного сероводорода. Сероводород следует про-
пускать очень медленно, так, чтобы через узкую трубку
диаметром около 5 мм выходило 1—2 пузырька в се-
кунду. Далее через полученный оранжево-красный золь
в течение 1,5—2 ч пропускают чистый водород до тех
пор, пока полностью не исчезнет запах сероводорода.
Золь Sb2S3 подвергают диализу и используют для де-
монстрации.
Удельное сопротивление очищенного золя достигает
примерно 15—20 тыс. ом.
Опыт 4. Получение гидрозоля йодистого серебра
Принадлежности: 1) демонстрационный бокал ем-
костью 250 мл; 2) 2 мерных цилиндра на 250 мл-,
3) 0,01 н. раствор йодистого калия; 4) 0,01 н. раствор
AgNO3.
Выполнение. В демонстрационный бокал наливают
100 мл 0,01 н. раствора йодистого калия и к нему, при
помешивании стеклянной палочкой, добавляют 80 мл
0,01 н. раствора AgNO3; при этом образуется желтовато-
белый сильно опалесцирующий золь AgJ.
Опыт 5. Получение красного золя золота
Принадлежности: 1) коническая колба на 250 мл;
2) две пипетки на 5 мл с делениями; 3) штатив Бунзена
с кольцами и асбестовой сеткой; 4) мерный цилиндр на
250 мл; 5) водный раствор золотохлористоводородной
кислоты (6 г НАпС14 в 1 л воды); 6) 0,18 н. раствор кар-
боната калия; 7) 0,03%-ный раствор формальдегида.
Выполнение. В тщательно промытую и пропаренную
коническую колбу наливают 120 мл дважды перегнан-
ной дистиллированной воды, добавляют 2,5 мл раствора
золотохлористоводородной кислоты и 3,5 мл раствора
карбоната калия. Смесь нагревают до кипения, затем
убирают горелку и при энергичном взбалтывании доба-
вляют несколько миллилитров 0,3%-ного раствора фор-
мальдегида. Через 1—2 мин раствор розовеет, причем
окраска становится все интенсивнее. В результате полу-
чается вишнево-красный золь золота, который может
быть использован для демонстрации, а также при выпол-
нении опытов по защитному действию растворов высо-
комолекулярных соединений (оп. 83).
Следует иметь в виду, что при малейших загрязне-
ниях посуды или используемых реактивов золь золота
получается грубодисперсным (грязно-фиолетового или
синего цвета).
Опыт 6. Получение золя серебра
Принадлежности: 1) колба емкостью 100 мл; 2) пи-
петка на 1 мл; 3) глазная пипетка; 4) газовая горелка;
5) 0,1 н. раствор азотнокислого серебра; 6) 1%-ный
раствор таннина; 7) 1%-ный раствор углекислого нат-
рия.
Выполнение. К 100 мл дистиллированной воды при-
ливают 1 мл 0,1 н. раствора азотнокислого серебра, 2—
3 капли 1%-ного раствора таннина, 1—2 капли 1%-ного
раствора углекислого натрия. Золь образуется на холо-
де, а при нагревании его окраска становится интенсив-
нее. Цвет золя желто-коричневый. При освещении узким
пучком света золь дает хорошо выраженный конус Тин-
даля. Конус Тиндаля лучше наблюдать после разбавле-
ния золя водой.
Опыт 7. Получение гидрозоля канифоли
Принадлежности: 1) кювета с плоскопараллельными
стенками размером 10X8X2 см; 2) капельница; 3) стек-
лянная палочка; 4) 2 %-ный раствор канифоли в этило-
вом спирте.
Выполнение. В чистую стеклянную кювету с плос-
копараллельными стенками наливают дистиллирован-
ную воду и помещают кювету на предметный столик
оптической скамьи, освещая жидкость пучком света.
При этом конус Тиндаля отсутствует. Далее в воду
сбавляют при помешивании стеклянной палочкой не-
сколько капель спиртового раствора канифоли. При
этом образуется молочно-белый сильно опалесцирующий
золь канифоли, в котором наблюдается интенсивный
конус Тиндаля.
ю
п
Опыт 8. Получение гидрозоля серы
Принадлежности: 1) кювета с плоскопараллельными
стенками; 2) капельница; 3) стеклянная палочка; 4) на-
сыщенный раствор серы в этиловом спирте.
Выполнение. Опыт выполняется так же, как и опыт 7.
Насыщенный раствор серы в этиловом спирте готовят
длительным (несколько суток) настаиванием мелко из-
мельченной серы (серный цвет) в этиловом спирте. Раст-
вор отфильтровывают от осадка. На лекции приливают
по каплям 20 мл этого раствора в 80 мл дистиллирован-
ной воды. Наблюдают образование золя серы. Этот золь
дает хорошо видимый, но менее интенсивный, чем в пре-
дыдущем опыте, конус Тиндаля.
Опыт 9. Получение гидрозоля ванадиевого
ангидрида
Принадлежности: 1) фарфоровая ступка с пестиком;
2) колба Бунзена с воронкой для фильтрования; 3) без-
зольные фильтры; 4) промывалка с дистиллированной во-
дой; 5) насос Камовского; 6) штатив; 7) мерный ци-
линдр на 25 мл; 8) коническая колба емкостью 500 мл;
9) штатив Бунзена с кольцами и асбестовой сеткой;
10) метаванадат аммония; 11) концентрированная соля-
ная кислота.
Выполнение. 4 г метаванадата аммония (навеску за-
готовляют до лекции) растирают в фарфоровой ступке
с 10 мл концентрированной соляной кислоты. Получен-
ный осадок отфильтровывают через беззольный фильтр.
Для ускорения фильтрования осадка воронку с беззоль-
ным фильтром на пробке вставляют в колбу Бунзена,
которую присоединяют к насосу Камовского. Остающий-
ся после фильтрования осадок промывают 2—3 раза ди-
стиллированной водой. После этого часть промытого
осадка снимают с фильтра шпателем и переносят в ко-
ническую колбу емкостью 500 мл, в которую предвари-
тельно налито примерно 250—300 мл дистиллированной
воды. Осадок размешивают в воде, после чего смесь в
колбе нагревают до кипения.
В результате происходящей пептизации осадка обра-
зуется интенсивно окрашенный гидрозоль пятиокиси ва-
надия.
~	10. Получение гидрозоля берлинской лазури
принадлежности: 1) колба емкостью 200 мл; 2) ста-
кан емкостью Ю00 мл; 3) колба Бунзена; 4) воронка
Е хнера- 5) разрежающий насос; 6) шпатель; 7) стек-
гянная палочка; 8) 20%-ный раствор желтой кровяной
оли- 9) 50%-ный раствор хлорного железа.
€ Выполнение. В колбу наливают 100 мл дистиллиро-
ванной воды, 1,5 мл 20%-ного раствора желтой кровяной
соли и 1 мл 50%-ного раствора хлорного железа. Обра-
зующийся осадок несколько раз промывают водой на
фильтре в воронке Бюхнера. Эту часть опыта следует
провести до лекции с тем, чтобы к лекции был приготов-
лен промытый на фильтре осадок берлинской лазури.
На лекции полученный осадок вносят в литровый стакан,
наполненный дистиллированной водой, добавляют 2—
3 мл '"	... ” ..........
вают
При
цвет
дает
2%-кого раствора щавелевой кислоты и размеши-
стеклянной палочкой в течение нескольких минут,
этом образуется интенсивно окрашенный в синий
золь берлинской лазури. Золь берлинской лазури
интенсивный конус Тиндаля.
Опыт 11. Получение гидрозоля серебра
Рис. 1. Схема прибора Бредига.
Принадлежности: ,1) прибор Бредига для распыления
металлов; 2) кювета с плоскопараллельными стенками
размером 10X8X2 см; 3) капельница; 4) 1%-ный раст-
вор карбоната натрия; 1%-ный раствор таннина в воде
(свежеприготовленный).
Выполнение. Ги-
дрозоль серебра
можно приготовить
распылением его в
электрической дуге,
создаваемой в воде.
Для этого удобно
при-
кон-
которого
использовать
бор Бредига,
струкция
изображена на рис.
1- Катод К и анод А изготовлены из серебряных плас-
тин.
Для получения золя серебра в чашку прибора Бре-
дига наливают 1%-ный раствор соды, к нему из капель-
13
12
ницы добавляют несколько капель свежеприготовленно,
го 1%-ного раствора таннина, после чего в течение 2--^
3 мин пропускают электрический ток. При этом наблю.
дается возникновение электрической дуги в жидкости ц
распыление ею металла. Образуются зеленовато-серы?
облака коллоидного серебра. Через несколько минут
опыт прекращают и демонстрируют конус Тиндаля в по.
лученном золе.
ОЧИСТКА ЗОЛЕЙ
Опыт 12. Диализ
Рис. 2. Схема прове-
дения диализа.
Принадлежности: 11) диализатор Грема диаметром
20—25 см; 2) эксикатор диаметром 25—30 см; 3) шта-
тив Бунзена; 4) два демонстрационных стакана; 5) не-
диализированный золь гидроокиси железа; 6) капельни-
ца с 0,1 н. раствором AgNO3.
Выполнение. До лекции полу-
чают неочищенный золь гидро-
окиси железа (on. 1) и подготов-
ляют диализатор. Для этого диа-
лизатор (рис. 2) снизу затягива-
ют целлофаном. Целлофан
прочно обвязывают шнурами
внизу и вверху. Затем целлофан
смачивают водой и дают ему вы-
сохнуть. При этом нижняя часть
диализатора должна быть закры-
та ровной, туго натянутой мем-
браной. Во время демонстрации
в эксикатор наливают дистил-
лированную воду. Небольшое ко-
личество той же дистиллированной воды наливают в
демонстрационный стакан и добавляют к ней 1—2 кап-
ли раствора AgNO3, показывая, что вода не содержит
С1' (отсутствие помутнения). Затем в эксикатор встав-
ляют подвешенный на штативе (рис. 2) диализатор, в
который предварительно наливают 100—200 мл неочи-
щенного золя гидроокиси железа, так чтобы диализатор
оказался частично погруженным в воду. Затем прибор
оставляют не менее чем на ГО мин (желательно окон-
чание опыта показать в конце лекции). После этого вы-
нимают диализатор, и часть воды из эксикатора нали-
втопой демонстрационный стакан. После при-
ваЮТ В{я к ней 1—2 капель раствора AgNO3 должно
ба^Людаться заметное помутнение жидкости, свидетель-
На° юшее о том, что в воду в результате диализа пере-
шли ионы хлора.
Опыт 13. Электродиализ
Принадлежности: 1) демонстрационный электроди-
ычятоп (рис. 3); 2) источник постоянного тока (доста-
точно высокого напряжения, до 300—400 вольт);
3) вольтметр; 4) миллиамперметр; 5) магнитная мешал-
ка- 6) неочищенный золь гидроокиси железа; 7) про-
мывалка с дистиллированной водой.
Выполнение. Демонстрационный диализатор
удобно изготовлять из плексигласа. Такой диализатор
(доста-
тке. 3)
Рис. 3. Устройство электродиализатора:
а — общий вид; б — вид боковой секции с внутренней стороны;
в — вид центральной секции; 1 — клеммы для подключения к ис-
точнику; 2 — электрод,
представляет собой разборный сосуд, состоящий из трех
секций, которые могут быть соединены винтами. В цент-
ральной секции диализатора (рис. 3, в) укреплены на-
глухо основания винтов, на эти винты
надевают боковые секции (рис. 3, б)
и снаружи завинчивают гайками.
Между .секциями необходимы кольце-
вые резиновые прокладки (всего 4
шт.). В качестве мембран удобно ис-
пользовать листы целлофана. Элек-
тродами служат платиновые спирали,
электродиализа.
которые выведены сквозь наружные
стенки боковых секций и подсоединены к клеммам. Опи-
санный демонстрационный диализатор устанавливают
на столике электромагнитной мешалки (типа ММ-2), по-
сле чего в боковые секции заливают дистиллированную
воду и включают ток в цепи (рис. 4). Затем в централь-
15
14
ную секцию электродиализатора наливают неочищенный
золь гидроокиси железа. В центральную часть помеща-
ют также магнитик мешалки, запаянный в стекло. Вклю-
чая магнитную мешалку, вызывают перемешивание зо-
ля. В момент заполнения центральной секции электроди-
ализатора золем в цепи начинает протекать ток. Это на-
блюдают по отклонению стрелки демонстрационного
миллиамперметра. Сначала сила тока в цепи очень мала
(вследствие большого сопротивления дистиллированной
воды в боковых секциях), но постепенно она возрастает
в результате перехода электролитов из золя через цел-
лофановые мембраны. По изменению силы тока, изме-
ряемого демонстрационным миллиамперметром, можно
следить за ходом электродиализа. Опыт достаточно про-
водить в течение 1—2 мин. В качестве источника посто-
янного тока удобно использовать выпрямитель типа
ВСА-4.
Опыт 14. Ультрафильтрование золей
Принадлежности: 1) колба Бунзена; 2) воронка Бюх-
нера; 3) беззольные фильтры (того же диаметра, что и
основание воронки); 4) водоструйный насос; 5) треххо-
довой кран; 6) газовая горелка; 7) асбестовая сетка;
8) треножник; 9) колба на 500 мл; 10) кристаллизатор;
11) прибор для ультрафильтрации; 12) одинаковые
большие кюветы с плоскопараллельными стенками —
3 штуки; 13) раствор коллодия; 14) золь пятиокиси ва-
надия; 15) золь канифоли; 16) коллоидный раствор чер-
ной туши в воде.
Выполнение. Мембрану для ультрафильтрования го-
товят до лекции. Для этого используют фарфоровую во-
ронку Бюхнера с возможно более ровным дном, в кото-
рую помещают кружок беззольного фильтра. Фильтр
должен покрывать все отверстия в дне воронки, но не
подниматься по ее стенкам. Воронку через резиновую
пробку вставляют в колбу Бунзена. На фильтр наливают
дистиллированную воду и включают водоструйный на-
сос, к которому подсоединена колба Бунзена. Приблизив
ухо к фильтру, по звуку определяют, плотно ли уложен
фильтр. Если появляется свистящий звук, то пальцем
осторожно придавливают края фильтра ко дну воронки
до тех пор, пока не исчезнет свистящий звук, и не по-
16
явится очень слабый равномерный шум. Если это не уда-
ется, заменяют бумажный фильтр. Когда достигнута гер-
метичность, промывают фильтр в воронке несколько раз
горячей дистиллированной водой и минут 10 отсасывают
остатки влаги. Затем вынимают воронку с вложенным
з нее фильтром из колбы и ополаскивают фильтр (не
вынимая из воронки) 4%-ным раствором коллодия.
Коллодию дают тщательно стечь, 5—10 мин сушат на
воздухе, после чего снова ополаскивают раствором кол-
додия и опять дают тщательно
стечь его остаткам. Через 5—
Ю мин погружают фильтр с во-
ронкой ,в дистиллированную воду,
налитую в кристаллизатор, на
0?5 часа, после чего он готов для
работы. После первого и второго
ополаскивания фильтр можно
вынуть из воронки, осторожно
поддев его края пинцетом, и
опустить затем да 0,5 часа в во-
ду без воронки. Далее собирают
прибор для ультрафильтрации
(рис. 5). Для этого на дно ворон-
ки Бюхнера 1 кладут пропитан-
ный коллодием фильтр, поверх
которого кладут прокладочное
резиновое кольцо шириной около
5 мм. На резиновое кольцо поме-
щают опрокинутую стеклянную
воронку 3. На нижние части
обеих воронок, стеклянной и фар-
форовой, надевают в качестве
прокладок срезанные поперек и
просверленные в центре куски
резиновой пробки 2 толщиной 1 —
1,5 см. На них кладут эбонито-
вые (или из аналогичного мате-
Рис. 5. Прибор для ульт-
рафильтрации при раз-
режении:
1 — воронка Бюхнера; 2 —
резиновые прокладки; 3 —
стеклянная воронка; 4 —эбо-
нитовые пластины; 5—болты;
6 — колба Бунзена.
риала) пластины 4, которые
скрепляют болтами 5. Воронку Бюхнера с резиновой
пробкой вставляют в колбу Бунзена 6 и подключают
колбу к водоструйному насосу через трехходовой кран.
Чтобы испытать ультрафильтр, наливают на него дис-
тиллированную воду. При включением водоструйном
2—69
17
насосе одна капля воды должна вытекать за 2—4 сек.
Процесс ультрафильтрации можно демонстрировать на
лекции на примере золя пятиокиси ванадия, золя кани-
фоли и коллоидного раствора черной туши в воде.
Золь пятиокиси ванадия получают описанным выше
способом. Осадок, полученный из двух граммов мета-
ванадата аммония, пептизируют в 800—1000 мл дистил-
лированной воды. Для демонстрации ультрафильтрации
этот золь разбавляют в 10 раз дистиллированной водой.
Опыт длится 10—15 мин. После ультрафильтрации
сравнивают окраски: взятого золя, сконцентрированного
в результате ультрафильтрации золя, и ультрафильтрата.
Сравнивают также интенсивность конуса Тиндаля во
всех жидкостях (в ультрафильтрате конус Тиндаля дол-
жен практически отсутствовать). Для сравнения нали-
вают все три раствора в одинаковые кюветы с плоско-
параллельными стенками. В данном случае можно вос-
пользоваться самыми большими кюветами из набора к
фотоколориметру ФЭК-М. Если показывать ультра-
фильтрацию с золем канифоли или раствором туши, то
эти растворы нужно предварительно до лекции про-
фильтровать через обычный фильтр, а раствор туши раз-
бавить до серого цвета. Ультрафильтрат золя пятиокиси
ванадия очень слабо окрашен в желто-зеленый цвет, но
не дает конуса Тиндаля, в ультрафильтратах золей ка-
нифоли и туши наблюдается слабый конус Тиндаля, во
много раз менее интенсивный, чем в исходных раство-
рах, но зато фильтраты их совершенно бесцветны.
ГЛАВА 2
МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА ЗОЛЕЙ
Частицы дисперсной фазы в золях участвуют в тепло-
вом движении (броуновское движение) (оп. 16, 17).
В связи с этим кинетические свойства золей качественно
не отличаются от свойств веществ в молекулярнодис-
персных системах. Все явления, связанные с тепловым
движением частиц (диффузия, осмос и др.), наблюдают-
ся и в золях. Различия в кинетических свойствах золей
и молекулярнодисперсных систем являются лишь коли-
чественными и связаны с различием в скоростях движе-
ния частиц в этих системах. Частицы дисперсной фазы в
золях имеют размер значительно больший, чем отдель-
ные молекулы, иными словами, характеризуются боль-
шим частичным весом. В связи с этим они движутся зна-
чительно медленнее молекул низкомолекулярных ве-
ществ. Медленность движения частиц дисперсной фазы
приводит к тому, что золи характеризуются малой ве-
личиной осмотического давления (оп. 18) и связанных с
ним величин (понижение упругости насыщенного пара,
повышение температуры кипения и понижение темпера-
туры замерзания). Скорость диффузии частиц дисперс-
ной фазы по этой же причине намного меньше скорости
диффузии в молекулярнодисперсных системах (оп. 15).
Измерение осмотического давления золей осложняется
в результате ряда причин, и в том числе в результате
так называемых мембранных явлений. Эти явления свя-
заны с тем, что электрически заряженные частицы дис-
персной фазы препятствуют свободной диффузии ионов
истинно раетворенных веществ через мембрану. Такие
явления, как мембранное равновесие, мембранный гидро-
лиз (оп. 19) и мембранный потенциал, оказывают сущест-
венное влияние на измеряемую величину осмотического
19
давления. Большой частичный вес приводит также к то-
му что кинетическая устойчивость вещества в коллоид-
ном состоянии оказывается значительно ниже, чем в мо-
лекулярнодисперсных системах. Это сказывается на ус-
ловиях седиментационного равновесия в золях. Следует,
однако, иметь в виду, что седиментационное равновесие
в золях в обычных условиях вообще не достигается
вследствие медленности осаждения частиц дисперсной
фазы. Лишь в мощных центробежных полях, создавае-
мых в ультрацентрифугах, удается изучать седимента-
ционное равновесие в золях. Скорость седиментации
частиц в более грубодисперсных системах значительно
выше и может быть легко измерена. Такие измерения
лежат в основе седиментационного анализа полидис-
персных систем (оп. 20), при помощи которого находят
распределение частиц дисперсной фазы по их размерам.
Опыт 15. Диффузия в гелях
Принадлежности: 1) цилиндры с притертыми пробка-
ми на 250 мл, 4—5 штук; 2) агар-агар; 3) 1%-ный раст-
вор сернокислой меди; 4) 0,05 %-ный раствор конго-крас-
ного в воде; 5) 0,1 %-ный раствор флюресцеина в щелоч-
ной среде; 6) коллоидный раствор гидрата окиси же-
леза.
Выполнение. За 5—7 дней до лекции готовят 1 л
2%-ного раствора агар-агара. Для этого 20 г агар-агара
кипятят в дистиллированной воде до получения прозрач-
ного раствора. По 200 мл теплого раствора заливают в
цилиндры, закрывают их пробками и оставляют на сут-
ки, до полного застудневания агар-агара. Затем на по-
верхность застывшего агар-агара наливают осторожно,
чтобы не повредить поверхность студня, следующие рас-
творы: 1 %-ный раствор сернокислой меди, растворы кра-
сителей конго-красного 0,05%, флюресцеина 0,1% в ще-
лочной среде и коллоидный раствор гидрата окиси же-
леза. Вместо раствора сернокислой меди можно взять:
1%-ный раствор сернокислого никеля, 1%-ный раствор
сернокислого кобальта, 1%-ный раствор бихромата ка-
лия, раствор аммиаката меди, полученный прибавлением
по каплям концентрированного раствора аммиака к
1 %-ному раствору сернокислой меди до растворения об-
разовавшегося осадка — последний из перечисленных
20
растворов дает более яркую картину диффузии. Через
4—6 дней демонстрируют, как продиффундировало ка-
ждое из веществ в гель (скорость диффузии определяет
толщину окрашенного слоя геля) (рис. 6).
Можно поставить опыт
несколько иначе: в приго-
товленные накануне лекции
цилиндры со студнем на-
лить на лекции растворы, а
результаты опыта демон-
стрировать на следующей
лекции.
Броуновское движение.
Продемонстрировать на
лекции реальную картину
броуновского движения
мельчайших частиц весьма
трудно. Это может быть вы-
полнено лишь демонстраци-
ей специального микрофиль-
ма. В связи с этим целесо-
образно показать броунов-
ское движение либо на ме-
Рис. 6. Диффузия различ-
ных веществ в студне агар-
агара;
1	— раствор сернокислой меди;
2	— щелочной раствор флюрес-
цеина; 3 — раствор конго-крас-
ного; 4 — коллоидный раствор
гидрата окиси железа; слой,
окрашенный продиффундировав-
шим веществом, заштрихован.
ханической модели (доска Гальтона), либо показать
имитацию броуновского движения (оп. 16).
Опыт 16. Доска Гальтона
Принадлежности: il) доска Гальтона; 2) деревянные
шары диаметром 3—4 см — 3—5 штук.
Выполнение. Доска Гальтона (рис. 7) имеет пло-
щадь 100X50 см и борта высотой 5 см. По всему дну в
шахматном порядке вертикально укрепляются пружиня-
щие металлические стержни диаметром 1—0,7 мм, высо-
той 4 см. Моделями броуновских частиц служат упру-
гие шары (деревянные или пластмассовые). В зависи-
мости от диаметра шаров устанавливают расстояния
между стержнями такие, чтобы они были немного боль-
ше диаметра шаров (соответственно 4—5 см). Доску ус-
танавливают с небольшим наклоном, около 20°. Пускают
шары и наблюдают за их движением. В результате уда-
ров шаров о стержни траектория их падения представ-
ляет ломаную линию, имитирующую траекторию броу-
новских частиц.
21
Опыт 17. Движение кристаллов камфары на поверх-
ности воды
Принадлежности: 1) фарфоровая чашка; 2) стеклян-
ная палочка; 3) скальпель; 4) чашка Петри; 5) газовая
горелка; 6) проекционный фонарь; 7) камфара.
Выполнение. Этот опыт применяется для имитации
броуновского движения. Его хорошо показывать, поль-
Рис. 7. Доска Галь-
тона.
зуясь эпидиаскопом или проекцион-
ным фонарем, в горизонтальной про-
екции. Для демонстрации нужна све-
жевозогнанная камфара. Возгонка
проводится перед лекцией. Для этого
несколько граммов камфары кладут в
фарфоровую чашку и накрывают во-
ронкой. Отверстие в трубке воронки
закрывают пробкой или кусочком ва-
ты. Чашку с камфарой подогревают,
при этом последняя .плавится, возго-
няется и на стенках воронки образу-
ется мелкокристаллический налет
камфары.
На лекции в чисто вымытую чашку
Петри наливают дистиллированную
воду (опасно присутствие поверхност-
неактивных веществ; не следует ка-
саться руками внутренней поверхнос-
ти чашки), чашку Петри ставят на го-
ризонтально расположенную линзу проекционного фона-
ря и на поверхность воды скальпелем счищают кристал-
лики камфары с воронки. Наблюдают беспорядочное
движение частиц камфары по поверхности воды. Наблю-
дение ведут недолго (не более 1 мин, так как движение
камфары быстро затухает).
Опыт 18. Осмотическое давление раствора конго-рот
Принадлежности: 1) прибор для измерения осмоти-
ческого давления; 2) проекционный фонарь; 3) раствор
конго-рот 0,5 %-ный.
Выполнение. Основной частью прибора для измере-
ния осмотического давления золей служит мешочек из
коллодия. Для его получения берут стеклянный сосуд в
форме пробирки диаметром 12—14 мм, высотой 9—10 см
22
и споласкивают его предварительно изнутри 10%-ным
раствором желатины. Остатку раствора желатины дают
стечь, сосуд опрокидывают вверх дном на стеклянную
подставку и оставляют в таком положении до полного
застудневания слоя желатины на стенках сосуда. За-
студневание желатины можно ускорить охлаждением.
Когда желатина полностью застынет, дважды проделы-
вают следующую операцию: в сосуд наливают 8 %-ный
раствор коллодия, затем выливают коллодий, вращая
сосуд так, чтобы оставшийся тонкий слой коллодия рав-
номерно покрыл его стенки; избытку коллодия дают хо-
рошо стечь. Оба раза коллодий 5—10 мин сохнет на воз-
духе. После этого в сосуд наливают нагретую до 40—
50° воду и погружают его полностью в горячую воду. При
этом желатина плавится и мешочек из коллодия легко
отделяется от стекла. Если отделить коллодийный мешо-
чек, не погружая сосуд полностью в горячую воду, мешо-
чек на воздухе может легко порваться. Изготовленный
коллодийный мешочек привязывают крепкими нитками
к резиновой пробке с двумя отверстиями. В одно из от-
верстий пробки вставляют капиллярную трубку с внут-
ренним диаметром капилляра 1—1,2 мм (можно исполь-
зовать для этого микропипетку), длиной 30 см, в другое
отверстие пробки вставляют стеклянную трубку диамет-
ром 6—7 мм, длиной 4—5 см с надетой на нее снаружи
резиновой трубочкой. Резиновую пробку с трубками и
привязанным к ней коллодийным мешочком укрепляют
в лапке штатива. Через короткую трубку собранного та-
ким образом осмометра наливают с помощью воронки с
оттянутой узкой трубкой 0,5 %-ный раствор конго-рот.
Капиллярная трубка при этом должна быть приподня-
та, чтобы ее нижний конец не выступал внутрь коллодий-
ного мешочка. Когда коллодийный мешочек весь запол-
нится раствором конго-рот, опускают длинную капилляр-
ную трубку, чтобы ее нижний конец был на несколько
сантиметров погружен в раствор, на резиновую трубку
надевают зажим. Коллодийный мешочек с раствором
конго-рот погружают в стакан с дистиллированной во-
дой емкостью 100 мл. Уровень воды в стакане должен
совпадать с уровнем раствора конго-рот внутри мешоч-
ка. Проектируя капиллярную трубку на экран проекци-
онным фонарем, фиксируют положение уровня раствора
конго-рот в начале опыта и через 30 мин. За это время
23
раствор в трубке поднимается приблизительно на 15 см.
Вместо раствора конго-рот можно взять 1%-ный раствор
желатины, предварительно прокипятив его в течение
15 мин для частичного гидролиза. За сутки такой раст-
вор желатины поднимается в капилляре осмометра на
6 см.
Опыт 19. Мембранный гидролиз
Принадлежности: .1) батарейный стакан емкостью
2 л\ 2) целлофан; 3) раствор олеата натрия 2,5%-ный;
4) раствор хлористого натрия 0,5%-ный; 5) фенолфтале-
ин 0,1%-ный в 60 %-ном этиловом спирте.
Выполнение. Лист целлофана площадью 60X60 см
складывают в виде мешочка и привязывают к стеклян-
ной цилиндрической горловине диаметром 2—3 см и дли-
ной 5—6 см (рис. 8). Горловину с привязанным к ней
Рис. 8. Стеклянная
горловина.
Рис. 9. Установка для
демонстрации мемб-
ранного гидролиза.
мешочком укрепляют в лапке штатива. В стеклянный
батарейный стакан емкостью 2 л наливают 0,5—1 л
0,5%-ного раствора хлористого натрия. К раствору хло-
ристого натрия приливают 2—3 мл 0,1%-ного раствора
фенолфталеина в 60 %-ном этиловом спирте в качестве
индикатора. Раствор при этом остается бесцветным.
К 0,5 л 2,5%-ного раствора олеата натрия в колбу также
добавляют 1—2 мл раствора фенолфталеина. Если при
этом раствор олеата натрия обнаруживает щелочную
реакцию и фенолфталеин розовеет, то раствор нейтрали-
зуют, добавляя по каплям и тщательно взбалтывая оле-
24
иновую кислоту до обесцвечивания фенолфталеина. 0,5 л
нейтрального раствора олеата натрия с фенолфталеином
наливают в целлофановый мешочек и затем его с раство-
ром опускают в раствор хлористого натрия (рис. 9). Че-
рез 20—30 мин наблюдают окрашивание внешнего раст-
вора, появившееся в результате мембранного гидролиза.
Раствор олеата натрия внутри мешочка окраску не ме-
няет.
Опыт 20. Седиментационный анализ
Принадлежности: 11) седиментомер; 2) исследуемая
суспензия; 3) проекционный фонарь; 4) секундомер.
Выполнение. Для демонстрации седиментационного
анализа используют видоизмененный седиментомер Фи-
гуровского (рис. 10). В описываемом опыте горизонталь-
Рис. 10. Седименто-
мер:
1 — штатив; 2 — стеклян-
ная трубка; 3 — пружина;
4—5 — стеклянная нить;
6 — шкала; 7 — чашечка
из фольги; 8 — цилиндр.
ное кварцевое коромысло седимен-
томера заменено чувствительной
стальной пружиной 3, длина спира-
ли 150 мм, ширина спирали 20 мм,
толщина проволоки 0,2 мм. Верх-
ний конец пружины закреплен в ре-
зиновой пробке, вставленной в стек-
лянную трубку 2. Стеклянная труб-
ка с пружиной укреплена верти-
кально в лапке штатива 1. Внизу
Рис. 11. Построение седимента-
ционной кривой: I—VII—от-
метки мелом на доске.
пружина оканчивается крючком, на который подве-
шивают стеклянную или кварцевую нить 5 с чашеч-
кой 7. Чашечку диаметром около 30 мм и глубиной 3 мм
25
приклеивают к стеклянной нити пицеином (сплав 2 ве-
совых частей канифоли и 1 весовой части воска; эта
смесь легко плавится и быстро застывает, от соотноше-
ния количества канифоли и воска зависят пластические
свойства пицеина). К нити 5 клеем БФ-2 (или аналогич-
ным) приклеивают узкую непрозрачную полоску 4. В
цилиндр 8 со шкалой 6 (шкалу готовят из миллиметро-
вой бумаги и парафинируют, по этой шкале определяют
глубину погружения чашечки) наливают вначале дис-
тиллированную воду и погружают чашечку, подвешен-
ную к пружине. С помощью проекционного фонаря с
оптической скамьей проектируют полоску не на экран, а
на доску и делают отметку I мелом на доске (рис. 11).
Основание цилиндра очерчивают мелом. Воду из цилин-
дра выливают и наливают в него такой же объем
суспензии.
Цилиндр ставят на прежнее место. Суспензию пере-
мешивают поршнем 9, который состоит из расплющен-
ной с одной стороны стеклянной палочки и надетого на
нее резинового кружка. После перемешивания быстро
подвешивают чашечку с нитью к пружине и одновремен-
но включают секундомер. Через 15 сек делают мелом
на доске отметку II. Потом через каждые 15 сек делают
еще 3—4 отметки. Пользуясь полученными отметками
(I—VII, рис. 11), удобно объяснить, как строится седи-
ментационная кривая и показать ее форму для полидис-
персной системы. В связи с тем, что оптическая скамья
дает перевернутое изображение, отметки приходится де-
лать вверх от первой. Для демонстрации нужно брать
грубодисперсную суспензию достаточно большой кон-
центрации. Можно взять смесь глины и мелкого песка
в количестве 40—50 г на 500 мл воды.
ГЛАВА 3
ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЗОЛЕЙ
Интенсивность окраски дисперсных систем макси-
мальна в области коллоидной степени дисперсности,
вследствие этого многие золи имеют яркую окраску, обу-
словленную в основном явлениями поглощения и рассея-
ния света. Роль этих явлений в окраске золя зависит от
природы вещества дисперсной фазы и от степени его
дисперсности. Чем выше степень дисперсности золя, тем
большее значение в его окраске приобретает светопогло-
щение и, наоборот, по мере укрупнения частиц дисперс-
ной фазы возрастает значение явления рассеяния света.
Последнее явление особенно важно для изучения кол-
лоидных систем. Явление светорассеяния наблюдается
при прохождении лучей через оптически неоднородную
среду, различные участки которой отличаются друг от
друга величиной коэффициента преломления. В тех слу-
чаях, когда размеры частиц дисперсной фазы превыша-
ют половину длины волны падающего света, они отра-
жают световые лучи. В случае же, когда диаметр час-
тиц меньше половины длины волны падающего света,
они не способны отражать лучей, а рассеивают их во
всех направлениях. При этом сами частицы становятся
источниками света. Последний случай осуществляется в
золях. В результате светорассеяния путь световых лучей
в золе становится заметным по яркой полосе опалесцен-
ции. Это явление называется эффектом Тиндаля (оп. 21).
Теория светорассеяния была разработана Релеем.
Согласно этой теории интенсивность рассеянного света
прямо пропорциональна количеству частиц дисперсной
фазы в единице объема золя, квадрату объема рассеи-
вающих частиц и интенсивности падающего пучка света
и обратно пропорциональна длине волны света в четвер-
27
той степени (on. 25). Кроме того, интенсивность рассеян-
ного света зависит также от разности коэффициентов
преломления света частицами дисперсной фазы и дис-
персионной средой. Следует при этом иметь в виду, что
указанные соотношения достаточно хорошо оправдыва-
ются лишь для высокодисперсных систем, в которых
частицы дисперсной фазы не окрашены и не являются
проводниками электрического тока. Зависимость интен-
сивности рассеянного света от длины волны падающих
лучей приводит к тому, что золи имеют различную ок-
раску при их наблюдении в проходящем или рассеянном
свете (дихроизм). В проходящем свете многие золи ка-
жутся окрашенными в желто-красные тона, а в рассеян-
ном (отраженном)—в сине-фиолетовые (оп. 22, 23).
Явления светорассеяния широко используют для иссле-
дования золей. Так оно используется в ультрамикроско-
пе для обнаружения в золях частиц дисперсной фазы и
определения их размеров (оп. 27). Ультрамикроскоп,
как известно, находит разнообразные применения для
исследования процессов, протекающих в золях (напри-
мер, коагуляции).
Явление светорассеяния в золях используется также
в одном из методов количественного анализа — нефело-
метрии (оп. 26). Исследования оптических свойств зо-
лей позволяют не только находить размеры частиц дис-
персной фазы, но и делать некоторые заключения об их
форме. Если частицы дисперсной фазы имеют анизодиа-
метрическую форму (например, представляют чешуйки,
нити, палочки и т. д.), то интенсивность рассеянного све-
та зависит от угла, образуемого падающим пучком лучей
и длинной осью частицы. Вследствие вращательного
броуновского движения интенсивность рассеиваемого
частицей света периодически изменяется во времени.
Это может наблюдаться в ультрамикроскопе (явление
«мерцания»). С изменением интенсивности светорассея-
ния в разных направлениях связан также так называе-
мый Шлирен-эффект (эффект искрящихся слоев, оп. 24).
Наконец, о форме коллоидных частиц можно судить и по
изучению явления двойного лучепреломления в потоке.
Опыт 21. Эффект Тиндаля
Принадлежности: 1) сосуд с плоскопараллельными
стенками размером 30X8X20 см; 2) проекционный фо-
28
нарь; 3) стеклянная палочка; 4) дистиллированная во-
да; 5) 2 %-ный раствор канифоли в этиловом спирте;
6) набор коллоидных растворов в склянках с плоскопа-
раллельными стенками; 7) 1%-ный раствор сернокислой
меди в склянке с плоскопараллельными стенками.
Выполнение. Для демонстрации эффекта Тиндаля ну-
жен узкий интенсивный пучок света. Если пользоваться
проекционным фонарем, снабженным сильным источни-
ком света (кинолампа мощностью 300 вт), то с него нуж-
но снять линзы, а отверстие коробки с лампой закрыть
диском с диафрагмами. На предметный столик перед
диафрагмой ставят вначале 1%-ный раствор сернокис-
лой меди в склянке с плоскопараллельными стенками,
приготовленный на бидистилляте. В растворе сернокис-
Рис. 12. Конус Тиндаля в
коллоидном растворе кани-
фоли в воде.
лой меди конус Тиндаля прак-
тически отсутствует. Затем по-
мещают на предметный столик
вплотную к диафрагме сосуд
с плоскопараллельными стен-
ками, наполненный дистилли-
рованной водой. К воде при-
бавляют по каплям 2 %-ный
раствор канифоли в этиловом
спирте и размешивают стеклян-
ной палочкой образующийся
коллоидный раствор канифоли в воде. В коллоидном
растворе канифоли образуется светящийся конус (рис.
12). Конус Тиндаля можно наблюдать в любом коллоид-
ном растворе. Для этого на предметный столик перед
диафрагмой помещают поочередно ряд коллоидных рас-
творов, налитых в склянки с плоскопараллельными
стенками: золи сернистого мышьяка, сернистой сурьмы,
золота, серебра, берлинской лазури, гидрата окиси же-
леза и др.
Вместо проекционного фонаря можно взять любую
камеру, окрашенную изнутри в черный цвет, поместив в
нее сильный источник света и в одной из боковых стенок
сделав круглое отверстие диаметром около 1 см.
Опыт 22. Дихроизм коллоидного раствора йодистого се-
ребра
Принадлежности: 1) колба плоскодонная емкостью
1 л; 2) электролитическая ванна с плоскопараллельными
29
стенками емкостью 1,5—2 л; 3) проекционный фонарь;
4) 0,01 н. раствор йодистого калия; 5) 0,01 н. раствор
азотнокислого серебра.
Выполнение. В плоскодонную колбу емкостью 1 л на-
ливают 500 мл 0,01 н. раствора йодистого калия и прили-
вают к нему 400 мл 0,01 н. раствора азотнокислого се-
ребра. Образуется опалесцирующий золь йодистого
серебра, имеющий в рассеянном свете голубой оттенок,
а в проходящем — оранжево-красный. Чтобы показать
окраску золя в проходящем свете, колбу с золем осве-
щают интенсивным пучком света, так чтобы свет от ис-
точника, пройдя через колбу, попадал в глаза слушате-
лей. Золь при этом кажется окрашенным в оранжевый
цвет. Затем тот же золь (лучше разбавленный вдвое)
наливают в сосуд с плоскопараллельными стенками, на
сосуд одевают чехол из черной бумаги, так что освещен-
ной остается одна вертикальная стенка и рассматри-
вают золь при дневном освещении. Золь имеет теперь
голубую окраску.
Если вместо золя йодистого серебра получить золь
хлористого серебра, то он в проходящем свете будет
окрашен интенсивнее в оранжево-красные тона, но голу-
бая окраска в отраженном свете в нем выражена слабее.
Опыт 23. Дихроизм раствора хлорофилла
Принадлежности: 1) проекционный фонарь; 2) кю-
вета с плоскопараллельными стенками; 3) измельчитель
тканей; 4) делительная воронка; 5) зеленые листья рас-
тений; 6) ацетон; 7) метилоранж; 7) метиленовая синь.
Выполнение. Раствор хлорофилла при длительном
хранении желтеет, поэтому его готовят накануне или за
день — два до лекции и сохраняют в прохладном месте
(в холодильнике при температуре +1-—|-3°С раствор
хлорофилла может храниться месяцами, не меняя ок-
раску).
Чтобы приготовить раствор хлорофилла, 60 г зеле-
ных листьев тщательно измельчают с 400 мл ацетона.
Измельчение проводят в измельчителе тканей растений
и животных (изготовляется Киевским заводом медицин-
ского оборудования). Полученный раствор хлорофилла
фильтруют через обычный фильтр. На лекции его на-
ливают в кювету размером 10X4X6 см и освещают пуч-
30
ком яркого света проекционного фонаря (лампа 300 вт),
проходящего через раствор параллельно длинной стенке
кюветы. В проходящем свете раствор хлорофилла имеет
кроваво-красную окраску. Тот же раствор в неярком от-
раженном свете— изумрудно-зеленый.
Если в лаборатории отсутствует измельчитель тканей,
то мелко нарезанные зеленые листья растирают в фар-
форовой ступке (измельчение в ступке требует много
времени) с одним из следующих растворителей: метило-
вый спирт, этиловый спирт, диэтиловый эфир или их
смесью в любом соотношении. На 60 г зеленых листьев
берут 600 мл одного из указанных растворителей или их
смеси. Полученный раствор фильтруют, но он окрашен
недостаточно интенсивно для обнаруживания явления
дихроизма. 500 мл профильтрованного раствора вылива-
ют в делительную воронку и приливают к нему 100 мл
бензина. Смесь в делительной воронке тщательно взбал-
тывают и дают ей хорошо отстояться. Почти весь хлоро-
филл переходит в бензиновый слой, который отделяют
и используют для демонстрации явления дихроизма. Ди-
этиловый эфир, этиловый и метиловый спирты хорошо
экстрагируют хлорофилл из листьев, а бензин экстраги-
рует его очень слабо, зато извлеченный из листьев хло-
рофилл лучше растворим в бензине, чем в перечислен-
ных экстрагирующих растворителях. Ацетон в данном
случае неприменим, так как он сам в значительной мере
растворим в бензине. Явление дихроизма растворов
хлорофилла можно имитировать следующим образом:
сливают равные объемы 1%-ного раствора метилоранжа
в метиловом спирте и 0,1%-ного раствора метиленовой
сини в метиловом спирте (вместо метилового спирта в
качестве растворителя можно взять ацетон). Получается
раствор, подобный хлорофиллу по оптическим свойст-
вам: в проходящем свете он кроваво-красный, в отра-
женном свете — изумрудно-зеленый.
Опыт 24. Шлирен-эффект (явление искрящихся
слоев)
Принадлежности: 1) колбы емкостью 100 мл, 300 мл,
500 мл по 1 шт.; 2) мерный цилиндр на 500 мл; 3) го-
релка; 4) цилиндр с пробкой на 0,5 л; 5) уксуснокислый
свинец; 6) йодистый калий; 7) концентрированная азот-
ная кислота.
31
Выполнение. Готовят 100 мл 0,01 н. раствора уксусно-
кислого свинца. Если при растворении соли раствор ока-
жется мутным, то к нему добавляют несколько капель
концентрированной азотной кислоты до просветления.
Сливают вместе 100 мл 0,01 н. раствора уксуснокислого
свинца и 300 мл 0,01 н. раствора йодистого калия; при
этом образуется осадок РЬЗг. Жидкость нагревают до
полного растворения осадка, а затем охлаждают под
струей холодной воды. При этом выпадают мелкие золо-
тистые кристаллы йодистого свинца. Раствор, содержа-
щий золотистые сверкающие кристаллы, наливают в ци-
линдр с пробкой. Если цилиндр встряхнуть и тем самым
привести жидкость в движение, то движущиеся кристал-
лы йодистого свинца дают эффект искрящихся слоев,
нитей. Это явление можно наблюдать в растворах натри-
евого и калиевого мыла, особенно после длительного (не-
сколько месяцев) стояния этих растворов. Так можно
приготовить 3—4 %-ный раствор олеата натрия. Если
раствор получится мутный, к нему нужно добавить не-
сколько капель концентрированного раствора аммиака.
В этом растворе также можно наблюдать шлирен-эф-
фект.
Опыт 25. Избирательность светорассеяния в коллоид-
ных растворах
Принадлежности: 11) осветители к микроскопу типа
ОИ-19, 2 шт.; 2) красный и синий светофильтры; 3) кю-
Рис. 13. Схема установ-
ки для демонстрации
светопоглощения в кол-
лоидных растворах:
а — светофильтры; б — кюве-
та с раствором; в — экран.
вета для золя; 4) белый экран; 5) 2 %-ный спиртовой
раствор канифоли; 6) дистиллированная вода; 7) стек-
лянная палочка.
Выполнение. В дисковых диафрагмах двух осветите-
32
лей к микроскопу типа ОИ-19 укрепляют светофильтры,
в одной — синий, в другой — красный (можно использо-
вать светофильтры фотоэлектрокалориметра ФЭК-М).
Два параллельных пучка света, прошедших через свето-
фильтры а (рис. 13), направляют через кювету б, запол-
ненную дистиллированной водой, на белый экран в. На
экране наблюдают два пятна: красное и синее. Затем в
кювету к воде по каплям добавляют 2%-ный раствор
канифоли в этиловом спирте и хорошо перемешивают
стеклянной палочкой образующийся золь. Раствор ка-
нифоли добавляют до тех пор, пока синее пятно пере-
станет наблюдаться. При этом интенсивность красного
пятна изменяется сравнительно м'ало.
Опыт 26. Демонстрация нефелометрии
Принадлежности: 1) сосуд с
стенками емкостью 1 л; 2) черный
3) осветитель с лампой мощ-
ностью 300 вт; 4) белый экран;
5) стеклянная палочка; 6) 2%-
ный раствор канифоли в этило-
вом спирте; 7) дистиллированная
вода.
Выполнение. Для сосуда 8 с
плоскопараллельными стенками
емкостью 1 л (рис. 14) изготовля-
ют футляр 2, который изнутри ок-
рашивают в черный цвет или ок-
леивают черной бумагой. В одной
из боковых стенок сосуда делают
окно 3. В крышке футляра дела-
ют два отверстия. К одному от-
верстию вплотную без зазоров
прикрепляют трубку 7 для осве-
тителя. Осветителем служит ки-
нолампа 6 мощностью 300 вт. В
крышке трубы 7 делают отвер-
стия 5 для предохранения лампы
от перегрева.
В чисто вымытый сосуд с
плоскопараллельными стенками 8
плоскопараллельными
футляр для сосуда;
Рис. 14. Схема ус-
тановки для демон-
страции нефело-
метрии:
1 — экран; 2 — чер-
ный футляр; 3 — ок-
но в футляре сбоку;
4 — отверстие в фут-
ляре сверху; 5 —
вентиляционные от-
верстия; 6 — лампа;
7 — трубка для осве-
тителя; 8 — сосуд с
плоскопараллельными
стенками.
наливают вначале ди-
стиллированную воду. Перед окном в боковой стенке,
3-69
33
под углом 35—40° к ней, ставят белый экран 1 и вклю-
чают осветитель. Свет, пройдя через воду — оптически
пустую среду — практически не рассеивается, и экран 1
остается неосвещенным. Затем через небольшое отвер-
стие 4 в крышке футляра при перемешивании вливают
порциями 2 %-ный раствор канифоли в этиловом спирте.
Образуется коллоидный раствор канифоли в воде, силь-
но рассеивающий свет. При этом на экране 1 появляется
светящееся пятно. Интенсивность освещения экрана воз-
растает после добавления каждой новой порции раство-
ра канифоли (из-за увеличения концентрации образую-
щегося золя).
Опыт особенно эффектен, если его проводить в затем-
ненном помещении. .
Опыт 27. Имитация ультрамикроскопии
Принадлежности: 1) проекционный фонарь; 2) кино-
лампа мощностью 500 вт; 3) батарейный стакан емкостью
2 л, квадратный в сечении; 4), стеклянная палочка;
5) 0,1 н. раствор йодистого калия; 6) 0,1 н. раствор ук-
суснокислого свинца; 7) концентрированная азотная кис-
лота; 8) газовая горелка; 9) колба емкостью 500 мл.
Выполнение. Ввиду того, что продемонстрировать на
лекции картину, наблюдаемую в ультрамикроскопе, не-
возможно (если не считать возможности демонстрации
соответствующих микрофотоснимков или специального
кинофильма), целесообразно проводить демонстрацию, в
которой, в известной степени, имитируется картина, на-
блюдаемая при рассмотрении золей в ультрамикроскопе.
Для этого сливают вместе 100 мл 0,1 н. раствора уксус-
но-кислого свинца и 300 мл 0,1 н. раствора йодистого
калия. Выпадает желтый осадок йодистого свинца. Ес-
ли жидкость над осадком при этом мутнеет, то добав-
ляют одну или несколько капель концентрированной
азотной кислоты до исчезновения мути.
Жидкость с осадком кипятят до растворения осадка
(очень небольшая часть осадка может остаться нераство-
ренной) и, прекратив нагрев, оставляют ее охлаждаться
при комнатной температуре. Через сутки получают вы-
кристаллизовавшиеся крупные сверкающие кристаллы
йодистого свинца.
В осветитель проекционного фонаря вставляют кино-
34
1
лампу мощностью 500 вт. После линзы конденсора по-
мещают диафрагму с отверстием диаметром 35—40 мм.
Отверстие диафрагмы прикрывают светло-синим свето-
фильтром.
На предметный столик перед диафрагмой ставят ба-
тарейный стакан емкостью 2 л, квадратный в сечении.
Батарейный стакан должен быть частично затемнен.
Для этого его обклеивают черной бумагой (рис. 15).
Стенки сосуда 2 и 3 полностью за-
клеивают черной бумагой, стенку 4
можно не заклеивать совсем, а при-
двинуть вплотную к диафрагме со
светофильтром или заклеить листом
черной бумаги с отверстием такого
диаметра, как и диаметр диафраг-
мы. На стенке 1 оставляют незакле-
енной полоску шириной 4 см. Стен-
кой 1 сосуд должен быть обращен
к слушателям.
Сосуд наполняют на 4/5 объема
дистиллированной водой. Включа-
ют осветитель проекционного фона-
ря. Вливают в батарейный стакан
немного жидкости, содержащей
3 4
Рис. 15. Имита-
ция ультрамикро-
скопии:
1—4 — стенки сосуда.
крупные золотистые кристаллы йодистого свинца и пере-
мешивают воду в батарейном стакане стеклянной палоч-
кой.
При этом наблюдают следующее: в голубоватом по-
токе света на черном фоне движутся и мерцают отдель-
ные светящиеся точки, что до некоторой степени имити-
рует картину, которую можно наблюдать при рассмат-
ривании коллоидно-дисперсной системы в ультрамикро-
скопе.
35
ГЛАВА 4
ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
В ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМАХ
В типичных коллоидных системах чрезвычайно силь-
но развита поверхность раздела между частицами дис-
персной фазы и дисперсионной средой. В связи с этим в
них огромную роль играют разнообразные поверхност-
ные явления.
Энергетическое состояние молекул в поверхностном
слое и внутри фазы различно. Это объясняется тем, что
силы молекулярного взаимодействия для частиц поверх-
ностного слоя не полностью компенсируются и поэтому
последний характеризуется избыточной свободной энер-
гией. Иными словами, для обратимого изотермического
увеличения поверхности системы необходимо выполнить
некоторую работу против молекулярных сил. Наличие
избыточной свободной энергии в поверхностном слое яв-
ляется причиной разнообразных явлений, протекающих
на границе раздела фаз. При изотермических условиях
в гетерогенных системах всегда самопроизвольно проте-
кают процессы, связанные с уменьшением поверхности
раздела фаз. Этим в частности объясняется то, что жид-
кости в условиях, исключающих действие гравитацион-
ных сил, принимают шарообразную форму (оп. 28, 29).
С этим связан также и ряд других явлений (собира-
тельная рекристаллизация, коагуляция лиофобных золей
и т. д.).
Свободная энергия единицы площади поверхностного
слоя называется поверхностным натяжением. Эта вели-
чина зависит от разности полярностей соприкасающихся
фаз и от температуры. Поверхностное натяжение на гра-
ницах раздела жидкость — жидкость и жидкость — газ
может быть определено разнообразными методами
(оп. 34—38).
36
Значительный интерес представляет изучение поверх-
ностных свойств растворов. Их поверхностное натяжение
зависит от природы и концентрации растворенных ве-
ществ. Многие растворенные вещества, называемые по-
верхностно-активными, способны понижать поверхност-
ное натяжение растворителя. На границе раздела вода—
воздух поверхностно-активными являются разнообраз-
ные органические вещества дифильной природы, в со-
став молекул которых наряду с углеводородным ради-
калом входит полярная группа. К таким веществам от-
носятся спирты, органические кислоты, простые и слож-
ные эфиры, амины и многие другие классы органических
соединений.
Влияние компонентов смеси на величину поверхност-
ного натяжения на границе раздела фаз приводит к то-
му, что они неравномерно распределяются в системе. По-
верхностно-активные вещества, в частности, скопляются
в избыточном (по сравнению с объемом фазы) количе-
стве в поверхностном слое. Это явление, называемое по-
ложительной адсорбцией, весьма распространено в при-
роде и играет чрезвычайно важную роль в жизни.
Адсорбционные процессы широко используются в тех-
нике (поглощение газов, очистка растворов и выделение
из них веществ, каталитические процессы и т. д.)
(оп. 39—44).
В качестве адсорбентов в технике обычно применяют
различные твердые пористые материалы с сильно разви-
той удельной поверхностью (активированный уголь, си-
ликагель и др.). Весьма своеобразны процессы адсорб-
ции электролитов из растворов активированным углем,
изученные А. Н. Фрумкиным с сотрудниками и школой
М. М. Дубинина (оп. 45). Существенную роль при этом
играют процессы ионообменной адсорбции (оп. 46). Осо-
бенности динамики адсорбционных процессов использу-
ются в химической защите (оп. 47) и хроматографиче-
ском анализе (оп. 48). Следует иметь в виду, что ад-
сорбция обычно сопровождается рядом побочных явле-
ний. Вся совокупность этих явлений называется сорбци-
ей. Молекулы поверхностно-активных веществ в поверх-
ностном слое определенным образом ориентируются
(оп. 49—50), что соответствует максимальному умень-
шению ими свободной энергии системы.
Действие межмолекулярных сил на границе раздела
37
фаз особенно отчетливо проявляется в процессе смачи-
вания твердых тел и растекания жидкости.
При нанесении на поверхность воды нерастворимых в
ней неполярных жидкостей они растекаются, образуя мо-
номолекулярную пленку. Подобные мономолекулярные
пленки, изученные Лангмюром, Гаркинсом и рядом дру-
гих исследователей, представляют особое двумерное со-
стояние вещества, характеризующееся своеобразными
свойствами (оп. 51—52). ♦
Адсорбционные слои, как было показано П. А. Ребин-
дером, могут приводить к значительному понижению
прочности твердых тел (эффект Ребиндера) (оп. 53) и
существенно влиять на кинетику гетерогенных процес-
сов (оп. 54).
Большое значение имеют процессы смачивания твер-
дых тел жидкостями (оп. 55—57). Для характеристики
процесса смачивания обычно измеряют так называемый
краевой угол смачивания, т. е. угол, образованный твер-
дой подложкой и касательной к поверхности нанесенной
на нее капли, проведенной в точке соприкосновения трех
фаз.
Явление избирательного смачивания твердых тел ис-
пользуется во флотационном методе обогащения руд
(оп. 58). Во многих отраслях техники используется так-
же ряд других поверхностных явлений (смазочное дей-
ствие, адгезия, моющее действие и др.).
Опыт 28. Опыт Дарлинга
Принадлежности: 1) химический стакан емкостью
1 л; 2) газовая горелка; 3) треножник; 4) мерный ци-
линдр на 50 мл; 5) песчаная баня; 6) анилин; 7) дистил-
лированная вода.
Выполнение. В химический стакан емкостью 1 л на-
ливают дистиллированную воду, не долив ее на 3 см до
верха стакана; воду нагревают до кипения, а затем очень
слабым нагреванием поддерживают в горячем состоянии.
В горячую воду наливают 25—30 мл анилина, удельный
вес которого близок к удельному весу воды. Наблюда-
ют, как анилин, который холоднее воды и имеет немного
больший удельный вес, образует сначала выступ внизу
(рис. 16), а затем этот выступ открывается в виде круп-
ной шарообразной капли и опускается на дно стакана.
ЗВ
Там анилин нагревается, его удельный вес становится
немного меньше, чем у воды, и шарообразная капля ани-
лина всплывает и растекается по поверхности воды. За-
тем процесс повторяется снова.
Рис. 16. Последовательные стадии движения анилина в воде.
Другой вариант. В стакан наливают анилин, долива-
вают доверху холодной дистиллированной воды и нагре-
вают на песчаной бане. При этом наблюдается та же
картина, что и в предыдущем варианте.
Опыт 29. Опыт Плато
Принадлежности: 1) стеклянный сосуд с плоскопа-
раллельными стенками размером 30X20X20 см; 2) хи-
мический стакан; 3) пипетка на 50 мл; 4) пипетка на
5—10 мл; 5) проволочное кольцо; 6) воронка с широким
горлом; 7) фарфоровая ложка; 8) дистиллированная во-
да; 9) подсолнечное масло; 10) хлороформ; 11) краси-
тель судан III; 12) хлористый натрий.
Выполнение. Для образования шарообразной капли
жидкости используют подсолнечное масло, утяжеленное
хлороформом. Готовят его следующим образом: к хло-
роформу вначале добавляют краситель Судан III, кото-
рый окрашивает его в ярко-красный цвет. Окрашенный
хлороформ добавляют небольшими порциями к подсол-
нечному маслу (хлороформ летуч, пары его ядовиты, по-
этому работу нужно проводить под тягой и не оставлять
открытым сосуд с хлороформом). Хлороформ добавляют
до тех пор, пока пробные мелкие капли смеси не начнут
очень медленно тонуть в воде. Для этого немного смеси
берут пипеткой при помощи резиновой груши (не втяги-
вать ртом!), конец пипетки погружают на несколько
сантиметров в воду, налитую в высокий химический
стакан, и легко выдувают туда несколько капель смеси.
Если капли при этом опускаются 'быстро, в смесь до-
39
бавляют немного масла, если всплывают на поверх-
ность— хлороформа. Приготовленную смесь держат в
закрытом сосуде, так как хлороформ легко испаряется.
Чтобы шарообразная форма капли не искажалась кри-
визной стенок сосуда, берут стеклянный сосуд с плоско-
параллельными стенками. В такой сосуд высотой 30 см,
в поперечном сечении 20X20 см наливают дистиллиро-
ванную воду, почти доверху.
Чтобы капля не опустилась на дно, а висела в центре
сосуда, увеличивают плотность нижней половины вод-
ного столба хлористым натрием. Мелкокристаллический,
без комочков, хлористый натрий насыпают фарфоровой
ложечкой через широкогорлую воронку с удлиненной
трубкой на дно сосуда. Во-
ронку плавно передвигают и
покрывают слоем соли в не-
сколько миллиметров рав-
номерно все дно сосуда. Вы-
нимают воронку медленно и
осторожно по стенке сосуда,
чтобы не перемешать воду
и раствор хлористого нат-
рия, находящегося на дне
сосуда (рис. 17, /1).
Из гибкой проволоки из-
готовляют кольцо диамет-
ром 10 см с ручкой, перпен-
дикулярной к плоскости
кольца. Этим кольцом перемешивают раствор, переме-
щая кольцо плавно вверх и вниз от слоя соли до сере-
дины сосуда (рис. 17, Б).
В результате снизу получается раствор хлористого
натрия немного большей плотности, чем смесь масла с
хлороформом. Специальную пипетку (рис. 17, В), ко-
роткую, емкостью около 50 мл с отверстием внизу, рас-
положенным строго по центру (иначе масло, хорошо сма-
чивая стекло, поползет по пипетке вверх), чисто вымы-
тую и высушенную, наполняют приготовленной смесью
масла с хлороформом резиновой грушей (не втягивать
ртом!). Вытирают насухо нижний конец пипетки, чтобы
он не был снаружи запачкан маслом, и погружают его
в сосуд с водой так, чтобы он был чуть выше границы
раствора соли и чистой воды. Медленно выпускают со-
Рис. 17. Подготовка опыта
Плато:
а — насыпание соли на дно сосуда
через широкогорлую воронку; б —
проволочное кольцо; в — пипетка
для масла с хлороформом.
40
держимое пипетки. Образуется большая, до 4 см в ди-
аметре оранжево-красная капля, довольно устойчивая и
шарообразная (рис. 18).
Чем больше разница в удельном весе воды и раство-
ра хлористого натрия, тем более сплюснутая получится
капля.
Можно получить маленькие капли в небольшой кю-
вете таким же способом и проектировать их на экран в
увеличенном виде.
Рис. 18. Шарооб-
разная капля мас-
ла, висящая в во-
де.
Рис. 19. Заполнение со-
суда двумя растворами
хлористого натрия раз-
личного удельного веса.
Другие составы для получения шарообразной капли
одной жидкости в другой:
1. Анилин (d= 1,022) —для капли; верхний раствор
хлористого натрия (d = 1,020)—36 г соли на литр раст-
вора; нижний раствор хлористого натрия (d= 1,025)—
40 г соли на литр раствора.
В сосуд сначала наливают верхний раствор, а затем
через пипетку (рис. 19), к которой сверху присоединен
кран, а над ним — воронка, наливают нижний раствор,
чуть подкрашенный каплей чернил для удобного наблю-
дения за наливанием. Кран нужно немного открыть, что-
бы нижний раствор вытекал медленно и не смешивался
с верхним.
Анилин вводят так, как описанную выше смесь под-
солнечного масла с хлороформом.
2. Подсолнечное масло или керосин — для капли; ве-
щества для утяжеления: хлороформ (d= 1,488)—летуч,
ядовит; сероуглерод (d= 1,263)—огнеопасен; нитробен-
зол (d= 1,203); гвоздичное масло (d= 1,055—1,062).
41
Кррсители: для анилина — метиленовая синь, индиго,
кристалл-виолет, фуксин; для керосина — те же, кроме
фуксина; для подсолнечного масла — те же; для серо-
углерода — йод.
Опыт 30. Растяжение мыльной пленки
Принадлежности: 1) кристаллизатор или фотографи-
ческая кювета; 2) рамка для мыльной пленки; 3) набор
миллиграммовых разновесов с петельками; 4) пинцет;
5) олеат натрия; 6) глицерин; 7) концентрированный
раствор аммиака в воде.
Приготовление раствора мыла: в чистую бутыль с
притертой пробкой наливают 1,5 л дистиллированной во-
ды, всыпают 150 г истолченного олеата натрия.
Для полного растворения олеата натрия бутыль ос-
тавляют на сутки в темном месте, после чего добавляют
500 мл глицерина. Раствор перемешивают, дают сутки
отстояться в темном месте и затем переливают сифоном
жидкость в другой сосуд, отделив ее от оставшейся пены.
Для просветления раствора добавляют несколько капель
концентрированного раствора аммиака. Бутыль закры-
вают и хранят в темном месте. Раствор не портится го-
дами, если в него не вносить загрязнений [7].
Выполнение. Из металлического
прута или стеклянной палочки диамет-
ром 4—5 мм изготовляют рамку, у ко-
торой стенки а, б, в неподвижны, а
стенка г подвижна: ее изготовляют из
тонкой, легкой, упругой проволоки.
Стенки а и б строго параллельны, а
стенка г легко скользит вдоль них
(рис. 20). На средине проволоки г за-
крепляют крючок. Вначале опыта сма-
Рис. 20. Мыльная чивают стенки а и в раствором мыла,
пленка в рамке: подвигают стенку г к стенке в и опус-
а, б в— неподвижные
стенки: г — подвиж-
ная стенка.
кают их в раствор мыла; ставят рамку
на основание. Образовавшаяся мыль-
ная пленка удерживает подвижную
стенку г так, что она плотно прижата к стенке в. Про-
буют рукой слегка потянуть ,за крючок вниз, пленка
немного растягивается, если крючок отпустить, пленка
сокращается и поднимает проволоку г. Далее подвеши-
42
вают на крючок миллиграммовые разновесы (предвари-
тельно проколотые, с мелкими проволочными петелька-
ми) и наблюдают растяжение мыльной пленки. Если
разновесы осторожно снимают, пленка сокращается и
стенка г вновь подтягивается к стенке в.
Допускаемая нагрузка зависит от качества мыльного
раствора и размеров рамки и составляет несколько со-
тен миллиграммов. >
Например, при длине стенок а и б — 40 см и стенок
в и г — 25 см нагрузка достигает 700 мг, при длине сте-
нок виг 15 см — 230 мг, при большей нагрузке пленка
разрывается.
Опыт 31. Мыльная пленка в кольце
Рис. 21. Мыльная пленка
в кольце:
а — сплошная мыльная плен-
ка; б — растяжение нитяной
петли после разрыва мыль-
ной пленки; 1 —нитяная
петля.
Принадлежности: 1) кольцо с нитяной петлей;
2) кристаллизатор; 3) стеклянный шарик диаметром 3—
5 мм; 4) пинцет; 5) раствор мыла для пленки; 6) скаль-
пель.
Выполнение. Из гибкой проволоки в пластмассовой
изоляции приготовляют кольцо 10—15 см в диаметре,
с ручкой (рис. 21, а). К кольцу по
хорде привязывают крепкую шел-
ковую нить, а к середине нити
привязывают на короткой ножке
петлю из этой же нити; диаметр
ее 5—6 см. Изготовленное таким
образом кольцо опускают в раст-
вор мыла (см. предыдущий
опыт). Кольцо оказывается затя-
нутым сплошной мыльной плен-
кой. Затем сухим тонким скаль-
пелем осторожно прорезают
пленку в нитяной петле 1. Тогда
под действием сил поверхностно-
го натяжения петля растягивает-
ся, и в мыльной пленке образу-
ется правильное круглое отверстие, ограниченное нитя-
ной петлей (рис. 21, б). Далее вновь опускают кольцо
в раствор мыла и на образовавшуюся пленку бросают
с высоты 3—5 см стеклянный шарик диаметром 3—5 мм,
смоченный мыльным раствором. Шарик падает через
пленку на стол, не разрывая пленку.
Опыт 32. Удерживание слоя жидкости силами поверх-
ностного натяжения
Принадлежности: 1) воронка Шотта № 1; 2) стеклян-
ная воронка с оттянутым концом; 3) дистиллированная
вода; 4) диэтиловый эфир.
Выполнение. В опрокинутую воронку Шотта № 1 на-
ливают дистиллированную воду до верха трубки
(рис. 22, а). Переворачивают воронку, не спеша, вниз
трубкой; вода не выливается вследствие действия силы
поверхностного натяжения (рис. 22, б).
Если далее на поверхность стеклянного фильтра на-
лить несколько капель диэтилового эфира, который
уменьшает поверхностное натяжение воды, то происхо-
дит отрыв водного столба и вода быстро вытекает из
воронки (рис. 22, в).
Опыт 33. «Взвешивание» поверхностного натяжения
Принадлежности: 1) демонстрационные весы; 2) кри-
сталлизатор; 3) разновесы; 4) предметный столик;
5) дистиллированная вода; 6) диэтиловый эфир.
Рис. 22. Опыт с воронкой
Шотта:
а — заполнение воронки
Шотта водой; б — удержи-
ваемая поверхностным на-
тяжением вода не вылива-
ется; в — отрыв столба во-
ды под действием диэтило-
вого эфира.
Рис. 23. «Взвешивание» по-
верхностного натяжения.
Выполнение. Для «взвеши-
вания» поверхностного натя-
жения одну из чашек демон-
страционных весов (рис. 23)
заменяют плоским металличе-
ским кольцом диаметром около 10 см и шириной 1 см.
Уравновешивают оба коромысла весов. Затем ставят
под кольцо кристаллизатор с водой на предметном сто-
лике и регулируют его положение так, чтобы кольцо
легло на поверхность воды, а стрелка весом установи-
44
лась на нуле. Далее на чашку весов ставят разновесы,
нагрузку увеличивают до тех пор, пока кольцо не отор-
вется от поверхности воды. Подбирают такую нагрузку,
чтобы кольцо отрывалось по возможности медленно, а
не рывком.
Нагрузка измеряется десятками граммов (15—25).
После демонстрации отрыва кольца от поверхности во-
ды показывают влияние поверхностно-активного вещест-
ва на поверхностное натяжение воды. Для этого вновь
устанавливают кольцо на поверхности воды, на чашку
весов помещают груз, недостаточный для отрыва коль-
ца (соответствующий, например, 75% необходимой для
этого нагрузки).
Затем приливают к воде в кристаллизаторе немного
эфира или другого вещества, уменьшающего поверхност-
ное натяжение, кольцо при этом мгновенно отрывается
от поверхности жидкости.)
Опыт 34. Отрыв кольца от поверхности жидкости
Рис. 24. Отрыв кольца от по-
верхности жидкости:
1 — ареометр; 2 — проволочное коль-
цо; 3 — погруженный ареометр; 4—
всплывший ареометр.
и, открыв пробирку у ПО-
Принадлежности: 1) стеклянный химический стакан
емкостью 1 л; 2) ареометр для измерения плотностей
’ жидкостей меньших единицы; 3) пробирка; 4) дистилли-
рованная вода; 5) диэтиловый эфир.
Выполнение. На арео-
метр 1 для измерения
плотностей жидкостей
меньших единицы укреп-
ляют проволочное коль-
цо 2 на такой наибольшей
высоте, чтобы при погру-
жении ареометра с коль-
цом в воду он удержи-
вался в погруженном со-
стоянии 3 (рис. 24). За-
тем ополаскивают диэти-
ловым эфиром пробирку,
быстро закрывают ее от-
верстие большим пальцем,
верхности воды, «выливают» пар эфира на воду. Арео-
метр 4 всплывает. Через несколько секунд эфир испаря-
ется и опыт можно повторить сначала. Вместо эфира
можно взять бутиловый, амиловый или другой спирт, а
45
также любое вещество, уменьшающее поверхностное на-
тяжение воды.
Для наглядности в верхней части ареометра прикреп-
ляют пицеином легкий красный флажок.
Опыт 35. Измерение поверхностного натяжения на гра-
нице раздела жидкость — газ по методу Ре-
биндера
Принадлежности: 1) сосуд с отростком для измере-
ния поверхностного натяжения; 2) капилляр; 3) тубус-
ная склянка; 4) стеклянная банка емкостью 0,5 л; 5) на-
клонный манометр; 6) дистиллированная вода; 7) 0,5 м
раствор бутилового спирта.
Выполнение. До начала опыта жидкость в манометре
3 (рис. 25) должна стоять на нуле. В сосуд 1 наливают
Рис. 25. Прибор Ребиндера для измерения поверхностного натя-
жения на границе раздела жидкость — газ:
1 — сосуд с исследуемой жидкостью; 2 — тубусная склянка;. 3 — наклонный
манометр.
дистиллированную воду. Сосуд закрывают плотно рези-
новой пробкой, в которую вставлена стеклянная трубка,
оканчивающаяся капилляром. Капилляр готовят оттяги-
ванием в пламени горелки барометрической трубки и
последующим разрезанием ее в месте перетяжки (оп-
лавлять и шлифовать капилляр нельзя); из большого
46
числа получаемых таким образом капилляров выбирают
немногие с совершенно ровным основанием, имеющим
зеркальную поверхность; с помощью лупы проверяют,
нет ли зазубрин на краях капилляра.
Основание капилляра должно касаться поверхности
воды, но не быть погруженным в нее (рис. 26). Откры-
вают немного кран тубусной склянки 2, из которой на-
чинает медленно вытекать вода. При этом в тубусной
склянке и соединенных с ней через Т-образную трубку
сосуде 1 и манометре создается разрежение, жидкость в
Рис. 26. Положе-
ние основания ка-
пилляра в сосу-
де 1 (рис. 25)
для измерения
поверхностного на-
тяжения.
Рис. 27. Вид пробки соеди-
нительного крана с пропи-
ленными каналами.
а — вид сбоку с двух противопо-
ложных сторон; б — поперечное
сечение в области канала.
манометре начинает подниматься. В момент, когда раз-
ность давлений снаружи и внутри сосуда 1 превышает
некоторую критическую величину, определяемую поверх-
ностным натяжением жидкости в сосуде 1, через капил-
ляр проскакивает пузырек воздуха; при этом уровень
жидкости в манометре опускается на 2—3 мм. Измере-
ния этого давления повторяют несколько раз. Затем вы-
ливают из сосуда 1 воду, ополаскивают его 0,5 М раство-
ром бутилового спирта и наливают этого раствора спир-
та столько же, сколько было прежде налито воды. По-
вторяют измерение высоты столба жидкости в маномет-
ре в момент проскока пузырька.
Бутиловый спирт можно заменить другим спиртом
или любым веществом, понижающим поверхностное на-
тяжение воды. Пузырьки воздуха должны образовывать-
ся по одному через равные промежутки времени (в пре-
делах 10—20 сек). На равномерный проскок пузырьков
и постоянство показаний манометра влияют качество ос-
47
нования капилляра, глубина погружения последнего в
воду, которая должна быть минимальной, строго верти-
кальное положение его и возможность плавно регулиро-
вать скорость вытекания воды из тубусной склянки.
Для осуществления последнего условия можно немно-
го изменить устройство соединительного крана, через ко-
торый вытекает вода из склянки 2. Делают это так: на
пробке крана небольшим напильником или, еще лучше,
надфилем пропиливают канал на одной стороне окруж-
ности от отверстия до отверстия, на другой — пропили-
вают сходящий на нет канал от отверстия до середины
стороны (рис. 27). Покрывают пробку небольшим коли-
чеством смазки (вазелином, ланолином или др.) так,
чтобы она не заполнила пропиленные каналы. Кроме то-
го, конец крана, из которого вытекает вода, должен быть
оттянут, как у ттипетки. /
Таким краном легко и плавно регулируется скорость
вытекания воды.
Опыт 36. Сталагмометр Траубе
Принадлежности: 1) проекционный фонарь; 2) ста-
лагмометры — 2 шт.; 3) штатив Бунзена; 4) кристалли-
затор диаметром 10 см; 5) дистиллированная вода;
6) 0,2 М. раствор амилового спирта в воде; 7) стеклян-
ные краны — 2 шт.
Выполнение. В широкой пробке просверливают два
отверстия диаметром 6—7 мм, разрезают пробку на две
половины так, что линия разреза проходит через отвер-
стия.
Изготовляют два одинаковых сталагмометра. Сталаг-
мометр напоминает обычную пипетку Мора. Объем рас-
ширенной части сталагмометра составляет 5—10 мл,
нижняя часть сталагмометра (в отличие от пипетки)
представляет стеклянный капилляр диаметром 0,3—
0,5 мм, заканчивающийся плоской площадкой диамет-
ром около 1—1,5 см с шлифованной поверхностью.
Для демонстрации оба сталагмометра, к которым
сверху через резиновые трубки присоединены стеклян-
ные краны, укрепляют в лапке штатива (используя для
этой цели просверленную и разрезанную пробку). По-
мещают основания расположенных вертикально и па-
раллельно друг другу сталагмометров между линзой
48
конденсатора и объективом проекционного фонаря. Под
сталагмометры ставят небольшой кристаллизатор, в ко-
торый вытекает жидкость из сталагмометров. Один из
сталагмометров заполняют дистиллированной водой, а
другой 0,2 М раствором амилового спирта. Затем, от-
крывая осторожно краны -над сталагмометрами, добива-
ются медленного, по каплям, и по возможности равно-
мерного вытекания жидкостей из обоих сталагмометров.
На экране наблюдают значительную разницу в раз-
мерах открывающихся капель воды и растворы амило-
вого спирта.
Опыт 37. Капиллярное поднятие жидкостей
Принадлежности: 1) капиллярные трубки разного ди-
Рис. 28. Прибор
для определения
поверхностного
натяжения по ка-
пиллярному под-
нятию:
1—3 — уровни подня-
тия жидкости в ка-
пиллярах.
аметра —- 3 шт.; 2) чашка Петри;
3) штатив; 4) проекционный фонарь с
оптической скамьей; 5) подкрашенная
вода.
Выполнение. На предметный столик
проекционного фонаря ставят чашку
Петри с подкрашенной водой. Уста-
навливают над ней с помощью штати-
ва три капилляра с разными внутрен-
ними диаметрами, укрепленные в ши-
рокой пробке (рис. 28). Капилляры
проектируют на экран. С помощью
винта осторожно поднимают предмет-
ный столик с чашкой Петри, пока ос-
нования капилляров не погрузятся в
воду и наблюдают, на какой уровень
поднимается жидкость в капиллярах.
Чем тоньше капилляр, тем выше под-
нимается в нем жидкость. Основания капилляров долж-
ны находиться в одной плоскости, а сами капилляры
должны быть очень чистыми и хорошо смачиваться
водой.
Опыт 38. Форма покоящейся капли
Принадлежности: 1) проекционный фонарь; 2) кюве-
та с плоско-параллельными стенками размером 15Х30Х
Х20 мм; 3) глазная пипетка; 4) ртуть.
Выполнение. На предметный столик оптической
4—69
49
скамьи помещают кювету с плоскопараллельными стен-
ками размером 10X30X20 мм из набора кювет к фото-
электрокалориметру. На середину дна кюветы глазной
пипеткой наносят каплю ртути диаметром 4—5 мм. Кап-
лю проектируют на экран.
Перенеся изображение капли с экрана на доску, лек-
тор объясняет, как, измерив параметры увелйченного
изображения капли, рассчитывают поверхностное натя-
жение жидкости.
Пользоваться в данном случае в качестве подложки
для капли ртути какой-либо ровной пластинкой (напри-
мер, из стекла) без бортиков нельзя, так как под-
вижная капля ртути при небольшом наклоне предметно-
го столика может скатиться. Нельзя также восполь-
зоваться .в качестве подложки чашкой Петри или ана-
логичным сосудом, с искривленными боковыми стен-
ками, так как будет искажена форма капли при
отражении на экран.
Опыт 39. Адсорбция брома на силикагеле
Принадлежности: 1) u-образная трубка высотой
15 см, диаметром 15 мм; в) водоструйный насос;
3) склянка Дрекселя; 4) силикагель; 5) кварцевый пе-
сок; 6) вата; 7) бром.
Выполнение. В u-образную трубку с отростком
(рис. 29) насыпают на дно слой чистого кварцевого
песка. Над ним в обоих коленах помещают по неболь-
шому слою ваты (обыкновенной или стеклянной), а по-
верх ваты насыпают слой зернистого силикагеля. Оба
колена трубки плотно закрывают резиновыми пробками.
Отросток одного колена и-образной трубки присоединя-
ют через трехходовой кран к склянке Дрекселя, на дно
которой налито небольшое количество жидкого брома
(столько, чтобы трубка, проходящая внутри склянки,
была погружена в него на 2—3 мм; при этом нужно
иметь в виду, что пары брома ядовиты, а жидкий бром
вызывает ожоги при попадании на кожу; заполнение
склянки Дрекселя нужно производить под тягой).
Отросток другого колена трубки присоединяют к во-
доструйному насосу. Включают насос. Через трубку с
силикагелем и песком начинают проходить пары брома.
50
Вначале они адсорбируются на первом, обращенном в
сторону склянки Дрекселя, слое силикагеля и окраши-
вают его в светло-коричневый цвет. Затем начинает ок-
рашиваться второй слой силикагеля, адсорбируя бром.
Слой песка при этом остается без изменений.
Хотя кварцевый песок и
силикагель имеют одинако-
вый химический состав (дву-
окись кремния), но отлича-
ются по пористой структуре,
что сказывается на их ад-
сорбционной емкости: силь-
но пористый силикагель хо-
рошо адсорбирует пары
брома, в то время как песок
адсорбирует его в исчезаю-
ще малых количествах.
Если повернуть втулку
Рис. 29. Установка для демон-
страции адсорбции брома на
силикагеле:
1 — бром, 2 трехходовой кран;
3 — песок; 4 — вата; 5 — силикагель.
трехходового крана так, что-
бы через u-образную трубку вместо паров брома прохо-
дил чистый воздух, то бром, адсорбированный силика-
гелем, начинает медленно десорбироваться и уноситься
током воздуха. При этом обесцвечивается первый слой
(тот, что первым окрасился).
Опыт 40. Адсорбция паров брома активированным
углем
Принадлежности: ;1) стеклянный цилиндр емкостью
0,5 л с притертой пробкой; 2) глазная пипетка; 3) белый
экран размером 30x50 см; 4) бром; 5) гранулирован-
ный активированный уголь.
Выполнение. В цилиндр емкостью 0,5 л с притертой
пробкой капают 3—5 капель брома. Пары брома момен-
тально заполняют весь цилиндр, это хорошо наблюдать
на фоне белого экрана. Далее в цилиндр с парами бро-
ма насыпают 10 г гранулированного активированного уг-
ля и встряхивают цилиндр. Бурая окраска паров брома
исчезает вследствие адсорбции брома углем.
Примечание. Пары брома ядовиты, а жидкий
бром вызывает тяжелые ожоги, поэтому опыт нужно
проводить осторожно и, в то же время, достаточно
быстро.
51
Выполнение. Установка
о
Рис. 30.
страции
Установка для демон-
адсорбции газов ак-
тивированным углем:
1 — тубусная склянка; 2, 3 — стек-
лянные трубки; 4 — резиновая труб-
ка; 5 — винтовой зажим; 6 — колба
с активированным углем; 7, 10 —
соединительные краны; 8 — тубус;
9 — манометр.
Опыт 41. Адсорбция аммиака активированным углем
Принадлежности: 1) стеклянная банка с тубусом ем-
костью 1 л; 2) манометр; 3) стеклянные краны — 2 шт.;
4) сосуд емкостью 80—100 мл с узким горлом (диаметр
горла 10 мм) —для активированного угля; 5) винтовой
зажим; 6) хлористый аммоний; 7) натронная известь;
8) гранулированный активированный уголь; 9) фарфо-
ровая ступка; 10) колба Вюрца; И) газовая горелка;
12) ^асбестовая сетка; 13) демонстрационный манометр,
для демонстрации адсорб-
ции аммиака углем (рис. 30)
состоит из стеклянной бан-
ки с тубусом 1 емкостью
1 л. Верхнее отверстие бан-
ки плотно закрывают рези-
новой пробкой, в которую
вставлены две трубки 2 и 3.
Узкая трубка (диаметром
5—6 мм) служит для запол-
нения банки аммиаком, ши-
рокая трубка (диаметром
10 мм) соединяется корот-
кой резиновой трубкой 5 с
небольшой круглодонной
колбой емкостью 80—100 мл
6 с узким горлом, в которую
насыпают около 30 г грану-
лированного угля. Резино-
вую трубку пережимают винтовым зажимом 5. После
того как прибор собран, банку 1 заполняют аммиаком
(заполнение следует проводить незадолго до демонстра-
ции опыта). Для получения аммиака в фарфоровой ступ-
ке растирают примерно равные по весу количества хло-
ристого аммония и натронной извести. Полученную смесь
всыпают в колбу Вюрца, которую соединяют с узкой труб-
кой тубусной склянки. Колбу Вюрца помещают на ас-
бестовую сетку и осторожно нагревают на пламени го-
релки. Выделяющийся аммиак наполняет в течение не-
скольких минут тубусную склянку, причем воздух из нее
вытесняется через нижнее отверстие. После заполнения
аммиаком тубусной склянки закрывают пробкой тубус
8 и отсоединяют от колбы Вюрца, перекрывая предвари-
тельно кран 7. Затем тубусную склянку при помощи
52
трубки 2 присоединяют к демонстрационному манометру
при закрытом кране 7. В качестве демонстрационного
манометра 9 используют u-образную узкую трубку дли-
ной 100—120 см, которую до половины заполняют ке-
росином, закрашенным Суданом III. Открывая кран 7
при закрытом кране 10, уравновешивают давление в
тубусной склянке и в манометре. Далее открывают вин-
товой зажим 5 на резиновой трубке и пересыпают уголь
в тубусную склянку, встряхивают ее, после чего очень
осторожно открывают кран 7, ведущий к манометру. При
этом наблюдается подъем жидкости в том колене мано-
метра, которое сообщается с тубусной склянкой. Не сле-
дует быстро открывать кран 7, так как при этом
манометрическая жидкость может быть переброшена в
тубусную склянку. При демонстрации опыта нужно
опасаться попадания влаги в тубусную склянку, так как
вода сильно поглощает аммиак. Необходимо также со-
блюдать полную герметичность сосуда во избежание
просачивания аммиака из склянки. По этой же причине
тубусную склянку следует наполнять аммиаком непо-
средственно перед лекцией или во время лекции.
Опыт 42. Адсорбция паров эфира активированным
углем
Принадлежности: 1) стеклянная банка с тубусом
(емкостью в 1 л); 2) манометр; 3) стеклянные краны —
2 шт.; 4) глазная пипетка; 5) диэтиловый эфир; 6) акти-
вированный уголь (гранулированный).
Выполнение. Прибор собирают так же, как для де-
монстрации адсорбции аммиака углем. Открыв нижнее
отверстие тубусной склянки 8, присоединяют ее к мано-
метру, после чего закрывают кран 7 (рис. 30). Уровень
жидкости в обоих коленах манометра должен быть оди-
наковым. Затем через нижнее отверстие вливают в
склянку 1 мл диэтилового эфира, плотно закрывают от-
верстие резиновой пробкой. Пары эфира заполняют
склянку. Далее снимают зажим 5, всыпают в склянку
активированный уголь и встряхивают ее. Открывая осто-
рожно кран 7, наблюдают подъем жидкости в колене
манометра, соединенном с тубусной склянкой, происхо-
дящий вследствие понижения давления в склянке, ко-
торое возникает в результате адсорбции эфира углем.
53
Опыт 43. Адсорбция аммиака древесным углем (опыт
Фонтана)
Принадлежности: 1) пробирка— 1 шт.; 2) кристалли-
затор диаметром 10 см; 3) фарфоровая ступка; 4) колба
Вюрца; 5) газовая горелка; 6) асбестовая сетка; 7) хло-
ристый аммоний; 8) натронная известь; 9) древесный
уголь.
Выполнение. Получают аммиак из смеси хлористого
аммония и натронной извести (он. 40) и собирают его
в большую пробирку диаметром 2 см, длиной 20 см.
Пробирку при этом держат отверстием вниз, так как ам-
миак легче воздуха. Наполненную аммиаком пробирку
плотно закрывают резиновой пробкой. В кристаллизатор
диаметром 10 см наливают сухую ртуть так, чтобы
толщина слоя ртути была около 3 см. Опускают пробир-
ку в ртуть и под слоем ртути открывают пробку. Под
край пробирки подводят пинцетом кусочек древесного
угля, он всплывает внутри пробирки на поверхность рту-
ти. Уголь адсорбирует аммиак и ртуть, постепенно под-
нимаясь, заполняет почти всю пробирку.
Древесный уголь перед опытом прокаливают без до-
ступа воздуха (под слоем песка).
Примечание. Ученый 18 века Фонтана проводил этот опыт,
адсорбируя углем не аммиак, а воздух, для чего, прокалив уголь
до красного каления, охлаждал его не на воздухе, а под слоем
ртути.
Опыт 44. Адсорбция из растворов
Принадлежности: 1) колба Бунзена; 2) воронка Шот-
та № 1; 3) разрежающий насос; 4) активированный
уголь в порошке; 5) 0,002%-ный раствор конго-рот.
Выполнение. В воронку Шотта № 1 насыпают при-
близительно 15 г порошкообразного активированно-
го угля, затем ее через пробку вставляют в колбу Бун-
зена, смачивают уголь дистиллированной водой; избы-
ток воды отсасывают разрежающим насосом. В ворон-
ке, таким образом, находится слой влажного угля тол-
щиной около 3 см. Эту часть опыта выполняют до лек-
ции; чтобы уголь в дальнейшем не взмучивался с нали-
ваемым раствором, его покрывают тонким слоем ваты
(рис. 31).
54
На лекции наливают в воронку на слой угля раствор
красителя конго-рот. Подключив колбу к разрежающему
насосу, фильтруют красный раствор через уголь. Фильт-
рат совершенно бесцветен.
Вместо раствора конго-рот можно взять разбавлен-
ные, но достаточно ярко окрашенные растворы метиле-
новой сини, фуксина и других красителей.
Опыт 45. Гидролитическая адсорбция
Принадлежности: 1) колба Бунзена; 2) воронка Шот-
та № 1; 3) разрежающий насос; 4) активированный
уголь в порошке; 5) раствор хлористого калия 5%-ный;
6) спиртовый раствор фенолфталеина; 7) коническая
колба на 200 мл.
Рис. 31. Ад-
сорбция кра-
сителей из
растворов
активирован-
ным углем.
Рис. 32. Ионооб-
менная колонка,
заполненная катио-
нитом и раство-
ром соли.
Выполнение. В воронку Шотта № 1 насыпают около
15 г порошка активированного угля, затем ее через проб-
ку вставляют в колбу Бунзена. В колбу Бунзена и в ко-
ническую колбу на 200 мл наливают несколько капель
раствора фенолфталеина в 60 %-ном спирте. В кониче-
скую колбу вливают 5%-ный раствор хлористого калия
(раствор нейтральный и фенолфталеин не меняет ок-
раску).
55
Наливают 5%-ный раствор хлористого калия в ворон-
ку Шотта с углем, подключают колбу Бунзена к разре-
жающему насосу и фильтруют раствор хлористого ка-
лия через слой активированного угля. Вытекающий в
колбу Бунзена раствор имеет щелочную реакцию и ок-
рашивается находящимся в колбе фенолфталеином в
малиновый цвет. Это происходит вследствие того, что ак-
тивированный уголь поглощает из раствора хлористого
калия ионы СК, а взамен них в раствор переходит экви-
валентное количество гидроксильных ионов из внешней
обкладки двойного электрического слоя, образующегося
на поверхности угля.
Опыт 46. Ионный обмен на катионитах
Принадлежности: 1) ионообменная колонка; 2) шта-
тив Бунзена; 3) стаканы—3 шт.; 4) катионит типа эспа-
тит; 5) ,10%-ный раствор хлористого натрия; 6) раствор
индикатора метилрот в капельнице. <
Выполнение. Ионообменная колонка представляет
стеклянный сосуд (рис. 32). Верхняя расширенная часть
колонки, играющая роль воронки, имеет длину 10 см и
диаметр 3 см; нижняя часть представляет цилиндриче-
скую трубку длиной 20 см и диаметром 1,5 см. Трубка,
по которой из колонки вытекает раствор, имеет П-образ-
ную форму и заканчивается краном.
Катионит, используемый для демонстрации, предва-
рительно выдерживают несколько часов в 2 н. раство-
ре соляной кислоты, после чего его многократно отмы-
вают путем декантации дистиллированной водой до
нейтральной реакции. При этом нужно' учесть, что сухой
катионит в воде (или растворе кислоты) набухает и мо-
жет разорвать ионообменную колонку, поэтому в ко-
лонку нужно помещать уже набухший катионит и дер-
жать его там во влажном состоянии. Указанную выше
обработку катионита можно проводить в стакане, а
отмывать от избытка кислоты лучше в большом (не-
сколько литров) объеме дистиллированной воды. Под-
готовленный таким образом катионит, находящийся в
водородной форме, насыпают в ионообменную колонку
так, чтобы поверхность его слоя находилась примерно на
одном уровне с верхней частью отводной трубки
(рис. 32). Для заполнения колонки необходимо 16—
56
17 г катионита (в расчете на воздушно-сухой катионит).
Во время лекции в колонку с катионитом наливают
вначале дистиллированную воду и, собирая вытекаю-
щую из колонки жидкость в стакан, убеждаются в том,
что она имеет нейтральную реакцию, для чего к ней до-
бавляют 2—3 капли раствора индикатора метилрот.
Демонстрируют также то, что приготовленный для
опыта 10%-ный раствор хлористого натрия тоже имеет
нейтральную реакцию. Затем тот же раствор хлористого
натрия наливают в ионообменную колонку и собирают
раствор, прошедший через слой катионита в чистый
стакан.
К полученной жидкости добавляют 2—3 капли раст-
вора метилрот, при этом она окрашивается в розовый
цвет. Это указывает на то, что нейтральный раствор со-
ли, пройдя через слой катионита, в результате ионного
обмена подкисляется.
• • *
Опыт 47. Определение времени защитного действия
слоя угля
Принадлежности: !) адсорбционная колонка для ак-
тивированного угля; 2) промывная склянка Тищенко;
3) реометр; 4) слянка Дрекселя; 5) тубусная склянка
емкостью 5 л; 6) банка для слива воды; 7) секундомер;
8) трехходовой кран; 9) активированный уголь, грану-
лированный; 10) концентрированный раствор аммиака;
11) 0,01 н. раствор серной кислоты; 12) метилрот.
Выполнение. Для демонстрации защитного действия
слоя активированного угля собирают установку (рис. 33).
В промывную склянку Тищенко 1 наливают 10 мл
раствора аммиака, полученного смешиванием 25 мл кон-
центрированного раствора аммиака и 75 мл воды. В ад-
сорбционную колонку 3 длиной 10 см диаметром 1,5 см
насыпают слой активированного гранулированного угля
толщиной 1,5—2 см. Между склянкой Тищенко и колон-
кой 3 помещают трехходовой кран 2, один из отростков
которого открывается на воздух. После колонки 3 по-
мещают реометр 4 для измерения скорости протекания
газовой смеси через установку. Для обнаруживания
момента «проскока» неадсорбированного аммиака слу-
жит склянка Дрекселя 5, в которую наливают 20 мл
дистиллированной воды, одну каплю 0,01 н. серной кис-
57
лоты и 2 капли раствора индикатора метилрот. Чтобы
вызвать протекание воздуха через систему в конце уста-
новки ставят тубусную склянку 6 емкостью 5 л. Ее на-
полняют вначале опыта на 4Д объема водой и использу-
ют в качестве разрежающего устройства.
Рис. 33. Схема установки для определения времени
защитного действия:
1 — склянка Тищенко; 2 — трехходовой кран; 3 — адсорбци-
онная колонка; 4 — реометр; 5 — склянка Дрекселя; 6 —
тубусная склянка; 7 — стакан.
Когда установка собрана, втулку трехходового крана
ставят в такое положение, чтобы колонка 3 сообщалась
с воздухом. Открывают кран тубусной склянки, из кото-
рой вода начинает вытекать в стакан 7. При этом в
склянке 6 возникает разрежение, и по установке через
кран 2 начинает протекать воздух. Скорость вытекания
воды из склянки 6 регулируют так, чтобы через слой уг-
ля проходило около 100 мл воздуха в минуту. Далее по-
ворачивают втулку крана 2 так, чтобы колонка 3 сооб-
щалась со склянкой Тищенко /, и в этот момент вклю-
чают секундомер. Воздух, протекающий через склянку
Тищенко, обогащается аммиаком. Аммиак адсорбируется
вначале активированным углем. Через 3—5 мин, когда
динамическая активность слоя будет использована, на-
ступает «проскок» аммиака, который обнаруживается по
изменению окраски индикатора в склянке Дрекселя 5.
Опыт 48. Хроматографическое разделение смесей
Принадлежности: 1) хроматографическая колонка;
2) колба Бунзена; 3) разрежающий насос; 4) окись алю-
миния; 5) метанол; 6) метилрот; 6) метиленовая синь.
Выполнение. Хроматографическая колонка представ-
58
Рис. 34. Хро-
матограмма
метилрот и
метиленовой
сини на
окиси алю-
миния.
1 — слой метил-
рот; 2 — слой
метиленовой
сини.
ляет стеклянную трубку, суженную внизу: широкая
часть длиной 25 см, диаметром 2 см, узкая часть длиной
4—6 см, диаметром 6—8 мм. В основание колонки кла-
дут металлическую решетку и на нее слой ваты. Колонку
вставляют через резиновую пробку в колбу Бунзена,
соединенную с разрежающим насосом
(рис. 34). Небольшими порциями насы-
пают в колонку прокаленный, достаточно
высокодисперсный порошок окиси алю-
миния, периодически смачивая его мета-
нолом и отсасывая избыток последнего.
Окисью алюминия заполняют две трети
объема колонки. Окись алюминия долж-
на лежать в колонке равномерно плот-
но, без комков и пустот.
На лекции сливают вместе 1 мл
1 %-кого раствора метилрот в метаноле
и 1 мл 0,1%-ного раствора метиленовой
сини в метаноле. Эту смесь медленно вли-
вают в колонку; включают разрежающий
насос.
Метилрот задерживается в верхнем
слое окиси алюминия, в то время как ме-
тиленовая синь проходит в нижний слой
поглотителя. Чтобы слой с метиленовой
синью отделился от слоя, содержащего
метилрот, промежутком в 2—3 см, хро-
матограмму нужно проявить, промывая
колонку небольшими порциями чистого метанола.
Вместо раствора метиленовой сини можно взять раст-
вор метилвиолета той же концентрации, а вместо раство-
ра метилрот — раствор метилоранжа той же концентра-
ции.
Окись алюминия — основной окисел, поэтому метил-
рот и метилоранж приобретают в колонке желтую окрас-
ку. Слой метиленовой сини окрашивается в синий цвет,
слой метилвиолета — в фиолетовый.
Опыт 49. Ориентация молекул поверхностно-активного
вещества в насыщенном поверхностном слое
Принадлежности: 1) модели молекул 20—30 шт.
2) кристаллизатор диаметром 30 см; 3) дистиллирован-
ная вода.
59
Выполнение. Для имитации ориентации молекул по-
верхностно-активных веществ в адсорбционных слоях
изготовляют специальные модели. Для этого из писчей
Рис. 35.
Модель
молеку-г
лы по-
верхност-
но-актив-
ного веч
щества,
плаваю-
щая вер-
тикаль-
но в воде.
бумаги склеивают трубочку длиной 15 см,
диаметром 7—8 мм. Отверстие с одной сто-
роны заклеивают бумагой. Трубочку пара-
финируют, погружая в горячий парафин и
давая полностью стечь избытку парафина.
К открытому концу трубочки пицеином
(сплав двух весовых частей воска и одной
весовой части канифоли) приклеивают не-
сколько мелких дробинок так, чтобы тру-
бочка вертикально плавала, минимально
погружаясь в воду. Готовят 20—30 шт. та-
ких трубочек, окрашивают в различные цве-
та погружающуюся под воду и надводную
части; окрашенные трубочки парафиниру-
ют и приклеивают дробинки.
На лекции трубочки-модели молекул
кладут в сухой и чистый кристаллизатор
диаметром 30 см и заполняют его доверху
водой.
По мере заполнения кристаллизатора
водой трубочки-«молекулы» поднимаются
и устанавливаются вертикально, имитируя ориентацию
молекул поверхностно-активного вещества в насыщен-
ном поверхностном слое.
Нижняя часть трубочки-«молекулы» условно обо-
значает лиофильную часть молекул, верхняя — лиофоб-
ную (рис. 35).
Опыт 50. Ориентация молекул в поверхностном слое
Принадлежности: 1) проекционный фонарь; 2) стек-
лянная пластинка размером 4x6 см; 3) глазная пипет-
ка; 4) фарфоровая чашка диаметром 10 см; 5) газовая
горелка; 6) треножник; 7) асбестовая сетка; 8) стеклян-
ная палочка; 9) ножницы; 10) скальпель; 11) парафин;
12) дециловый спирт; 13) дистиллированная вода.
Выполнение. Фарфоровую чашку диаметром 10 см
наполняют наполовину дистиллированной водой и нагре-
вают на газовой горелке с асбестовой сеткой. В воду
кладут кусочки парафина, который плавится и покры-
60
вает сплошным слоем поверхность воды. В расплавлен-
ный парафин добавляют 0,5 мл децилового спирта, стек-
лянной палочкой перемешивают содержимое чашки.
Затем снимают ее с огня и ставят остывать. Когда пара-
фин затвердевает, его вырезают осторожно скальпелем
по краю чашки и разрезают сразу большими ножницами
пластинку парафина на две половины. Одну кладут на
ровное стекло вверх той стороной, что при застывании
была обращена к воздуху, а другую половину — той сто-
роной, которая была обращена к воде. Из каждой поло-
вины скальпелем вырезают прямоугольники размером
2x2 см и помещают на небольшое стекло.
Проекционный фонарь собирают для проектирования
объекта в вертикальном положении. На предметный
столик проекционного фонаря кладут стекло с находя*
щимися на нем двумя пластинками парафина, содержа-
щего дециловый спирт. Глазной пипеткой наносят на
обе пластинки парафина по капле дистиллированной во-
ды. Включают осветитель проекционного фонаря и до-
водят до полной резкости изображение капель на экра-
не. При этом наблюдают: 1) полное растекание капли
воды на той поверхности парафина, которая была обра-
щена к воде при его застывании и 2) неполное смачива-
ние на той поверхности, которая при застывании была
обращена к воздуху.
Объясняется это тем, что молекулы децилового спир-
та, растворенного в расплавленном парафине, ориенти-
ровались так, что их гидрофильные гидроксильные груп-
пы оказались обращенными к воде, и такое расположе-
ние молекул сохранилось в застывшем парафине,, вслед-
ствие чего нижняя поверхность парафиновой пластинки
стала гидрофильной.
Опыт 51. Двумерное давление пленок
ь
Принадлежности: 1) чашка Петри; 2) проекционный
фонарь; 3) пробирка; 4) глазная пипетка; 5) дистилли-
рованная вода; 6) ликоподий; 7) диэтиловый эфир;
8) олеиновая кислота.
Выполнение. В тщательно вымытую чашку Петри на-
пивают дистиллированную воду. Затем чашку помещают
на горизонтальную линзу проекционного фонаря так,
чтобы спроектировать поверхность воды на экран. Из
61
стаканчика, затянутого двойным слоем марли, насыпа-
ют на поверхность воды ликоподий (плауново семя) или
тальк. При этом поверхность воды должна быть покрыта
равномерным тонким слоем порошка, отчетливо видным
на экране. Далее ополаскивают пробирку диэтиловым
эфиром, быстро закрывают отверстие пробирки большим
пальцем и «выливают» пар эфира на 'поверхность плен-
ки ликоподия. При этом наблюдают, как пленка рвется,
образуя «окно» с рваными краями. По мере испарения
эфира пленка ликоподия вновь восстанавливается. Если
затем налить на пленку каплю олеиновой кислоты (или
вазелинового*масла, или мыльного раствора), то пленка
разрушается необратимо.
Опыт 52. «Лодочка» и «пушка» (опыт Дево)
Принадлежности:!) кристаллизатор диаметром 50 см;
2) «лодочка» из фольги; 3) «пушка» и «ядро» из пара-
финированной бумаги; 4) пинцет; 5) камфара; 6) олеи-
новая кислота.
Выполнение. Из металлической (алюминиевой) фоль-
ги толщиной 0,1 мм вырезают плоскую «лодочку» дли-
ной 5—6 см и шириной 2 см (рис. 36, б), на которой для
наглядности пицеином прикрепляют легкий красный
флажок. Тщательно моют большой кристаллизатор и «ло-
дочку», чтобы на них не было следов жира.
Рис. 36. Опыт с «лодочкой» и «пушкой»:
а — общий вид; б — вид сверху «лодочки» без флажка; в —
«пушка» и «снаряд». 1 — место нанесения олеиновой кислоты;
2 — «пушка»; 3 — «снаряд».
Затем наливают в кристаллизатор дистиллированную
воду и кладут на ее поверхность чистым пинцетом «ло-
дочку» (рис. 36, а). «Лодочка» неподвижна. В неболь-
62
шой вырез на корме «лодочки» кладут пинцетом кусочек
чистой камфары. «Лодочка» при этом начинает дви-
гаться по кругу. Движение «лодочки» может продол-
жаться весьма длительное время. Траекторию движе-
ния можно регулировать, загибая одну сторону носа
«лодочки».
Движение «лодочки» полностью прекращается при на-
несении на поверхность воды мономолекулярной пленки
поверхностно-активного вещества, например олеиновой
кислоты. Это можно наглядно продемонстрировать сле-
дующим образом. Из плотной парафинированной бума-
ги вырезают «пушку» и «снаряд» (рис. 36, в). «Пушка»
представляет собой полоску парафинированной бумаги,
изображенной на рисунке, длиной 4 см и шириной
2,5 см. «Снаряд» изготовляют из той же парафинирован-
ной бумаги, он представляет собой пластинку длиной
3 см и шириной 1 см. Он должен входить в «пушку» так,
чтобы между краями «снаряда» и внутренними стенками
«пушки» оставался небольшой зазор. «Пушку» со «сна-
рядом» помещают на поверхность воды в центре кри-
сталлизатора, в котором плавает «лодочка». В момент,
когда «лодочка» проплывает мимо «пушки», позади
«снаряда» наносят каплю олеиновой кислоты. При этом
расширяющаяся пленка олеиновой кислоты выбрасыва-
ет «снаряд» из «жерла пушки», и «лодочка» мгновенно
останавливается даже в том случае, если «снаряд» не
попадает в нее (вследствие образования мономолекуляр-
ной пленки олеиновой кислоты на поверхности воды).
Опыт 53. Эффект адсорбционного понижения прочности
металлов (опыт Ребиндера)
Принадлежности: 1) электроплитка; 2) резиновые
перчатки; 3) оловянный прут диаметром 7 мм; 4) цин-
ковая пластинка площадью 10X10 см, толщиной 2 мм;
5) алюминиевая пластинка площадью 10X10 см, тол-
щиной 2 мм; 6) металлический галлий.
Выполнение. Применяемый в этом опыте металл гал-
лий весьма ядовит, поэтому опыт нужно выполнять очень
аккуратно. Работать следует в резиновых перчатках, пос-
ле работы их хорошо вымыть содой и мылом. На рабо-
чем месте нужно ликвидировать все остатки галлия, при
этом можно воспользоваться тем, что он хорошо раство-
рим в соляной кислоте.
63
Разрушение олова. Берут оловянный прут диаметром
около 7 мм, длиной 20—30 см. Изгибают его руками, де-
монстрируя, что оловянный прут довольно легко гнется,
но не ломается.
В том месте, где намечают сломать прут, его слегка
зачищают с поверхности тонкой наждачной бумагой по
всей окружности. Затем в зачищенном месте по окруж-
ности прута несколько раз проводят кусочком металли-
ческого галлия с небольшим нажимом, но так, что в
месте натирания олова галлием никакого видимого на-
рушения поверхности не происходит. Через 30—60 сек
пытаются снова согнуть оловянный прут в месте, натер-
том галлием. Прут легко разламывается на две части.
Разрушение цинка. Берут цинковую пластинку тол-
щиной 2 мм, площадью 10X10 см. Пытаются руками
изогнуть или сломать ее, пластинка достаточно прочна
и ее изогнуть не удается. Эту операцию можно предло-
жить кому-либо из слушателей. Затем наждачной бума-
гой или напильником зачищают узкую полоску на по-
верхности пластинки так, чтобы она пересекла пластин-
ку примерно посредине, от одного края до другого. Плас-
тинку нагревают до температуры 35—40° С на электро-
плитке. Далее кусочком металлического галлия слегка
протирают зачищенную полоску на нагретой пластинке.
На пластинке остаются следы расплавленного галлия.
Это небольшое количество жидкого галлия стеклянной
или железной палочкой равномерно распределяют по
всей длине зачищенной полоски. Через минуту пытают-
ся руками разломать пластинку по линии, на которую
нанесен галлий. Пластинка сравнительно легко ломает-
ся, причем обнаруживает хрупкий излом. Усилие в дан-
ном случае нужно применить немного больше, чем в
случае оловянного прута, в крайнем случае, можно сде-
лать упор места будущего излома о край стола.
Разрушение алюминия. Для этого опыта берут алю-
миниевую (или дюралевую) пластинку толщиной 2 мм,
площадью 10X10 см и повторяют все, как в опыте с цин-
ком. Алюминиевая пластинка в итоге разламывается
несколько легче, чем цинковая.
Эти опыты можно поставить несколько иначе. Из чис-
того алюминиевого листа толщиной 0,07 мм вырезают
полоску шириной 2 мм и длиной 8 см и расширенную на
концах до 6—7 мм на протяжении 1 см с каждой сто-
64
роны. Расширенные концы полоски сгибают вдвое (попе-
рек полоски) и прокалывают в них небольшие отверстия.
Продев в одно отверстие крепкую нитку или крючок,
полоску подвешивают к лапке штатива. На крепкой нит-
ке, продетой через нижнее отверстие, к полоске алюми-
ния подвешивают гирю весом 0,5 кг. Полоска алюминия
выдерживает груз, не рвется. Если теперь полоску алю-
миния с грузом снять со штатива, натереть ее посредине
поперек от края до края кусочком металла галлия и сно-
ва подвесить, то полоска алюминия через несколько ми-
нут рвется в натертом месте под действием подвешенно-
го груза.
Опыт 54. Гашение пламени пленкой (опыт Лангмюра)
Принадлежности: 1) чашки из термостойкого стек-
ла— 2 шт.; 2) глазная пипетка; 3) спички; 4) пластин-
ки металлические или стеклянные для накрывания ча-
шек— 2 шт.; 5) насыщенный раствор диэтилового эфи-
ра в воде; 6) олеиновая кислота.
Выполнение. Готовят насыщенный раствор диэтило-
вого эфира в воде. Наливают его в две одинаковые чаш-
ки из термостойкого стекла. Подносят по очереди горя-
щую спичку к обеим чашкам. Пары эфира мгновенно
вспыхивают в обеих чашках. На поверхность раствора в
одной из чашек наливают несколько капель олеиновой
кислоты (или вазелинового масла). Пламя в этой чашке
гаснет, а в другой чашке горение продолжается. Для
предосторожности нужно иметь две пластинки из стекла
или металла, чтобы в нужный момент накрыть чашки и
потушить пламя.
Опыт 55. Краевой угол смачивания
Принадлежности: 1) кювета с плоско-параллельными
стенками размером 2ХбХ4 см — 2 шт.; 2) пипетка с за-
гнутым концом — 2 шт.; 3) медные пластинки — 2 шт.;
4) проекционный фонарь; 5) парафин; 6) сапонин.
Выполнение. Для опыта используют две одинаковые
кюветы с плоско-параллельными стенками. На них свер-
ху кладут медные пластинки, покрытые тонким и ров-
ным слоем парафина (рис. 37).
Парафинируют пластинки, погружая их в горячий
5—69
65
чистый расплавленный парафин и давая хорошо стечь
избытку парафина. Поверхность пластинок должна быть
строго горизонтальной и гладкой. Ставят обе кюветы на
Рис. 37. Демон-
страция угла сма-
чивания:
а — общий вид; б —
вид проекции на эк-
ран; 1 — кювета с
раствором; 2 — пара-
финированная плас-
тинка; 3 — изогнутая
пипетка; 4 — пузырек
воздуха.
предметный столик оптической скамьи. Наливают в одну
из них воду так, чтобы пластинка была погружена в
нее. Подводят под пластинку пипетку с загнутым кон-
цом и выпускают пузырек воздуха.
Парафинированная
Рис. 38. Схема для определения краевых углов смачивания в
системах:
слева: вода — воздух — парафин; справа: раствор сапонина — воздух —
парафин.
Вода не смачивает парафин и основание пузырька
получается большое, краевой угол при этом острый
(рис. 38).
66
В другую кювету наливают 0,05—0,1%-ный раствор
сапонина в воде (вместо раствора сапонина можно взять
1%-ный раствор мыла или метилового, пропилового, бу-
тилового спирта в воде). Пипеткой с загнутым концом
вводят под пластинку пузырек воздуха, на этот раз он
имеет почти шарообразную форму, так как раствор са-
понина хорошо смачивает парафин. Краевой угол при
этом тупой (рис. 38).
Опыт 56. Вода в решете
Принадлежности: 1) сито; 2) вода; 3) парафин;
4) газовая горелка.
Выполнение. Металлическое сито с диаметром отвер-
стий около 1 мм, общим диаметром 10 см опускают в
горячий расплавленный парафин и, вынув, продувают
всю сетку за исключением небольшого участка около
стенки. Ситу дают остыть, после чего его используют для
демонстрации.
Для этого медленно слабой струей наливают в сито
воду из промывалки. При этом сито слегка наклоняют
и направляют струю воды на ту часть поверхности дна,
которая полностью покрыта слоем парафина. Затем си-
то устанавливают в горизонтальном положении и демон-
стрируют, что вода из него не выливается (вследствие
того, что вода не смачивает парафин, покрывающий по-
верхность дна).
Таким образом, дно сита можно покрыть слоем воды
высотой в 10—12 мм. Для того чтобы доказать, что в
дне сита отверстия не полностью закрыты парафином,
достаточно прикоснуться к нему с нижней стороны паль-
цем. При этом в месте прикосновения пальца вода из
сита начинает выливаться и оно полностью опорожня-
ется. После опорожнения сита опыт целесообразно по-
вторить еще раз и убедиться в том, что выливание воды
из сита при прикосновении к его дну пальцем не было
вызвано нарушением пленки парафина. Таким образом,
опыт можно демонстрировать много раз подряд.
Опыт 57. Плавающие капли ртути
* > ।
Принадлежности: 1) проекционный фонарь; 2) чашка
Петри — 2 шт.; 3) спички; 4) скальпель; 5) ртуть.
67
Выполнение. Наливают несколько миллилитров чис-
той ртути в небольшую склянку. Склянку плотно закры-
вают резиновой пробкой, через которую проходит ко-
роткая стеклянная трубка, заканчивающаяся вверху
капиллярным отверстием диаметром около 0,4—0,6 мм.
Придерживая пробку с тем, чтобы она не выпала из
склянки, опрокидывают склянку с ртутью над сухой
чашкой Петри с ровным дном. Ртуть мелкими капля-
ми выливается через трубку с капиллярным отверстием
и эти капли, не сливаясь, располагаются на дне чашки
Петри.
Берут спичку и острым скальпелем срезают неболь-
шую часть ее так, чтобы оставшаяся часть спички обра-
зовала лопаточку с очень тонким краем.
Проекционный фонарь устанавливают для проекции
объекта в горизонтальном положении. На горизонталь-
но расположенную линзу проекционного фонаря ставят
другую чашку Петри, в которую налита дистиллирован-
ная вода. Включают проекционный фонарь. Заострен-
ной спичкой, смоченной в воде, как лопаточкой, подни-
мают одну маленькую капельку ртути и переносят ее на
поверхность воды в чашку Петри, установленную на про-
екционном фонаре. Как только капелька ртути касается
поверхности воды, она тотчас отрывается от спички. Так
как капля ртути не смачивается водой, то она может
плавать на поверхности, если размер ее не превышает
некоторой критической величины. Если на расстоянии
2—3 см от первой поместить вторую, примерно равную
ей по величине, каплю ртути (переносимую как и пер-
вую), то обе капли, двигаясь навстречу друг другу, сли-
ваются. Выпускают на поверхность воды еще одну—две
капли ртути, пока образовавшаяся после слияния мел-
ких капелек большая капля не станет настолько тяже-
лой, что опустится на дно. Если на расстоянии 1—2 см
от плавающей капельки прикоснуться к поверхности во-
ды предметом, который смачивается водой (стеклянная,
деревянная, железная палочка), то капля удаляется на
большее расстояние.
Если же прикоснуться к поверхности воды пред-
метом, который не смачивается водой (запарафиниро-
ванная палочка или палочка, покрытая слоем вазелина),
то капля быстро приближается вплотную к этому
предмету.
68
Опыт 58. Масляная флотация
Принадлежности: 1) цилиндры емкостью 500 мл с
притертыми пробками — 2 шт.; 2) древесный уголь;
3) мел; 4) бензол; 5) четыреххлористый углерод;
6) вода.
Выполнение. Готовят смесь порошков мела и угля.
При этом можно использовать препарат углекислого
кальция в порошке или измельчить в ступке кусочек
мела. Самую мелкую пылевидную фракцию порошка
следует удалить. Брать готовый порошок угля не следу-
ет, так как он высокодисперсен. Порошок угля готовят
путем измельчения в ступке кусков обычного древесно-
го угля. После растирания угля необходимо отсеять пы-
левидную фракцию (для угля это еще важнее, чем для
мела). Затем смешивают прибли-
зительно равные количества по-
рошков мела и угля. Для демон-
страции флотации берут два одина-
ковых цилиндра емкостью 500 мл с
притертыми пробками. В один на-
ливают по 200 мл бензола и воды,
в другой — по 200 мл чегыреххло-
ристого углерода и воды.
В оба цилиндра насыпают по
10 г смеси угля с мелом, энергично
встряхивают оба цилиндра и дают
им несколько минут постоять. При
этом наблюдают флотационное раз-
деление смеси. В первом цилиндре
верхний слой содержит уголь, а
нижний — мел, во втором — на-
оборот. Использование двух ци-
линдров позволяет доказать, что в
опыте имеет место не обычное меха-
Рис. 39. Масляная
флотация:
а — вверху: уголь в бен-
золе; внизу: мел в воде;
б — вверху: мел в воде;
внизу: уголь в четырех-
хлористом углероде.
ническое разделение смеси, связанное с различием удель-
ного веса ее составных частей. В этом случае более тя-
желый мел должен был бы в обоих случаях скопляться
в нижнем слое. Таким образом, можно доказать, что раз-
деление смеси связано с избирательным смачиванием
компонентов. Гидрофобный уголь, избирательно смачи-
ваясь малополярными жидкостями (бензол, четыреххло-
ристый углерод), скопляется в них, в то время как гид-
69
рофильный порошок углекислого кальция переходит в
водный слой (рис. 39).
Опыт 59. «Живые» капли ртути
Принадлежности: 1) чашка Петри; 2) проекционный
фонарь; 3) ртуть; 4) азотная кислота; 5) бихромат ка-
лия.
Выполнение. Демонстрацию этого опыта ведут с про-
ектированием на экран. На горизонтальную линзу проек-
ционного фонаря ставят чашку Петри. В нее наливают
раствор азотной кислоты, который получен сливанием
20 мл концентрированной азотной кислоты и 80 мл ди-
стиллированной воды. В раствор вносят ртуть в виде мел-
ких капель. Чтобы получить мелкие капли ртути, 2—
3 мл ее наливают в небольшую склянку, закрытую «плот-
но резиновой пробкой, в которую вставлена стеклянная
трубочка. Нижний конец трубочки находится на одном
уровне с нижней стороной пробки, а верхний — выступа-
ет над пробкой на 2—3 см и оттянут в узкую трубку с
диаметром около 0,3—0,5 мм.
Чтобы капли ртути не скатились в одну сторону дна
чашки Петри и не слились в одну большую каплю, нуж-
но, чтобы дно чашки Петри было строго горизонтальным.
Когда капли ртути налиты в раствор азотной кислоты,
туда пинцетом кладут 3—4 кристалла бихромата калия
размером 3—5 мм. Как только образующийся раствор
бихромата калия достигает поверхности капли ртути, ее
поверхностное натяжение на стороне, обращенной к
кристаллу, падает и капля начинает двигаться.
Если капля легче кристалла, она дрожит возле крис-
талла, то приближаясь к нему, то отходя; если кристалл
легче капли, то она, перемещаясь, двигает его впереди
себя. Движение капель ртути хаотично. Через довольно
короткое время его становится трудно наблюдать на эк-
ране из-за образования нерастворимого осадка хромата
одновалентной ртути Hg2CrO4.
Опыт 60. Разрезание ртути в растворе сапонина (опыт
Ребиндера)
Принадлежности: 1) кристаллизатор диаметром
15 см\ 2) заостренная деревянная палочка; 3) ртуть;
4) сапонин.
70
Рис. 40. Разрезание ртути под
раствором сапонина (вид свер-
ху):
а — улитка; б — разрезание на
части.
Выполнение. В кристаллизатор диаметром 15 см на-
ливают тонким слоем ртуть. Кристаллизатор нужно вы-
брать с ровным, не выпуклым дном, а ртути налить
столько, чтобы она только покрыла его. Ртуть в кристал-
лизаторе заливают слоем 0,5%-ного раствора сапонина
в дистиллированной воде. Для сравнения следует взять
второй такой же кристаллизатор с ртутью, где ртуть за-
ливают дистиллированной водой.
Далее заостренной дере-
вянной палочкой пытаются
резать ртуть, залитую во-
дой: это, естественно, не
удается, и след, оставляе-
мый палочкой на поверхно-
сти ртути, мгновенно исче-
зает (ртуть сливается).
В кристаллизаторе, где
ртуть залита раствором са-
понина, рисуют улитку, ве-
дя острием деревянной па-
лочки от борта кристаллиза-
тора к его середине и в конце делают маленькую, диа-
метром около 2 мм, петлю (рис. 40, а).
Когда палочку отрывают от ртути, улитка раскручи-
вается, при этом образованная петлей капля ртути дви-
жется по образовавшемуся на поверхности ртути желоб-
ку, пока не дойдет до борта кристаллизатора.
Затем можно разрезать на части ртуть, залитую раст-
вором сапонина. При этом отдельное участки ртути со-
храняют свои границы и не сливаются (рис. 40, б).
Опыт 61. Пульсация капли олеиновой кислоты
Принадлежности: 1) стеклянная пластинка размером
10X10 см; 2) глазные пипетки — 2 шт.; 3) проекционный
фонарь; 4) концентрированный раствор аммиака; 5) оле-
иновая кислота.
Выполнение. Проекционный фонарь собирают для де-
монстрации в горизонтальной проекции. На горизонталь-
но расположенную линзу кладут стеклянную прозрачную
пластинку размером приблизительно 10 X10 см. На
пластинку пипеткой наносят подковообразную каплю
концентрированного раствора аммиака наружным диа-
71
метром около 4 см. Проектируют каплю раствора ам-
миака на экран и затем внутри нее другой пипеткой по-
мещают крупную каплю олеиновой кислоты так, чтобы
расстояние между каплями составляло 2—3 мм. При
этом на протяжении нескольких минут наблюдают пуль-
сацию капли олеиновой кислоты. Объясняется это тем,
что пары аммиака реагируют с олеиновой кислотой, в
результате чего образуется сильно поверхностно-актив-
ный олеат аммония.
Опыт 62. Движение капель клея БФ-2 на поверхности
воды
Принадлежности: 1) проекционный фонарь; 2) чаш-
ка Петри; 3) заостренные стеклянные палочки — 2 шт.;
4) клей БФ-2.
Выполнение. На горизонтально расположенную лин-
зу проекционного фонаря помещают чашку Петри с ди-
стиллированной водой.
Заостренной стеклянной палочкой (такие палочки
получают оттягиванием в пламени газовой горелки и
последующим переламыванием в месте перетяжки) на-
бирают каплю клея БФ-2 (или другого клея типа БФ).
Держа каплю над поверхностью воды, другой такой же
палочкой отрывают от нее небольшие капельки клея и
стряхивают их на поверхность воды; капельки при этом
начинают совершать разнообразные колебательные и
вращательные движения по поверхности воды. Слуша-
тели наблюдают это в проекции на экран.
Клей должен быть не загустевшим от высыхания,
поэтому хранить его нужно в хорошо закупоренном со-
суде.
72
ГЛАВА 5
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ
На границе раздела между дисперсионной средой и
частицами дисперсной фазы возникает двойной электри-
ческий слой, играющий важную роль в агрегативной
устойчивости лиофобных систем. Этот слой может воз-
никать либо в результате адсорбции на поверхности кол-
лоидных частиц ионов определенного знака (потенциал
определяющие ионы), либо вследствие электролитической
диссоциации молекул поверхностного слоя самих частиц.
Внешняя обкладка двойного электрического слоя колло-
идных частиц имеет своеобразную структуру. Ионы, на-
ходящиеся в непосредственной близости к границе разде-
ла фаз, прочно удерживаются мощными электростатисти-
ческими и адсорбционными силами. Внешняя же часть
двойного электрического слоя имеет диффузное строе-
ние. Здесь правильное расположение ионов (возникаю-
щее вследствие электростатических сил притяжения) на-
рушается тепловым движением молекул дисперсионной
среды. Толщина диффузной части двойного электричес-
кого слоя зависит от полярности дисперсионной среды и
от природы и концентрации находящихся в ней электро-
литов. Наличие двойного электрического слоя приводит
к возникновению на границе раздела фаз скачка потен-
циала, обуславливающего электрические свойства дис-
персных систем. Значительный интерес представляют
электрические явления, наблюдаемые при движении час-
тиц дисперсной фазы в золях (или при движении диспер-
сионной среды относительно неподвижных коллоидно-
пористых материалов). Эти явления впервые были опи-
саны Рейссом (оп. 63) и получили название электрокине-
тических явлений. К ним относятся электроосмос (оп.
64—68) и потенциал протекания, а также электрофорез
73
(on. 69—71) и обратное ему явление, называемое потен-
циалом седиментации. Исследование электрокинетичес-
ких явлений позволяет определять разность потенциалов,
возникающую между неподвижной частью внешней об-
кладки двойного электрического слоя и его диффузной
частью, называемую электрокинетическим потенциалом.
Электрокинетические явления в дисперсных системах
представляют значительный интерес также и с практи-
ческой стороны. Наличие двойного электрического слоя
на границе раздела фаз в дисперсных системах обуслав-
ливает также существование ряда так называемых элек-
трокапиллярных явлений, детально изученных школой
А. Н. Фрумкина. Эти явления сводятся к тому, что при
электрической поляризации происходит изменение по-
верхностного натяжения на границе раздела фаз (оп.
72—73).
Примечание. В связи с большой силой тока, измеряемой
несколькими амперами (до 5), при напряжении порядка 120 в,
в опытах по электрическим свойствам коллоидных систем необхо-
димо соблюдать строгие меры предосторожности: не допускать к
проведению опытов лиц, не умеющих обращаться с электроприбо-
рами, не браться руками за клеммы и оголенные участки провода
при включенном токе, избегать короткого замыкания при проведе-
нии опытов.
Опыт 63. Опыт Рейсса
Принадлежности: 1) выпрямитель переменного тока
типа ВСА-10*, 2) кристаллизатор диаметром 10 см;
3) стеклянные трубки диаметром 12 мм, длиной 15 см—
2 шт.; 4) трубчатые электроды длиной 4 см, диаметром
10 мм — 2 шт.; 5) растворы едкого кали 0,02 н. и 0,1 н.;
6) фенолфталеин; 7) глина; 8) песок; 9) пипетка на
1 мл.
Выполнение. На технических весах отвешивают 250 г
нейтральной глины. К ней добавляют несколькими пор-
циями 300 мл 0,02 н. раствора едкого кали. Добавив каж-
дую порцию раствора, дают ему впитаться в глину и за-
* В опытах 63—68 и 70 вместо выпрямителя типа ВСА-10, у
которого регулируется сила выпрямленного тока, можно применять
выпрямитель меньшей мощности типа ВСА-4 с нерегулируемой си-
лой тока.
74
тем хорошо перемешивают ее. В итоге получают очень
густую глиняную пасту. Этой пастой наполняют до кра-
ев стеклянный кристаллизатор диаметром 10 см.
Небольшое количество мелкого речного песка обра-
батывают поочередно серной и соляной кислотами для
удаления примесей, после чего многократно промывают
песок водопроводной, а затем дистиллированной водой
до нейтральной реакции. Очищенный таким образом пе-
сок высушивают.
В мокрую глину, находящуюся в маленьком кристал-
лизаторе, погружают две стеклянные трубки диаметром
12 мм, длиной 15 см на глубину 15—20 мм на расстоянии
10—15 мм друг от друга. Внутрь трубок насыпают слой
чистого мелкого песка толщиной 3 мм и наливают по
15 мл 0,1 н. раствора едкого кали. В раствор щелочи в
трубках погружают электроды. Электродами служат мед-
ные трубки длиной 4 см, диаметром 10 мм, к которым
сверху припаивают провода для подключения к источни-
ку тока. Присоединяют провода к клеммам выпрямителя
переменного тока типа ВСА-10 (рассчитан на 8 а) и
включают ток. Сила его в цепи составляет примерно
50—250 ма при напряжении 120 в. Для более точного
установления величины силы тока в цепь можно вклю-
чить миллиамперметр, так как амперметр, имеющийся
на выпрямителе, в данном случае является грубым (его
шкала рассчитана на 10 а).
Через 10—15 мин после включения тока наблюдает-
ся заметная разница в уровне растворов в трубках: в ка-
тодном пространстве раствор поднимается примерно на
1 см, а в анодном — опускается на столько же; в итоге
разница уровней составляет около 2 см.
Кроме того, в анодном пространстве сквозь слой
песка проходят частицы глины и, поднимаясь, вызыва-
ют сильное помутнение раствора, в то время как в
анодном пространстве раствор остается совершенно
прозрачным.
Выключают ток и длинной узкой пипеткой вносят в
верхний слой растворов в трубках по 1—2 капли раство-
ра фенолфталеина. Теперь становится лучше видна раз-
ница уровней растворов в трубках. Если внести фенол-
фталеин в растворы в начале опыта, то его интенсивная
окраска в щелочной среде скроет эффект образования
суспензии глины в анодном пространстве.
75
Опыт 64, Электроосмос
Принадлежности: 1) керамический сосуд длиной
25 см, диаметром 5 см, с толщиной стенок 7 мм; 2) про-
волочная спираль-катод; 3) медная трубка диаметром
7 см; 4) стеклянный цилиндр емкостью 1 л; 5) выпря-
митель переменного тока типа ВСА-10; 6) электричес-
кий ключ; 7) 0,002 н. раствор едкого натра; 8) 1%-ный
спиртовый раствор фенолфталеина.
Выполнение. Для демонстрации электроосмоса го-
товят следующий
мический сосуд 1
Рис. 41. Вид в разрезе
прибора для демонст-
рации электроосмоса:
1 — керамический сосуд;
2, 5 — резиновые пробки;
3, 6 — стеклянные труб-
ки; 4 — катод; 7 — анод;
8 — куски пробки, удер-
живающие сосуд 1 внут-
ри цилиндрического ано-
да; 7, 9 — стеклянный
цилиндр.
прибор: берут мелкопористый кера-
(рис. 41) длиной 25 см, диаметром
5 см, с толщиной стенок 7 мм из
обожженной, но не покрытой гла-
зурью глины и вставляют в него че-
рез резиновую пробку 2 стеклян-
ную трубку 3 длиной до 2 м, диа-
метром 5 мм. Стеклянную трубку
опускают почти до дна сосуда.
Вставляют в пробку другую корот-
кую трубку 6, закрытую сверху не-
большой резиновой пробочкой 5.
В последней прожигают раскален-
ной иглой отверстие и вставляют в
него стальную проволоку 4, завитую
внутри керамического сосуда в спи-
раль длиной около 20 см, немного
меньше длины сосуда. Спираль слу-
жит катодом. На керамическом со-
суде на кусках пробки или резины
8 укрепляют медную трубку 7 дли-
ной 20 см, диаметром 7 см. Эта мед-
ная трубка служит анодом. К аноду
для прикрепления провода от источ-
ника тока припаивают проволочную
дугу или клемму. Внутрь керами-
ческого сосуда наливают окрашен-
ный фенолфталеином 0,002 н.-раст-
вор едкого натра. Такой же раствор
наливают в высокий стеклянный ци-
линдр 9 емкостью 1 л, в который по-
гружают керамический цилиндр. Раствор в керамиче-
ском сосуде и стеклянном цилиндре должен находиться
76
на одном уровне. Успех опыта в значительной степени
зависит от того, насколько герметично закрыт керамиче-
ский сосуд. Поэтому после заполнения сосуда раствором
едкого натра края его протирают досуха фильтроваль-
ной бумагой, плотно закрывают пробкой и заливают
пицеином места соприкосновения пробок с сосудом и
трубками. Электрический ток берут от выпрямителя. Си-
ла тока во время опыта составляет 2—3 а, напряжение
120 в. Когда включают ток, жидкость из керамического
сосуда быстро поднимается вверх по трубке (следует
своевременно выключить ток, так как в противном слу-
чае раствор начнет выливаться через край трубки).
После выключения тока жидкость из трубки опускается
внутрь сосуда. Опыт можно повторить несколько раз.
Подъем жидкости в трубке происходит вследствие элек-
троосмотического перемещения ее через капилляры в
стенках керамического сосуда из анодного пространства
в катодное.
Опыт 65. «Электросани»
Принадлежности: 1) металлический короб с клеммой;
2) сани с медными полозьями и клеммой; 3) выпрямитель
переменного тока типа ВСА-10; 4) разновесы; 5) элект-
рический ключ; 6) провода; 7) глина.
Выполнение. Изготовляют из жести короб 1 (рис. 42)
Рис. 42. Электросани:
1 — короб; 2—эбонитовая пластинка; 3 — паста из глины; 4 — блок; 5 —
клемма короба; 6 — сани; 7 — полозья; 8 — клемма саней.
длиной 70 см, шириной 20 см и глубиной 2 см. К перед-
ней низкой стенке прикрепляют изнутри эбонитовую плас-
тинку 2 высотой 6—7 см. На середине этой же стенки
77
укрепляют колесико-блок 4. К одной из длинных стенок
короба прикрепляют клемму 5.
Короб заполняют густой пастой из глины 3. Паста
должна быть совершенно однородной, без комочков, по-
верхность пласта глины должна быть ровной и гладкой.
Приготовленный накануне демонстрации пласт глины в
коробе можно накрыть мокрым куском материи. Так он
хорошо сохраняется. Сани 6 длиной около 6 см приготов-
ляют из любого материала, с медными полозьями 7. На
санях, как и на коробе, укрепляют клемму 8, имеющую
контакт с полозьями. К передку саней привязывают проч-
ную шелковую нить длиной 80—90 см, на другом конце
которой привязывают чашку 9 из плотной фольги (или
другого материала) для разновесов. Сани ставят на гли-
ну. Перекидывают нить с чашкой для разновесов через
блок. Соединяют клемму короба 5 с положительным по-
люсом источника тока, саней 8 — с отрицательным. Ис-
точником тока служит выпрямитель типа ВСА-10. В цепь
обязательно вводят электрический ключ. До лекции под-
бирают и ставят на чашку 9. такой максимальный груз
(несколько десятков граммов), при котором вследствие
трения полозьев саней о поверхность глины они остают-
ся неподвижными. После того, как груз установлен и по-
казано, что сани неподвижны, ключом подключают источ-
ник постоянного тока. Вследствие электроосмоса под
полозьями саней (катод) выделяется вода. Это приводит
к резкому уменьшению силы трения и сани (при неиз-
менном весе груза) начинают быстро перемещаться по
поверхности глины. При приближении саней к передней
стенке короба электрическую цепь следует разомкнуть.
Во избежание короткого замыкания в момент соприкос-
новения полозьев саней (катод) с передней стенкой ко-
роба (анод) к последней изнутри прикрепляется, для
изоляции, эбонитовая пластинка 2. Сила протекающего
тока должна составлять 0,5—1 а (напряжение 120 в).
Опыт 66. «Электроплуг»
Принадлежности: 1) металлический короб с клем-
мой (оп. 65); 2) «электроплуг» с клеммой; 3) выпрями-
тель переменного тока типа ВСА-10; 4) разновесы;
5) электрический ключ; 6) провода; 7) глина.
Выполнение. Для выполнения этого опыта исполь-
78
зуют тот же короб с пластом мокрой глины, что и в
опыте «электросани». «Плуг» изготовляют следующим
образом (рис. 43). Две деревянные полоски 1 длиной
около 15 см скрепляют под прямым углом. К их свобод-
ным концам прикрепляют латунный стержень 4 диа-
метром 5 мм. К обоим концам стержня прикрепляют
латунные колеса 3 и 6 диаметром 2 см, толщиной 5 мм.
Третье колесо 2 устанавливают на оси (рис. 43). К ла-
тунному стержню 4 сверху припаивают клемму для под-
ключения к источнику тока. Из латунной пластинки вы-
резают лемех «плуга» 5 и винтом 8 крепят его к перед-
ней деревянной пластинке корпуса; при этом он (чтобы
находиться под током) должен касаться металлическо-
го стержня 4. Оси колес 2 и 3 стягивают токопроводящей
проволокой. В центре этой же передней пластинки про-
сверливают небольшое отверстие 7, за которое цепляют
прочную шелковую нить с чашкой для разновесов.
Изготовленный таким образом «электроплуг» уста-
навливают в металлический короб с глиняной пастой.
Весь опыт проводят аналогично опыту с «электросаня-
ми», а именно, при помощи шелковой нити, перекинутой
через блок, соединяют электроплуг*с чашкой для разно-
весов. Затем подбирают максимальный груз, при кото-
ром «плуг» еще не перемещается по поверхности глины.
Далее клеммой соединяют «плуг» с отрицательным по-
люсом источника тока, а металлический короб с глиня-
ной пастой — с положительным, и замыкают цепь. На-
пряжение в цепи равно 120 в. Вследствие электроосмо-
са, как и в предыдущем опыте, резко уменьшается тре-
ние колес' «плуга» и его лемеха о глину и поэтому
«плуг» начинает медленно двигаться по поверхности
глины, вспахивая лемехом заметную борозду.
Опыт 67. Электрорезка
Принадлежности: 1) прибор для электрорезки (рис.
44); 2) выпрямитель переменного тока; 3) электрический
ключ; 4) глина; 5) провода.
Выполнение. На деревянном основании 1 (рис. 44)
площадью 15x30 см укрепляют «нож» электрорезки,
изготовленный в виде лука для стрельбы. Один конец
«ножа» укрепляют подвижно на горизонтальной оси 4,
другой оставляют свободным. К последнему припаива-
79
ют провод для подключения к источнику тока. Режу-
щей частью является металлическая проволока 3 без
изоляции, туго натянутая на металлической дуге 2. На
деревянное основание электрорезки кладут металличес-
кую пластинку 5, на одном углу которой припаяна
Рис. 43. Электроплуг
(вид снизу):
1 — рама плуга; 2, 3. 6—
колеса; 4 — латунный
стержень; 5 — лемех: 7 —
отверстие для нити; 8—
винт.
Рис. 44. Электрорезка:
1 — деревянное основание; 2 — ме-
таллическая дуга; 3 — проволока:
4 — ось; 5 — металлическая плас-
тинка — анод; 6 — ком глины; 7 —
клемма; 8 — деревянные бруски.
клемма 7. На металлическую пластинку помещают ком
влажной глины 6: плотной, однородной, без комков. Гли-
няное тесто готовят так, чтобы при опускании на него «но-
жа» проволока лежала на поверхности, не разрезая его,
а при легком нажиме рукой проволока «ножа» погружа-
лась бы в глину. Во время демонстрации ком глиняного
теста толщиной 4—6 см кладут на пластинку 5 и поме-
щают на него «нож». При этом проволока не должна по-
гружаться в глину. Затем ключом соединяют проволоку
«ножа» с отрицательным полюсом выпрямителя, а клем-
му 7 — с положительным. Напряжение тока в цепи со-
ставляет 120 в. Вследствие электроосмоса на проволо-
ке «ножа» (катод) выделяется вода, что приводит к раз-
мягчению глиняного теста и «нож» легко разрезает бру-
сок. При этом необходимо на пластинку 5 положить де-
ревянные брусочки 8 во избежание короткого замы-
кания.
80
Опыт 68. Электродренаж
Рис. 45. Прибор для элек-
тродренажа:
1 — батарейный стакан; 2 — мед-
ная сетка; 3 — отверстие в дне
стакана; 4 — деревянные рейки;
5 — глиняная паста; 6 — медная
пластинка — анон.
Принадлежности: 1) батарейный стакан емкостью
2 л; 2) медная сетка площадью 10x20 см (диаметр яче-
ек 0,5 мм); 3) медная пластинка площадью 6X15 см;
4) выпрямитель переменного тока; 5) электрический
ключ; 6) глина; 7) провода; 8) 1%-ный спиртовый раст-
вор фенолфталеина; 9) стакан емкостью 50 мл.
Выполнение. Для изготовления прибора используют
стеклянный батарейный стакан 1 (рис. 45) с площадью
дна 10X10 см и высотой
20 см. В дне стакана в од-
ном из углов просверливают
электродрелью небольшое
отверстие 3 для стока воды.
При сверлении место, где
должно быть отверстие,
смачивают скипидаром и
посыпают наждачным по-
рошком; в качестве сверла
служит медная трубка.
К длинным сторонам
медной сетки 2 размером
10X20 см с диаметром яче-
ек 0,5 мм приклеивают кле-
ем БФ-2 узкие деревянные
рейки 4. Вставляют сетку с
рейками в батарейный ста-
кан и места соприкоснове-
ния реек со стаканом зали-
вают пицеином.
Часть стакана, отгоро-
женную сеткой, с отверсти-
ем в дне, оставляют пустой,
а в другую часть кладут
глину 5, замешанную с водой
сметаны. К воде, в которой замешивают глину, добавля-
ют несколько капель спиртового раствора фенолфтале-
ина.
Демонстрация электродренажа выполняется следую-
щим образом: заполненный глиняной пастой батарейный
стакан ставят на предметный столик. При этом вода из
пасты не должна просачиваться через медную сетку.
Когда это продемонстрировано, в глиняную пасту опус-
до консистенции густой
6—69
81
кают медную пластинку 6. К пластинке и сетке прикреп-
ляют провода. На пластинку подают ток от положитель-
ного полюса выпрямителя переменного тока типа
ВСА-10, на сетку —от отрицательного; напряжение тока
в цепи составляет 120 в. После включения тока на сетке
(катоде) вследствие электроосмоса выделяется вода,
имеющая щелочную реакцию, и поэтому окрашенная фе-
нолфталеином в розовый цвет. Вода вытекает через от-
верстие в дне стакана и собирается в маленьком стакан-
чике.
Опыт 69. Электрофорез
Принадлежности: 1) w-образный сосуд; 2) пипетка
приблизительно на 20 мл с оттянутым концом внизу и
краном вверху; 3) капилляр; 4) штатив для w-образного
сосуда; 5) штатив для пипетки; 6) стаканчики емкостью
20 мл — 2 шт.; 7) выпрямитель переменного тока, даю-
щий напряжение до 450 в при силе тока в 20 мег, 8) v-об-
разные мостики для агар-агара — 2 шт.; 9) проекционный
фонарь; 10) золь гидроокиси железа; 11) 10%-ный рас-
твор сернокислой меди; 12) агар-агар.
Выполнение. Для демонстрации электрофореза мож-
но использовать изображенный на рис. 46 прибор. Цент-
ральной частью прибора является w-образный сосуд 5,
высотой 8 см, шириной 6 см, диаметр боковых трубок
1 см, диаметр средней трубки 7 мм. w-образный сосуд
укрепляют в специальном приспособлении к штативу
Бунзена. Приспособление состоит из пластмассового
бруска 1 размером ЗХ2Х1,5 см, в котором просверле-
ны 2 отверстия; первое отверстие 2 — для надевания
бруска на штатив, второе 3 — закрепления в нем
w-образного сосуда. В отверстие 2 бруска продевают
стержень штатива и крепят брусок к штативу винтом.
В отверстие 3 бруска продевают среднюю трубку w-об-
разного сосуда и зажимают ее винтом. Чтобы трубка
не сломалась при неосторожном чрезмерном повороте
винта, на нее надевают муфточку из резиновой трубки.
К боковым сторонам бруска шурупами прикрепляют
петли 4 из упругих стальных полосок, которые служат
гнездами для двух маленьких стаканчиков емкостью
20 мл каждый.
В среднюю трубку сосуда вставляют пипетку 8 с от-
82
тянутым концом внизу и стеклянным краном вверху.
Кран соединяют резиновой трубкой с тонким стеклян-
ным капилляром 9. Диаметр и длину капилляра подби-
рают так, чтобы при полностью открытом кране жидкость
вытекала из пипетки по одной капле через каждые 2—
3 сек. Для демонстрации электрофореза важно подо-
брать боковую жидкость 13 так, чтобы ее химический
состав и удельное сопротивление были по возможности
такими же как и у дисперсионной среды золя. В случае
золя гидроокиси железа в качестве боковой жидкости
используют весьма раз-
бавленный раствор соля-
ной кислоты. Концентра-
цию этого раствора под-
бирают так, чтобы удель-
ное сопротивление раст-
вора было близким к
удельному сопротивлению
отдиализированного золя
гидроокиси железа (ко-
торое составляет 20—25
тыс. ом), применяемого
для демонстрации элек-
трофореза. Соляную кис-
лоту в данном случае це-
лесообразно использовать
потому, что она образу-
ется в интермицеллярной
жидкости при изготовле-
нии золя гидроокиси же-
леза (методом гидролиза
FeCl3). В качестве боко-
вой жидкости можно ис-
пользовать также послед-
Рис. 46. Прибор для элек-
трофореза:
а — общий вид; б — приспособление
к штативу для крепления прибора;
1 — пластмассовый брусок; 2, 3 —
отверстия; 4 — гнезда для стаканчи-
ков; 5 — w- образный сосуд; 6 —
стаканчики емкостью 20 мл; 7 —
агар-агаровые мостики; 8 — пипет-
ка для золя; 9 — капилляр; 10 —
золь; //—электроды; 12—10%-ный
раствор СиСО; 13 — боковая жид-
кость.
нюю порцию дистиллиро-
ванной воды из внешней части диализатора, в котором
проводилась очистка золя гидроокиси железа.
Для того чтобы при электрофорезе исключить поля-
ризацию электродов, в стаканчики 6 наливают 10 %-ный
раствор сернокислой меди. Погружая в него медные
электроды 11, раствор соединяют с боковой жидкостью
агар-агаровыми мостиками 7. Агар-агаровые мостики
представляют v-образные трубки, заполненные студнем
агар-агара. Готовят их так: 3 г агар-агара кипятят в
83
100 мл дистиллированной воды до образования однород-
ного раствора. Теплый раствор заливают в трубки, так
чтобы в них не было пузырьков воздуха. Через несколько
минут агар-агар застывает и мостики готовы к употреб-
лению; w-образный сосуд и пипетку перед опытом тща-
тельно моют и пропаривают (при использовании золя
гидроокиси железа их моют концентрированной соляной
кислотой, но не серной и не хромовой смесью, так как
ионы SO/' вызывают коагуляцию этого золя). Вымытый
и пропаренный w-образный сосуд ополаскивают боковой
жидкостью, после этого его примерно до половины за-
полняют боковой жидкостью и укрепляют в штативе.
Тщательно вымытую пипетку 8 ополаскивают золем и
набирают в нее золь 10. После наполнения пипетки
вставляют капилляр 9 и вводят пипетку в среднюю труб-
ку w-образного сосуда так, чтобы ее нижний конец был
на расстоянии 1 мм от дна. Пипетку укрепляют в лап-
ке обычного штатива Бунзена.
Далее берут агар-агаровые мостики, ополаскивают
их боковой жидкостью и опускают одним концом в раст-
вор сернокислой меди, другим — в боковые трубки w-об-
разного сосуда.
Осторожно открывая кран, дают золю медленно вы-
текать из пипетки. Чем меньше скорость вытекания зо-
ля, тем резче будет граница между золем и боковой
жидкостью. Время вытекания золя должно быть не
меньше 15 мин. Золь выпускается из пипетки до тех пор,
пока агар-агаровые мостики не окажутся частично по-
груженными в боковую жидкость, после чего края пи-
петки закрывают.
Чтобы не нарушать границу между золем и боковой
жидкостью, пипетку не вынимают из w-образного сосу-
да. Вся эта подготовительная часть опыта выполняется
до лекции.
Во время демонстрации прибор присоединяют к ис-
точнику постоянного тока. В данном случае хорошо ис-
пользовать выпрямитель «прибора для электрофореза на
бумаге» (изготовляется экспериментально-конструктор-
скими мастерскими при Институте физиологии им. акад.
Богомольца в г. Киеве). Выпрямитель рассчитан на
максимальную силу тока 20 ма, максимальное напряже-
ние 450 в. Для демонстрации электрофореза дают напря-
жение 100 в. Границу золя и боковой жидкости проекти-
84
руют на экран проекционным фонарем. Отмечают поло-
жение границы до включения тока. Затем включают ток
и отмечают положение границы через 15—20 мин после
начала электрофореза. В течение этих 15—20 мин осве-
титель проекционного фонаря должен быть выключен,
чтобы находящийся вблизи линзы w-образный сосуд и
его содержимое не нагревалось.
Частицы в золе гидроокиси железа заряжены поло-
жительно. Поэтому граница будет подниматься в том ко-
лене, которое соединено с отрицательным полюсом источ-
ника тока.
Чтобы золь не коагулировал во время опыта, нужно
боковую жидкость готовить незадолго до опыта (лучше
в день проведения опыта). Необходимым условием яв-
ляется также полная чистота прибора.
Для этой демонстрации можно воспользоваться не-
диализованным золем гидроокиси железа, приготовлен-
ным по методу Грэма (on. 1, б). Этот золь более концен-
трированный и дает резкую границу с боковой жидкос-
тью. В качестве боковой жидкости в этом случае может
быть взята дистиллированная вода.
Опыт 70. Электрообогащение глины
Принадлежности: 1) выпрямитель переменного тока
типа ВСА-10; 2) батарейный стакан емкостью 2 л, ци-
линдрической формы; 3) цилиндрические электроды;
4) стеклянная палочка; 5) глина; 6) штативы Бунзена —
2 шт.
Выполнение. Из никелевой жести (или медной плас-
тинки толщиной 0,5 мм) изготовляют цилиндрические
электроды. Наружный электрод-катод, его длина по вер-
тикали составляет 7 см, диаметр 11 см; внутренний элек-
трод-анод длиной 7 см и диаметром 6 см. Оба элек-
трода опускают в цилиндрический батарейный стакан
емкостью 2 л и укрепляют в нем неподвижно. Для удоб-
ства крепления к электродам припаивают металлические
полоски шириной около 5 мм, длиной около 20 см с тем,
чтобы они на несколько сантиметров были выше стенок
батарейного стакана. К этим металлическим полоскам
припаивают небольшие клеммы для присоединения элек-
тропроводов от источника тока. На полоски надевают
разрезанные резиновые пробки и укрепляют их в лапках
двух штативов Бунзена.
85
Электроды крепят так, чтобы они были по всей окруж-
ности равномерно удалены друг от друга (рис. 47).
Накануне проведения демонстрации готовят 25%-ную
суспензию глины в воде. Для этого 250 г нейтральной
или очень слабощелочной глины заливают 250 мл ди-
стиллированной воды и оставляют на сутки. Через сутки
мокрую глину тщательно растирают и размешивают с
водой, добавляя постепенно еще 500 мл дистиллирован-
ной воды.
Для приготовления суспензии можно также восполь-
зоваться мешалкой с электромотором. Но и в этом слу-
чае глину нужно предварительно замочить и размешать,
хотя бы частично, с водой.
Рис. 47. Прибор для электро-
обогащения суспензии глины.
Рис. 48.
Электрофо-
ретический
зонд.
При проведении демонстрации присоединяют цилинд-
рические электроды к клеммам источника постоянного
тока-выпрямителя типа ВСА-10 (рассчитан на 8 а).
В батарейный стакан с электродами наливают суспен-
зию глины. Через 0,5—1 мин, не пропуская электричес-
кий ток, вынимают из суспензии анод (внутренний элек-
трод) и показывают слушателям, как суспензия глины с
него полностью стекает, оставляя поверхность электро-
да блестящей. Затем последний ставят на место, вклю-
чают ток и пропускают его через суспензию в течение
20—30 сек\ сила тока при этом составляет 4—5 а, напря-
жение 120 в. Ток выключают, снова вынимают анод и де-
86
монстрируют, что на нем образовался плотный слой осев-
шей глины толщиной в несколько миллиметров.
Опыт 71. Зонд для определения заряда коллоидных ча-
стиц
Принадлежности: 1) проекционный фонарь; 2) зонд
Бильца (рис. 48); 3) штатив Бунзена; 4) кювета с плос-
ко-параллельными стенками размером 2X3X4 см;
5) золь гидроокиси железа; 6) золь серебра.
Выполнение. Электрофоретический зонд (рис. 48),
иначе называемый зондом Бильца, изготовляют из двух
пластинок: медной и цинковой. Из медной и цинковой
пластинок толщиной 0,5—1 мм вырезают кружки диа-
метром около 2 см с отходящими от кружков «ножка-
ми» шириной 4—5 мм и длиной 5 см. Медную полоску
шириной 4—5 мм или толстую медную проволоку дли-
ной 20 см сгибают пополам, на оба конца надевают две
стеклянные трубки, спаянные между собой. При этом
из стеклянных трубок должны выступать концы медных
полосок на 0,5—1 см. К этим выступающим концам
припаивают оловом «ножки» цинкового и медного круж-
ков. Медный и цинковый кружки должны располагать-
ся на одном уровне на расстоянии 2—3 мм друг от
друга.
Если опустить изготовленный зонд в коллоидный
раствор, то образуется короткозамкнутый гальваничес-
кий элемент, при этом цинковый кружок является поло-
жительным электродом, медный — отрицательным.
Если мицеллы золя заряжены положительно, они
движутся к отрицательно заряженному медному элек-
троду и вблизи его поверхности происходит коагуляция
золя.
Если мицеллы золя заряжены отрицательно, они дви-
жутся к положительно заряженному цинковому элект-
роду и, разряжаясь, коагулируют возле него. Таким об-
разом, электрофоретический зонд позволяет определить
знак заряда коллоидных мицелл.
Зонд нужно погружать в раствор так, чтобы место
спая не смачивалось, а находилось над раствором — этим
избегают возникновения в зонде дополнительных ЭДС.
Во время работы медная и цинковая пластинки зонда
должны находиться в вертикальном положении. При этом
87
образующийся на одном из электродов осадок скоагули-
ровавшего золя будет опускаться вниз и будет отчетливо
видно, на каком именно электроде образовался осадок.
Если расположить медную и цинковую пластинки гори-
зонтально (12], то осадок, опускающийся с верхнего
электрода, попадет на нижний электрод и будет трудно
установить, на каком из электродов происходит коагуля-
ция золя.
Чтобы продемонстрировать определение заряда кол-
лоидных частиц зондом Бильца, настраивают проекцион-
ный фонарь для демонстрации объектов в вертикальном
положении. На предметный столик, находящийся между
линзой конденсора и объективом, ставят кювету с
плоско-параллельными стенками размером 2X3X4 см
(от фотокалориметра ФЭК-М).
Зонд Бильца, укрепленный в лапке штатива, опуска-
ют в кювету так, чтобы плоскости медного и цинкового
электродов были расположены параллельно лучам света
проекционного фонаря, тогда на экране получается изо-
бражение электродов в виде двух узких параллельных
полосок.
В кювету с опущенным в нее зондом наливают золь
гидроокиси железа, полученный методом гидролиза и
очищенный диализом (on. 1 и 12). Золь интенсивно окра-
шен и поэтому, чтобы электроды зонда были видны на
экране, его разбавляют дистиллированной водой из рас-
чета на 1 объем золя — 3 объема воды. Через 2—3 мин
наблюдают образование слоя скоагулировавшего золя
вокруг отрицательного медного электрода. Отсюда дела-
ют вывод, что мицеллы золя заряжены положительно.
Если вместо золя гидроокиси железа налить в кювету
золь серебра (оп. 6), то через 2—3 мин наблюдают коа-
гуляцию золя серебра возле положительного цинкового
электрода. Следовательно, мицеллы золя серебра заря-
жены отрицательно. Помимо указанных золей можно
взять золи сернистого мышьяка, сернистой сурьмы (оп.
2, 3): они коагулируют на положительном цинковом
электроде.
Если золь йодистого серебра получить сливанием
0,01 н. раствора азотнокислого серебра и 0,01 н. раство-
ра йодистого калия, взяв при этом йодистого калия боль-
ше (например, 30 мл раствора йодистого калия и 10 мл
раствора азотнокислого серебра), то мицеллы такого зо-
88
ля окажутся отрицательно заряженными и будут коагу-
лировать на цинковом электроде, а если получить золь с
обратной пропорцией (30 мл раствора азотнокислого се-
ребра и 10 мл раствора йодистого калия), то его мицеллы
будут заряжены положительно и золь будет коагулиро-
вать на медном электроде.
При выполнении этих опытов нужно, чтобы жидкость
в кювете была неподвижна.
При наличии конвекционного перемешивания жидкос-
ти внутри кюветы осадок будет перемещаться токами
жидкости, что затрудняет определение знака заряда кол-
лоидных частиц.
Опыт 72. Капиллярный электрометр Липпмана
>
Принадлежности: 1) капиллярный электрометр Липп
мана; 2) стандартный элемент Вестона; 3) проекцией
ный фонарь.
Выполнение. Капилляр-
ный электрометр Липпмана
представляет стеклянный со-
суд (рис. 49). В широкое ко-
лено электрометра налива-
ют слой ртути. Ртуть нали-
вают также и в узкое ко-
лено так, чтобы она частич-
но заполнила капиллярную
трубку. В оба колена 'по-
верх ртути наливается
10 %-ный раствор серной
кислоты. Для присоединения
к источнику электрического
гока в оба широких колена
электрометра предваритель-
но впаивают платиновые
Рис. 49. Капиллярный элек-
трометр Липпмана:
1—10%-ный раствор H2SO4;
2 — ртуть; 3 — платиновые элек-
троды, впаянные в стекло; 4 —
капилляр; 5 — прозрачная шка-
ла.
шкалу 5 так, чтобы канал
проволоки.
Электрометр укрепляют
на деревянной раме. К ка-
пилляру клеем прикрепляют
прозрачную (из целлулоида)
капилляра был виден на фоне этой шкалы. Проектируя
капилляр и шкалу на экран, наблюдают положение ртут-
ного мениска. Затем электрометр подключают к элемен-
ту Вестона. При этом вследствие поляризации поверхнос-
89
ти ртути изменяется ее поверхностное натяжение, что
приводит к изменению уровня ртути в капилляре, отме-
чаемому по шкале на экране.
Опыт 73. Ртутное «сердце»
Принадлежности: 1) часовое стекло диаметром 10 см;
2) заостренный железный стержень; 3) штатив для же-
лезного стержня; 4) оптическая скамья; 5) серная кис-
лота; 6) бихромат калия; 7) ртуть.
Выполнение. 0,5 г бихромата калия растворяют в
500 мл дистиллированной воды, в полученный раствор
добавляют 25 мл концентрированной серной кислоты.
Приготовленный раствор
14	(рис. 50) наливают на часо-
	вое стекло диаметром
3	10 см. Туда же наливают
/2	Q	' Л\ б\/	столько тщательно очищен-
ной ртути 2, чтобы она об-
Рис. 50.	Демонстрация	ртутно-	Разовала каплю диаметром
го	«сердца»:	2—З.СМ.
а — общий вид; б — форма капли ПрОСКЦИОННЫЙ фонарь
ртути при пульсации (вид сверху); Г0Т0ВЯТ ДЛЯ ПроеКТИрОВЭНИЯ
1	— раствор *\2 Сг2 О7 и г12 ЬО4;	г	г
2	—ртуть; 3 — железный стержень; объекта В ГОрИЗОНТЗЛЬНОМ
4, 5 — направления плавной регу-	тт„__
лировки стержня.	положении. На горизонталь-
но расположенную линзу оп-
тической скамьи ставят часовое стекло с раствором би-
хромата калия, серной кислоты и ртутью. Часовое стекло
для устойчивости ставят на подставку — резиновое коль-
цо. к поверхности ртути подводят острый свежеотточен-
ный на точильном камне железный стержень 3 толщи-
ной 2—3 мм, длиной 20 см.
Острие должно быть немного дугообразно изогнуто
вниз, в сторону ртути. Тупой конец стержня укрепляют в
универсальном штативе так, чтобы можно было плавно
регулировать положение стержня в двух направлениях:
вертикальном 4 и.горизонтальном 5.
Ртуть и железо в растворе серной кислоты и бихрома-
та калия образуют гальваническую цепь. При соприкос-
новении ртути с железным острием происходит увеличе-
ние ее поверхностного натяжения, в результате чего кап-
ля сжимается и нарушается ее контакт с железом. Как
только контакт прекращается, поверхностное натяжение
90
ртути вновь уменьшается, капля расплющивается под
действием гравитационных сил и опять соприкасается с
железным стержнем.
Многократное повторение этих процессов наблюдает-
ся в виде пульсации капли.
Движение капли ртути напоминает по внешнему виду
биение сердца. Как правило, капля при пульсации при-
обретает форму треугольника, иногда многоугольника.
Опыт требует тренировки. Поверхность железного стерж-
ня необходимо обновлять, затачивая его на точильном
станке перед каждой демонстрацией. Весьма существен-
ным является также чистота ртути, а также удачный вы-
бор положения железного стержня относительно ртутной •
капли. Это положение необходимо выбрать путем осто-
рожного медленного перемещения железного стержня у
поверхности ртутной капли. Когда ртутное «сердце» за-
бьется, его проектируют на экран для демонстрации. При
удачном проведении опыта сильная ритмическая пуль-
сация ртутной капли может наблюдаться на протяжении
нескольких часов.
ГЛАВА 6
УСТОЙЧИВОСТЬ ДИСПЕРСНЫХ
СИСТЕМ
Одной из центральных проблем коллоидной химии
является проблема агрегативной устойчивости дисперс-
ных систем. Под агрегативной устойчивостью понимают
способность дисперсных систем сохранять свою степень
дисперсности.
Лиофобные золи представляют крайне неустойчивые
в термодинамическом отношении системы, обладающие
значительным запасом свободной энергии, что обуслов-
лено сильно развитой поверхностью раздела между фа-
зами. В связи с этим в лиофобных золях самопроизволь-
но идет процесс укрупнения частиц дисперсной фазы,
называемый коагуляцией. Основной причиной коагуля-
ции является действие вандерваальсовских сил притяже-
ния между частицами. Находящиеся в постоянном бро-
уновском движении частииы дисперсной фазы, сближа-
ясь на достаточно малые расстояния, притягиваются
друг к другу молекулярными силами и образуют укруп-
ненную «вторичную» частицу. В результате этого проис-
ходит постепенное уменьшение степени дисперсности
частиц в лиофобных золях.
Возможен и другой механизм коагуляционного про-
цесса, связанный с перекристаллизацией из растворов.
Растворимость вещества, как известно, возрастает
по мере увеличения степени дисперсности его частиц.
В связи с этим наиболее мелкие частицы в полидисперс-
ной системе постепенно растворяются и за их счет про-
исходит увеличение размеров более крупных частиц.
Такой механизм играет роль в системах с заметной ис-
тинной растворимостью вещества дисперсной фазы.
Процесс коагуляции на первых стадиях приводит
лишь к укрупнению частиц дисперсной фазы и не сопро-
92
вождается полным разрушением золя. Такой процесс,
называемый скрытой коагуляцией, обнаруживается по
изменению физико-химических свойств золя (окраска,
вязкость и т. д.).
Дальнейшее укрупнение частиц дисперсной фазы
приводит к тому, что они теряют кинетическую устойчи-
вость и тогда происходит разделение фаз в системе (яв-
ная коагуляция).
Агрегативная устойчивость дисперсных систем об-
условлена действием в них факторов, препятствующих
коагуляции (факторов стабилизации). В случае лиофоб-
ных систем эти факторы связаны, в основном, с нали-
чием у частиц дисперсной фазы электрического заряда,
в связи с чем между ними возникают электрические си-
лы отталкивания, препятствующие коагуляции золя.
Явная коагуляция особенно характерна для лиофоб-
ных золей. Она может быть вызвана различными мето-
дами (оп. 78—80) (увеличение концентрации золя, тем-
пература и т. д.). Особенно чувствительны лиофобные
золи к воздействию электролитов. При весьма незначи-
тельной концентрации электролитов в дисперсионной
среде происходит явная коагуляция лиофобных золей
(оп. 74). Наименьшая концентрация электролита, вы-
зывающая явную коагуляцию, называется порогом коа-
гуляции данного золя. Как было показано Шульце и
Гарди, коагулирующим действием, в основном, облада-
ет тот из ионов, входящих в состав электролита, заряд
которого противоположен заряду частиц дисперсной фа-
зы данного золя. Коагулирующее действие этих ионоз
весьма сильно зависит от величины их заряда (оп. 75).
В первом приближении оно пропорционально заряду
иона в шестой степени. Кроме того, коагулирующее дей-
ствие зависит, правда в меньшей степени, от специфи-
ческой адсорбируемости ионов коллоидными частицами,
степени гидратации ионов, их поляризуемости и т. д.
Весьма любопытны явления, наблюдаемые при коа-
гуляции лиофобных золей смесями электролитов. При
этом лишь в редких случаях наблюдается полная адди-
тивность коагулирующего действия электролитов, вхо-
дящих в состав смеси.
В ряде случаев добавление второго электролита при-
водит к уменьшению коагулирующего действия перво-
го. Это явление называют антагонизмом ионов при коа-1
гуляции.	J
Достаточно часто встречаются и противоположные!
случаи, когда коагулирующее действие смеси электро-1
литов больше, чем при аддитивности (явление сенсиби-1
лизации).	I
Все эти факты могут быть объяснены на основании]
общей количественной теории устойчивости лиофобных
золей, созданной Б. В. Дерягиным с сотрудниками.
Коагулирующее действие электролитов зависит так-]
же и от способа их введения в золь. Если вводить элек-
тролит в золь небольшими порциями, то, как правило,
концентрация электролита, необходимая для вызывания!
явной коагуляции золя оказывается не такой, как в;
случае единовременного введения того же электролита
(явление привыкания). В общем случае, при постелен-1
ном добавлении электролита его порог коагуляции дол-
жен быть меньше, чем при одновременном введении (от-’
рицательное привыкание). В ряде случаев наблюдается
обратная закономерность (положительное привыкание),
которая, по-видимому, связана с побочными явлениями:
изменением агрегативной устойчивости золя при его хра-
нении в условиях проведения опыта.
Роль заряда частиц лиофобных 'золей в их агрега-
тивной устойчивости весьма наглядно проявляется в яв-
лении, называемом зонами коагуляции. Это явление за-
ключается в том, что лиофобный золь может сохранять
агрегативную устойчивость в двух различных областях
концентраций электролита (оп. 76).
В этих случаях существует два значения порога коа-
гуляции золя данным электролитом. Зоны коагуляции
объясняются изменением знака заряда частиц дисперс-
ной фазы, происходящим при добавлении электролита.
Коллоидные осадки (коагуляты), полученные в ре-
зультате коагуляции золей, в ряде случаев могут быть
обратно переведены в золь при обработке их различными
веществами (пептизаторами). Это явление, называемое
пептизацией, формально обратно коагуляции (оп. 9, 10).
Весьма своеобразна зависимость скорости коагуляции
лиофобных золей от концентрации электролитов в дис-
персной среде (оп. 77). По мере увеличения концентра-
ции электролита скорость коагуляции сначала резко
возрастает (область медленной коагуляции), достигая
некоторого максимального значения, не зависящего от
дальнейшего увеличения содержания коагулирующего
электролита (быстрая коагуляция).
Теория быстрой коагуляции лиофобных золей была
создана Смолуховским.
Совершенно иные закономерности наблюдаются при
коагуляции лиофильных золей.
Это связано с различием факторов стабилизации лио-
фобных и лиофильных систем. Для лиофильных золей
более характерны процессы скрытой коагуляции, не со-
провождающиеся разделением фаз.
Явная коагуляция. гидрофильных золей может быть
вызвана путем добавления к ним дегидрататоров или
весьма значительных количеств электролитов. Этот про-
цесс называют высаливанием (оп. 81).
Высаливающее действие электролитов, в основном, за-
висит от свойств входящего в их состав аниона. По силе
высаливающего действия все анионы располагаются в
так называемый лиотропный ряд. Положение аниона р
этом ряду зависит в первую очередь от степени его гид-
ратации. Устойчивость лиофильных золей в растворах
электролитов достаточно высоких концентраций находит
практическое применение. Этим пользуются для умень-
шения влияния электролитов на лиофобные золи. Если
к лиофобному золю добавить некоторое количество раст-
вора высокомолекулярного соединения, то устойчивость
лиофобного золя к электролитам резко увеличивается
(защитное действие, оп. 82).
Для оценки защитного действия высокомолекулярных
соединений вводят условные величины, например, так
называемое золотое число (оп. 83).
Золотое число равно количеству миллиграммов высо-
комолекулярного соединения, которое необходимо при-
бавить к 10 мл красного золя золота для того, чтобы за-
щитить его от коагуляции при добавлении 1 мл 10%-ного
раствора хлористого натрия. Кроме золотого числа, на
практике используют и другие условные величины, харак-
теризующие защитное действие высокомолекулярных со-
единений.
Устойчивость лиофильных систем может зависеть так-
же и от наличия у их частиц электрического заряда.
Этим объясняется тот факт, что многие лиофильные сис-
темы имеют минимальную устойчивость в изоэлектричес-
кой точке (оп. 84).
95
Опыт 74. Коагуляция золей электролитами
Принадлежности: 1) цилиндры емкостью 250 мл с
притертыми пробками — 3 шт.; 2) глазная пипетка;
3) золь трехсернистой сурьмы; 4) 1 М раствор хлористо-
го алюминия.
Выполнение. Как указывалось выше, электролиты
сильно влияют на устойчивость лиофобных золей. Особен-
но сильное коагулирующее действие оказывают многоза-
рядные коагулирующие ионы. Золь трехсернистой сурь-
мы ярко окрашен и очень чувствителен к электролитам,
поэтому для данного опыта лучше взять именно его.
Золь трехсернистой сурьмы, полученный и очищенный
диализом (оп. 3 гл. 1), разбавляют вдвое дистиллирован-
ной водой, чтобы лучше был виден осадок, образующий-
ся при коагуляции. В два цилиндра емкостью 250 мл на-
ливают по 200 мл разбавленного золя. В один из цилинд-
ров к золю добавляют каплю 1 М раствора хлористого
алюминия (коагуляцию вызывает трехвалентный ион
алюминия). Встряхивают цилиндр. Наблюдают в нем
образование и оседание осадка трехсернистой сурьмы.
Нескоагулировавший золь в другом цилиндре служит
для сравнения.
Вместо золя трехсернистой сурьмы при тех же усло-
виях опыта может быть использован золь трехсернистого
мышьяка (оп. 2, 12, гл. 1).
Для демонстрации коагулирующего действия элек-
тролитов можно взять положительно заряженный золь
гидроокиси железа. Сильное коагулирующее действие на
него оказывает трехвалентный анион [Fe(CN)6]~3.
К 200 мл золя гидроокиси железа (on. 1, 12, гл. 1) до-
статочно добавить однукаплю 1М раствора Кз[Ре(СЫ)6].
Золь коагулирует, что видно по изменению его цве-
та и выпадению осадка. Коагулят в этом случае образу-
ется более высокодисперсный, чем при коагуляции золя
трехсернистой сурьмы и оседает медленно.
Опыт 75. Коагулирующее действие ионов разного
заряда
Принадлежности: 1) цилиндры емкостью 200 мл с
притертыми пробками — 4 шт.; 2) пипетки на 20 мл —
4 шт.; 3) белый экран; 4) золь трехсернистого мышьяка;
96
5) 0,01 н. раствор хлористого калия; 6) 0,01 и. раствор
хлористого бария; 7) 0,01 н. раствор хлористого алюми-
ния.
Выполнение. Золь трехсернистого мышьяка |(оп. 2,
гл. 1) разбавляют дистиллированной водой из расчета
на 25 мл золя — 75 мл воды. В четыре цилиндра нали-
вают по 100 мл разбавленного золя. Затем наливают в
первый цилиндр 20 мл дистиллированной воды, во вто-
рой— 20 мл раствора хлористого калия 0,01 н., в тре-
тий— 20 мл раствора хлористого бария 0,01 н., в четвер-
тый— 20 мл раствора хлористого алюминия 0,01 н. За-
крывают цилиндры пробками, встряхивают для переме-
шивания содержимого и рассматривают их на фоне бело-
го экрана. В первом и втором цилиндрах (с водой и хло-
ристым калием) золь остается прозрачным, хотя под не-
которым углом зрения он может показаться не вполне
прозрачным в связи с сильной опалесценцией. В третьем
цилиндре (с хлористым барием) происходит заметное
помутнение золя, а в четвертом (с хлористым алюмини-
ем) — полная коагуляция и выпадение хлопьев коагу-
лята.
Таким образом, можно продемонстрировать, что оди-
наковые количества коагулирующих ионов К+1, Ва+2 и
А1+3 оказывают совершенно различное действие на лио-
фобный золь трехсернистого мышьяка.
Опыт 76. Перезарядка золя при действии электролитов
Принадлежности: 1) колбы емкостью 1л — 2 шт.;
2) воронка диаметром 15—20 см—1 шт.; 3) фильтро-
вальная бумага; 4) пробирки емкостью 50—60 мл —
20 шт.; 5) штатив для пробирок; 6) черный экран;
7) 2 %-ный раствор канифоли в этиловом спирте; 8) хло-
ристый алюминий.
Выполнение. В 1 л дистиллированной воды прилива-
ют по каплям при энергичном помешивании 25 мл 2%-но-
го раствора канифоли в этиловом спирте. Образуется
коллоидный раствор канифоли в воде. Его фильтруют
через смоченный водой фильтр для освобождения от гру-
бодисперсных частиц.
Затем берут 20 чисто вымытых пробирок или цилинд-
ров емкостью 50—60 мл и нумеруют их. В первые две
пробирки наливают по 10 мл 0,6 н. раствора хлористого
7—69
97
алюминия, а в остальные — по 10 мл дистиллированной
воды. Далее во вторую пробирку прибавляют 10 мл ди-
стиллированной воды и, размешав полученный в ней
раствор хлористого алюминия, переносят из нее пипет-
кой Мора 10 мл в третью пробирку, из третьей пробирки
после перемешивания раствора переносят 10 мл в чет-
вертую пробирку и т. д. Из десятой пробирки после пере-
мешивания 10 мл раствора выливают.
В итоге получают серию растворов хлористого алю-
миния следующих концентраций:
в пробирке №	1 — 10	мл	0,6 н. алюминия хлористого
»	№	2 — 10	мл	0,3 н.	»	»
»	№	3— 10	мл	0,15 н.	»	»
»	№	4— 10	мл	0,075 н.	»	»
и т. д., и наконец, в пробирке № 20 — 10 мл дистиллиро-
ванной воды.
Во все 20 пробирок приливают по 20 мл золя кани-
фоли. Закрыв пробирки чистыми пробками, их встряхи-
вают для перемешивания содержимого. Через несколь-
ко часов наблюдают два порога коагуляции. Опыт го-
товят накануне демонстрации или за несколько дней до
нее, при этом картина коагуляции уже не меняется. Во
время лекции демонстрируют лишь полученную заранее
серию пробирок.
При демонстрации пробирки помещают в ряд на
черном фоне. На черном фоне хорошо отличимы про-
бирки с белым нескоагулировавшим золем от тех про-
бирок, где золь скоагулировал, осел и над ним образо-
вался прозрачный раствор.
Опыт 77. Кинетика коагуляции
Принадлежности: 1) проекционный фонарь с опти-
ческой скамьей, 2) люксметр типа Ю-16; 3) штатив
Бунзена; 4) склянка с плоско-параллельными стенками
емкостью 100 мл\ 5)‘золь сернистого мышьяка; 6) 1 н.
раствор хлористого алюминия.
Выполнение. В описываемой демонстрации о скорос-
ти процесса коагуляции судят по изменению интенсив-
ности света, проходящего через золь, измеряемой люкс-
метром.
С проекционного фонаря снимают все линзы.
Вплотную к отверстию коробки с лампой ставят диа
98
фрагму с отверстием диаметром 1 см. Перед отверстием
диафрагмы на предметный столик оптической скамьи
помещают склянку с плоско-параллельными стенками
емкостью 100 мл. Расстояние между стенками, перпен-
дикулярными направлению луча, составляет примерно
3,5 см. В склянку наливают 15 мл золя сернистого мышь-
яка (оп. 2, гл. 1) и 45 мл дистиллированной .воды. Луч
света проекционного фонаря должен проходить через
верхнюю часть золя в склянке. Чтобы золь во время
опыта не нагревался, предметный столик, на котором
находится склянка, помещают на расстоянии 5—7 см
от диафрагмы.
Сразу после склянки с золем помещают светочувстви-
тельную пластинку люксметра типа Ю-16, укрепленную
в лапке штатива Бунзена. Пластинка закрыта защитным
матовым стеклом. В проекционный фонарь помещают
кинолампу мощностью 300 вт. Переключатель чувстви-
тельности на измерителе люксметра ставят вначале в
положение 100 (это означает, что шкала в данном поло-
жении рассчитана на 100 лк) и включают осветитель про-
екционного фонаря. Если измеритель люксметра показы-
вает освещенность меньше 25 лк, то переключатель из-
мерителя ставят в положение 25.
В нашем опыте, при указанных выше условиях, осве-
щенность составляет около 24 лк. После того как было
зафиксировано положение стрелки в начале опыта, в
склянку с золем добавляют 1 каплю 1 н. раствора хло-
ристого алюминия. Прикрыв отверстие диафрагмы, что-
бы яркий луч света не упал на светочувствительную
пластинку люксметра и при этом не был испорчен галь-
ванометр, быстро встряхивают склянку с золем, к кото-
рому добавлен хлористый алюминий и тотчас ставят ее
на предметный столик. Золь коагулирует, мутность его
растет и поэтому уменьшается освещенность светочув-
ствительной пластинки люксметра, что обнаруживается
по быстрому движению стрелки измерителя. Освещен-
ность при этом падает примерно до 2—5 лк. В дальней-
шем частицы скоагулировавшего золя медленно оседают
и стрелка гальванометра медленно начинает двигаться
вправо, указывая на все большую освещенность свето-
чувствительной пластинки по мере оседания осадка. Че-
рез 15—20 мин освещенность почти достигает исходной
величины (около 20 лк).
99
Опыт можно проводить также с золем сернистого
мышьяка. Условия опыта при этом сохраняются.
Если взять золь гидроокиси железа, то его коагуля-
цию нужно вызывать добавлением одной капли 0,1 н.
раствора красной кровяной соли (Ks[Fe(CN)6]). При
этом золь гидроокиси железа (on. 1 и 12, гл. 1) должен
быть разбавлен в четыре раза дистиллированной водой.
При коагуляции золя гидроокиси железа образуются
мелкие хлопья коагулята, которые медленно оседают, по-
этому для данного опыта более пригоден золь сернисто-
го мышьяка или сернистой сурьмы.
Опыт 78. Коагуляция золей при вымораживании
Принадлежности: 1) кристаллизатор диаметром
30 см; 2) колбы емкостью 200 мл — 4 шт.; 3) термометр;
4) золь сернистой сурьмы, отдиализованный; 5) золь
сернистого мышьяка, отдиализованный; 6) золь гидро-
окиси железа, неочищенный; 7) золь гидроокиси желе-
за, отдиализованный; 8) хлористый натрий; 9) снег
(лед).
Выполнение. В стеклянном кристаллизаторе гото-
вят охлаждающую смесь из снега или льда и хлористо-
го натрия. Температура охлаждающей смеси (—10°) —
(—12°). Если для приготовления охладительной смеси
берут лед, то в смесь льда и соли добавляют немного
воды.
В четыре колбы емкостью 150—200 мл наливают по
100 мл диализованных золей сернистого мышьяка, сер-
нистой сурьмы, гидроокиси железа и недиализованного
золя гидроокиси железа.
Колбы с золями помещают в охлажденную смесь и
после того как золи замерзнут, их оставляют в охла-
ждающей смеси на 15—20 мин. Затем колбы с замерз-
шими золями вынимают из охлаждающей смеси и дают
последним оттаять, для чего колбы помещают в теплую
воду при температуре 25—30° С.
После оттаивания золей демонстрируют, что золи
сернистой сурьмы, сернистого мышьяка и отдиализован-
ный золь гидроокиси железа оказываются скоагулиро-
вавшими, а неочищенный золь гидроокиси железа, со-
держащий сравнительно большое количество электроли-
тов, при этом не коагулирует.
100
Опыт 79. Механическая коагуляция
Принадлежности: 1) цилиндры емкостью 100 мл с
притертыми пробками — 4 шт.; 2) пипетки на 10 мл,
градуированные — 2 шт.; 3) золь серебра; 4) золь трех-
сернистого мышьяка; 5) бензол; 6) 0,001 н. раствор
хлористого алюминия.
Выполнение. Достаточно высокодисперсные лиофоб-
ные золи при механическом воздействии не коагулиру-
ют. Если же к такому золю предварительно добавить
коагулирующий электролит или противоположно заря-
женный золь, причем такое количество, которое еще не
вызывает видимой коагуляции золя, и снова попытать-
ся вызвать коагуляцию механическим воздействием, то
на этот раз золь коагулирует.
Золь трехсернистого мышьяка (оп. 2, гл. Г) разбав-
ляют дистиллированной водой из расчета на 25 мл зо-
ля — 75 мл воды.
В два цилиндра с притертыми пробками наливают
по 100 мл разбавленного золя трехсернистого мышьяка.
В один из цилиндров приливают к золю 5 мл 0,001 н.
раствора хлористого алюминия. Золь не коагулирует.
Затем в оба цилиндра добавляют по 10 мл бензола и,
закрыв цилиндры пробками, энергично встряхивают их
в руках до 100 раз. Цилиндры ставят на стол. Образую-
щаяся при встряхивании эмульсия быстро расслаивает-
ся, золь остается без изменений, а в том цилиндре, где к
золю был добавлен электролит, происходит неполное
расслоение эмульсии и на границе золя и бензола на-
блюдают слой эмульсии, содержащей скоагулировав-
ший золь трехсернистого мышьяка на поверхности ка-
пель бензола.
В два другие цилиндра наливают по 100 мл золя се-
ребра (оп. 6, гл. 1).
3 один из цилиндров к золю серебра добавляют
10 мл 0,001 н. раствора хлористого алюминия. Видимой
коагуляции золя при этом не происходит (коагулирую-
щим является ион А1+3, так как частицы в золе заряже-
ны отрицательно).
Затем в оба цилиндра приливают по 10 мл бензола
и, закрыв цилиндры пробками, встряхивают их, как и в
предыдущем случае, около 100 раз. И снова золь, в ко-
торый не был добавлен электролит, остается не скоагу-
101
лировавшим; эмульсия расслаивается, не вызвав изме-
нения системы. В цилиндре же, куда был добавлен
электролит, на границе золя серебра и бензола сохра-
няется слой эмульсии бензола, капельки которого покры-
ты скоагулировавшим золем серебра.
Опыт 80. Взаимная коагуляция золей
Принадлежности: 1) цилиндры емкостью 250 мл с
притертыми пробками — 3 шт.; 2) золь гидроокиси желе-
за; 3) золь трехсернистого мышьяка.
Выполнение. Золь гидроокиси железа, приготовленный
методом гидролиза и отдиализованный (on. 1 и 12, гл. 1)
разбавляют вдвое дистиллированной водой. В один ци-
линдр емкостью 250 мл с притертой пробкой наливают
200 мл разбавленного золя, в другой— 150 мл того же
золя, в третий — 200 мл очищенного диализом и разбав-
ленного вдвое золя трехсернистого мышьяка (оп. 2,
гл. 1).
Во второй цилиндр добавляют 50 мл золя трехсер-
нистого мышьяка (такого, как в третьем цилиндре): ми-
целлы золя гидроокиси железа заряжены положительно,
мицеллы золя трехсернистого мышьяка — отрицательно,
поэтому во втором цилиндре происходит полная взаим-
ная коагуляция обоих золей и выпадает осадок, состоя-
щий из гидроокиси железа и трехсернистого мышьяка.
Опыт 81. Высаливание золя олеата натрия
Принадлежности: 1) цилиндр с притертой пробкой ем-
костью 200 мл—1 шт.; 2) колба емкостью 200 мл —
1 шт.; 5) мерный цилиндр на 100 мл.; 6) олеат натрия;
7) концентрированный раствор аммиака в воде; 8) хло-
ристый натрий.
Выполнение. Готовят 10%-ный раствор олеата натрия
в дистиллированной воде. Для того чтобы олеат натрия
быстрее растворялся, его лучше вносить в воду в виде
мелких разрозненных крупинок. Если все же не весь оле-
ат натрия растворился, смесь можно немного подогреть
или оставить на сутки для полного растворения. Энергич-
но и долго встряхивать раствор не рекомендуется, так
как образуется много пены. Если раствор получается
102
мутным, то к нему по каплям добавляют концентрирован-
ный раствор аммиака до просветления.
100 мл приготовленного раствора олеата натрия нали-
вают в цилиндр с притертой пробкой. Туда же приливают
30 мл насыщенного раствора хлористого натрия (насы-
щенный раствор хлористого натрия получают растворе-
нием 35,8 г соли в 100 мл воды при 20°).
Цилиндр закрывают пробкой и энергичным встряхи-
ванием перемешивают его содержимое. Цилиндр ставят
на стол. Олеат натрия в результате высаливания всплы-
вает и собирается в верхнем слое раствора.
Опыт 82. Защита золя серебра желатиной от действия
электролитов
Принадлежности: 1) бокалы демонстрационные —
2 шт.; 2) пипетка на 2 мл; 3) пипетка на 10 мл; 4) золь
серебра; 5) 1 %-ный раствор желатины; 6) 10%-ный раст-
вор хлористого натрия.
Выполнение. В два демонстрационных бокала нали-
вают по 100 мл золя серебра, приготовленного восстанов-
лением таннином из азотнокислого серебра (оп. 7, гл. 1).
К одной порции золя добавляют 2 мл 1%-ного раствора
желатины. Затем в оба бокала приливают по 10 мл
10%-ного раствора хлористого натрия. Золь, к кото-
рому добавлена желатина, не меняет окраски, в то вре-
мя как окраска незащищенного золя, вследствие скры-
той коагуляции, резко изменяется и переходит в грязно-
серую.
Этот опыт можно провести с красным золем золота.
После действия электролита на незащищенный золь зо-
лота он приобретает фиолетово-синюю окраску.
Опыт 83. «Золотое число» и «Рубиновое число»
Принадлежности: 1) цилиндры емкостью 100 мл —
5 шт.; 2) пипетка на 10 мл — 1 шт.; 3) пипетка на 5 мл—
5 шт.; 4) белый экран размером 50X30 см; 5) красный
золь золота; 6) желатина; 7) 10%-ный раствор хлористо-
го натрия.
Выполнение. В пять цилиндров емкостью 100 мл
каждый наливают по 50 мл красного золя золота (оп. 5,
гл. 1).
103
В первый цилиндр наливают 10 мл дистиллирован-
ной воды, золь в этом цилиндре служит для сравне-
ния с остальными. Во второй, третий и четвертый ци-
линдры наливают по 5 мл раствора желатины различ-
ной концентрации (концентрация раствора не превышает
1%). Необходимые концентрации желатины следует
подобрать до лекции, так как они зависят от качества
желатины.
В пятый цилиндр наливают 5 мл дистиллированной
воды. Затем во второй, третий, четвертый и пятый ци-
линдры наливают по 5 мл 10 %-кого раствора хлористо-
го натрия.
В первом цилиндре золь окрашен в красный цвет.
Во втором цилиндре должно содержаться количество
желатины, достаточное для защиты золя золота от коа-
гулирующего действия хлористого натрия и золь здесь
должен остаться красным, как и в первом цилиндре.
В третьем и четвертом цилиндрах должно содержаться
количество желатины, недостаточное для полной защи-
ты золя от коагуляции и после добавления хлористого
натрия золь должен окраситься в разные оттенки фиоле-
тового цвета (переходного от красного к синему). В пя-
том — в результате коагуляции — в синий.
Окраски золей хорошо наблюдать на фоне белого
экрана.
«Золотое число» желатины определяется как число
миллиграммов сухой желатины, необходимое для защи-
ты десяти миллилитров красного золя золота от коагу-
лирующего действия одного миллилитра 10%-ного раст-
вора хлористого натрия. Вместо золя золота для демон-
страции защиты лиофобных золей от действия электро-
литов можно взять краситель конго-рубин. Условия опы-
та сохраняются те же, что и для золя золота. Концент-
рация конго-рубина составляет 0,01%. Красный раствор
красителя коллоидной степени дисперсности при частич-
ной коагуляции становится фиолетовым, а при полной
коагуляции — синим.
В этом случае речь идет о «рубиновом числе» жела-
тины, которое определяется как количество миллиграм-
мов сухой желатины, необходимой для защиты 10 мл
0,01%-ного раствора конго-рубина от коагулирующего
действия одного миллилитра 10%-ного раствора хло-
ристого натрия.
104
Опыт 84. Устойчивость золей желатины при различных
значениях pH
Принадлежности: 1) цилиндры емкостью 200 мл с
притертыми пробками — 5 шт.; 2) колбы емкостью
50 мл—5 шт.; 3) колба емкостью 100 мл—1 шт.; 4) пи-
петка на 100 мл—5 шт.; 6) пипетка на 15 мл—1 шт.;
6) водяная баня; 7) черный экран, размером 50X30 см;
8) желатина; 9) этиловый спирт; 10) индикаторная бу-
мага для определения pH растворов (с интервалом в
0,1-0,2).
Выполнение. До лекции готовят растворы желатины
с различными pH. Для этого 1 г сухой желатины зали-
вают 100 мл дистиллированной воды и оставляют на
1 час набухать. Затем колбу с набухшей желатиной на-
гревают на водяной бане при температуре (4-40°) —
( + 50°), при этом желатина растворяется в воде.
В пять колбочек емкостью 50 мл каждая наливают
по 15 мл приготовленного 1%-ного раствора желатины.
pH растворов желатины должны быть следующим:
в первой колбочке 2,5—3;
во второй	»	3,7—4;
в третьей	»	4,7 (изоэлектрическая точка же-
латины);
в четвертой »	6,3—6,7;
в пятой	»	8.
Подкисление проводят, добавляя к раствору желати-
ны по каплям уксусную'кислоту (или другую слабую
кислоту). После прибавления каждой порции кислоты
раствор перемешивают и измеряют его pH индикаторной
бумагой с интервалами pH в 0,1. Когда нужное pH до-
стигнуто, доводят объем раствора желатины в колбочке
до 20 мл.
Подщелачивание проводят, добавляя к раствору же-
латины по каплям раствор аммиака, разбавленный во-
дой из расчета на 1 мл концентрированного раствора
аммиака — 50 мл воды. Во всех колбочках доводят
объем растворов желатины до 20 мл (концентрация же-
латины при этом составляет 0,75%).
Во время демонстрации на лекции в пять цилиндров
емкостью 200 мл каждый с притертыми пробками нали-
вают по 100 мл этилового спирта. В каждый из цилинд-
ров вносят пипетками по 10 мл растворов желатины с
105
различными pH. Закрывают цилиндры пробками, встря-
хивают их для перемешивания содержимого, ставят на
стол в порядке возрастания pH и демонстрируют на
фоне черного экрана.
При этом в цилиндре, в который был добавлен раст-
вор желатины в изоэлектрической точке (pH-4,7), на-
блюдается сильное помутнение, происходит полное раз-
рушение золя; в цилиндрах, где раствор желатины имел
слабо кислую и слабо щелочную реакцию наблюдается
небольшое помутнение, а в цилиндрах, где добавленные
растворы желатины имели сильно кислую и сильно ще-
лочную реакцию, помутнения совсем не наблюдаются.
ГЛАВА 7
СВОЙСТВА ЭМУЛЬСИЙ,
ПЕН И АЭРОЗОЛЕЙ
Пенами называются дисперсные системы, в которых
дисперсная фаза находится в газообразном состоянии.
Дисперсионная среда в них может представлять либо
жидкость, либо твердое тело. Для получения пены обыч-
но распыляют газ в виде мельчайших пузырьков в жид-
кости, к которой предварительно добавляют некоторое
количество определенных поверхностно-активных ве-
ществ— стабилизаторов (оп. 85). Пены находят широкое
применение в технике. В последнее время все шире ис-
пользуются твердые пены.
В ряде случаев образование пены в производственных
условиях является вредным (например, при работе паро-
вых котлов, в производстве дрожжей и т. д.). В этих слу-
чаях применяют методы разрушения пены (гашение пе-
ны). Для гашения пены обычно используют сильно по-
верхностно-активные вещества, которые, разрушая ад-
сорбционные слои, образуемые на границе раздела фаз
стабилизаторами, приводят к тому, что система теряет
агрегативную устойчивость (оп. 85).
Для определения агрегативной устойчивости пен мож-
но использовать ряд методов. В частности, можно оп-
ределить время существования элементарной пены. Для
этого небольшой пузырек газа вводят под поверхность
раздела жидкость — газ и определяют время, по истече-
нии которого введенный пузырек сливается со слоем га-
за над жидкостью (оп. 86). Одной из важных техничес-
ких характеристик пены является ее кратность, т. е.
отношение объема, занимаемого пеной, к объему содер-
жащейся в ней дисперсионной среды (он. 87).
Еще большее практическое значение имеют эмульсии,
т. е. дисперсные системы, в которых как дисперсная фа-
107
за, так и дисперсионная среда находятся в жидком агре-
гатном состоянии. Эмульсии используют в пищевой, ме-
таллообрабатывающей, парфюмерной и других отраслях
промышленности, в дорожном строительстве и т. д.
Эмульсии представляют большой интерес для физио-
логии, так как одни продукты питания представляют
эмульсии, другие же усваиваются лишь после предвари-
тельного эмульгирования в самом организме. Иногда об-
разование эмульсий является, наоборот, вредным (на-
пример, в нефтяной промышленности). В этих случаях
применяют методы разрушения эмульсией.
По своим свойствам эмульсии можно разделить на
разбавленные и концентрированные. В разбавленных
эмульсиях содержание дисперсной фазы обычно не пре-
вышает 0,1%.
Такие эмульсии по своим качествам приближаются к
лиофобным золям. На практике значительно чаще ис-
пользуются концентрированные эмульсии, в которых со-
держание дисперсной фазы может намного превышать
концентрацию дисперсионной среды. Такие эмульсии,
вследствие чрезвычайно развитой межфазовой грани-
цы раздела, представляют крайне неустойчивые в тер-
модинамическом отношении системы. Они легко разру-
шаются в результате коалесценции частиц дисперсной
фазы. Концентрированные эмульсии могут быть термо-
динамически устойчивыми лишь в случае, если поверх-
ностное натяжение на границе раздела между частицами
дисперсной фазы и дисперсионной средой становится
меньше некоторого критического значения. В этом слу-
чае, как показал П. А. Ребиндер, вследствие теплового
движения, происходит самопроизвольное образование
эмульсии. Такие условия можно создать, смешивая две
жидкости при температурах, мало отличающихся от кри-
тической температуры растворения (критические мути
Коновалова, оп. 88). Обычно для изготовления устойчи-
вой концентрированной эмульсии к ее компонентам до-
бавляют так называемый эмульгатор, после чего смесь
подвергают энергичному перемешиванию. В качестве
эмульгаторов чаще всего используются поверхностно-ак-
тивные вещества. Но лишь определенные поверхностно-
активные вещества могут использоваться для стабилиза-
ции эмульсий. Для этого необходимо прежде всего, что-
бы стабилизатор прочно удерживался на поверхности
103
раздела фаз. Как известно, вещества с длинными угле-
водородными радикалами лучше растворяются в мало-
полярных органических жидкостях, чем в воде, и поэтому
преимущественно скопляются в этих жидкостях. По-
верхностно-активные вещества, в состав молекул кото-
рых входят углеводородные радикалы с небольшим чис-
лом углеродных атомов, наоборот, преимущественно
скопляются в воде. В связи с этим молекулы поверхност-
но-активных веществ, способных стабилизировать эмуль-
сии, должны иметь углеводородные радикалы лишь с оп-
ределенным средним числом углеродных атомов.
Необходимым условием стабилизации эмульсии явля-
ется также то, чтобы эмульгатор образовывал гелеобраз-
ные адсорбционные слои, обладающие значительной ме-
ханической прочностью. Агрегативная устойчивость ста-
билизированных концентрированных эмульсий может
определяться различными методами. Она может быть,
например, оценена по измерениям времени существова-
ния «элементарной эмульсии». Для этого в непосред-
ственной близости к поверхности раздела жидкостей,
входящих в состав эмульсии вводят небольшую каплю
одной из этих жидкостей и измеряют время, но истече-
нии которого эта капля сливается со слоем той же жид-
кости (оп. 90).
Стабилизирующее действие эмульгатора зависит не
только от его природы, но также и от концентрации в
смеси. Для каждого эмульгатора имеется определенная
оптимальная концентрация, при которой достигается
максимальный эффект стабилизации эмульсии (оп. 91).
Эмульсии можно стабилизировать не только поверх-
ностно-активными веществами, но также и высокодис-
персными порошками (оп. 92). В этом случае стабилиза-
ция эмульсии обуславливается избирательным смачива-
нием порошка одной из жидкостей, входящих в состав ее
и скоплением частиц порошка на границе раздела фаз.
Концентрированные эмульсии обычно состоят из во-
ды и какой-нибудь малополярной жидкости (условно на-
зываемой маслом). При этом каждая из них может иг-
рать роль как дисперсионной среды, так и дисперсной
фазы. В связи с этим все концентрированные эмульсии
Делят на два типа. Эмульсии, в которых вода играет роль
Дисперсионной среды, т. е. системы типа масло в воде
109
(м/в) называют прямыми, а эмульсии типа вода в мас-
ле (в/м) — обратными.
Тип получаемой эмульсии зависит от использованно-
го при ее изготовлении стабилизатора. При применении
стабилизаторов, у которых преобладают гидрофильные
свойства, образуются прямые эмульсии. Обратные эмуль-
сии получают в случае применения гидрофобных стаби-
лизаторов.
Для определения типа концентрированной эмульсии
можно добавить краситель, растворимый лишь в одной
из составляющих эмульсию жидкостей (например, Судан
III, растворимый в малополярных жидкостях и не рас-
творимый в воде) и наблюдать капли смеси под микро-
скопом (оп. 93). О типе эмульсии можно судить также
по смачиванию ею пластинки гидрофобного вещества
(парафина). При Этом прямые эмульсии не смачивают
подложку, а обратные смачивают. Тип эмульсии можно
определить, наблюдая за возможностью слияния капли
эмульсии с каплей воды или масла (оп. 94). Наконец,
о типе эмульсии можно судить по измерению ее элек-
тропроводности (оп. 95).
Следует иметь в виду, что тип концентрированной
эмульсии в ряде случаев может изменяться. Этот про-
цесс называют обращением фаз в эмульсии. Процесс об-
ращения фаз вызывается изменением природы стабили-
затора в эмульсии (оп. 96).
Для разрушения эмульсий применяют разнообраз-
ные методы, начиная с центрифугирования (оп. 97) и
кончая химическим воздействием на находящийся в ней
эмульгатор (оп. 89).
В настоящее время в коллоидной химии все большее
и большее внимание уделяют аэродисперсным системам,
т. е. системам, в которых дисперсионная среда является
газообразной. Это объясняется исключительным значе-
нием аэродисперсных систем в жизни и технике. К аэ-
родисперсным системам относятся дымы, туманы и гру-
бые дисперсии (пыль). Они имеют ряд специфических
особенностей и их изучение требует применения специ-
альных методов.
Аэрозоли, подобно другим коллоидным системам, мо-
гут быть получены как диспергационными, так и конден-
сационными методами (оп. 99). Весьма важной пробле-
мой является проблема коагуляции аэрозолей. Эта проб-
но
лема важна для решения задачи искусственного получе-
ния атмосферных осадков, а также для борьбы с дыма-
ми в промышленности. Для коагуляции дымов в техни-
ке широко используется электрический метод Коттре-
ля (оп. 100).
Опыт 85. Получение и гашение пены
Принадлежности: 1) пеногон; 2) груша от пульвери-
затора; 3) пипетка; 4) желатина; 5) октиловый спирт.
Выполнение. Для получения пены пользуются пеко-
гоном (рис. 51). Это длинный 'стеклянный цилиндриче-
ский сосуд, в основание которого впаян стеклянный
фильтр (стеклянный фильтр должен быть достаточно
крупнопористый). Та часть пекогона, которая находится
под фильтром, сужена в виде воронки. Общая длина
пеногона 60—70 см, диаметр 6—7 см. Пену получают из
раствора желатины. 2 г желатины кладут в 200 мл хо-
лодной дистиллированной воды для набухания на 1 час,
после чего смесь нагревают на водяной бане при темпе-
ратуре 40—50°.
Желатина при этом быстро растворяется.
Раствор желатины наливают в пеногон слоем 3—
4 см; нагнетают снизу воздух грушой от пульверизатора.
Пеногон быстро заполняется пеной. Для демонстрации
гашения пены к ней приливают каплю октилового спир-
та; пена тотчас разрушается. Вместо октилового спирта
можно взять нониловый или дециловый спирт.
Опыт 86. Устойчивость
элементарной пены
Принадлежности: 1) проекционный фонарь; 2) чаш-
ка Петри; 3) главная пипетка; 4) секундомер; 5) олеат
натрия; 6) дистиллированная вода.
Выполнение. Растворяют 2,5 г олеата натрия в 97,5 г
дистиллированной воды; 0,6 мл полученного 2,5%-ного
раствора разбавляют водой до 120 мл (при этом
концентрация образовавшегося раствора составляет
0,0125%).
Проекционный фонарь собирают для демонстрации
объекта в горизонтальной проекции. На горизонтально
расположенную линзу проекционного фонаря ставят
чашку Петри. В нее почти до краев наливают раствор
ш
олеата натрия концентрации 0,0125%. Включают осве-
титель проекционного фонаря. Затем под поверхность
раствора в средней части чашки глазной пипеткой выпус-
кают один пузырек воздуха. Диаметр выходного отвер-
стия пипетки составляет около 1,5 мм, диаметр пузырь-
ка— около 4 мм. В момент появления на поверхности
жидкости пузырька воздуха включают секундомер. Пу-
зырек, плавающий на поверхности воды, проектируют на
экран.
В тот момент, когда пузырек лопается, секундомер
выключают. Время существования пузырька воздуха ха-
рактеризует устойчивость элементарной пены. При ука-
занных выше условиях оно измеряется несколькими де-
сятками секунд.
Аналогично демонстрируют, что в чистой воде (без
олеата натрия) время существования пузырька исчеза-
юще мало.
Опыт 87. Определение кратности пены
Принадлежности: 1) пеногон; 2) воздуходувка;
3) мерный цилиндр емкостью 1 л; 4) 2 %-ный раствор
олеата натрия; 5) концентрированная соляная кислота.
Выполнение. Пеногон (оп. 85, гл. 7) укрепляют в
лапке штатива на демонстрационном столе. Трубку, на-
ходящуюся в основании пеногона, присоединяют к возду-
ходувке (можно использовать компрессор для паяльных
зубопротезных и лабораторных работ, выпускаемый Ки-
евским заводом медицинского оборудования). На от-
росток, находящийся в верхней части пеногона надева-
ют резиновый шланг, к другому концу которого присое-
диняют стеклянную трубку длиной около 30 см. Диа-
метр отростка, шланга, и стеклянной трубки составляет
примерно 1 см. Стеклянную трубку опускают в стек-
лянный цилиндр емкостью 1 л (рис. 51).
В пеногон наливают 100 мл 2%-ного раствора олеа-
та натрия. Верхнее отверстие пеногона плотно закрыва-
ют резиновой пробкой. Включают воздуходувку и про-
пускают через раствор олеата натрия с небольшой ско-
ростью воздух.
Воздух, пройдя через стеклянный фильтр Шотта
(№ 2 или № 3) в основании пеногона, вызывает образо-
вание устойчивой пены. Заполнив пеногон, пена начина-
112
стеклянной трубкой,
Рис. 51. Установка для
определения кратности
пены:
1 — раствор олеата натрия;
2 — пена; 3 — цилиндр.
ет поступать по трубке в цилиндр. Чтобы в цилиндре она
легла плотно, не образуя больших пустот, нужно регули-
ровать наполнение цилиндра пеной
опущенной в цилиндр так, чтобы
пена ложилась слоями.
Когда в цилиндре собран 1 л
пены, воздуходувку выключают.
Небольшое количество пены, ко-
торое еще продолжает поступать
из пеногона, собирают в другой
сосуд.
К 1 л пены, находящейся в ци-
линдре, добавляют 1—2 капли
концентрированной соляной кис-
лоты. Пена моментально гасится.
Определяют объем жидкости, об-
разовавшейся при этом. Он со-
ставляет примерно 50 мл (что в
20 раз меньше объема пены).
Вместо раствора олеата натрия
можно взять 1%-ный раствор желатины и провести га-
шение его 1—2 каплями октилового (нонилового, деци-
лового) спирта.
Опыт 88. Критические мути
Принадлежности: 1) магнитная мешалка типа ММ-2;
2) коническая плоскодонная колба емкостью 500 мл;
3) мерный цилиндр на 0,5 л; 4) бюретка; 5) воронка
для бюретки; 6) метиловый спирт; 7) хлороформ; 8) су-
дан III; 9) дистиллированная вода.
Выполнение. В коническую колбу емкостью 500 мл
наливают 100 мл дистиллированной воды и 200 мл мети-
лового спирта. Колбу со спирто-водной смесью ставят
на магнитную мешалку типа ММ-2. Опускают в раствор
магнитик, включают магнитную мешалку.
V Из бюретки, укрепленной над колбой, наливают в
колбу небольшими порциями хлороформ, окрашенный в
красный цвет Суданом III.
Первые порции хлороформа полностью растворяются
в растворе метилового спирта в воде, образуя прозрач-
ный раствор.
Так происходит, пока не будет добавлено 80 мл хло-
роформа. Прибавление каждой новой капли хлороформа
8-69
113
вначале вызывает помутнение, вследствие образования
эмульсии хлороформа в растворе спирта в воде, а после
нескольких секунд перемешивания происходит полное
растворение хлороформа. Если прилить еще 5 мл хлоро-
форма (всего 85 мл), то происходит помутнение, которое
невозможно устранить никаким длительным перемеши]
ванием. Если магнитную мешалку выключить и дать
колбе с содержимым постоять, то быстро наступает рас^
слаивание эмульсии на две фазы, так как отсутствует
стабилизатор.
Вместо метилового спирта можно взять этиловый!
спирт или ацетон, вместо хлороформа — четыреххлорис-
тый углерод, бензол или толуол. При этом в каждом
случае нужно предварительно до лекции подобрать ко-
личества веществ, взаимно растворяющихся, и знать ка-1
кая добавка одного из них вызывает образование эмуль-|
сии и помутнение смеси при перемешивании (для этого
можно воспользоваться диаграммами растворимости
трехкомпонентных систем, приведенными в шестом томе
приложения к Технической энциклопедии 1931 г.,1
стр. 412).	I
Опыт 89. Получение, стабилизация и разрушение
эмульсий
Принадлежности: 1) цилиндры емкостью 250 мл с
притертыми пробками — 3 шт.; 2) бензол; 3) 2%-ный
раствор олеата натрия; 4) концентрированная соляная
кислота; 5) дистиллированная вода; 6) краситель су-
дан III.	!
Выполнение. В два цилиндра емкостью по 250 мл с
притертыми пробками наливают по 200 мл дистиллиро-
ванной воды и по 50 мл бензола, окрашенного красите-
лем судан III в красный цвет. В один из них, кроме то-
го, добавляют 10 мл 2%-ного раствора олеата натрия.
Энергично встряхивают 20—25 раз оба цилиндра и дают
постоять 2 мин, затем еще встряхивают 20 раз, после
чего ставят цилиндры на стол.
Смесь бензола с водой быстро расслаивается, а в ци-
линдре, где был добавлен для стабилизации олеат нат-
рия, образуется устойчивая эмульсия типа м/в (прямая
эмульсия). Если теперь половину полученной эмульсии
бензола в воде, стабилизированной олеатом натрия, от-
114
лить в третий цилиндр, добавив туда 0,5 мл концентри-
рованной соляной кислоты, и снова встряхнуть цилиндр,
то эмульсия расслаивается, как и в первом цилиндре.
Это обусловлено тем, что олеат натрия взаимодействует
с соляной кислотой, причем образуется олеиновая кис-
лота, неспособная стабилизировать эмульсии.
Опыт 90. Устойчивость элементарной эмульсии
Принадлежности: 1) проекционный фонарь; 2) кюветы
от фотоэлектрокалориметра ФЭК-М размером 20Х55Х
Х40 мм — 2 шт.; 3) глазная пипетка; 4) пипетка с заг-
нутым кверху концом; 5) бензол; 6) 2 %-ный раствор
олеата натрия; 7) секундомер.
Выполнение. Устанавливают проекционный фонарь
для демонстрации объектов в вертикальной проекции.
На предметный столик проекционного фонаря ставят
две кюветы от фотоэлектрокалориметра ФЭК-М разме-
ром 20x55X40 мм. В них наливают бензол толщиной
слоя 15 мм и столько же 2%-ного раствора олеата нат-
рия. Включают осветитель проекционного фонаря. В од-
ну кювету вводят глазную пипетку, заполненную водой,
погружая ее в верхний бензольный слой. Выпускают
медленно каплю воды. Отрываясь от пипетки, она за-
держивается на границе бензола и раствора олеата нат-
рия.	|
Секундомером засекают время существования капли
воды на границе раздела фаз. В другой кювете пипет-
кой, загнутой на конце кверху, вводят каплю бензола,
погружая конец этой пипетки в нижний водный слой.
Каплю бензола, как и каплю воды, выпускают медлен-
но; она, поднимаясь, задерживается на границе раздела
бензол — раствор олеата натрия. Время существования
капли бензола определяют секундомером. Время сущест-
вования капель может оказаться ограниченным несколь-
кими секундами, в связи с чем опыт требует некоторой
предварительной тренировки.
Слушатели наблюдают образование капель воды и
бензола на экране.
Опыт 91. Зависимость устойчивости эмульсии от кон-
центрации эмульгатора
Принадлежности: 1) пипетка на 10 мл\ 2) мерный ци-
линдр на 100 мл\ 3) цилиндры с притертыми пробками
115
емкостью 250 мл — 3 шт.; 4) колба емкостью 200 мл —
1 шт.; 5) колбы емкостью 100 мл — 2 шт.; 6) весы, раз-
новесы; 7) олеат натрия; 8) концентрированный раствор
аммиака; 9) толуол; 10) Судан III; И) дистиллирован-
ная вода.	•;
Выполнение. Отвешивают на весах 50 г олеата нат-
рия, помещают его в колбу емкостью 200 мл, прилива-
ют 150 мл дистиллированной воды и нагревают на плит-
ке или газовой горелке, слегка помешивая стеклянной
палочкой (при энергичном перемешивании образуется
много пены); не следует доводить раствор до кипения,
так как он будет сильно пениться.
Если раствор получился мутный, к нему следует до-
бавлять по каплям концентрированный раствор аммиа-
ка до просветления раствора. 10 мл полученного 25%-но-
го раствора олеата натрия наливают в мерный цилиндр
и дистиллированной водой доводят его объем до 100 мл,
получая, таким образом, 2,5%-ный раствор, 10 мл это-
го второго раствора снова разбавляют до 100 мл, полу-
чая 0,25%-ный раствор.
В три цилиндра с притертыми пробками емкостью
250 мл наливают по 100 мл растворов олеата натрия по-
лученных концентраций: 25%, 2,5% и 0,25%. Затем в
каждый из трех цилиндров наливают по 100 мл толуола,
окрашенного красителем судан III в красный цвет.
Закрыв цилиндры пробками, встряхивают их энер-
гично по 30—40 раз. Во всех цилиндрах при встряхива-
нии образуется эмульсия толуола в воде. Более устой-
чива она в том цилиндре, где концентрация олеата нат-
рия (эмульгатора) составляет 2,5%, а в тех цилиндрах,
где она составляет 25% и 0,25%, наступает расслоение
эмульсии и через несколько минут появляется вверху
значительный слой толуола. Таким образом демонстри-
руют существование оптимальной концентрации эмуль-
гатора, при которой обеспечивается максимум стабиль-
ности эмульсии.
Опыт 92. Стабилизация эмульсий порошками
Принадлежности: 1) цилиндры с притертыми проб-
ками емкостью 250 мл—2 шт.; 2) толуол; 3) дистилли-
рованная вода; 4) порошок угля; 5) порошок гипса;
6) весы, разновесы.
116
Выполнение. Эмульгаторами могут служить высоко-
дисперсные порошки веществ, не растворимых ни в од-
ной из двух жидкостей, составляющих эмульсию. В за-
висимости от способности смачиваться одной или другой
жидкостью, составляющей эмульсию, различные порошки
могут стабилизировать эмульсии типа «масло» в «воде»
или «вода» в «масле».
Так, порошки гипса, каолина, окиси алюминия стаби-
лизируют эмульсию толуола (бензола) в воде, а порош-
ки угля, серы, каломели и даже ликоподия (споры пла-
унов, оболочка которых состоит из клетчатки) стабили-
зируют эмульсию воды в толуоле.
В цилиндр емкостью 250 мл с притертой пробкой на-
ливают 100 мл толуола (бензола), 50 мл дистиллиро-
ванной воды и всыпают 5 г высокодисперсного порошка
угля. Закрытый пробкой цилиндр энергично встряхива-
ют 30—40 раз. Образуется эмульсия воды в толуоле,
стабилизированная углем, так как уголь избирательно
смачивается толуолом.
Тип эмульсии можно установить любым из трех ме-
тодов: микроскопическим исследованием, измерением
электропроводности или методом слияния капли эмуль-
сии с каплями жидкостей, входящих в ее состав
(оп. 92—94).
В другой цилиндр емкостью 250 мл с притертой проб-
кой наливают 100 мл толуола (бензола), 100 мл дистил-
лированной воды и всыпают 10 г высокодисперсного по-
рошка гипса. Закрыв цилиндр пробкой, встряхивают его
30—40 раз; образуется эмульсия толуола в воде, ста-
билизированная порошком гипса, так как гипс избира-
тельно смачивается водой (тип эмульсии устанавлива-
ется так же, как и в предыдущем случае).
Опыт 93. Прямые и обратные эмульсии
Принадлежности: 1) проекционный фонарь; 2) стек-
лянные пластинки размером 10X10 см — 2 шт.; 3) глаз-
ная пипетка; 4) колба емкостью 20 мл с притертой проб-
кой; 5) бензол; 6) краситель судан III; 7) 2%-ный рас-
твор олеата натрия; 8) 10%-ный раствор хлористого
кальция.
Выполнение. Собирают проекционный фонарь для де-
монстрации в горизонтальной проекции. На горизон-
тально расположенную линзу кладут стеклянную плас-
117
тинку размером 10X10 см. На поверхность пластинки
наносят большую, диаметром около 5 см, каплю 2%-ного
раствора олеата натрия. Глазной пипеткой с диаметром
отверстия 1 —1,5 мм вносят в каплю раствора олеата на-
трия 10—15 разрозненных капель бензола, предваритель-
но окрашенного красителем Судан III в красный цвет.
Затем демонстрируют на экране изображение эмульсии
прямого типа («масло» в «воде»): ярко-красные капли
окрашенного бензола на фоне бесцветного раствора оле-
ата натрия.
Далее в пробирку или колбочку с притертой пробкой
наливают 6 мл бензола, окрашенного красителем судан
III в красный цвет. К нему приливают 2 мл 2%-ного раст-
вора олеата натрия. Содержимое колбочки несколько
раз энергично встряхивают, после чего к нему добавля-
ют 2 мл 10%-ного раствора хлористого кальция.
Снова несколько раз энергично встряхивают содер-
жимое колбочки. Образовавшуюся эмульсию наносят
большой каплей диаметром 3—5 см на стеклянную плас-
тинку размером 10X10 см. Стеклянную пластинку с на-
несенной на нее эмульсией помещают на горизонталь-
ную линзу проекционного фонаря. Слегка сдувают с
поверхности стекла эмульсию, при этом капли воды,
стабилизированные олеатом кальция, освобождаются от
слоя окрашенного бензола и на экране наблюдают про-
екцию эмульсии обратного типа («вода» в «масле»): на
ярко-красном поле окрашенного бензола — бесцветные
капли воды.
Опыт 94. Определение типа эмульсий методом слияния
капель
Принадлежности: 1) проекционный фонарь; 2) про-
бирки с притертыми пробками — 2 шт.; 3) стеклянные
палочки—2 шт.; 4) бензол; 5) 2%-ный и 5%-ный раст-
воры олеата натрия; 6) 10 %-ный раствор хлористого
кальция; 7) краситель судан III.
Выполнение. Готовят эмульсии прямого и обратного
типов. Бензол для наглядности окрашивают красителем
судан III в красный цвет. Эмульсию прямого типа («мас-
ло» в «воде») приготавливают так: в пробирку с притер-
той пробкой наливают 10 мл 2%-ного раствора олеата
натрия и 2 мл окрашенного Суданом III бензола. Закрыв
118
пробирку пробкой, встряхивают ее энергично несколько
раз до образования однородной эмульсии.
Эмульсию обратного типа («вода» в «масле») приго-
тавливают так: в пробирку с притертой пробкой налива-
ют 10 мл бензола, окрашенного Суданом III, 1 мл 5%-ко-
го раствора олеата натрия и 2мл 10 %-кого раствора хло-
ристого кальция или хлористого бария. Закрыв пробир-
ку пробкой, встряхивают ее энергично до образования
однородной эмульсии.
Устанавливают проекционный фонарь для демон-
страции объектов в горизонтальной проекции. На гори-
зонтальную линзу проектора кладут сухую и чистую
стеклянную пластинку размером 10X10 см (или, еще
лучше, опрокинутую вверх дном чашку Петри, чтобы на-
ходящийся в ней слой воздуха играл роль теплоизолято-
ра и предохранял эмульсию от быстрого высыхания при
нагревании от линзы).
На стеклянную пластинку помещают две капли во-
ды диаметром 8—10 мм на расстоянии 4—5 см друг от
друга. Рядом с одной каплей воды помещают такого же
размера каплю эмульсии прямого типа — бензола в во-
де (стабилизатор — олеат натрия), рядом с другой
каплей воды — каплю эмульсии обратного типа — воды
в бензоле (стабилизатор — олеат кальция). Включают
осветитель проекционного фонаря. Стеклянными палоч-
ками приводят в соприкосновение капли воды и соответ-
ствующей эмульсии так, чтобы линия соприкосновения
составляла около 5 мм.
При этом наблюдают, что эмульсия бензола в воде
сливается с каплей воды, а эмульсия воды в бензоле —
не сливается.
Этот метод может использоваться для определения
типа эмульсий «вода» в «масле» или «масло» в «воде».
Опыт 95. Определение типа эмульсий методом электро-
проводности
Принадлежности: 1) выпрямитель переменного тока
типа ВСА-4; 2) миллиамперметр на 1000 ма (1 а); 3) со-
суд для измерения электропроводности с притертой проб-
кой; 4) 2%-ный и 5 %-ный растворы олеата натрия;
5) 10% -ный раствор хлористого бария; 6) бензол; 7) кра-
ситель судан III.
119
Рис. 52. Схема установки для
определения электропроводнос-
ти эмульсий:
1 — сосуд для измерения электро-
проводности; 2 — миллиамперметр.
ти в таком количестве, чтобы
Выполнение. Собирают электрическую цепь, состоя-
щую из выпрямителя переменного тока типа ВСА-4, мил-
лиамперметра и сосуда с впаянными в него платиновы-
ми электродами и притертой пробкой, емкостью около
50 мл. Площадь электрода составляет 1 см2, расстояние
между электродами — 1 см (рис. 52).
В отдельной колбочке
с притертой пробкой гото-
вят эмульсию прямого ти-
па, сливая 100 мл 2 %-не-
го раствора олеата нат-
рия и 20 мл бензола, ок-
крашенного для нагляд-
ности Суданом III, и не-
сколько раз энергично
встряхивая колбочку. По-
лученную эмульсию нали-
вают в сосуд для опреде-
ления электропроводнос-
ока полностью покрыла
электроды. Включают выпрямитель в сеть переменного
тока на 127 в и ставят регулятор напряжения на выпря-
мителе в положении 120 в. Поскольку дисперсионной сре-
дой эмульсии является раствор олеата натрия, то эмуль-
сия хорошо проводит ток, что обнаруживается при вклю-
чении выпрямителя. Сила тока составляет примерно
500—700 мА.
В другой колбе с притертой пробкой готовят эмуль-
сию обратного типа, для чего к 100 мл бензола, окра-
шенного Суданом III в красный цвет, приливают 10 мл
5%-ного раствора олеата натрия и 20 мл 10%-ного раст-
вора хлористого бария. Смесь энергично встряхивают до
получения однородной эмульсии.
Наполняют сосуд для определения электропроводнос-
ти эмульсией обратного типа и включают выпрямитель.
На этот раз дисперсионная среда — бензол — не элек-
тропроводка и миллиамперметр показывает отсутствие
тока в цепи.
Эмульсия обратного типа малоустойчива, поэтому
опыт нужно проводить быстро и перед включением вы-
прямителя еще несколько раз встряхнуть сосуд, иначе
произойдет расслоение эмульсии, выделится водная фа-
за, содержащая соли и хорошо проводящая ток.
120
Опыт 96. Обращение фаз эмульсии
Принадлежности: 1) цилиндры с притертыми проб-
ками емкостью 250 мл — 2 шт.; 2) толуол; 3) 2 %-ный
раствор олеата натрия; 4) 30%-ный раствор сернокис-
лого магния.
Выполнение. В цилиндр с притертой пробкой ем-
костью 250 мл наливают 100 мл толуола (бензола), ок-
рашенного Суданом III в красный цвет, и 100 мл 2%-ко-
го раствора олеата натрия. 15—20 раз встряхивают ци-
линдр, 2 мин дают постоять спокойно и снова встряхи-
вают 15—20 раз. Образуется эмульсия прямого типа
«масло» в «воде». Половину эмульсии отливают во вто-
рой цилиндр и к одной части эмульсии добавляют 10 мл
раствора сернокислого магния (вместо него
можно взять раствор соли кальция или бария).
Снова многократно встряхивают цилиндр, тщатель-
но перемешивая содержимое, пока не образуется устой-
чивая эмульсия обратного типа «вода» в «масле». Тип
эмульсии можно определить одним из методов, указан-
ных в опытах 93—95, гл. 7.
Опыт 97. Разрушение эмульсий центрифугированием
Принадлежности: 1) центрифуга типа ЦЛН-1; 2) кол-
бочки емкостью 50 мл с притертыми пробками — 2 шт.;
3) толуол; 4) четыреххлористый углерод; 5) 2 %-ный
раствор олеата натрия.
Выполнение. В колбочки емкостью 50 мл с притерты-
ми пробками наливают по 40 мл 2%-ного раствора оле-
ата натрия; затем в одну из них добавляют 10 мл бензо-
ла, а в другую — 10 мл четыреххлористого углерода. Бен-
зол и четыреххлористый углерод окрашивают предва-
рительно красителем судан III в красный цвет. Обе кол-
бочки, закрыв пробками, встряхивают 15—20 раз, дают
им 20 мин постоять, снова встряхивают 15—20 раз. В
колбочках образуются довольно устойчивые эмульсии
бензола и четыреххлористого углерода в воде, стабили-
зированные олеатом натрия. Центрифуга ЦЛН-1 имеет
шесть гнезд для пробирок, при работе центрифуги ее
Центр тяжести не должен быть смещен. Поэтому эмуль-
сию бензола в воде наливают в две центрифужные про-
бирки и помещают их в гнезда одну напротив другой;
121
также помещают две центрифужные пробирки с эмуль-
сией четыреххлористого углерода и две оставшиеся про-
бирки заполняют простой водой (для уравновешивания).
Центрифугируют эмульсии при скорости 8—9 тысяч обо-
ротов в минуту в течение 5 мин.
Вынув пробирки из центрифуги, наблюдают расслое-
ние эмульсий. В пробирках, где была эмульсия бензола,
в нижней части собирается водная фаза, а вверху сохра-
няется небольшой слой густой эмульсии.
В пробирках, где была эмульсия четыреххлористого
углерода, большую верхнюю часть пробирок заполняет
водная фаза, а небольшой слой эмульсии находится в
нижней части пробирок.
Опыт 98. Предельно концентрированная эмульсия
Принадлежности: 1) цилиндр емкостью 100 мл с при-
тертой пробкой; 2) пипетка на 5 мл; 3) мерный цилиндр
на 100 мл; 4) бензол; 5) 1%-ный раствор олеата натрия.
Выполнение. В цилиндр емкостью 100 мл с притертой
пробкой наливают 5 мл 1%-ного раствора олеата нат-
рия. К нему небольшими порциями, по 5—10 мл, прили-
вают 95 мл бензола. После каждого приливания цилиндр
встряхивают энергично 15—20 раз.
В результате образуется устойчивая молочно-белая
эмульсия бензола (95 мл) в воде (5 мл), стабилизиро-
ванная олеатом натрия. Эмульсия имеет консистенцию
густой сметаны и не выливается из опрокинутого ци-
линдра.
При этом вещества дисперсной фазы (бензола) в
эмульсии содержится по объему в 19 раз больше, чем
вещества дисперсионной среды (воды).
Опыт 99. Образование тумана при адиабатическом рас-
ширении пара
Принадлежности: 1) тубусная склянка емкостью 2 л;
2) ручной насос Камовского; 3) вода.
Выполнение. В тубусную склянку емкостью 2 л на-
ливают 20—30 мл воды. Нижнее отверстие склянки плот-
но закрывают резиновой пробкой. Через верхнее отвер-
стие, закрытое резиновой пробкой со вставленной в нее
трубкой, затем накачивают воздух. При применении
122
ручного насоса Камовского делают 12—15 оборотов ко-
леса, при этом давление достигает ~ 1,3 атм. Затем
быстро вынимают нижнюю пробку — склянка наполня-
ется водным туманом.
Опыт 100.
Осаждение дыма (опыт Коттрелл)
I вариант
Внутри спирали по
Рис. 53. Прибор для
демонстрации осажде-
ния дыма.
Принадлежности: 1) стеклянные батарейные стаканы
емкостью 2 л — 2 шт.; 2) медный провод без изоляции
диаметром 1 мм; 3) высоковольтный индуктор (катуш-
ка Румкорфа); 4) папиросы; 5) спички; 6) картон; 7) ак-
кумулятор на 8 в.
Выполнение. В батарейный стакан емкостью 2 л
опускают спираль из медной проволоки без изоляции
диаметром 1 мм (диаметр витков спирали немного мень-
ше диаметра стакана) (рис. 53).
центральной оси стакана прохо-
дит металлический стержень, ук-
репленный в центре листа карто-
на, накрывающего стакан.
На спираль и стержень пода-
ют ток от вторичной обмотки вы-
соковольтного индуктора (ка-
тушки Румкорфа). Первичная об-
мотка индуктора получает пита-
ние от аккумулятора с напряже-
нием 6—8 в. Далее наполняют та-
бачным дымом батарейный ста-
кан через отверстие в картоне.
Для сравнения наполняют табачным дымом второй
контрольный батарейный стакан без электродов, на-
крытый тоже картонной крышкой. Когда оба стакана
наполнены дымом, включают индуктор. Дым в первом
стакане, 'соединенном с индуктором, тотчас оседает, а во
втором — остается.
II вариант
Принадлежности: 1) прибор для осаждения дыма;
2) высоковольтный индуктор; 3) аккумулятор на 8 в;
4) склянки Дрекселя — 2 шт.; 5) груша от пульвериза-
тора; 6) соляная кислота; 7) раствор аммиака в воде.
123
Выполнение. На лапку штатива в качестве изолято-
ра надевают кусочки резиновой трубки. Укрепляют в
этой лапке вертикально металлическую трубу длиной
40—50 см, диаметром 5 см. Внутри трубы по централь-
ной оси подвешивают проволоку без изоляции с отвесом:
проволока проходит вверху через резиновую пробку или
эбонитовый кружок для изоляции от стенок трубы.
Ток от вторичной обмот-
Рис. 54. Схема установки
для демонстрации осажде-
ния дыма в проточной си-
стеме:
1—раствор NH4OH;
2 —раствор HCI.
ки высоковольтного индукто-
ра подают на провод, припа-
янный к трубе, и на проволо-
ку с отвесом. В трубу снизу
вверх пропускают аэрозоль
хлористого аммония. Для
получения дыма хлористого
аммония наполняют одну
склянку Дрекселя раство-
ром соляной кислоты, а дру-
гую — раствором аммиака.
Склянки соединяют парал-
лельно с помощью тройни-
ков и резиновых шлангов
(рис. 54).
Грушей пульверизатора
через обе склянки одновре-
менно продувают воздух.
Выходя из склянок, воз-
дух, содержащий аммиак и
ется,
и образуется дым,
соляную кислоту, смешива-
состоящий из мельчайших кри-
сталликов хлористого аммония.
Когда индуктор не включен, дым выходит из трубы
сверху. При включенном индукторе частицы дыма осе-
дают в трубе.
Так демонстрируют улавливание дыма в условиях,
более близких к производственным.
124
ГЛАВА 8
СВОЙСТВА СТРУКТУРИРОВАННЫХ
ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ
В дисперсных системах, при определенных условиях,
могут образовываться сверхмицеллярные ажурные струк-
туры, возникающие в результате действия молекуляр-
ных сил. Такое структурирование может охватить весь
объем золя и тогда он теряет свою текучесть, превраща-
ясь в твердообразное тело, способное сохранять форму.
Подобные твердообразные дисперсные системы назы-
вают гелями или студнями.
Гели играют существенную роль как в неживой,
так и, в особенности, в живой природе. Большинство
тканей растительных и животных организмов является
гелями.
Процесс образования сверхмицеллярных структур в
золе, приводящий к его переходу в гель, называют за-
студневанием или желатинированием (оп. 101, 102). Этот
процесс формально напоминает коагуляцию, так как в
обоих случаях образуются твердообразные дисперсные
системы. Однако при явной коагуляции золей в системе
происходит разделение фаз, в то время как при застуд-
невании вся масса золя превращается в однородное по
внешнему виду тело, причем значительное количество
дисперсионной среды оказывается иммобилизованной в
ажурной структуре, которую образуют мицеллы дисперс-
ной фазы. Следует иметь в виду, что для образования
сплошной структуры, охватывающей весь объем систе-
мы, иногда достаточно весьма незначительного содержа-
ния в золе дисперсной фазы. Так, в золях германата
кальция уже при концентрации 0,06—0,07% возникает
твердообразная ажурная структура (оп. 103).
Застудневание золей может происходить при увели-
чении их концентраций, при понижении температуры зо-
125
ля (при постоянной концентрации), а также при добав-
лении к золю электролитов (изотермическое застудне-
вание) .
В гелях возможно образование разнообразных струк-
тур. В простейшем случае мицеллы, притягиваясь друг к
другу отдельными наименее сольватированными участ-
ками, на которых особенно сильно проявляются молеку-
лярные силы, сближаются на этих участках на весьма
малое расстояние, причем образуется весьма непрочная
в механическом отношении структура, называемая коа-
гуляционной. При образовании коагуляционных струк-
тур отдельные мицеллы дисперсной фазы фактически не
теряют своей индивидуальности, они лишь оказываются
прижатыми друг к другу (на отдельных участках) ван-
дерваальсовыми силами. Но даже на этих участках меж-
ду мицеллами сохраняются тончайшие прослойки жид-
кости, являющейся дисперсионной средой. Дальнейшее
уменьшение толщины прослоек дисперсионной среды
между мицеллами требует затраты энергии, и поэтому
коагуляционные структуры без внешних воздействий мо-
гут сохраняться неограниченно долго без изменений.
С термодинамической точки зрения они являются струк-
турами, находящимися в состоянии метастабильного
равновесия (отвечающего условию относительного мини-
мума свободной энергии).
В связи с этим процесс коагуляционного структуро-
образования обратим.
При механическом воздействии на такую структуру
(перемешиванием или взбалтыванием) она разрушается
и гель может быть обратно превращен в золь. Послед-
ний при стоянии вновь застудневает. Это явление, на-
зываемое тиксотропией (оп. 104, 105), широко исполь-
зуют в технике.
В дисперсных системах часто образуются также так
называемые кристаллизационные структуры. При обра-
зовании таких структур мицеллы дисперсной фазы на
отдельных участках срастаются друг с другом (вслед-
ствие процесса кристаллизации) и образуются фазовые
контакты, обладающие значительной механической проч-
ностью. Такие структуры обладают значительно большей
прочностью, чем коагуляционные. Они образуются, на-
пример, при затвердевании цемента и играют весьма
важную роль в технике.
126
Кристаллизационные структуры, в отличие от коагу-
ляционных, термодинамически весьма неустойчивы. В них
с большей или меньшей скоростью идет процесс рекри-
сталлизации, приводящий к уменьшению механической
прочности системы.
Вопросы прочности структурированных дисперсных
систем в настоящее время успешно изучаются в новом
самостоятельном разделе коллоидной химии, развитом
в работах П. А. Ребиндера и его школы, называемом
физико-химической механикой.
Сверхмицеллярные структуры в дисперсных систе-
мах могут приводить к возникновению весьма своеоб-
разных причудливых образований (оп. 106, 107).
Многие гели изменяются во времени (стареют).
Ажурные сверхмицеллярные структуры в гелях под дей-
ствием молекулярных сил постепенно сокращаются в
объеме. Это приводит к тому, чго из массы геля частич-
но выделяется дисперсионная среда (содержащая не-
которое количество вещества дисперсионной фазы).
Такое частичное выделение из геля, при его хране-
нии, дисперсионной среды называют синерезисом (оп.
108).
Весьма интересны явления, наблюдаемые при сушке
так называемых лиогелей. При высушивании ряда ге-
лей (например, гелей кремневой кислоты, гидроокиси
алюминия и т. д.) они сравнительно незначительно
уменьшаются в объеме и после полного удаления жид-
кой дисперсной среды превращаются в хрупкие порис-
тые твердые тела (ксерогели). Подобные гели обычно
называют хрупкими. При постепенном высушивании
хрупких гелей своеобразно изменяются их оптические
свойства.
Если постепенно обезвоживать прозрачный лиогель
кремневой кислоты, то на определенной стадии процесса
он начинает терять прозрачность, все более и более пре-
вращаясь в меловидное тело. Однако при дальнейшем
обезвоживании прозрачность геля вновь возрастает, и
после окончания сушки ксерогель кремневой кислоты
становится достаточно прозрачным (оп. 109).
Пористые ксерогели широко используются в технике
в качестве хороших сорбентов (силикагель, алюмогель
и др.).
Процесс обезвоживания хрупких лиогелей является
127
необратимым. Получаемые после сушки ксерогели при
повторном оводнении не могут быть возвращены в пер-
воначальное состояние. Они ведут себя как пористые те-
ла, которые можно пропитать любой смачивающей их
поверхность жидкостью. Иначе ведут себя так называ-
емые эластичные гели (или студни). Такие гели, обра-
зуемые рядом высокомолекулярных соединений (напри-
мер, желатиной, агар-агаром и др.), при удалении дис-
персионной среды весьма сильно сокращаются в объе-
ме, и образующиеся после их высыхания тела не теряют
своей эластичности.
Процесс высушивания эластичных гелей практически
обратим.
Полученные после сушки тела способны вновь по-
глощать дисперсионную среду, постепенно возвращаясь
к первоначальному состоянию.
Процесс оводнения эластичных гелей сопровождается
резким увеличением их объема. Этот процесс называется
набуханием (оп. ПО). Набухание, в отличие от процесса
оводнения хрупких гелей, является избирательным, т. е.
каждое высокомолекулярное соединение набухает лишь
в определенных жидкостях. Количество дисперсионной
среды, поглощаемой при набухании бывает разным. В не-
которых случаях (ограниченное набухание) гель погло-
щает лишь определенное количество жидкости, после
чего процесс набухания прекращается (например в слу-
чае набухания желатины в холодной воде). Предел на-
бухания у таких ограниченно набухающих гелей зависит
от ряда условий (температуры, pH среды, наличия в
жидкости различных примесей и т. д.).
В других случаях гель может поглощать неограни-
ченно большое количество дисперсионной среды и само-
произвольно превращается в золь (такое неограничен-
ное набухание наблюдается, например, в системе кау-
чук—бензин).
Процесс набухания эластичных гелей сопровождается
рядом эффектов: выделением тепла (теплота набухания)
и сокращением общего объема смеси (контракция).
В процессе набухания сам гель, как указывалось вы-
ше, резко увеличивается в объеме и оказывает весьма
сильное давление на окружающие его предметы. То до-
бавочное давление, которое надо приложить к гелю для
того, чтобы приостановить процесс его набухания, назы-
128
вают давлением набухания (on. 111). Оно иногда дости-
гает весьма значительных величин.
Весьма интересны явления, наблюдаемые при диффу-
зии различных веществ в гели. Скорость диффузии в ге-
лях существенно зависит от размеров молекул диффун-
дирующего вещества. Низкомолекулярные вещества диф-
фундируют в гелях почти с такой же скоростью, как и в
чистой дисперсионной среде (при тождественных усло-
виях). По мере увеличения размеров молекул диффун-
дирующего вещества различие в скорости его диффузии
в чистой дисперсной среде и в геле возрастают. Частицы
же коллоидного размера вообще не способны диффун-
дировать в гель. Эти факты объясняются особенностями
ажурных сверхмицеллярных структур геля.
Интересные явления можно наблюдать в тех случа-
ях, когда диффундирующее в гель вещество химически
реагирует с примесями, находящимися в дисперсионной
среде, в результате чего образуются нерастворимые со-
единения. Образующийся при этом в геле осадок отла-
гается периодически (кольца Лизеганга), причем, возни-
кают своеобразные ритмические образования (оп. 112,
113).
Такие образования часто наблюдаются в различных
горных породах. Гели характеризуются своеобразными
механическими свойствами. Их поведение существенно
зависит от величины действующей на гель нагрузки.
При небольших нагрузках, при которых сохраняется
сверхмицеллярная структура, гели ведут себя как упру-
гие твердые тела. При определенной нагрузке, характе-
ризующейся так называемым предельным напряжением
сдвига геля, начинается разрушение сверхмицеллярной
структуры, и гель начинает течь. При нагрузках, значи-
тельно превышающих предельное напряжение сдвига,
гели ведут себя как вязкие жидкости (оп. 114).
Опыт 101. Желатинирование раствора агар-агара
Принадлежности: 1) чашка Петри; 2) колба емкостью
100 мл\ 3) агар-агар.
Выполнение. До лекции готовят 100 мл 3%-ного
раствора агар-агара (оп. 69, гл. 5).
Во время демонстрации чуть теплый раствор агар-
агара наливают в чашку Петри. Через 1—2 мин он за-
студневает. Чашку опрокидывают: раствор превратился
9—69
129
в студень и не выливается. Если приготовленный заранее
раствор застыл, его нужно нагреть на водяной бане и
он станет жидким.
Опыт 102. Получение студня кремневой кислоты
Принадлежности: 1) демонстрационные бокалы —
2 шт.; 2) стеклянная палочка; 3) растворимое стекло;
4) I н." уксусная кислота; 5) силикат натрия; 6) соляная
кислота.
Выполнение. 1. Растворимое стекло состава Na2O :
: SiO2= 1 : 3,5 по весу разбавляют дистиллированной во-
дой до получения раствора с плотностью 1,06—-1,1.
Во время демонстрации быстро сливают вместе рав-
ные объемы растворов растворимого стекла и 1 н. уксус-
ной кислоты и размешивают стеклянной палочкой, через
несколько секунд образуется опалесцирующий студень
кремневой кислоты.
При отсутствии растворимого стекла его можно по-
лучить сплавлением окиси натрия с двуокисью кремния
(песок).
2. К 200 мл 10%-ного раствора кремнекислого нат-
рия добавляют 10 мл соляной кислоты плотности 1,12.
Размешивают раствор стеклянной палочкой и наблюда-
ют через несколько минут образование студня кремне-
вой кислоты.
।
Опыт 103. Получение студня германата кальция
Принадлежности: 1) весы, разновесы; 2) часовые стек-
ла диаметром 5 см—3 шт.; 3) маленький шпатель;
4) мерный цилиндр на 100 мл; 5) мерный цилиндр на
25 мл; 6) колбочка емкостью 100 мл; 7) химический ста-
кан емкостью 100 мл; 8) стеклянные палочки — 2 шт.;
9) кружок картона радиусом 1,5 см; 10) воронка;
11) промывалка; 12) двуокись германия; 13) едкое ка-
ли; 14) хлористый кальций.
Выполнение. Германат кальция образует студень при
очень малых концентрациях и дает возможность демон-
стрировать студни, содержащие более 99,9% воды.
Исходным веществом для получения германата каль-
ция может служить двуокись германия. Двуокись гер-
мания вносят в раствор щелочи, например едкого кали,
в котором она растворяется, образуя германат калия.
130
Добавляя к раствору германата калия раствор соли
кальция, например хлористого кальция, получают нерас-
творимый германат кальция, который образует студень,
напоминающий по виду студень кремневой кислоты.
На трех часовых стеклах до лекции готовят следую-
щие навески: двуокиси германия — 0,05 г, едкого кали —
0,054 г и хлористого кальция СаС12-2Н2О—0,07 г.
Во время демонстрации наливают 80 мл дистиллиро-
ванной воды в колбу емкостью 100 мл. В нее вносят при-
готовленные навески едкого кали и двуокиси германия.
Содержимое колбочки взбалтывают до полного раство-
рения двуокиси германия. Если на дне колбы собирают-
ся нерастворимые крупинки двуокиси германия, их из-
мельчают стеклянной палочкой до полного растворения.
Полученный прозрачный раствор выливают в химиче-
ский стакан емкостью 100 мл. В цилиндр на 25 мл на-
ливают 20 мл дистиллированной воды и вносят навеску
хлористого кальция. Размешивают содержимое цилинд-
ра стеклянной палочкой и полученный раствор хлористо-
го кальция вливают в стакан с полученным ранее раст-
вором германата калия. При этом стакан должен сто-
ять спокойно на столе, а вливание раствора хлористого
кальция нужно производить быстро и плавно, не произ-
водя последующего перемешивания и встряхивания со-
держимого стакана. Образующийся германат кальция
тотчас выделяется в виде студня.
Если стакан со студнем резким движением опроки-
нуть, то студень может легко разрушиться на куски и
выпасть из стакана.
Наличие студня в стакане можно продемонстриро-
вать иначе, а именно: воткнуть в него спичку или каран-
даш, который удерживается в студне в вертикальном по-
ложении на той глубине, до которой их погрузили.
Еще лучше положить на поверхность студня картон-
ный кружок радиусом 1,5 см и поставить на него гирь-
ку весом 10 г. При этом демонстрируется, что образовав-
шаяся масса обладает свойствами твердого тела, не-
смотря на то, что она содержит 99,923% воды и лишь
0,077% вещества, образующего студень.
Можно получить студень германата кальция с кон-
центрацией последнего 0,065%, для чего нужно взять
навески двуокиси германия 0,042 г, едкого калия 0,045 г
хлористого кальция СаС12 • 2Н2О—0,06 г.
131
Опыт 104. Тиксотропный гель бентонита натрия
Принадлежности: 1) весы, разновесы; 2) мерный ци-
линдр; 3) фарфоровый или батарейный стакан; 4) меха-
ническая мешалка -с электромотором; 5) цилиндр ем-
костью 50 мл с пробкой; 6) натриевый бентонит.
Выполнение. Из натриевого бентонита (природного
или полученного из бентонита кальция так, как описано
в опыте 114, гл. 8) готовят суспензию, имеющую кон-
центрацию 6—8%. Для этого порошок натриевого бенто-
нита замачивают в дистиллированной воде (из расчета
6—8 г на 100 г суспензии) и оставляют на сутки или бо-
лее набухать, а затем в течение нескольких часов раз-
мешивают механической мешалкой с электромотором
для получения неоседающей однородной (без крупинок
и сгустков) суспензии.
Во время демонстрации в пробирку или цилиндр ем-
костью 50 мл наливают 30 мл суспензии бентонита нат-
рия концентрации 6—8% и дают ей 25—30 мин спокой-
но постоять. Осторожно опрокидывают цилиндр с за-
структурировавшейся суспензией — она не выливается.
Закрыв цилиндр пробкой, встряхивают его энергично
несколько раз, при этом структура разрушается, суспен-
зия становится жидкой и выливается из перевернутого
цилиндра. Опыт можно повторить. Длительное хранение
суспензии (в течение месяцев, лет) улучшает ее тиксо-
тропные свойства.
Опыт 105. Тиксотропный гель гидроокиси железа
Принадлежности: 1) сушильный шкаф; 2) эмалиро-
ванная чашка емкостью 200 мл; 3) часы; 4) золь гидро-
окиси железа; 5) 0,8 н. раствор поваренной соли.
Выполнение. 1 литр золя гидроокиси железа, полу-
ченного методом гидролиза и очищенного диализом
(on. 1, 12, гл. 1) упаривают в эмалированной чашке до
объема 130 мл. Упаривание проводят в сушильном шка-
фу при температуре 50—60°. 130 мл упаренного золя
после остывания наливают в цилиндр и прибавляют к
нему 15 мл 0,8 н. раствора поваренной соли.
Золь коагулирует, образуя тиксотропный гель гидро-
окиси железа. Если этот гель встряхнуть, он разжижа-
ется и течет; если ему дать постоять 2—3 мин, он за-
студневает и не выливается из опрокинутого сосуда.
132
Опыт 106. Коллоидный сад
Принадлежности: 1) сосуд с плоско-параллельными
стенками емкостью 100 мл—l шт. и емкостью 2 л—1 шт.;
2) проекционный фонарь, 3) жидкое стекло; 4) соли:
хлорное железо, хлористый магний, хлористый марга-
нец, сернокислая медь, сернокислый никель.
Выполнение. Разбавляют в пять раз жидкое стекло
(вместо него можно взять конторский силикатный клей)
или готовят 50 %-ный раствор силиката натрия.
Приготовленный раствор наливают в большой сосуд
с плоско-параллельными стенками и бросают в него круп-
ные кристаллы солей: хлорного железа, хлористого маг-
ния, хлористого кобальта, сернокислой меди, сернокис-
лого никеля и некоторых других. Из кристаллов «выра-
стают» образования, подобные водорослям.
На поверхности кристалла, в результате реакции об-
мена, образуются нерастворимые силикаты и концентри-
рованный раствор хлористого натрия (или сернокислого
натрия, соответственно брошенной соли) под пленкой
нерастворимой соли. Вследствие разности осмотических
давлений менее концентрированный раствор силиката
натрия проникает через пленку, увеличивает объем раст-
вора под пленкой, разрушает ее; через разрыв в пленке
выходит раствор соли, из которой состоит кристалл, на-
пример хлорного железа, и процесс образования нерас-
творимого силиката повторяется. Так, удлиняясь, «рас-
тет» пленка. В зависимости от скорости роста пленки на
кристаллах взятых солей образуются характерные обра-
зования причудливой формы.
Хлорное железо дает сильно ветвистые образования,
хлористый магний — довольно толстые с конусообразной
верхушкой палочки, хлористый марганец и сернокислый
никель образуют пучки тонких прямых и ветвистых ни-
тей. В целом картина напоминает подводную раститель-
ность.
Для большего сходства с подводным миром после
того как «водоросли» перестанут «расти» можно доба-
вить несколько кристаллов двухромовокислого калия.
Он придает раствору желтовато-зеленую окраску. Мож-
но добавить немного щелочного раствора флюресцеина.
На лекции демонстрируют готовый «сад» в большом
сосуде и, кроме того, в проекции на экран.
133
Целесообразно также показать рост такого сада в
небольшом сосуде с плоско-параллельными стенками
непосредственно на лекции.
Опыт 107. «Свинцовое дерево»
Принадлежности: 1) весы, разновесы; 2) химический
стакан емкостью 100 мл; 3) колба емкостью 200 мл;
4) газовая горелка; 5) треножник; 6) асбестовая сетка;
7) агар-агар; 8) уксуснокислый свинец; 9) гранулиро-
ванный цинк.	/
Выполнение. Подготовку опыта проводят за не-
сколько дней до демонстрации.
В колбу емкостью 200 мл наливают 100 мл дистил-
лированной воды, кладут в нее 1 г агар-агара, 0,325 г
уксуснокислого свинца и добавляют несколько капель
(5-Ю) уксусной кислоты. Содержимое колбы нагрева-
ют до кипения и кипятят до полного растворения агар-
агара. Теплый раствор выливают в стакан емкостью
100 мл и после застудневания раствора вдавливают на
глубину 1—2 мм одну гранулу цинка. Уже на следую-
щий день наблюдают образование «свинцового дерева»,
которое в дальнейшем «разрастается». Цинк вытесняет
из соли свинец и последний выделяется в виде красивых
ветвистых образований; реакция, протекающая в среде
студня, распространяется медленно.
Опыт 108. Синерезис
Принадлежности: 1) цилиндры с притертыми проб-
ками— 2 шт.; 2) химические стаканы емкостью
150 мл — 2 шт.; 3) желатина; 4) крахмал; 5) таннин;
6) йод; 7) тимол.
Выполнение. Студни готовят за 7—10 дней до демон-
страции синерезиса. Готовят 3%-ный раствор желатины
и 5%-ный раствор крахмала. Крахмал вначале размеши-
вают холодной водой, к этой смеси при перемешивании
приливают кипяток и доводят раствор до кипения.
В горячие растворы желатины и крахмала кладут по
2—3 кристаллика тимола на 0,5 л раствора, чтобы пре-
дохранить их от плесени.
Теплые растворы вливают в цилиндры с притертыми
пробками емкостью 250 мл. Через несколько дней студ-
134
ни уменьшаются в объеме и из них выделяется некото-
рое количество дисперсионной среды, отчасти содержа-
щей вещество дисперсной фазы. Это можно обнаружить
характерными реакциями. Если студень был приготов-
лен из крахмала, то к синерезисной жидкости, слитой со
студня в чистый стаканчик, добавляют несколько ка-
пель раствора йода. Жидкость синеет.
Если студень был приготовлен из желатины, то к сли-
той синерезисной жидкости добавляют несколько мл
1%-ного раствора таннина. Образуется белый осадок.
Опыт 109. Обезвоживание студня кремневой кислоты
Принадлежности: 1) эксикаторы — 5 шт. 2) стек-
лянные пластинки размером 2X4 см; 3) химический ста-
кан емкостью 150 мл; 4) стеклянная палочка; 5) лезвие
безопасной бритвы; 6) жидкое стекло; 7) 1 н. уксусная
кислота; 8) вазелин.
Выполнение. В химический стакан емкостью 150 мл,
стенки которого предварительно смазывают вазелином,
наливают 50 мл жидкого стекла удельного веса 1,1 со-
става: Na2O : SiO2= 1 : 3,5. К жидкости при перемешива-
нии стеклянной палочкой добавляют 50 мл 1 н. уксусной
кислоты. Сливание производят быстро, вынимают па-
лочку, раствор через несколько секунд застудневает.
Опрокидывая стакан, слегка постукивают по его стенкам
и столбик студня выскальзывает из него. Чтобы студень
легче вышел, в нем можно скальпелем сделать отвер-
стие до дна вдоль стенки стакана.
Лезвием для безопасной бритвы вырезают из цент-
ральной части столбика кубики с ребром 1 —1,5 см.
Вырезанные кубики по два кладут на небольшие
стеклянные пластинки размером 2X4 см и помещают их
в эксикаторы над серной кислотой различной концентра-
ции. Для этого берут 5—6 одинаковых эксикаторов и
наливают в них по 0,5 л следующих растворов: в пер-
вый—концентрированной серной кислоты, во второй—
разбавленной водой кислоты в отношении кислота к во-
де 3 : 1 (по объему), в третий — в отношении 1 : 1, в чет-
вертый — 1 :3, в пятый — воду. Затем помещают в экси-
каторы вырезанные кубики студня. Через 7—10 дней ку-
бики вынимают и демонстрируют на лекции. Те, которые
находились в эксикаторе с водой, остаются без измене-
135
ний. В остальных кубиках наблюдаются различные ста-
дии обезвоживания, в зависимости от чего меняется их
мутность. Частично обезвоженный силикагель стано-
вится прозрачным, а почти полностью обезвоженный —
становится молочно-белым и очень хрупким.
1 J ' I
Опыт 110. Набухание
Принадлежности: 1) химический стакан емкостью
150 мл; 2) полоска каучука площадью 8X2 см; 3) бен-
зол.
Выполнение. Полоску тонкого листового каучука раз-
резают вдоль не до конца на две половины. Одну поло-
вину полоски погружают в бензол. Вторая часть полос-
ки при этом висит на воздухе. Через несколько минут
вынимают полоску из бензола и сравнивают набухшую
(в бензоле) часть и часть, находившуюся на воздухе
(рис. 55).
Можно сравнить отношение каучука к различным
растворителям. При этом обнаруживают, что, например,
в воде, метиловом и этиловом спиртах, уксусной кислоте
он не набухает, а набухает в ацетоне, амиловом спир-
те, анилине, диэтиловом эфире, бензоле, толуоле, ксило-
ле, хлороформе; причем в ряду перечисленных веществ
от ацетона до хлороформа степень набухания возра-
стает.
Опыт 111. Давление набухания
Принадлежности: 1) фильтр Зейца; 2) резиновый
шланг диаметром 5 мм; 3) барометрическая трубка;
4) штативы Бунзена — 2 шт.; 5) проекционный фонарь;
6) ртуть; 7) каучук; 8) хлороформ.
Выполнение. Фильтр Зейца № 3 представляет сталь-
ную разборную воронку, состоящую из верхней цилин-
дрической части диаметром 3 см, высотой 5 см и нижней
воронкообразной части; нижняя часть навинчивается на
верхнюю (рис. 56). В основание воронки кладется ме-
таллическая сетка 4 (имеющиеся в наборе картонные
фильтры в данном опыте не используются).
На металлическую сетку кладут плоское резиновое
кольцо 5 толщиной около 1 мм, шириной 5 мм, которое
служит прокладкой. Резиновой трубкой 2 длиной 20 см,
136
диаметром 5 мм соединяют трубку металлической во-
ронки со стеклянной барометрической трубкой 3 длиной
20 см (толстостенная трубка, имеющая внутренний диа-
метр 2,5 мм). Фильтр Зейца укрепляют в лапке одного
штатива Бунзена, барометрическую трубку, на которую
надета высверленная и разрезанная вдоль пробка, ук-
репляют в другом штативе (рис. 56). Отвинтив цилинд-
рическую часть фильтра, кладут в основание воронки
такой кусочек каучука, чтобы он не проваливался в
трубку воронки, а на него помещают мелко нарезанные
кусочки каучука объемом приблизительно 3—4 мм3
каждый, общий вес кото-
рых составляет 0,7 г. По-	Г
верх каучука кладут ме-
таллическую сетку, рези-
новую прокладку и ввин-
Рис. 56. Прибор для демон-
страции давления набуха-
ния:
Г— фильтр Зейца; 2 — резиновая
трубка; 3 — барометрическая
трубка; 4 — сетка; 5 — прокла-
дочное кольцо.
Рис. 55. Набухание кау-
чука в бензоле:
а — до набухания; б — после
набухания.
часть фильтра. Верхний конец барометрической трубки
соединяют коротким кусочком резинового шланга с во-
ронкой, через которую в барометрическую трубку и со-
единенную с ней металлическую воронку фильтра нали-
вают ртуть. Ртуть заполняет пространство между кусоч-
ками каучука, вытесняя воздух. Барометрическую труб-
ку помещают на такой высоте, а ртути наливают столь-
ко, чтобы она заполнила воронку вплоть до сетки, а ба-
рометрическую трубку заполнила приблизительно напо-
ловину.
137
Мениск ртути в барометрической трубке проектиру-
ют на экран проекционным фонарем и замечают положе-
ние мениска. Затем наливают в цилиндрическую часть
фильтра хлороформ 20—25 мл, при этом положение ме-
ниска ртути практически не изменяется.
Хлороформ через сетку проникает к каучуку, каучук
набухает, увеличивается в объеме и оказывает давление
на ртуть, вследствие чего через 10 мин мениск ртути в
барометрической трубке поднимается на 2 см, что отме-
чается снова при проекции на экран. Так же хорошо кау-
чук набухает в четыреххлористом углероде.
Если вместо каучука взять 1 г измельченной желати-
ны, а вместо хлороформа — соответственно, воду, то на-
бухание происходит медленно: за 30 мин уровень ртути
повышается на 8 мм.
Опыт 112. Периодические кольца (кольца Лизеганга)
Принадлежности: 1) цилиндры с притертыми проб-
ками емкостью 100 мл — 6 шт.; 2) чашки Петри —
2 шт.; 3) желатина; 4) хлористый магний (гексагидрат);
5) концентрированный раствор аммиака в воде; 6) дву-
хромовокислый калий; 7) азотнокислое серебро.
Выполнение. 1. 50 г гексагидрата хлористого магния
растворяют в 450 мл дистиллированной воды. К раство-
ру добавляют 15 г желатины, дают ей час набухать,
после чего нагревают до 40°; желатина растворяется.
Теплый раствор наливают в два-три цилиндра или
большие пробирки. Дают ему застыть. Через сутки нали-
вают поверх студня концентрированный раствор аммиа-
ка толщиной слоя 2 см и плотно закрывают цилиндры
пробками (чтобы не улетучивался аммиак).
В течение нескольких суток наблюдают образование
молочно-белых прослоек гидрата окиси магния. Чем
дальше вглубь студня распространяется реакция, тем ре-
же отлагается осадок.
2. Готовят раствор, содержащий 4 г желатины и 0,12 г
двухромовокислого калия в 120 мл дистиллированной во-
ды. Этот раствор теплым вливают в плоские чашки Пет-
ри и в стеклянные цилиндры емкостью 100 мл или боль-
шие пробирки.
Когда раствор застынет, наносят в центр студня в
чашке Петри 5 капель раствора азотнокислого серебра,
138
содержащего 8,5 г соли в 100 мл воды. Такой же раст-
вор соли наливают поверх студня в цилиндры. Наблю-
дают в течение нескольких суток отложение периодиче-
ских колец темно-бурого осадка двухромовокислого се-
ребра. По мере удаления от раствора азотнокислого се-
ребра кольца располагаются реже.
На лекции демонстрируют готовые образования пе-
риодических колец.
Опыт ИЗ. Ритмические кольца в студне кремневой кис-
лоты
Принадлежности: 1) цилиндры емкостью 50 —
100 мл — 2 шт.; 2) мерный цилиндр; 3) колбы емкостью
500 мл — 3 шт.; 4) весы, разновесы; 5) 1 н. раствор ук-
сусной кислоты; 6) хромат калия; 7) жидкое стекло;
8) сернокислая медь.
Выполнение. Жидкое стекло состава Na2O : SiO2 =
= 1 : 3,5 по весу разбавляют дистиллированной водой до
плотности 1,06. В 300 мл 1 н. уксусной кислоты раство-
ряют 0,58 г хромата калия. Готовят 0,5 н. раствор сер-
нокислой меди, содержащий 8 г безводной соли в 200 мл
раствора (т. е. 12,5 г C11SO4 • 5Н2О в 200 мл раствора).
В большие пробирки или цилиндры емкостью 50—
100 мл наливают раствор жидкого стекла плотности
1,06 и добавляют равные объемы раствора уксусной кис-
лоты, содержащего хромат калия.
После застудневания раствора, вследствие образова-
ния кремневой кислоты, которое наступает через несколь-
ко секунд, поверх -студня наливают 0,5 н. раствор сер-
нокислой меди. Через несколько суток наблюдают от-
ложение ритмических колец хромовокислой меди.
Опыт 114. Образование коагуляционной структуры в
суспензии бентонита
Принадлежности: 1) прибор для демонстрации струк-
турно-механических свойств суспензии бентонита; 2) ос-
ветитель к микроскопу ОМ-19; 3) шкала к прибору;
4) 1%-ная суспензия натриевого бентонита в воде.
Выполнение. Для проведения опыта нужна 1%-ная
суспензия натриевого бентонита в воде. Бентонит — один
из видов глин, его суспензии обладают тиксотропными
139
свойствами. Если вместо натриевого бентонита имеется
природный кальциевый бентонит, то его нужно превра-
тить в натриевый. Для этого сухой кальциевый бентонит
заливают водой, дают ему сутки постоять, затем раз-
мешивают мешалкой с электромотором до образования
однородной суспензии и добавляют к ней углекислый
натрий в количестве 10% веса сухого бентонита. Остав-
Рис. 57. Прибор для демонст-
рации тиксотропности суспен-
зии бентонита:
а — общий вид; б — вид сверху
винтов 11 и 12; 1 — стеклянный ци-
линдр; 2 — суспензия бентонита; 3 —
висящий цилиндр; 4— свинец; 5 —
завинчивающаяся крышка; 6, 7 —
зеркальца; 8 — стальная нить; 9 —
металлическая трубка; 10 — ме-
таллический стержень; 11,	12 —
винты.
утяжеления свинцом 4. Вес
ляют суспензию до тех
пор, пока бентонит не ося-
дет на дно сосуда (но не
меньше, чем на сутки),
тогда раствор над осад-
ком сливают сифоном и
промывают его еще не-
сколько раз, сливая ка-
ждый раз раствор над
осадком сифоном, до тех
пор, пока избыток соды
не будет отмыт и реакция
раствора не станет нейт-
ральной. Омытый натрие-
вый бентонит сушат, из-
мельчают и готовят из не-
го для проведения опыта
1 %-ную суспензию.
Устройство прибора
для демонстрации струк-
турно-механических свой-
ств суспензии бентонита
изображено на рис. 57.
Исследуемую жидкость
наливают в толстостен-
ный стеклянный цилиндр
1 емкостью 300 мл, в нее
погружают висящий ци-
линдр 3, наполненный для
:линдра со свинцом 700 г.
Цилиндр изготовляют полностью из металла или его
нижнюю часть 3 — из толстостенного стекла, а верх-
нюю — из металла. На верхней металлической части ци-
линдра имеется резьба для завинчивания металлической
крышки 5. На крышке клеем прикреплено маленькое
зеркальце 6 площадью 3X6 мм. Цилиндр с крышкой
140
подвешен на стальной нити 8 диаметром 0,3 мм, длиной
15 см. Вверху стальную нить крепят к металлическому
стержню, который может плавно вращаться при враще-
нии винтов 11 и 12. На металлический стержень 10 плот-
но надевают металлическую трубку 9 диаметром 1 см,
длиной 14 см. К нижнему концу трубки прикрепляют
зеркальце 7 размером 3x6 мм так, чтобы оно находи-
лось над зеркальцем 6 в одной с ним плоскости.
Висящий цилиндр 3 и связанные с ним детали прибо-
ра крепят на массивном штативе. Оба зеркальца 6, 7
освещают одновременно одним источником света (для
этого можно использовать осветитель к микроскопу
ОМ-19); отраженный от зеркалец свет падает на две
шкалы (рис. 58), расположенные друг над другом на од-
Рис. 58. Шкала к прибору для демонстрации тиксотропии:
1 — осветитель; 2 — зеркала; 3 — две параллельные шкалы.
ном листе бумаги на таком же расстоянии одна от дру-
гой, как и сами зеркальца. Длина шкалы около 1 м,
деления произвольные. Расстояние от шкалы до прибора
1,5—2 м. Поворачивая винт 12, тем самым плавно вра-
щают винт 11, а вместе с ним поворачиваются на одина-
ковый угол стержень 10 и прикрепленная к нему сталь-
ная нить 8 и трубка 9.
Если цилиндр 1 пустой или в него налита вода, то
при повороте трубки 9, например, на угол 10°, нить 8
вместе с подвешенным к ней внутренним цилиндром
также поворачивается на угол 10°.
1%-ную суспензию бентонита несколько раз энергич-
141
но встряхивают для разрушения структуры и заливают
в цилиндр 1, Если суспензии не дают времени постоять
и заструктироваться в приборе, то она ведет себя как
вода.
Суспензии дают 15—20 мин постоять и начинают
плавно вращать стержень 10, пользуясь винтами 11 и
12. При повороте стержня 10 на определенный угол зер-
кальце 7 повернется на тот же угол, а зеркальце 6 по-
вернется на меньший угол, потому что в суспензии бен-
тонита образовалась структура, которая препятствует
свободному вращению цилиндра 3 с зеркальцем 6.
«Зайчик» зеркальца 6 отстанет в своем движении по
шкале от «зайчика» зеркальца 7. Когда «зайчик» зер-
кальца 7 находится где-то около середины шкалы, даль-
нейшее вращение цилиндра 3 разрушает структуру бен-
тонита и «зайчик» зеркальца 6 начинает догонять «зай-
чика» зеркальца 7.
Цилиндр 3 должен быть тщательно вымыт перед
опытом и хорошо смачиваться суспензией.
142
ЛИТЕРАТУРА
1.	Балезин С. А. Руководство к практическим занятиям по
физической и коллоидной химии. М.— Л., Госхимиздат, 1950.
2.	Г р и г о р о в О. Н., Карпова И. Ф., Козьмина 3. П.,
Фридрихсберг Д. А. Руководство к практическим заня-
тиям по коллоидной химии. Изд-во Ленинградского университета,
1955.
3.	Д у м а н с к и й А. В. Учение о коллоидах. М.—Л., Изд-во
химической литературы, 4948.
4.	Жуков И. И. Коллоидная химия, ч. 1. Суспензоиды. Л.,
Изд-во Ленинградского университета, 1949.
5.	К о л о с о в а К- Г. Руководство к постановке демон-
страционных опытов по физической и коллоидной химии. Л.,
1938.
6.	Кройт Г. Р. Наука о коллоидах. Т. 1. (Пер. с англ.). М.,
Иноиздат, 1955.
7.	Млодзеевский А. Б. Лекционные демонстрации по фи-
зике. Вып. 1. М.,—Л., 1948.
8.	Наумов В. Химия коллоидов. Л., Госнаучтехиздат, 1932.
9.	Оствальд В. Краткое практическое руководство по кол-
лоидной химии. Л., Госнаучтехиздат, 1931.
10.	О ствальд В. Мир обойденных величин. Л., Научное хи-
мико-техническое изд-во Всехимпром ВСНХ СССР, 1930.
11.	Песков Н. П., Александрова-Прейс Е. М. Курс
коллоидной химии. М.—Л., Госхимиздат, 1948.
12.	Путилова И. П. Руководство к практическим занятиям
по коллоидной химии. М., изд-во «Высшая школа», 1961.
13.	Ре бин дер П. А. Конспект общего курса коллоидной
химии по лекции акад. П. А. Ребиндера, сост. доц. К- А. Поспело-
вой. М., Изд-во Московского ун-та, 1950.
14.	Ре б инд ер П. А. К теории эмульсий. Журнал Русского
физико-химического общества, часть физическая. Т, 58, стр. 524,
1926.
15.	Товбин М. В. Исследование свойств поверхностного слоя
жидкости методом плавающей капли. Укр. хим. журн. XXII. Вып. 3,
1956.
16.	Фоулз Г. Лекционные опыты по химии (пер. с англ.). М.,
Учпедгиз, 1962.
17.	Холмс Г. Лабораторные работы по коллоидной химии, Л.,
ОНТИ, Химтеорет, 1936.
143
18.	Ц в е т М. С. Хроматографический адсорбционный анализ.
М.—Л., Изд-во Акад, наук СССР, 1946.
19.	Anderson. Zeitschrift fur physikalischen Chemie. 88, 191,
1914.
20.	H a n s G., W e i d i n g e r. Vorlesungs versuche zur physika
lischen Chemie und Elektrochemie. Zeitschrift fur Chemie. 12, 2. Jahr-
gang, 1962, Leipzig (s. 353—384).
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие.............................................3
Глава 1. Методы получения и очистки золей..................5
Демонстрация золей.......................................7
Получение золей ........................................ 7
Опыт	1. Получение золя гидроокиси железа ....	7
Опыт	2. Получение золя сернистого мышьяка ....	8
Опыт	3. Получение золя сернистой сурьмы..9
Опыт	4. Получение гидрозоля йодистого серебра ...	10
Опыт	5. Получение красного золя золота.10
Опыт	6. Получение золя серебра.11
Опыт 7. Получение гидрозоля канифоли....................11
Опыт 8. Получение гидрозоля серы........................12
Опыт	9. Получение гидрозоля ванадиевого ангидрида . .	12
Опыт	10. Получение гидрозоля берлинской лазури . . .	13
Опыт 11. Получение гидрозоля серебра....................13
Очистка золей ......................................... 14
Опыт 12.	Диализ........................................14
Опыт 13.	Электродиализ.................................15
Опыт 14.	Ультрафильтрование золей......................16
Глава 2. Молекулярно-кинетические свойства золей .	.	.	.	19
Опыт 15.	Диффузия в гелях..............................20
Опыт 16.	Доска Гальтона................................21
Опыт 17.	Движение кристаллов камфары на поверхности
воды...........................................22
Опыт 18.	Осмотическое давление раствора конго-рот .	.	22
Опыт 19.	Мембранный гидролиз...........................24
Опыт 20.	Седиментационный анализ.......................25
Глава 3. Оптические свойства золей.........................27
Опыт 21.	Эффект Тиндаля............................28
Опыт 22.	Дихроизм коллоидного раствора	йодистого	се-
ребра 	29
Опыт 23.	Дихроизм раствора хлорофилла..............30
Опыт 24.	Шлирен-эффект (явление искрящихся	слоев)	.	31
Опыт 25.	Избирательность светорассеяния	в	коллоидных
растворах..................................32
Опыт 26.	Демонстрация нефелометрии.................33
Опыт 27.	Имитация ультрамикроскопии................34
Глава 4. Поверхностные явления в дисперсных системах .	.	36
Опыт 28.	Опыт Дарлинга.............................38
Опыт 29.	Опыт Плато................................39
145
Опыт 30.	Растяжение мыльной пленки ......	42
Опыт 31.	Мыльная пленка в кольце..................43
Опыт 32. Удерживание слоя жидкости силами поверхно-
стного натяжения...................................44
Опыт 33.	«Взвешивание» поверхностного натяжения	.	.	46
Опыт 34.	Отрыв кольца от поверхности жидкости	.	.	45
Опыт 35. Измерение поверхностного натяжения на гра-
нице раздела жидкость—газ по методу Ребин-
дера ..................................................46
Опыт 36.	Сталагмометр Траубе...............................48
Опыт 37.	Капиллярное поднятие жидкостей ....	49
Опыт 38.	Форма покоящейся капли............................49
Опыт 39.	Адсорбция брома на силикагеле.....................50
Опыт 40.	Адсорбция паров брома активированным углем .	51
Опыт 41.	Адсорбция аммиака активированным углем .	.	52
Опыт 42.	Адсорбция паров эфира активированным углем .	53
Опыт 43.	Адсорбция аммиака древесным углем (опыт
Фонтана)...........................................54
Опыт 44.	Адсорбция из растворов............................54
Опыт 45.	Гидролитическая адсорбция.........................55
Опыт 46.	Ионный обмен на катионах..........................56
Опыт 47.	Определение времени защитного действия слоя
угля...............................................57
Опыт 48.	Хромотографическое разделение смесей ...	58
Опыт 49.	Ориентация молекул поверхностно-активного ве-
щества в насыщенном поверхностном слое .	.	59
Опыт 50.	Ориентация молекул в поверхностном слое .	.	60
Опыт 51.	Двумерное давление пленок.........................61
Опыт 52.	«Лодочка» и «пушка» (опыт Дево) ....	62
Опыт 53. Эффект адсорбционного понижения прочности
металлов (опыт Ребиндера)..........................63
Опыт 54.	Гашение пламени пленкой (опыт	Лангмюра) .	65
Опыт 55.	Краевой угол смачивания...................65
Опыт 56.	Вода в решете.............................67
Опыт 57.	Плавающие капли ртути.....................67
Опыт 58.	Масляная флотация.........................69
Опыт 59.	«Живые» капли ртути.......................70
Опыт 60.	Разрезание ртути в растворе	сапонина (опыт
Ребиндера).................................70
Опыт 61.	Пульсация капли олеиновой	кислоты ...	71
Опыт 62.	Движение капель клея БФ-2	на	поверхности
воды.......................................72
Глава 5. Электрические свойства дисперсных систем ...	73
Опыт 63. Опыт Рейсса ......................................74
Опыт 64.	Электроосмос..............................76
Опыт 65.	«Электросани».............................77
Опыт 66.	«Электроплуг».............................78
Опыт 67.	Электрорезка..............................79
Опыт 68.	Электродренаж.............................81
Опыт 69.	Электрофорез..............................82
Опыт 70.	Электрообогащение глины...................85
Опыт 71.	Зонд для определения заряда	коллоидных час-
тиц 	87
146
Опыт 72. Капиллярный электрометр Липпмана ...	89
Опыт 73. Ртутное «сердце».................................90
Глава 6. Устойчивость дисперсных систем.......................92
Опыт 74. Коагуляция золей электролитами...................96
Опыт 75. Коагулирующее действие ионов разного заряда .	96
Опыт 76. Перезарядка золя при действии электролитов .	97
Опыт 77. Кинетика коагуляции..............................98
Опыт 78. Коагуляция золей при вымораживании .	.	. 100
Опыт 79. Механическая коагуляция.........................101
Опыт 80. Взаимная коагуляция золей.......................102
Опыт 81. Высаливание золя олеата натрия..................102
Опыт 82. Защита золя серебра желатиной от действия
электролитов.........................................103
Опыт 83. «Золотое» число и «рубиновое» число .	.	. 103
Опыт 84. Устойчивость золей желатины при различных
значениях pH.........................................105
Глава 7. Свойства эмульсий, пен и аэрозолей..................107
Опыт 85.	Получение и гашение	пены......................111
Опыт 86.	Устойчивость элементарной пены..................111
Опыт 87.	Определение кратности	пены......................112
Опыт 88.	Критические мути................................113
Опыт 89. Получения, стабилизация и разрушение эмуль-
сий .................................... .	.	.	•	.114
Опыт 90. Устойчивость элементарной эмульсии .	.	.115
Опыт 91. Зависимость устойчивости эмульсии от концен-
трации эмульгатора...................................115
Опыт 92. Стабилизация эмульсий порошками .	.	.	.116
Опыт 93. Прямые и обратные эмульсии......................117
Опыт 94. Определение типа эмульсий методом слияния
капель .	.	.......... 118
Опыт 95. Определение типа эмульсий методом электро-
проводности .........................................119
Опыт 96. Обращение фаз эмульсии..........................121
Опыт 97. Разрушение эмульсий центрифугированием .	.121
Опыт 98. Предельно концентрированная эмульсия .	. 122
Опыт 99. Образование тумана при адиабатическом расши-
рении пара .	..........................122
Опыт 100. Осаждение дыма '..............................123
Глава 8. Свойства структурированных дисперсных систем .	. 125
Опыт 101.	Желатинирование раствора агар-агар	.	.	.	129
Опыт 102.	Получение студня кремневой кислоты	.	.	.	130
Опыт 103.	Получение студня германата кальция	.	.	.	130
Опыт 104.	Тиксотропный гель бентонита натрия	.	.	.132
Опыт 105.	Тиксотропный гель гидроокиси железа	.	.	.	132
Опыт	106.	Коллоидный сад ,	.	.	.	........133
Опыт	107.	«Свинцовое дерево».......................134
Опыт	108.	Синерезис................................134
Опыт	109.	Обезвоживание студня	кремневой	кислоты	.	.	135
Опыт	ПО.	Набухание................................136
Опыт	111.	Давление набухания.......................136
Опыт	112.	Периодические кольца	(кольца	Лизеганга)	.	.	138
147
Опыт 113. Ритмические кольца в студне кремневой кис-
лоты ............................................139
Опыт 114. Образование коагуляционной структуры в су-
спензии	бентонита .	 139
Литература..............................................  143
ТОВБИН
Моисей Владимирович
РУСТЯМОВА
Елена Викторовна
Лекционные демонстрации к курсу коллоидной химии
Редактор Житник С. А.	Художник Бессонов Н. Н.
Художественный редактор Духленко С, П.
Технический редактор Гурджиян А. К. Корректор Педченко Г. А.
Сдано в набор 20/П—1967 г. БФ 13694. Зак. № 69. Формат бумаги
84X108732. Физич. печ. листов 4,625. Услов. печ. листов 7,77. Учетно-
издат. листов 8,53. Бум. листов 2,312. Подписано к печати
19/VI 1967 г. Бумага типограф. № 3. Цена 24 коп. Тираж 4200.
Издательство Киевского университета, Киев, Героев революции, 4.
Общ. Т. П. Киев., Львов., Харьков, ун-тов—1967, поз. 26.
Киевская книжная типография № 5. Комитета по печати при
Совете Министров УССР, Киев, Репина, 4.