ПӘннің ОҚУ-Әдістемелік кешені «Коллоидты химия» «5В072100» – Органикалық заттардың химиялық технологиясы» мамандығы үшін ОҚУ-Әдістемелік материалдары

Мұндағы – ерітіндінің қалыңдығы; - жұтылу коэффициенті. Бэр жұтылу коэффициенті ерітіндінің мольдіқ концентрациясына (с) тура пропорционал екендігін анықтады:

мұндағы ɛ - мольдік жұтылу коэффициенті.

Сонда Ламберт-Бугер-Бэр тендеуі былай жазылады:

(4)

Демек, ерітіндіден өткен жарықтың қарқындылығы оған түскен жарықтың қарқындылығына тура пропорционал да, ерітіндінің молъдік концентрациясы мен қалыңдығына кepi пропорционал. Тендеуді логарифмдесек, келесі теңдеулерді аламыз:

Мұндағы: D - оптикалық тығыздық немесе экстинкция; жарық өткізгіштік деп аталады.

Монохроматты жарықпен жұмыс істегенде оптикалық тығыздық қандай толқын ұзындығында өлшенетіндігін көрсетіп жазу керек (D_λ)

Ламберт-Бугер-Бэр теңдеуін былай түрлендіруге болады:

Соңғы теңдеудегі (Jo-J)/Jo шамасын салыстырмалы жұтылу деп атайды.

Енді мольдік жұтылу коэффициентінің () физикалық мәнін анықтайық: с=1 моль/л және - болғанда (6)-теңдеуден:

Демек, мольдік жұтылу коэффициенті деп концентрациясы с=1 моль/см³-ке, ал калыңдығы l=1см-ге тең epiтіндінің оптикалық тығыздығын айтады. ɛ=0 болғанда

J_ө = Jo (7)

Мольдік жұтылу коэффициенті (ɛ) жарықтың толқын ұзындығына (λ), температураға (Т) және epіген зат пен ерітіндінің табиғатына байланысты, ал ерітіндінің концентрациясына байланысты емес.

Жоғары дисперстік коллоидтық жүйелерді зерттеу үшін жарықтың шашырау құбылысына негізделген мынадай оптикалық әдістер қолданылады: 1) ультрамикроскопия; 2) нефелометрия және 3) турбидиметрия.

1) Золь сұйық болуы тиіс. Егер ерітінді концентрлі болса, онда бөлшектер бipбipiнe жабысады да, бақылау қиындай түседі.

2) Коллоидтық бөлшектер тіпті кішкентай да немесе тіпті үлкен де болмауы керек;

3) Дисперстік фазаның сыну көрсеткіші (n₁) ортаның сыну көрсеткішінен (n ₀) артық болуы шарт.

Ультрамикроскоп арқылы коллоидтық ерітінді бөлшектерінің сандық концентрациясын да анықтауға болады. Ол үшін микроскоп арқылы ерітіндінің белгілі бip көлеміндегі бөлшектердің санын анықтайды.

Ультрамикроскоп арқылы бөлшектің пішіні туралы да мәлімет алуға болады. Егерде бөлшектен шашыраған жарықтың қарқындылығы өзгеріп тұрса, онда бөлшек анизодиаметрлік (бұрыс) пішінде болғаны. Ал бөлшектен шашыраған жарықтың қарқындылығы тұрақты болса, онда ол изодиаметрлік (шар тәрізді) пішінде болғаны.

Ультрамикроскоп арқылы коллоидтық бөлшектердің өлшемiн анықтауға болады. Ол үшін алдымен бөлшектің сандық концентрациясын (v), сонан соң оның көлемін ( ) анықтайды:

(1)

Сонан соң ерітіндінің массалық концентрациясын біле отырып, бөлшектің радиусын есептедік

1) Есептелген бөлшек радиусы жуық шама;

2) Көп уакытты қажет етеді. Бөлшек радиусының бip мәнін алу ушін 100-ге дейін есептеулер жүргізу керек.

Орыс ғалымдары Б.В.Дерягин мен Г.Я.Власенко ағынды ультрамикроскоп құрастырды. Оның жұмыс icтey принципі мынаған

Электрондық микроскопия әдісінде жарықтың орнына электрондар ағынын қолданады. Бұның өзі прибордың сезімталдығын арттырады. Бұл әдіс арқылы коллоидтық бөлшектерді көруге және оның суретін түcipyгe болады. Электрондык микроскопия әдісімен коллоидтық бөлшектердің көлемін және сандық концентрациясын анықтауға болады.

Нефелометрия әдісі коллоидтық бөлшектердің жарықты шашырату қасиетіне негізделген. Коллоидтық ерітінді арқылы өткен жарықтың шашырауын зерттей отырып, оның қарқындылығын өлшеу арқылы коллоидтық бөлшектердің сандық концентрациясын және көлемін анықтауға болады. Ол үшін стандартты және зерттелетін екі ерітінді алынады. Екеуіндегі коллоидтық бөлшектердің массалық концентрациялары бірдей және стандартты ерітінідідегі коллоидтық бөлшектердің өлшемі белгілі болуы тиіс.

Енді екеуінің қатынасын алатын болсақ с₁=c₂ болғанда,

Олай болса υ₁ мен Ј¹_ш - белгілі болса, онда J^”_ш -нi өлшеп, υ₂- нi есептеуге болады.

Нефелометрия әдісі жоғары молекулалық қосылыстардың молекулалық массаларын анықтау үшін кеңінен қолданылады. Ол үшін Рэлей тендеуін мына түрде қолданады:

J₀ = J₀ k·v·υ²/λ⁴ с = v·m_б= v·u·p vu=c/p. (11)

Мұндағы: m_б- бөлшектің массасы, олай болса,

(12)

Мұндағы: m_м- макромолекуланың массасы; с - оньщ ертіндісінің массалық концентрациясы.

Сонда

(13)

Мұндағы: М - макромолекуланың молекулалық массасы:

Бұл әдістің кемшілігі: макромолекуланың өзара әрекеттесуінің нәтижесінде молекулалық массаның мәні өзгеруі мүмкін. Бұл кемшіліктен арылу үшін Дебайдың абсолюттік әдісін пайдаланады. Дебай полимер ертіндісіндегі осмос қысымын былай өрнектейді:

Мұндағы: A₁= 1/ М бөлшектің еріткішпен әрекеттесуін сипаттайтын коэффициент.

1/М

Сур. 5.

Стандартты және зерттейтін ерітінділер үшін:

Бөлшектердің көлемдері өзара тең болса u₁= u₂, онда

Демек, ерітінділердің оптикалық тығыздықтарын өлшей отырып, белгісіз ерітіндінің сандық концентрациясын анықтауға болады.