ПӘнінің ОҚУ-Әдістемелік материалы



бет58/73
Дата29.01.2018
өлшемі8,38 Mb.
#36043
1   ...   54   55   56   57   58   59   60   61   ...   73
Бақылау сұрақтары:

1. Электрохимия нені зерттейді?

2. Электролиттердің меншікті және эквивалентті электрөткізгішті дегеніміз не? Өлшем бірліктері қандай?

3. Эквивалентті электрөткізгіштік концентрациядан қалай тәуелді?

4. Меншікті және эквивалентті электрөткізгіштік өзара қалай байланысты?

7. Гальваникалық элементте қандай тотығу- тотықсыздану реакциялары жүреді?

8. I және II текті электродтарға мысал келтіріңіз.

9. Стандартты электродтық потенциал дегеніміз не?

10. Тотығу- тотықсыздану потенциалы үшін Нернст теңдеуін жазыңыз.

11. Температураның гальваникалық элементтің электр қозғаушы күшіне әсерін қалай сипаттауға болады?


Модуль 4. Коллоидтық химия. Дисперсті жүйелер.

Дәріс 13.Коллоидтық химия. Дисперсті жүйелер

Дәріс жоспары:

  1. Коллоидтық химияның негізгі ұғымдары.

  2. Дисперсті жүйе, дисперсті фаза, дисперстілік.

  3. Дисперсті жүйелердің қасиеттері мен жіктелінуі.

Коллоидты химия деп беттік құбылыстар мен дисперсті жүйелер туралы ғылымды түсінеміз. Беттік құбылыстарға фазалар жанасу шегінде, фазааралық беттік қабатта және қосарланған фазалардың әрекеттесуінде туындайтын процестерді жатқызамыз. Қазіргі кезде коллоидтық химияның заңдылықтырын қолданбайтын халық шаруашылығының салаларын атап айту қиынға соғады. Тамақ өнеркәсібінде кездесетін көптеген технологиялық процестер коллоидты процестер. Мысалы, нан өндірісіндегі қамырды илеп, оны даярлау кездегі ісіну процесі және нан пісіру кезіндегі ұю мен коагуляция сияқты процестердің барлығы да коллоидты жүйелердегі құбылыстар. Сондай-ақ сүт өндірісіндегі айран, сүзбе, құрт, ірімшік, май, қаймақ сияқтыларды алудың өзі тікелей коагуляция және ісінуге кері құбылыс синерезис сияқтыларға негізделеді. Тағам даярлаудағы пісіру, тұздау сияқты құбылыстардың бәрі коагуляция немесе белоктың ыдырауы секілді процестер арқылы жүреді.

Коллоидты химияда фаза, жүйе, гомогенді және гетерогенді жүйелер сияқты физхимиядағы түсініктер қолданады. Коллоидтық жүйе деп, бір дененің (дисперстік фаза) басқа бір денеде (дисперсті ортада) дисперленген (ұнтақталған, ұсақталған, майдаланған) күйін айтамыз.

Коллоидты химияның дамуында үлкен көп роль атқаратын физика мен физикалық химияның Х1Х – ғасырдың аяғы мен ХХ – ғасырдың басында орындалған т.б. көптеген фундаментальдық зерттеулерді айта кеткен жөн. Олар: П.Лапластың (1805 ж) каппиллярлық теориясы, В.Гиббстің (1878 ж, фазалар ережесі, беттік құбылыстың теориясы), Ж. Рэлейдің 1871 ж., Щульце 1882 ж. мен Гардидің 1900 ж. коллоидтардың коагуляциясы, И.Лэнгмюрдің (1917 ж) адсорбция теориясы мен мономолекулалық беттік қабаттың құрылысы, А.В.Думанскийдің (1903 ж) коллоидтық ертінділердің электөткізгіштігі, 1918 ж. центрофуганы коллоидты бөлшектердің шамасын, мөлшерін анықтау үшін қолдануы, М.С. Цветтің (1903 ж) хромотографияны ашуы, Л.Г. Гурвичтің (1912-1917 ж) беттік құбылыстарды тексеруі, Антонов (1907 ж) ертінділердің беттік керілуі, Шишковскийдің (1908 ж) т.б. ғалымдардың еңбектері. Бұл зерттеулермен коллоидтық химияның толық курсын оқу арқылы таныса жатамыз.

Н.П.Песков 1917 ж. коллоидтық жүйенің агрегативтік және седиментациялық тұрақтылығы жөніндегі ілімнің негізін салды.



Коллоидтық күйдегі заттың ерекшелігі

Беттік қабаттардағы заттың күйі ерекше қасиетпен сипатталады – коллоидты күйде болады. Заттың коллоидтық күйінің негізгі ерекшеліктерінің бірі – ол коллоидтық жүйенің гетерогенділігі, яғни екі иә одан да көп фазадан тұратындығы. Мұндағы фазалардың бірі өте ұсақ бөлшектерден (дисперстік фаза) тұрса, екіншісі сол бөлшектерді ұсақтаушы орта – дисперстеуші ортадан тұруы. Енді сол дисперстік фазаның шамасын (өлшемін) көрсететін – дисперстілік деген ұғымға тоқталайық. Кез- келген дисперстік жүйеде иә бөлшектердің көлденең қимасының ұзындығын , (егер бөлшек шар тәрізді болса диаметрі d, егер бөлшек куб сияқты болса, кубтың қабырғасы - l) иә оған кері шаманы D=1/ қарастыруға болады. Дисперстілік бірлігі әртүрлі, сантиметр, милиметр, микрон (10-6 м), нанометр (10-9 м), ангстрем А (10-10 м) болады. Дисперстілік бөлшектердің меншікті бетінің ауданына (меншікті бет деп дисперсті фазаның көлемі не масса бірлігіне тиесілі фазааралығының ауданын айтады), пропорционалдық шама, яғни бөлшектің шамасы кеміген сайын дисперстілік пен меншікті беттің ауданы өседі де, керісінше бөлшектің шамасы өскен сайын кейінгі шамалар кемиді. Коллоидтық жүйеге, бөлшек өлшемінің мәні 10-7-10-5 см аралығында болатын жүйені жатқызады. Әрине, мұны онан да әрі ұсақтасақ, нағыз ертінді шығады.

Барлық коллоидты жүйелер сәуле шашырату қабілеті болады (опалесценция). Бұл құбылысты байқау үшін сәуле жолына линза қойып, одан шыққан сәулені коллоидты ертінді арқылы жіберу арқылы көруге болады. Мұны Тиндаль конусы дейді.

Нағыз ертінділермен салыстырғанда коллоидты ертінділердегі диффузия жылдамдығы төмен.

Коллоидтық ертінділердің осмостық қысымы да өте аз, сондықтан көп жағдайда оны байқау да қиын. Демек, коллоидты ертінділердегі диффузия жылдамдығы мен осмостық қысымының төмен болуы ондағы еріген зат бөлшегінің нағыз ертіндімен салыстырғанда ірі екендігін көрсетеді.

Осындай ірі бөлшектердің болуына байланысты коллоидты ертінділер диализге бейім, яғни онымен ерітіндіде бірге еріген төменгі молекулалы заттарды жартылай өткізетін жарғақты пленкалар көмегімен тазартуға болады. Мұндайда төменгі, молекулалы заттар (нағыз ертінділер) жарғақ арқылы өтеді де, коллоидты ертінділер қалып қояды.

Нағыз ертінділер өте тұрақты, ал коллоидты ертінділер тұрақсыз. Олай болса, коллоидты бөлшектер болмашы ғана сыртқы әсер салдарынан коагуляцияланады.

Коллоидты ертінділер, әдетте, электрофорез құбылысына бейім. Бұл құбылыс электр өрісіндегі коллоидты бөлшекті оң, не теріс электродқа тасымалдаумен сипатталады.

Коллоидтық жүйелердің тағы бір ерекшелігі – олардың агрегаттық тұрақсыздығы. Бөлшектердің тұрақсыз болуының негізі себептері термодинамикалық және кинетикалық тұрғыдан түсіндіріледі. Коллоидтық жүйелердің меншікті беттері үлкен болғандықтан оған лайық еркін беттік энергиялары да артық болады. Ал артық еркін беттік энергиясы болатын жүйе әрқашанда тұрақсыз, олар сол энергияны азайтуға тырысады. Осыған байланысты коллоидты жүйелердің ұюы, коагуляциялануы жүреді. Мұндайда бөлшектер бір-біріне жанасып, бірігеді және фазааралық беткі қабат азайып, жүйедегі бос энергия кемиді.

Дисперстік жүйелердің жіктелінуі

Барлық ғылым не өндіріс салалары сияқты коллоидты химия да өздерінде кездесетін өзіндік ерекшеліктер мен қасиеттерге, өлшемдер мен көрсеткіштерге орай жіктеле келіп, сұрыпталады. Әр кезде коллоидтық және дисперстік жүйелерді әр түрлі принциптермен классификациялады. Енді сол әр түрлі принципке негізделген дисперстік жүйелердің классификацияларына қысқаша тоқталайық.



  1. Дисперстілік көрсеткіші бойынша. Дисперстілік бойынша немесе дисперсті жүйелердегі дисперсті фаза өлшемі бойынша, яғни дисперсті бөлшектің өлшемін, ұнтақтылығын көрсететін өлшеміне орай жіктеу: ірі дисперсті; жоғары дисперсті (микрогетерогенді); коллоидты; молекулалық (гомогенді).

Мұндағы ірі дисперсті жүйенің бөлшектері сүзгіш қағаздан өтпейді, кәдімгі микроскопта көрінеді, өзінен ауырлау ортада жүзгін ретінде аз уақыт болып, тез отырады, ал өзінен ауырлау ортада жүзгін ретінде жүре береді. Жүйе жоғары дисперсті болса, біршама тұрақты, бөлшегі ұсақтау, сүзгіш қағаздан оңай өтсе де, жартылай өткізгіштерден өтпейді, кәдімгі оптикалық микроскопта көрінбейді, дисперсті ортада жүзгін ретінде ұзақ сақталады.

  1. Дисперстік фаза мен дисперсті ортаның агрегаттық күйіне байланысты. Белгілі үш агрегаттық күйге сәйкес дисперстік жүйені 9 түрге бөлуге болады, 1 –кесте.






Дисперсті

фаза


Дисперсті

орта


Жүйе

белгісі


Жүйе түрі

Мысалдар

1

қатты

сұйық

қ/с

суспензиялар

жүзгін, металл золі

2

сұйық

сұйық

с/с

эмульсиялар

сүт, мұнай, май

3

газ

сұйық

г/с

көбіктер

сабын көбігі

4

қатты

қатты

қ/қ

қатты коллоид ертінді

минералдар, қортпалар

5

сұйық

қатты

с/қ

қуыс дене, гель капилляр

топырақ, балшық

6

газ

қатты

г/қ

ксерогельдер

пемза, активті көмір

7

қатты

газ

қ/г

аэрозоль, шаң түтін

түтін, шаң

8

сұйық

газ

с/г

тұман

тұман, бұлт

9

газ

газ

г/г

ауа

атмосфера, ауа

Жоғары дисперсті жүйелерді зольдер дейді және осыған орай дисперсті ортаның сипатына сәйкес аэрозольдар, гидрозольдер, органозольдер болып бөлінеді. Дисперстік фаза қатты, ал дисперсті ортасы сұйық болып келген микрогетерогенді жүйелерді суспензиялар (жүзгіндер) деп атайды, ал фаза да, орта да сұйық болса, оны эмульсиялар дейді.



  1. Дисперстік фазаның бөлшектерінің өзара әрекеттесуі бойынша. Бұл классификация бойынша дисперстік жүйелер дербес (бос) және байланысқан дисперстік жүйелер болып бөлінеді.

Дербес дисперстік жүйелер дегеніміз – дисперсті фаза мен дисперсті орта бір-бірімен өзара байланыспай әрқайсысы бос жүретін жүйе. Оларға мысал, жүзгіндер, эмульсиялар, эмульсиялар, жалпы зольдер жатады.

Байланысқан дисперстік жүйелерде дисперсті фаза мен дисперсті орта өзара берік молекулалық күштер бойынша байланысқан. Оған капиллярлы кеуек заттар, диафрагмалы денелер, жұқа пленка – мембраналар, кәдімгі полимерлер, қатты ертінді- қортпалар жатады.



  1. Дисперстік фаза мен дисперсиялық ортаның әрекеттесуі бойынша. Дисперті фаза мен дисперсті ортадағы заттар фазааралық беткі қабатта әрқашанда молекуааралық әсерлесу күшінің есебінен әрекеттесіп жатады және мұндағы әрекеттесу дәрежесі әртүрлі болуы мүмкін. Мінеки, осы әрекеттесу шамасына орай дисперсті жүйелер лиофильді және лиофобты болып бөлінеді. Лиофидьді жүйелерде тобына жататын дисперсті жүйелердегі дисперсті фаза мен дисперсті орта өзара әрекеттеседі. Мұның нәтижесінде жалпы химиядан белгілі сольватацияға (еріткіш су болғанда гидротация) ұқсас, дисперсті фаза бөлшегінің айналасында дисперсті орта бөлшектерімен қоршалған қабат пайда болады. Ал, лиофобты жүйелер тобына енетін дисперсті фаза мен дисперсті ортадағы заттар нашар әрекеттеседі.

Дисперсті жүйелерді тағы да екі улкен топқа бөлуге болады: Жүзгіндер (суспензиодтар) және молекулалық коллоидтар. Жүзгіндер дегеніміз өзін қоршаған ортадан анық белгіленгін физикалық шегі бар, атомдар немесе молекулалардың бірігіп өз алдына жеке агрегат құраған бөлшектерден тұратын жоғары дисперсті, гетерогенді жүйелер. Ал, молекулалық коллоидты жүйелер дегеніміз, жеке кинетикалық өлшем ретінде болатын молекулалардың сольваттануын өздігінен құрайтын, тұрақты және қайтымды бір фазалық гомогенді жүйелер. Мұндағы ірі молекулалардың өлшемі коллоидтық дисперстілік өлшеміне шамалас болады. Мінеки, осы тұрғыдан алғанда жоғары молекулалық қосылыс ертінділері дисперсті молекулалық коллоидты жүйелерге жатады, ал олардың гомогенділігі беткі бос энергия, фазааралық шек жайлы ойлауға да мүмкіндік қалдырмайды. Бұл да олардың өзіне ғана тән қасиет.
Бақылау сұрақтары:

  1. Коллоидты химия пәнінің міндеттері мен мақсаттары

  2. Дисперсті жүйелер мен беттік құбылыстар дегеніміз не?

  3. Коллоидты жүйелердің ерекшеліктері

  4. Дисперсті жүйелердің қандай қасиеттерін білесіз?

  5. Дисперсті жүйелер қандай қасиеттеріне байланысты жіктелінеді?


Модуль 4. Коллоидтық химия. Дисперсті жүйелер.

Дәріс 14. Мицелла құрылысы.

Дәріс жоспары

  1. ҚЭҚ теориясы. Адсорбциялық қабат. Диффузиялық қабат

  2. Мицелла құрылысы

  3. Әр түрлі заттардың концентрацияларының мицелла құрылысына әсер етуі.


Қысқаша мазмұны

Фазалардың өзара әрекеттесу нәтижесінде фазааралық беттерде қос электрлік қабат пайда болатындықтан, дисперсті жүйелер фазаларының қозғалысын электрлік өрісте де байқауға болады.



ҚЭҚ пайда болу механизмі:

  1. функциональды топтардың беттік диссоциациясы;

  2. электролит иондарының адсорбциясы;

  3. фазааралық шекте полярлы молекулалардың бағытталуы.

Көрсетілген әрететтердің нәтижесінде бет бір фазаның бер жағынан оң, ал басқа жағынан теріс зарядталады.


Сурет 14.1
ҚЭҚ потенциалы 0 зарядталған беттен және қарама – қарсы ионнан тұратын кері зарядталған қабат бөлігінен тұрады. Қарама – қарсы иондардың бір бөлігі беттке тікелей жабысып, тығыз (адсорбциялық) қабат – Гельмгольц қабатын түзеді. Ал қалған қарама – қарсы ион бөліктері жылу қозғалыстарының әсерінен фазаның бүкіл көлеміне таралып, диффузиялық қабат немесе Гуи қабатын түзеді.

Гельмгольц қабатының қалыңдығы қарама – қарсы иондар диаметріне тең.



Гуи – Чэпмен теориясы б/ша диффузиялық қабаттағы потенциал арақашықтықа байланысты кемиді:

(14.1)

- диффузиялық қабатың потенциалы, х – ҚЭҚ диффузиялық қабатынан басталған арақашықтық, - диффузиялық қабаттың қалыңдығынан кері шама.

Бір фазаның екіншімен салыстырғанда жылжуы, сырғанау жазықтығында ҚЭҚ – тың бөлінуі жүреді және  - электрокинетикалық потенциал пайда болады.

Электрлік өріс әсерінен дисперсті фаза бөлшектерінің жылжуы (электрофорез) немесе дисперсті ортаның жылжуы (электроосмос) мүмкін.

Дисперсті ортамен салыстырғанда дисперсті фаза бөлшектерінің механикалық қозғалуы (седиментация) потенциалдардың электрлік айырымын тудырады(седиментация потенциалы, Дорн эффектісі байқалады).

Дисперсті фазамен салыстырғанда дисперсті ортаның жылжуы электр айырымын тудырса, ағу потенциалы пайда болады (Квинке эффектісі байқалады).



Электрофорез және электроосмос құбылыстары кезінде пайда болатын электрокинетикалық потенциалды Гельмгольц – Сумолуховский теңдеуі б/ша есептейміз:

немесе (14.2)


U0-фазалар қозғалысының сызықты жылдамдығы, Е–элект өрісінің кернеулігі, - ортаның меншікті электр өткізгіштігі, - орта қозғалысының көлемдік жылдамдығы, I – ток күші.


Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   54   55   56   57   58   59   60   61   ...   73




©engime.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет