Д. 10. Тұнбалардың пайда болуы және олардың қасиеттері

Егер тұнбаның ерігіштігі өте аз болса ерітінділерді аралыстырғанда лезде үлкен салыстырмалы асақанығу пайда болуын ((Q-ε)/ε – үлкен мән) жою мүмкін емес. Сондықтан кристалдану орталығының түзілу процесі басым болып, тұнба өте ұсақ, жиі коллоидты түрде пайда болады. Мысалы, аналитикалық жағдайда темір (ІІІ), хром (ІІІ), алюминий гидроксидтері және көптеген ауыр металдардың сульфидтері олардың ерігіштігі төмен болғандықтан тек коллоидты түрде бөлінеді.

Жиі пайда болған нашар еритін ұсақ бөлшектер ұзақ уақыт коллоидты ерітінді тұзіп тұнбаға бөлінбеуі мүмкін. Коллоидты бөлшектердің бір-бірімен қосылмай ерітіндіде жүруінің бір себебі – ол бөлшектердің аттас электрлік зарядпен зарядталған­дығында. Зарядтарының әсерінен коллоидты бөлшектер бір-бірінен тебіседі, бұл тебісу олардың қосылып ірі агрегаттар түзуіне кедергі жасайды. Коллоидты бөлшектердің зарядтал­ғанын ерітіндіден электрлік тоғын жіберіп білуге болады. Ток жібергенде көптеген коллоидты бөлшектер, мысалы сульфидтер анодқа қарай ығысады, демен бұл бөлшектер теріс зарядталған. Оң зарядталған бөлшектер катодқа қарай ығысады.

Коллоидты бөлшектердің зарядтары олардың ерітіндіден катиондарды не аниондарды адсорбциялауы нәтижесінде пайда болады. Жиі біртектес иондар адсорбцияланады, яғни нашар еритін бөлшектердің кристалдық торына кіретін иондар. Мысалы, металдардың сульфидтері S^2-, HS^- аниондарын адсорб­циялауға бейімді, күміс галогенидтері галогенид иондарын не күміс иондарын адсорбциялайды. Мысалы, мышьяк (ІІІ)-тұзы ерітіндісіне күкіртті сутегін жіберсе нашар еритін құрамында As₂S₃ молекулалары бар жеке бөлшектер пайда болады, бұл бөлшектер ерітіндіден НS^- аниондарының бөлшектерін адсорб­циялайды, сондықтан олар теріс зарядталады. Мұндай теріс зарядталған бөлшектер ерітіндіден қарама-қарсы зарядталған иондардың тиісті мөлшерін тартады («қарама-қарсы иондар» nH⁺). Қарама-қарсы иондардың бір бөлігі (х) «диффузиялық қабат» құрып сұйық фазада қалады, ал қалған бөлігі (n-x) қатты бөлшекпен адсорбцияланады.

Сонымен, нашар еритін бөлшектердің адсорбциялық қабаты қарама-қарсы зарядталған иондардың екі қабатынан тұрады, сондықтан оны «қос электрлік қабат» деп атайды.

Коллоидты бөлшектің заряды адсорбциялық қабаттағы қарама-қарсы иондардың жалпы заряды алғашқы адсорбциялан­ған иондардың жалпы зарядын толық жоймағандықтан пайда болады. Коллоидты бөлшек диффузиялық қабатпен «мицелла» түзеді. Коллоидты бөлшекті схемалық түрде былай көрсетуге болады:

{[As₂S₃]_m^.nHS^- (n-x) H⁺}^X- x H⁺

ядро

электрбейтарапты бөлшек (мицелла)

Коллоидты бөлшектерге адсорбцияланып, оларды зарядтайтын, соған сәйкес тұрақтылығын арттыратып заттар стабилизаторлар-тұрақтандырғыштар деп аталады. Келтірілген мысалдарда H₂S, KI және AgNO₃ стабилизаторлар ролін атқарады.

Коллоидты ерітінділердің тұрақтылығы зарядты бөлшектер пайда болуымен қатар коллоидты бөлшектердің сольватты (гидратты) қабат түзуіне де байланысты. Сольватация, не еріткіштің молекулаларының адсорбциялануы осы молекулалар­дың дипольдық моментімен анықталады. Нәтижесінде коллоид­ты бөлшектер сольватты қабаттармен қоршалады да, олар бөлшектердің бір-біріне жақындауына, соған байланысты ірі агрегаттар түзуіне мүмкіншілік бермейді. Коллоидты бөлшек­тер­дің сольвататану қабілеттігі әртүрлі, сондықтан олар лиофильді (еріткіштің молекулаларын жақсы адсорбциялайды) және лиофобты (еріткіштің молекулаларын адсорбцияламайды) коллоидтар болып екіге бөлінеді. Егер еріткіш су болса, олар гидрофильді және гидрофобты деп аталады.

Көптеген коллоидты жүйелердің бөлшектерін ірілету (коагуляция) онша қиын емес: Коллоидтардың коагуляциялану процесі бөлшектердің бір-бірінен тебісу күштерін азайтқанда жүреді. Ол үшін ерітіндіні қыздырып араластырады. Темпера­тураның жоғарылауы адсорбция құбылысын, соған сәйкес бөлшектердің жалпы зарядын төмендетеді. Сонымен қатар, бөл­шектердің кинетикалық энергиясы артып, олардың жақын­дауына кедергі жасайтын күштерді жеңуге мүмкіншілік туады. Коагуляция процесін жүргізудің нәтижелі әдісі – ерітіндідегі күшті электролиттердің концентрациясын арттыру. Бұл жағдайда коллоидты бөлшектер электролиттің қарама-қарсы зарядталдған иондарын адсорбциялап өздерінің зарядтарын кемітеді де , олардың бір-бірімен қосылу мүмкіндігі пайда болады. Коллоидты ерітіндіні коагуляциялауға қажет электро­литтің ең аз концентрациясын осы электролиттің коагуляция­ландыру концентрациясы дейді. Оның мәні алдымен коллоидты бөлшектердің зарядының таңбасына (+ не -), сонымен қатар коагуляциялайтын электролиттің қарама-қарсы иондарының зарядына байланысты. As₂S₃ – пен тәжрибеде бір-, екі-, үшзарядталған иондардың коагуляцияландыру концентрациясы бір-біріне қатынасы орта мәнмен 500:10:1 сәйкес.

Коллоидты бөлшектердің алғашқы зарядын анықтайтын иондар олардың бетінде коагуляциялану кезінде де, одан кейін де қалады. Процесс коагуляцияланатын тұнбамен қарама-қарсы иондардың эквивалентті мөлшерінің адсорбциялауынан тұрады.

Коагуляцияланған тұнба аморфты тұнба деп аталады, бұл тұнба ұсақ бөлшектерден тұрғандықтан беткі қабаты үлкен болады. Егер белгілі жағдай жасаса сүзуге және жууға ыңғайлы, біршама таза аморфты тұнба алуға болады. Ол жағдайлар:

1. 
   тұнбаны концентрленген ерітінділерден тұндыру;
   
2. 
   тұнбаны ыстық ерітінділерден үнемі араластырып тұндыру;
   
3. 
   тұнбаны электролит-коагулятор қатысында тұндыру;
   
4. 
   тұнба түсісімен ерітіндіні сұйылтып, тікелей сүзу.
   
5.