Номер 10, страница 447 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Практикум. Практическая работа - номер 10, страница 447.

Условие.

Практическая работа 10. Крашение тканей

Реактивы: красители конго красный, метиловый оранжевый, индиго; 20%-й раствор серной кислоты; 10%-й раствор гидроксида натрия; отбеливатель.

Познакомьтесь с образцами красителей и тканей, выданных учителем. Пользуясь текстом учебника, вспомните особенности различных видов крашения.

ПРЯМОЕ КРАШЕНИЕ

1. Налейте в стакан примерно 25 мл холодной воды и внесите в него на кончике влажной стеклянной палочки краситель конго красный (или другой, выданный учителем). Отметьте цвет раствора.

2. Поместите в раствор образец хлопчатобумажной и шерстяной ткани или толстые нити из этих тканей. Как быстро они начинают окрашиваться?

3. Нагрейте раствор и доведите его до кипения, выньте образцы, пользуясь стеклянной палочкой, промойте их под краном и отожмите. Опишите цвет и интенсивность окраски.

КИСЛОТНОЕ КРАШЕНИЕ

1. Налейте в стакан примерно 25 мл воды и растворите в нём немного красителя метилового оранжевого.

2. Разделите раствор на три равные части. К первой из них добавьте 2 мл 20%-й серной кислоты, во вторую – 4 мл этого же раствора, а третью пробирку оставьте для сравнения. Как изменился цвет растворов при подкислении?

3. Во все три пробирки внесите одинаковые образцы тканей. Изучите, сразу ли начинается окрашивание.

4. Доведите каждый раствор до кипения, а затем выньте ткани, промойте их водой и изучите интенсивность окраски. Сделайте выводы.

КУБОВОЕ КРАШЕНИЕ

1. Налейте в стакан примерно 25 мл воды, добавьте 2 мл 10%-го раствора гидроксида натрия и на кончике шпателя – отбеливатель на основе дитионита натрия или ронгалита.

2. Внесите в раствор кубовый краситель, например индиго, взяв его кончиком влажной стеклянной палочки. Отметьте, хорошо ли он растворяется в воде.

3. Нагревайте пробирку в стакане с горячей водой, постоянно перемешивая раствор до полного исчезновения синей окраски. Если окраска не исчезает, добавьте дополнительное количество отбеливателя. Объясните, какую роль при крашении играет щелочной раствор отбеливателя.

4. Внесите в раствор кусочек хлопчатобумажной ткани и нагревайте его ниже температуры кипения в течение 3–5 мин. Как изменяется окраска ткани?

5. Выньте образец, отметьте его окраску, а затем разделите его на две части. Одну часть ткани промойте водой. Как изменяется окраска?

Решение.

Решение 2.

ПРЯМОЕ КРАШЕНИЕ

1. Налейте в стакан примерно 25 мл холодной воды и внесите в него на кончике влажной стеклянной палочки краситель конго красный (или другой, выданный учителем). Отметьте цвет раствора.

Раствор красителя конго красный в нейтральной среде имеет характерный красный цвет. Это связано со строением молекулы красителя, которая является натриевой солью сульфокислоты и интенсивно поглощает свет в сине-зеленой части спектра.

Ответ: Раствор приобретает красный цвет.

2. Поместите в раствор образец хлопчатобумажной и шерстяной ткани или толстые нити из этих тканей. Как быстро они начинают окрашиваться?

В холодном растворе процесс окрашивания происходит медленно. Молекулы красителя диффундируют в структуру волокон, где удерживаются за счет водородных связей и сил Ван-дер-Ваальса. Шерсть, как белковое волокно, имеющее и аминогруппы, и карбоксильные группы, может окрашиваться немного быстрее и интенсивнее, чем хлопчатобумажная ткань (целлюлоза), у которой есть только гидроксильные группы. Однако в целом, без нагревания, адсорбция красителя на обоих типах волокон будет слабой и медленной.

Ответ: В холодной воде ткани начинают окрашиваться очень медленно и неравномерно.

3. Нагрейте раствор и доведите его до кипения, выньте образцы, пользуясь стеклянной палочкой, промойте их под краном и отожмите. Опишите цвет и интенсивность окраски.

При нагревании кинетическая энергия молекул красителя увеличивается, что значительно ускоряет их проникновение (диффузию) вглубь волокон. Волокна набухают, их пористая структура становится более доступной. В результате и хлопчатобумажная, и шерстяная ткань интенсивно и равномерно окрашиваются в ярко-красный цвет. После промывки водой цвет сохраняется, так как краситель прочно закрепился внутри волокнистой структуры. Окраска шерсти может быть несколько более интенсивной по сравнению с хлопком.

Ответ: После кипячения и промывки образцы тканей приобретают интенсивную, стойкую красную окраску.

КИСЛОТНОЕ КРАШЕНИЕ

2. Разделите раствор на три равные части. К первой из них добавьте 2 мл 20%-й серной кислоты, во вторую — 4 мл этого же раствора, а третью пробирку оставьте для сравнения. Как изменился цвет растворов при подкислении?

Метиловый оранжевый является кислотно-основным индикатором. В нейтральной или слабощелочной среде (рН > 4,4) он имеет желтый цвет. В кислой среде (рН < 3,1) его структура меняется (происходит протонирование азогруппы), и он становится красным. При добавлении серной кислоты $H_2SO_4$ среда становится кислой.

• Пробирка 1 (с 2 мл $H_2SO_4$): раствор станет красным.
• Пробирка 2 (с 4 мл $H_2SO_4$): раствор также станет красным, среда будет еще более кислой.
• Пробирка 3 (контрольная, без кислоты): раствор останется желто-оранжевым.

Ответ: В пробирках с добавлением серной кислоты цвет раствора изменился с желто-оранжевого на красный. В контрольной пробирке цвет не изменился.

3. Во все три пробирки внесите одинаковые образцы тканей. Изучите, сразу ли начинается окрашивание.

Окрашивание начинается практически сразу, но с разной интенсивностью. В кислых средах (пробирки 1 и 2) шерсть или другая белковая ткань начнет окрашиваться в красный цвет немедленно. Это происходит потому, что кислота протонирует аминогруппы $-NH_2$ белковых волокон, превращая их в положительно заряженные группы $-NH_3^+$. Анион красителя $R-SO_3^-$ электростатически притягивается к этим положительно заряженным центрам, образуя прочную ионную связь: $Ткань-NH_3^+ \cdot ^-O_3S-R$. В нейтральной среде (пробирка 3) таких центров почти нет, поэтому окрашивание будет очень слабым или незаметным.

Ответ: В пробирках с кислотой окрашивание начинается немедленно. В контрольной пробирке окрашивание практически не происходит.

4. Доведите каждый раствор до кипения, а затем выньте ткани, промойте их водой и изучите интенсивность окраски. Сделайте выводы.

После кипячения и промывки результаты будут следующими:

• Ткань из контрольной пробирки (нейтральная среда) останется практически неокрашенной или будет иметь очень слабый желтоватый оттенок, который легко смывается.
• Ткань из пробирки 1 (2 мл кислоты) будет интенсивно окрашена в красный цвет.
• Ткань из пробирки 2 (4 мл кислоты) будет окрашена еще более интенсивно в красный цвет.

Выводы: Кислотные красители эффективно окрашивают белковые (шерсть, шелк) и полиамидные волокна только в кислой среде. Кислота необходима для создания на волокне положительно заряженных центров, которые связывают анионы красителя. Интенсивность окраски прямо зависит от кислотности среды: чем ниже рН, тем больше активных центров на волокне и тем прочнее и интенсивнее окраска.

Ответ: Наиболее интенсивная и стойкая окраска достигается в наиболее кислой среде. Кислотная среда является ключевым условием для кислотного крашения.

КУБОВОЕ КРАШЕНИЕ

2. Внесите в раствор кубовый краситель, например индиго, взяв его кончиком влажной стеклянной палочки. Отметьте, хорошо ли он растворяется в воде.

Кубовые красители, такие как индиго, в своей окисленной (пигментной) форме нерастворимы в воде. При добавлении в воду синий порошок индиго образует суспензию, но не растворяется.

Ответ: Краситель индиго в воде не растворяется.

3. Нагревайте пробирку в стакане с горячей водой, постоянно перемешивая раствор до полного исчезновения синей окраски. Если окраска не исчезает, добавьте дополнительное количество отбеливателя. Объясните, какую роль при крашении играет щелочной раствор отбеливателя.

Щелочной раствор "отбеливателя" (на самом деле, это сильный восстановитель, например, дитионит натрия $Na_2S_2O_4$) играет ключевую роль в процессе, называемом "кубованием". Его задача — перевести нерастворимую окрашенную форму красителя в растворимую, обычно бесцветную или слабо окрашенную "лейко-форму".

Процесс включает два этапа:

1. Восстановление: Дитионит натрия в щелочной среде восстанавливает нерастворимый синий индиго до его восстановленной формы.
2. Растворение: Полученная лейко-форма растворима в щелочном растворе (предоставляемом $NaOH$), образуя натриевую соль, так называемый "куб". Раствор при этом становится прозрачным, желто-зеленого цвета.

Именно в виде этого растворимого лейко-соединения краситель способен проникнуть в структуру целлюлозного волокна.

Ответ: Щелочной раствор восстановителя (отбеливателя) переводит нерастворимый синий пигмент индиго в растворимую в воде желто-зеленую лейко-форму, которая может проникать в волокна ткани.

4. Внесите в раствор кусочек хлопчатобумажной ткани и нагревайте его ниже температуры кипения в течение 3–5 мин. Как изменяется окраска ткани?

Хлопчатобумажная ткань, погруженная в горячий раствор лейко-формы красителя (куб), пропитывается этим раствором. В результате ткань приобретает цвет раствора, то есть становится желто-зеленой.

Ответ: Ткань в растворе окрашивается в желто-зеленый цвет.

5. Выньте образец, отметьте его окраску, а затем разделите его на две части. Одну часть ткани промойте водой. Как изменяется окраска?

При извлечении ткани из раствора на воздух происходит окисление. Лейко-форма индиго, которая пропитала волокна, реагирует с кислородом воздуха и окисляется обратно в свою первоначальную, нерастворимую синюю форму. Этот синий пигмент оказывается механически "запертым" внутри волокон, что обеспечивает очень высокую прочность окраски. Промывка водой одной из частей не смоет цвет, а лишь удалит избыток щелочи и восстановителя, возможно, ускоряя окисление. Обе части ткани изменят свой цвет с желто-зеленого на синий.

Ответ: При контакте с воздухом окраска ткани меняется с желто-зеленой на синюю. Промывка водой не удаляет цвет, а закрепляет его.