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


Өзін-өзі тексеруге арналаған сұрақтар



бет13/21
Дата25.01.2017
өлшемі4.56 Mb.
1   ...   9   10   11   12   13   14   15   16   ...   21

Өзін-өзі тексеруге арналаған сұрақтар:

  1. Электрокинетикалық құбылыс қандай теңдеумен анықталады?

  2. Коллоидты жүйелерге құрылымдық немесе агрегативті тұрақтылыққа негіз болатын күштер қандай ?

  3. Дзета потенциал қандай формуламен анықталады ?


2 МИКРОМОДУЛЬ «Беттік құбылыстар. Дисперсті жүйелердің тұрақтылығы»

6 дәріс Тақырыбы «Коллоидты ерітінділерді алу



және тазалау әдістері»

Мақсаты: Коллоидты ерітінділерді алу және тазалау әдістерімен танысу.

Жоспар

1. Коллоидты ертінділерді алу әдістері

А. Дисперстік әдістер

1. механикалық әдіс

2. ультрадыбысты әдіс

Ә. Конденсациялау әдістері

1. физикалық

2. химиялық

Б. Электрлік әдіс

В. Пептизация әдісі

Г. Өздігінен диспергациялану әдісі

2. Коллоидты ерітінділерді тазалау әдістері

1. диализ

2. электродиализ

3. ультрасүзу

Тақырыптың қысқаша мазмұны:

Коллоидты – дисперсті жүйелерді алу

Затты ұнтақтап конденсациялау әдістерімен коллоидты бөлшектер алуға болады. Коллоидты ерітіндідегі бөлшектер бірімен-бірі өзара қақтығысқанда, олардың жабысып, іріленуіне кедергі болатын тұрақтандырғыштардың (стабилизаторлардың) болуы қажет (мысалы, электролит иондарының коллоидты бөлшектің бетіндегі ионды-гидратты қабықша). Коллоидты бөлшектер дисперстік ортада (еріткіште) нашар еруі керек. Осы айтылған, жайдың бәрі бірдей орындалғанда коллоидты системадағы бөлшектердің тұнбаға түсуіне кедергі болатын электр заряды мен гидратты қабықша пайда болады.



А. Дисперстік әдістер. Дисперстік әдіс берілген үлкен қатты затты майдалап, сосын, оны ұнтақтап, коллоидты-дисперсті бөлшектерге дейін кішірейтуге бағытталған. Мұның өзін бірнеше әдіспен жүзеге асырады.

Механикалық әдіс. Механикалық әдіс берілген қатты заттың үлкен бөлшектерін ұзақ және тоқтаусыз, әрі жылдам ысқылау, ұнтақтау сияқты механикалық жолмен кішірейтуге бағытталған. Бұл арнайы машиналармен жүзеге асырылады, шары бар және коллоидты диірмендер қолданылады. Шары бар диірмен – (техникада оны шарлы, шарлық диірмен дейді) ішінде әртүрлі өлшемдегі болат не фарфор, тіпті кейде басқа да қатты заттардан әзірленген шары бар, іші қуыс болат цилиндр. Әдетте диірмен ішіндегі мен шариктер біртекті және ұнтақталатын заттан едәуір қатты болады. Осындай диірмен ішіне дисперстелетін зат пен түрлі өлшемдегі шарлар бірге салынады да белгілі жылдамдықпен, электромотор көмегімен айналдырылады. Ондағы ұнтақталу шар көмегімен жүзеге асады. Мұндай диірмендер әр түрлі дисперстелген жүзгіндерді алу үшін кеңінен пайдаланылады. Әйтсе де бұл диірменде ұсақталған заттардың дисперстілік дәрежесі төмен, ондағы бөлшектердің диаметрі – 50-60 мкм шамасында.

Егер дисперстік дәрежесі жоғары зат керек болса, онда арнаулы коллоидты диірмен пайдаланылады. Мұндай коллоидты диірменнің бір түрін Плауссон 1920 жылы ұсынды. Ол – іші қуыс цилиндр, ішіндегі қалақшалары бар ротор минутына 20 мыңға дейін жылдамдықпен айналады. Диірмен ішкі будырлы бөлігі мен ротор қалақшасы арасына түскен зат біліктің жылдам айналуынан ұнтақталады (ұнтақталу дәрежесі 0,1 – 1,0 мкм). Ұнтақталған бөлшектердің өзара бірігіп, жабысып қалмауы үшін тұрақтандырғыштар қосады.





Ультрадыбысты әдіс. Соңғы кезде заттарды ультрадыбыс әдісі мен ұнтақтау кең таралуда. Ультрадыбыстың әсер етуші механизмі әлі де болса толық зерттелмегендіктен, оның кейбір жайы мен мәні түсініксіз. Сұйық бөлшектері системадағы өте тез ауысатын қысым мен кеңеюі салдарынан бөліне келіп, ұнтақталуы мүмкін деген болжамдар бар. Ультрадыбысты қондырғылардың өнімдігі аса жоғары

Ә. Конденсациялау әдістері. Конденсациялау әдісінің екі түрі болады: физикалық және химиялық конденсация. Физикалық конденсация еріткіштерді ауыстыруға негізделген әдіс. Нағыз ерітіндінің еріткішін басқа еріткішпен алмастырғанда жаңадан пайда болған ерітіндіде ерімейтін аса жоғары дисперсті фазадағы коллоидты система туындайды. Мысалы, кәдімгі ағаш шайыры спиртте өте жақсы еріп, нағыз ерітінді түзеді. Осы ерітіндіге таза суды біртіндеп қосса, онда бастапқы нағыз ерітінді коллоидты ерітіндіге айналады. Мұнда спирт суда жақсы ериді де, ағаш шайыры спиртте жақсы ерігенімен суда нашар еритіндіктен, аса жоғары дисперсті фазадағы колоидты ерітіндіге айналады. Осындай әдіспен күкірттің, фосфордың, ағаштан алынатын хош иісті қарамайдың, полимерлердің, тағы да басқа көптеген заттардың коллоидты түрін алуға болады.

Химиялық конденсация - нәтижесінде ерімейтін немесе қиын еритін заттар түзілетін ерітіндідегі химиялық реакцияны жүргізуге негізделген әдіс. Басым көпшілігі тотығу, тотықсыздану, гидролиз, алмасымды сияқты химиялық реакцияларға негізделген. Бұл реакциялар кезінде ерітінділер еріген заттардың ерімейтін күйге ауысуы нәтижесінде коллоидтыға түрленеді. Сондай-ақ, конденсациялау әдісі химиялық реакциялармен қатар олардың конденсациялануы сияқты физикалық құбылыстарымен де сипатталады. Конденсациялау әдістерінің маңызды түрлеріне қысқаша тоқталайық.



Тотығу. Тотығу реакциясы кезінде алынатын заттардың бірі коллоидты күйдегі бөлшек түрінде түзіледі. Мысалы, сутекті күкірттің оттек немесе күкірт (IV) оксидімен тотығу реакциясын алуға болады. Осы реакция кезінде бөлінетін бос күкірт коллоидты күйдегі ерітінді береді:

2H2S + O2 = 2H2O + 2S; 2H2S + SO2 = 2H2O + 3S (1)

Көптеген зерттеулер көрсетіп отырғандай, бұл реакция жайғана тотығу реакциясы сияқты емес, өте күрделі жүріп, қосымша тиоқышқылдар пайда болады екен.

Тотықсыздану. Коллоидты ерітінділерді химиялық әдістер арқылы алу жолдарының арасында, әр түрлі ерітінділердегі металдарды тотықсыздандыру реакциясы кең таралған. Бұл реакция кезіндегі металл иондары тотықсызданып, бос атомға айналады да, конденсацияланып немесе өзара бірімен-бірі бірігіп, коллоидты өлшемдегі бөлшекке дейін үлкейеді. Бұған мысал ретінде сутек пероксиді немесе формалин арқылы тотықсыздандырып, алтын золін алуда келтіруге болады:

HAuCl4 + 3H2O2 → 2Au +8HCl + 3O2 (2)

2HAuCl4 + 3HCHO + 11KOH → 2Au + 3HCOOK + 8HCl + 8H2O (3)

Тотықсыздандыру реакциясын пайдаланып, күміс, платина, палладий, торий, осмий, сынап сияқты көптеген металдардың коллоидты күйдегі ерітінділері алынады.



Алмасымды ыдырау. Күрделі екі химиялық қосылыс өзара әрекеттескенде, әуелі иондарға ыдырап, сосын иондарымен алмасады. Осы кезде жаңадан түзілетін қосылыстардың бірі ерітіндіде еріместен тұнбаға шөгінді ретінде түсуге бейімді. Егер осындағы мұндай заттарды коллоидты өлшемдегі бөлшек қалпында ұстаса, онда осы қосылыстың золі пайда болады.

BaCl2 + K2SO4 → BaSO4 + 2KCl (4)

AgNO3 + KCl → AgCl ↓ + KNO3 (5)

Мұндағы барий сульфаты мен күміс хлориді тұнбаға түседі. Ал осы ерітінділерді өте төменгі концентрция кезінде араластырса, онда бүкіл ерітінді көлеміне бірдей таралған өте ұсақ түйіршіктер пайда болады. Осы бөлшектерді тұрақтандыру үшін желатин ерітіндісін қосса, ол әлгі бөлшектерді сыртынан орап, біріктірмейді. Мінеки, осындайдан тұрақты коллоидты ерітінді туындайды.



Гидролиз. Көптеген металдардың тұздары жеңіл гидролизденіп, металл гидроксиді мен қышқылға ыдырайды. Осындай реакция кезінде пайда болатын металл гидроксидтері нашар еритін болса, онда түрлі коллоидты ерітінді шығады. Мысалы, өте әлсіз негіз бен аса күшті тұз қышқылының тұзы – темір (III) хлориді гидролиз реакциясы арқылы нашар еритін темір (III) гидроксидіне және тұз қышқылына ыдырайды:

FeCl3 + 3H2O → Fe(OH)3 + 3HCl (6)

Fe(OH)3 + HCI → FeOCl + 2H2O (7)

Осы реакция кезінде пайда болатын темір тұзы (FeOCI) ішінара иондарға диссоциацияланады: FeOCl ↔ FeO+ + Cl-. Осы иондар темір (III) гидроксидінен тұратын бөлшектердің айналасында болатын ионогенді қабатпен қамтамассыз етіледі және осының салдарынан да олар ерітіндіде қалқып, жүзгін түрінде жүреді, яғни тұнбаға түспейді.



Б. Электрлік әдіс. Бұл әдісті 1898 жылы Бредич ұсынған болатын. Көбінесе электрлік әдісті асыл металдардың коллоидты ерітінділерін алу үшін қолданылады. Әдетте, платина, алтын, күміс сияқты коллоидты ерітінділер алынатын асыл металдардан әзірленген су ішіндегі екі электрод арасында электр доғасын тудырады. Осы кезде электрод арасында пайда болған электр доғасының әсерінен шыққан өте жоғары температурада әуелгі асыл металл балқып буланады да, су ішінде салқындап, өлшемі коллоидты бөлшек шамасындағы дисперсті фаза құрайды. Бүкіл процесс сумен салқындату арқылы жүргізіледі.

В. Пептизация әдісі. Іс жүзінде суда ерімейтін көптеген тұнбалар кейбір заттар әсерінен коллоидты ерітіндіге айналады. Ақуыздардың пепсин әсерінен еруін пептизацияға сырттай ұқсатып, осы терминді алғаш Грэм енгізді. Пептизация тұнбаны шаю кезінде немесе арнайы заттар – пептизаторлар қосу кезінде жүреді. Бұл кезде тұнбадан коагуляциялаушы иондар кетіріледі немесе иондар тұнбаның коллоидты бөлшектерінің бетіне адсорбцияланады. Бұл қос электр қабатының түзілуіне немесе коллоидты бөлшектердің айналасында сольватты қабаттың пайда болуына әкеледі. Түзілген қабат бөлшектер арасындағы жабысу күшін әлсіретеді. Осылайша босаған бөлшектер жылулық қозғалыс есебінен сұйықтық көлеміне еркін таралады. Яғни, пептизация коагуляция процесіне кері процесс деп айтуға да болады.Пептизацияға рекристаллизация және ескіру процестері кедергі келтіреді. Тұнбаны пептизациялап лиозоль алу үшін бөлшектің барлық беті адсорбцияланған пептизатормен қапталуы шарт емес. Мысалы Фаянс күміс бромидінің тұрақты золі түзілу үшін оның бөлшектерінің бетін пептизатор ретінде қосылған бромид ионы бар электролит тек ¼ не 1/10 бөлігін қаптаса жеткілікті екенін анықтады. Алайда пептизатор мөлшеріне алынған зольдегі бөлшектер дисперстілігі тәуелді: пептизатордың аз мөлшері қосылса бірнеше біріншілей бөлшектерден тұратын жоғары ретті бөлшектер, ал пептизатордың көп мөлшері қосылса жекелеген біріншілей бөлшектер түзіледі. Жүйені араластыру және температурасын көтеру пептизация жылдамдығын арттырады.Пептизация кезінде пептизацияланған зат мөлшері, алынған тұнба және пептизатор арасында белгілі бір тәуелділік байқалады. Бұл тәуелділікті Во. Оствальд және Бузаг зерттеген. Ол тұнба ережесі деп аталады.
Пептизация тікелей және жанама деп екіге бөлінеді. Егер түйіршік бетіне оларды ажыратпас (бөлмес) бұрын қосылған пептизатор (дәлірек айтсақ, оның иондары) адсорбцияланса, ол тікелей пептизация деп, ал түйіршік бетіне пептизатордың дисперсті фаза заттарымен әрекеттесуінің нәтижесінде алынған өнімі (дәлірек айтсақ, тағы да алынған пептизатор иондары) адсорбцияланса, ол жанама пептизация деп аталады.

Г. Өздігінен диспергациялану әдісі. Кейбір жағдайларда сұйық ортада қатты немесе сұйық заттар өздігінен диспергацияланып, екіфазалық, термодинамикалық тұрақты коллоидтық немесе микрогетерогенді жүйе түзеді. Мұндай жүйелерді П.А. Ребиндер лиофильді жүйелер деп атады. Себебі бұл жағдайда дисперсті фаза мен дисперсті орта арасында күшті өзара әрекеттесу байқалады. Мұндай жүйелерге критикалық температураларға жақын температураларда өздігінен түзілетін эмульсиялар, парафиндердің көмірсутектердегі дисперсті зольдері, эмульсолдар деп аталатын сабын мөлшері көп (10-40%) көмірсутектердің немесе сабынтәрізді беттік активті заттардың сулы ерітінділері жатады. өздігінен диспергациялану σ1,2 < σкрит≈0,01эрг/см2 болатын коллоидты жүйелерге тән.

Коллоидты системаларды тазарту

Жоғары молекулалық қосылыстардың гидрофобты зольдері мен ерітінділерін алу кезінде олар түрлі қосымшалармен ластанады; көбінесе мұндай системада бастапқы электролит кездеседі; системаға артығымен қосылатын тұрақтандырғыштармен ластанады. Тұрақты колоидты ерітінді алу үшін оларды жоғарыдағыдай қажетсіз заттардан тазарту керек. Енді жоғары молекулалық қосылыстардың және басқа да коллоидты системалар мен ерітінділерді тазалаудың кейбір түрлерін қарастырайық.



1. Диализ. Жартылай сіңіру қабілеті бар кеуек арқылы өтетін қоспалардан коллоидты ерітінділерді арылту әдісін диализ дейді. Бұл өте қарапайым және жеңіл әдісті Грэм ұсынған болатын. Диализ әдісі коллоидты ерітіндіні тазалағанда жартылай өткізілетін кеуектен нағыз ерітінділер өтеді де, ал бөлшек өлшемі ірілері сүзіліп, өтпей қалу құбылысына негізделген. Диализ жүргізілетін қондырғыларды диализатор деп атайды. Ол үлкен науа ішіндегі жартылай өткізетін кеуектен жасалған қалтадан тұрады. Қалта ішіне коллоидты ерітінді құйылады да, науа ішінде ылғи су ағызылып тұрады. Осы кезде кеуектен өткен қоспа ерітінділер су мен ауадан ағып кетеді. Қалта ішіндегі және сыртындағы ерітінді концентрация айырмасы артқан сайын диализатордың өнімділігі жоғарылай түседі. Диализатордың басты кемшілігі диализ процесінің баяу жүретіндігінде. Жартылай өтізгіш мембранадан өткізу арқылы коллоидты бөлшектерді ұстап қалу қасиетіне негізделген коллоидты ерітінділерді иондар мен молекулалар қоспаларынан тазарту әдісін диализ деп атайды. Қолданылатын аспап диализатор деп аталады. Қарапайым диализатордағы диализ көп уақытты алады. Кейінгі кезде коллоидтарды электролиттерден жылдам әрі толығымен тазартатын электродиализ әдісі қолданылуда. Бұл тұрақты токты қолдана отырып электродиализаторда (екі мембрана арқылы үш бөлікке бөлінген ыдыс) жүргізіледі.

2. Электродиализ. Бұл – диализ әдісін электр тоғын пайдаланып, жеделдетілген әдіс. Әр түрлі үлгі бойынша құрастырылған электродиализаторлардың жұмыс істеу негізі бір. Ол ішкі қабырғылары жартылай өткізетін қабілеті бар кеуектен жасалған үш науадан тұрады. Осы үш науаның ортасындағысына тазаланатын коллоидты ерітінді, ал сыртқы екі науаға ағын су – еріткіш құйылады. Сыртқы науа ішіндегі электродқа тұрақтыток кернеуі беріледі. Ондағы потенциал 2–5·103 В/м-деп кеміген кезде, коллоидты ерітіндідегі әрбір ион өзіне сәйкес келетін полюстегі электродқа қарай бағытталады. Кеуек арқылы тек иондар ғана өткендіктен, коллоидты ерітінді өзіндегі қосымша электролиттерден тазалана бастайды. Кәдімгі жай диализаторлардағы тазарту процесі тәулектетіп жүрсе, ал электродиализаторлардағы бұл процесс өте жылдам өтеді және еріткіш шығымы барынша азаяды. Соңғы кезде электродиализ әдісі биохимияда, медицинада, тамақ өнеркәсібінде жиі қолданылуда. Коллоидты ерітінділерді жартылай өткізгіш мембрана арқылы фильтрлеу жолымен дисперстік фазаны дисперстік ортадан бөлу процесін ультрафильтрация деп атайды. Ультрафильтрация кезінде коллоидты бқлшектер фильтрде (мембранада) қалады, ал құрамында электролиттері бар фильтрат еріткішке өтеді.

3. Ультрасүзу. Ультрасүзу деп қатты, қуысты денеге арнайы бекітілген жартылай өткізгіштік қабілеті бар кеуек сүзгіштер арқылы коллоидты ерітіндіні сүзу процесін айтады. Кәдімгі сүзгіш қағаз арқылы коллоидты ерітінділер оңай өтетіндіктен, ультрасүзу кезінде арнаулы целлофан немесе коллоид сіңірілген сүзгіш қағаздар пайдаланылады. Әдетте, ультрасүзу процесі үлкен қысымда не вакуумда жүргізіледі. Мұндайда не сығу, не сору құбылыстары пайда болып, олар сүзу ісін тездетеді және осы кезде дисперсті фаза, яғни коллоидты бөлшектер сүзгіште қалады да, «керексіз ерітінді» сүзгіштен өтеді. Ультрасүзу әдісі жоғары молекулалық қосылыстардың зольдері мен ерітінділерін концентрлеу үшін жиі қолданылады. Бұл әдіс, әсіресе, коллоидты система температураға төзімсіз болған жағдайда аса құнды. Ультрасүзу кезінде тек белгілі дисперстік дәрежедегі коллоидты бөлшектерді өткізетін сүзгіштерді қолдану арқылы олардың өлшемін анықтап, сұрыптауға да болады. Осы негізге сүйене келіп, көптеген вирустар мен бактериялрдың өлшемі алғаш рет дәл анықталған. Соңғы кезде электродиализ және ультрасүзу әдісі бір қондырғыда біріктіріліп қолданылуда. Мұндай құрама әдісті электроультрасүзу дейді. Әрине, оның жылдамдылығы өзіне дейінгі әдістегіден едәуір жоғары.

Негізгі түсініктер: диспергация әдісі, конденсация әдісі, ультрадыбысты әдіс, механикалық әдіс, тотығу, тотықсыздану, алмасымды ыдырау, гидролиз, еріткішті ауыстыру, электрлік әдіс, пептизация әдісі, өздігінен диспергациялану әдісі, диализ, электродиализ, ультрасүзу.

Өзін-өзі бақылау сұрақтары:

1.Коллоидты ерітінділерді алу әдістері

2.Коллоидты ерітінділерді тазалау әдістері

3.Диализ, электродиализ, ультросүзу әдістерінің қолданылуы



Қолданылған әдебиеттер:

Мұсабеков Қ.Б.,Әбдиев Қ.Ж. Коллоидтық химия: Оқулық.-Алматы: 2011. - Б. 127-132.

7 дәріс

Тақырыбы: Беттік құбылыстар

Мақсаты: Беттік құбылыстармен танысу.

Жоспар

1. Беттік құбылыстар


2. Беттік керіліс, беттік энергия
3. БАЗ және БИЗ ұғымдары
4. Беттік керілісті өлшеу әдістері

Тақырыптың қысқаша мазмұны:

1см2 фазалар бөліну бетіне тиесілі беткі қабаттағы артық энергия беттік керіліс немесе беттік энергия деп аталады.

1см2 фазалар бөліну бетін түзу үшін жасалған жұмыс немес оған эквивалентті 1см2 фазалар бөліну бетіне тиесілі беткі қабаттағы артық энергия беттік керіліс немесе беттік энергия деп аталады. Ол эрг/см2 , СИ бірлігінде беттік энергия өлшемі Дж/м2 , беттік керілу өлшемі Н/м деп белгіленеді. Судың мынадай фазалар бөліну бетіндегі бетік керіліс мәндері әр түрлі: су-бензол, су-ауа, су-су буы, су-азот. Сондықтан әр түрлі заттардың беттік керілісін олар бірдей фазамен шекаралас болса ғана салыстыруға болады. Әдетте беттік керілісті зат-ауа бөліну бетінде анықтайды. Жекелеген сұйықтық үшін бөліну беті түзілу кезінде s мәні лезде, 0,001 с-та орнығады.
Полярлығы жуық сұйықтықтар бір-бірімен кез-келген қатынаста араласа алады және олардың арасындағы беттік керілу нольге тең болу керек. Ал бір-бірінде шектеулі еритін сұйықтықтардың бөліну бетіндегі беттік керіліс мәні осы сұйықтықтардың ауамен бөліну бетіндегі беттік керіліс мәндерінің айырымына тең. Бұл ереже Г.Н. Антонов ережесі деп аталады:
s(бензол-су)=s(су-ауа)-s(бензол-ауа) Антонов ережесі.

Беттік керіліс дегеніміз фазалар бөліну бетінің 1см2 на келетін бос энергияның артық мөлшері десек, онда осы артық мөлшердегі энергияны беттік ауданға көбейте отырып берілген гетерогенді жүйенің бос беттік энергиясын (Гиббстің беттік энергиясын) табамыз.

s(2)sG= беттік керіліс, эрг/смsМұндағы: G=бос беттік энергия, эрг;2; S=фазалар бөліну беті, см2

Беттік керіліс көп факторларға тәуелді

1.Зат табиғатына тәуелді

2.Температураға тәуелді

3.Бөгде заттардың болуына тәуелді.

Термодинамиканың екінші заңына сай, жүйенің тұрақты тепе-теңдігінің шарты бос энергияның минимумы. Жүйенің беттік энергиясы σ неғұрлым үлкен болса, жүйе соғұрлым тұрақсыз, ал σ неғұрлым кіші болса, жүйе соғұрлым тұрақты болып келеді. Қатты денелер де өз беттік қабатын азайтуға тырысады, алайда қатты агрегаттық күйдегі зат бөлшектерінің арасындағы айтарлықтай үлкен күштер беткі қабаттың өздігінен азаюына мүмкіндік бермейді.



G=ss →min екі өздігінен жүретін процестер арқылы жүзеге асады:
1.s →min болса, яғни фазалар бөліну бетін азайту есебінен. Бұл жағдайда коагуляция, коалесценция, сияқты бөлшектердің ірілену процестері өздігінен болып тұрады. Коагуляция және коалесценция процестері нәтижесінде фазалар бөліну беті S азаяды, яғни, бос беттік энергия мөлшері де азаяды.
2.→min, s = const болса, яғниs фазалар бөліну беті тұрақты болған жағдайда беттік керілісті азайту. Ол беттік қабатта беттік керілісі төмен заттардың өздігінен жинақталуы-концентрленуі нәтижесінде жүзеге асуы мүмкін. Мұндай процестерге адсорбция, адгезия, шылану жатады. Адсорбция дегеніміз фазалар бөліну бетінде заттардың өздігінен жинақталуына әкелетін сорбциялық процесс. Адсорбция кезінде беттік керілісті азайту есебінен бос беттік энергия кемиді. Егер жүйенің беттік , фазалар бөліну бетінің ауданы s үлкен болса, онда G да үлкенsкерілісі болады. Сондықтан коагуляция да үлкен жылдамдықпен жүреді, мұндай жүйелерді агрегативті тұрақсыз жүйелер деп атайды. Кейде дисперстігі дәл сондай жүйелерде коагуляция процесі өте баяу, тіпті білінбейді де, мұндай жүйелер агрегативті тұрақты деп аталады. Бұдан мынадай қорытынды жасауға болады: тұрақты коллоидты жүйелер алу үшін коллоидты бөлшектер бетінде БАЗ-ды адсорбциялау арқылы беттік энергияны азайтуға болады.
Ал беттік қабаттың ішкі (толық) энергиясы Гиббс-Гельгольц теңдеуімен байланысты:
(3)
Мұндағы Us- ішкі (толық) энергия, Дж; - беттік керілістің температуралық коэффициенті, Дж/(м2∙К).

БАЗ-дар дегеніміз молекуласында полярлы да, яғни дипольдік моменті айтарлықтай үлкен топтар (-ОН, -СООН, -NH2, -SH, -CN, -NO2, -NCS, -CHO, -SO3H) және полярлы емес (ароматикалық немесе алифатиклық радикалдар немесе көмірсутектік тізбек) те топтары бар органикалық қосылыстар. Мысалы біратомды спирттер, бірнегізді май қышқылдары. БАЗ молекулалары сулы ерітіндіге түскенде фазалар бөліну бетіне шығуға ұмтылады және бөліну бетіндегі олардың концентрациясы ерітінді көлемі ішіндегіден әлдеқайда жоғары болады. Бөліну бетінде олар топтарының табиғатына сәйкес орналасады: полярлры птотарымен суға бағытталып, полярлы емес топарымен ауаға бағыталады. БАЗ молекулаларын дифильді деп атайды. Бөліну бетінде БАЗдар қалыңдығы бір молекуладай қабат түзеді (сұйықтық бетін осындай пленкамен жабады).

Беттік керілуді өлшеу әдістері:

- Тамшыларды санау әдісі

- Көпіршіктер түзілуінің ең жоғары қысымы әдісі (Ребиндер әдісі)

- Сұйықтықтың капиллярмен көтерілу әдісі

Беттік керілу, оны анықтау әдістері физика курсында толық талданады. Сондықтан да бұл тарауда сұйықтар мен қатты денелерде кездесетін беттік керілу туралы қысқаша қарастырамыз. Беттік керілу бетке перпендикуляр бағытта сұйық молекуласын ішке қарай тартатын ішкі қысым күшінің әсерінен пайда болатын құбылыс. Ішкі қысым молекулалық әрекеттесу күштің нәтижесінде пайда болатындықтан, оның мәні зат полюстілігіне тәуелді, яғни берілген заттың полюстігі артқан сайын ішкі қысым да көбейеді. Мысалы, судың ішкі қысымы 14800 атм., бензолдікі 3800 атм. Демек, бензолдан гөрі судың полюстігі артық.

Ішкі қысым сұйықтың беткі қабатына орналасқан молекулаларды ішке тартады және сұйықтың беттік шамасын (ауданын) барынша азайтуға, кішірейтуге тырысады. Сұйықтың беттік мөлшерін азайтуға себепші болатын барлық шектің бірлік өлшеміндегі ұзындығына әсер етуші күшті беттік керілу күші немесе жай ғана беттік керілу дейді. Оның өлшем бірлігі – дин/см және бұл күш сұйық бетіне әрқашан перпендикуляр бағытталған. Сұйықтың беттік қабатын көбейту үшін ішкі қысыммен байланысқан кедергіні жеңуге бағытталған жұмыс жүргізу керек. Мұндағы қайтымды және изотермалық процестің бірлік өлшеміндегі бетті тудыруға арналған жұмыс, осы беттің үлесті бос энергиясына тең және ол эрг/см2-пен өлшенеді. Ал, егер эрг-дин∙см екенін еске алсақ, онда бір шаршы сантиметр бетті жасауға қажетті үлесті бос энергия шамасы осы беттегі беттік керілу күшіне теңеледі екен (дин/см). Олай болса, осы айтылғанға орай беттің үлесті бос энергиясы беттік керілуге тең; бұл екі шамада бір таңбамен (δ) өрнектеледі. Ескерте кететін бір жай, беттік бос энергия жүйенің бір компанентті сұйық болғанда беттік керілу күшіне теңеледі, яғни таза су, бензол, спирт, май сияқты жеке сұйықтардағы беттік бос энергияның шамасы оның беттік керілу күшіне тең екен.



Фазааралық шектің беткі қабатында бос энергияның артық болуын әр түрлі әдістер көмегімен дәлелдеуге болады. Мысалы, сұйық фазаның ішкі ортасына орналасқан молекуланың өзін қоршаған молекулалармен әрекеттесу күші орташа күшке айналады және ол күш өрісінің симметриялы болуына байланысты нөлге теңеледі. Газ бен сұйық фазаларының арасындағы шекті қабаттағы молекулалар газдан гөрі сұйық молекуласымен көбірек әрекеттесетіндіктен, ондағы тең әсерлі күш сұйыққа қарай, яғни сұйық фазаның беткі қабатына перпендикуляр бағытталады. Көлем өзгеріссіз қалатын жағдайдағы беткі қабаттың ауданын көбейту молекулааралық ішкі күшке қарсы жұмыс жүргізу кезінде фаза көлеміндегі молекулаларды беткі қабатқа шығарады. Изотермалық жағдайда жүргізілетін бұл жұмыс беткі қабаттағы бос энергияның артуына тең. Дәл осы сияқты қатты заттарды ұнтақтау кезінде де ондағы байланыс үзіліп, әрбір бөлшек саны артқан сайын беткі қабатта көбейеді және фазааралық беткі қабат артқандықтан, бос энергия жоғарлайды. Мұндай беткі қабат ауданына сәйкес көбейіп отыратын бос энергия туралы ойды кез келген фазааралық беткі қабаттарға пайдалануға болады.

1-сурет. Адсорбция изотермасы



Каталог: ebook -> umkd
umkd -> Мамандығына арналған Сұлтанмахмұттану ПӘнінің ОҚУ-Әдістемелік кешені
umkd -> Қазақстан Республикасының
umkd -> Қазақстан Республикасының
umkd -> Студенттерге арналған оқу әдістемелік кешені
umkd -> ПӘннің ОҚУ Әдістемелік кешені 5В011700 «Қазақ тілі мен әдебиеті» мамандығына арналған «Ұлы отан соғысы және соғыстан кейінгі жылдардағы қазақ әдебиетінің тарихы (1941-1960)» пәнінен ОҚытушыға арналған пән бағдарламасы
umkd -> «Балалар әдебиеті» пәніне арналған оқу-әдістемелік материалдар 2013 жылғы №3 басылым 5 в 050117 «Қазақ тілі мен әдебиеті»
umkd -> ПӘннің ОҚУ-Әдістемелік кешенінің
umkd -> 5 в 011700- Қазақ тілі мен әдебиеті
umkd -> 5 в 011700- Қазақ тілі мен әдебиеті
umkd -> «Филология: қазақ тілі» мамандығына арналған


Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   9   10   11   12   13   14   15   16   ...   21




©engime.org 2020
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет