РОЗДІЛ 2
ХАРАКТЕРИСТИКА ОБ'ЄКТІВ ТА МЕТОДІВ ДОСЛІДЖЕННЯ
2.1. Приготування розчинів Ludox-золю SiO2 для дослідження їх в'язкості та густини.
В якості досліджуваної речовини використовували гідрофільний Ludox-золь SiO2 з торгівельною маркою HS-40, фірми DuPont. Об'ємна частка складала 0,397 та рН приблизно 9,6. У відповідності із паспортними даними, дана система є монодисперсною, агрегативно стійкою, з радіусом частинок 6 нм, стабілізованою за допомогою NaOH.
Розчини готували наступним чином, до попередньо визначеної кількості вихідного розчину золю (об'ємна частка ??становила від 0,001 до 0,01 з кроком 0,001) у мірну колбу на 100 мл доливали розчин електроліту Na2SO4 до мітки. Його склад відповідав паспортним даним, тобто концентрація становила 4,15·10-3 моль/л. Величину рН 9,6 підтримували за допомогою NaOH на іономері універсальному марки ЭВ-74. Сполуки, взяті для приготування розчинів відносяться до марки х.ч. Для всіх розчинів використовували кип'ячену дистильовану воду кімнатної температури. Зважування проводили на аналітичних вагах.
Похибка вимірювання внесена піпетками становила для 0,5; 2; 5; 10; 25 мл - ?0,01, мірними колбами на 50 мл - ? 0,05 та на 100 мл - ? 0,1, циліндрами на 50 мл - ?0,3.
Похибки вимірювання в'язкості становила ? 0,2%.
Масову частку твердої фази SiO2 перевіряли за допомогою вагового методу. Після вимірювання в'язкості розчинів приготовлених концентрацій, в уже підготовлені бюксики ємністю до 5 мл, відливали їх і ставили висушувати в сушильній шафі до постійної ваги при t = 1500 С. Після чого сухий залишок зважували на аналітичних вагах і обчислювали масову частку SiO2, яка знаходилась в межах похибки вимірювань.
Паралельно з в'язкістю проводили вимірювання густини приготовлених розчинів Ludox-золь SiO2 пікнометричним методом. Експеримент проводили при 200, 300, 400, 500 С (?0,1%). Густини обчислювали за формулою:
(2.1)де m0 - маса пустого пікнометра, кг; m1 - маса пікнометра з водою, кг; m2 - маса пікнометра з досліджуваною речовиною, кг; - густина води при за-даній температурі, кг/м3.
2.2. Особливості приготування розчинів композитних частинок
2.2.1. Одержання частинок ?-FeOOH.
Для одержання сфероїдних частинок ?-FeOOH певної величини (наприклад, а ? 250 ? 265 нм, b ? 67 ? 70 нм) необхідно дотримуватись наступних вимог. Концентрацію кислоти HCl 10-1 М забезпечували шляхом розведення концентрованої HCl (Merck chemicals). На аналітичних вагах зважували 4,8652 г FeCl3 і доливаємо дистильованої води в мірній колбі на 1 л до мітки. До уже приготовленого розчину додаємо 0,1 мл 10-1 М HCl (необхідна концентрація HCl має становити 10-5 М). Добре розмішуємо і зберігаємо без змін протягом трьох тижнів при кімнатній температурі. Далі шляхом декантування, за допомогою центрифуги, відділяємо частинки ?-FeOOH від розчину. До кінцевого продукту доливаємо дистильованої води і продовжуємо процес декантування. Кінець процесу відмивання частинок ?-FeOOH від зайвих Cl-- іонів визначаємо по вимірюванні електропровідності розчину, причому опір розчину повинен сягати величини ~ 10-6 Ом. Ваговим методом знаходимо масову частку для сфероїдів ?-FeOOH, яка становила 0,65 г/дм3.
2.2.2. Приготування робочих розчинів композитних частинок.
Композитними частинками ми називаємо агрегати, одержанні при адсорбуванні сферичних частинок SiO2 на поверхні сфероїдних частинок ?-FeOOH. Масова частка (Ст) ?-FeOOH у всіх дослідах була постійною і становила 6,46·10-6, тобто 2 мл вихідної суспензії ?-FeOOH розбавляли дистильованою водою до 100 мл. Паралельно в другу мірну колбу на 100 мл вливаємо попередньо обчислену кількість Ludox-золь SiO2. Його концентрацію обирали таким чином, щоб при перерахунку на число R, воно мало наступні співвідношення: 1:1; 6:1; 58:1; 173:1; 580:1; 2900:1; 5800:1; 29000:1. Де саме число R рівне відношенню чисельної концентрації Ludox-золю SiO2 до чисельної концентрації частинок ?-FeOOH, тобто R = Cr(SiO2)/Cr(?-FeOOH). Усі розчини готували на тридистиляті.
Далі за допомогою рН-метра визначали його рН і при необхідності титрували за допомогою HCl до заданого значення рН, яке становило 5,5. При цьому іонну силу розчину теж витримували постійною I = 10-4 М, що зумовлено умовами експерименту. Обидва NaCl і HCl марки х.ч. (фірма Merck chemicals). За даними титрування обчислювали кількість NaCl і HCl, які необхідно було добавляти до суміші об'ємом 100 мл, щоб забезпечити сталими іонну силу та рН. Для цього в один мірний циліндрик на 50 мл вливаємо приготовлений ?-FeOOH, в другий мірний циліндрик на 50 мл спочатку вливаємо близько 40 мл Ludox-золь SiO2, а потім дуже акуратно вливаємо обчислену кількість NaCl і HCl і доводимо до мітки знову ж таки розчином Ludox-золю SiO2.
У стакан з магнітною мішалкою спочатку вливаємо розчин золю SiO2, а потім повільно розчин ?-FeOOH для доброго перемішування системи. Перемішування проводили до 3 хв. Після чого залишали суміш на 1 годину в стані спокою. Електрооптичні та мікроелектрофоретичні дослідження проводили уже із відстояною сумішшю.
При високих значеннях чисельної концентрації Ludox-золь SiO2, при R = 29000:1 і більше, проводили центрифугування суміші для відділення зайвих частинок SiO2 з розчину. Виходячи з рис.4.1-4.3 (фотознімки), можна також зробити оцінку структури композитних частинок, які утворюють агрегати із частинок ?-FeOOH та моношару частинок SiO2. Після статистичної обробки фотографій визначено середній розмір сфероїдів ?-FeOOH, який, відповідно, складає 262 ? 2,43 нм по довгій осі та 68 ? 0,96 нм по короткій осі.
2.3. Експериментальні умови спостереження електрооптичних ефектів в системі композитних частинок
Електрооптичні дослідження було проведено на апаратурі, розробленій авторами [16;77] в Інституті фізхімії Болгарської Академії наук, під керівництвом професора Стоїла Стоїлова.
На рис.2.1. представлено детальну бл