ВКР: «Изучение золей на основе железа и марганца, полученных методом химической конденсации

1.

Юго-Западный государственный университет
Кафедра нанотехнологий, общей и прикладной физики
Выпускная квалификационная работа на тему:
«Изучение золей на основе железа и марганца,
полученных методом химической конденсации»
Выполнил: студент 4 курса, группы НМ-51б
Фролова Мария Викторовна
Научный руководитель: кандидат физико-математических наук, доцент кафедры
НТО и ПФ
Шабанова Ирина Александровна

2. Цели и задачи

Актуальность изучения золей в настоящее время заключается в том, что они
применяются в различных отраслях промышленности во всем мире. Аэрозольные
препараты широко используют в медицине, ветеринарии и быту. Значимое место
золи занимают в науке и нанотехнологиях. Их используют для получения
оптических антикоррозийных покрытий, фотоматериалов, наноалмазов и др.
Объектом изучения проекта являются золи гидроксида железа(III), диоксида
марганца, гексацианоферрата(II) железа(III) и гексацианоферрата(III) калияжелеза(II).
Целью данного проекта является синтез золей методом химической конденсации
и изучение их физико-химических свойств.
Задачами данного проекта являются:
• Изучить литературные источники по теме «Золи», их классификацию и
свойства, методы получения, основные отрасли применения в
промышленности и науке.
• Получить золи гидроксида железа(III), диоксида марганца,
гексацианоферрата(III) калия-железа(II) и гексацианоферрата(II) железа(III)
методом химической конденсации.
• Провести исследование физико-химических свойств синтезированных золей –
коагуляции, стабилизации, оптических свойств, определения знака заряда
частиц и электрокинетического потенциала.
• Провести анализ результатов исследования.
2

3. Получение золя гидроксида железа(III)

При облучении данного золя лазером красного цвета с
длиной волны 670 нм наблюдается образование конуса
Тиндаля.
150 мл дистиллированной
воды
5 мл концентрированного
раствора FeCl3 (получен
путем растворения 50г
сухого порошка FeCl3* 6H20 в
50 мл дистиллированной
воды)
FeCl3(изб) + 3H2O = Fe(OH)3 ↓ + 3HCl
Образование конуса Тиндаля
3

4. Получение золей гексацианоферрата(II) железа(III), гексацианоферрата(III) калия-железа(II) и диоксида марганца

1.
Образование конуса
Тиндаля в
поверхностном слое
золя Fe4[Fe(CN)6]3
2.
Образование конуса Тиндаля в
поверхностном слое золя
диоксида марганца MnO2
8KMnO4+ H2O +3Na2S2O3→ 8MnO2 +
3Na2SO4+ 3K2SO4+ 2KOH
3.
Образование конуса
Тиндаля в
поверхностном слое
золя KFe[Fe(CN)6]
FeCl3 + K4[Fe(CN)6] =
KFe[Fe(CN)6]↓+3KCl
4FeCl3 + 3K4[Fe(CN)6] = Fe4[Fe(CN)6]3↓+12KCl
4

5. Коагуляция золя гидроксида железа(III)

3.
1.
BaCl2 0,5н
раствор
Раствор электролита
2.
– 0,05н К2SO4
KCl 0,5н раствор
При использовании раствора электролита
KCl 0,5н коагуляция не произошла
При использовании раствора BaCl2 0,5н электролита
наблюдалось слабое помутнения золя без выпадения
осадка, что свидетельствует о незначительной
коагуляции
5

6. Расчет порога коагуляции золя гидроксида железа(III)

Результаты расчета порога коагуляции
Спор
Сисх
=
5х
где
Сисхисходная
концентрация
электролита, моль/л;
х
максимальное
разбавление раствора
электролита,
при
котором наблюдается
возникновение
коагуляции.
6

7. Коагуляция золя Fe4[Fe(CN)6]

Использован
раствор электролита
1М KCl
Возникновение
коагуляции золя
(справа) в
сравнении с
эталоном (слева)
Система золь-электролит
Результат расчета порога коагуляции золя
Fe4[Fe(CN)6]3
Порог коагуляции золя Fe4[Fe(CN)6]3 составляет 0,4 моль/л
7

8. Стабилизация золя гидроксида железа(III)

• Раствор
электролита –
К2SO4 ,
концентрацией
1,56*10-4 моль/л
• 0,01% раствор
желатина
• Дистиллированная
вода
Отсутствие коагуляции при добавлении стабилизатора в
сравнении с эталоном
8

9. Расчет защитного числа золя гидроксида железа(III)