ПӘннің ОҚУ-Әдістемелік кешені «Коллоидты химия» «5В072100» – Органикалық заттардың химиялық технологиясы» мамандығы үшін ОҚУ-Әдістемелік материалдары
жүктеу/скачать 4,56 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Жарықтың шашырау құбылысына негізделген дисперстік жүйелерді зерттеудің оптикалық әдістері.
Жарықтың жұтылуы (абсорбциясы). 1760 ж. Ламберт пен Бугер жарықтың шашырауын зерттей отырып, ерітіндідегі өткен жарықтың қарқындылығы (Jө) мен оған түскен жарықтың қарқындылығы (J0) арасындагы мынадай байлансты тапты:  (2)
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:
Демек, ерітіндіден өткен жарықтың қарқындылығы оған түскен жарықтың қарқындылығына тура пропорционал да, ерітіндінің молъдік концентрациясы мен қалыңдығына кepi пропорционал. Тендеуді логарифмдесек, келесі теңдеулерді аламыз:  ; (5)
Мұндағы: D - оптикалық тығыздық немесе экстинкция; Монохроматты жарықпен жұмыс істегенде оптикалық тығыздық қандай толқын ұзындығында өлшенетіндігін көрсетіп жазу керек (Dλ) Ламберт-Бугер-Бэр теңдеуін былай түрлендіруге болады:  (6)
Соңғы теңдеудегі (Jo-J)/Jo шамасын салыстырмалы жұтылу деп атайды. Енді мольдік жұтылу коэффициентінің () физикалық мәнін анықтайық: с=1 моль/л және Демек, мольдік жұтылу коэффициенті деп концентрациясы с=1 моль/см3-ке, ал калыңдығы l=1см-ге тең epiтіндінің оптикалық тығыздығын айтады. ɛ=0 болғанда Jө = Jo (7) Мольдік жұтылу коэффициенті (ɛ) жарықтың толқын ұзындығына (λ), температураға (Т) және epіген зат пен ерітіндінің табиғатына байланысты, ал ерітіндінің концентрациясына байланысты емес. Бугер-Ламберт-Бэр заңы гомогенді (біртекті) жүйелерге арналып корытылып шығарылған. Алайда оны жоғары дисперстік коллоидтык жүйелерге де қолдануға болады. Жарықтың шашырау құбылысына негізделген дисперстік жүйелерді зерттеудің оптикалық әдістері. Дисперстік жүйелерді зерттеуде оптикалық әдістердің маңызы зор. Оның ceбeбi бұл әдістер өте ыңғайлы және тез өлшеуге мүмкіндік береді. Жоғары дисперстік коллоидтық жүйелерді зерттеу үшін жарықтың шашырау құбылысына негізделген мынадай оптикалық әдістер қолданылады: 1) ультрамикроскопия; 2) нефелометрия және 3) турбидиметрия. Ультрамикроскопия 
Сур. 1. Саңылаулық ультрамикроскоп схемасы. Сур . 2. Конденсор күңгірт өрісінде жарық бағытының схемасы . Бұл әдісті 1903 ж. Зидентопф пен Зигмонди ұсынған. Кәдімгі микроскоп арқылы өлшемі d>0,2 мкм бөлшектерді ғана көруге болады. Демек, коллоидтық бөлшектерді кәдімгі микроскоп арқылы көре алмаймыз. Ультрамикроскоп арқылы коллоидтық бөлшектерді көруге, есептеуге және олардың қозғалысын анықтауға болады. Ультрамикроскоптың жұмыс icтey принципі мынадай: коллоидтық ерітіндіге бүйірінен жарық түсіреді де, кәдімгі микроскоп арқылы шашыраған жарықты қарайды. Ультрамикроскопта фон күңгірт болады да, бөлшектер жарқылдап тұрады. Ультрамикроскопты қолдану үшін мына шарттар орындалуы қажет: 
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:
Сонан соң ерітіндінің массалық концентрациясын біле отырып, бөлшектің радиусын есептедік  (2)
Ультрамикроскопия әдісінің кемшіліктері: 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 әдісі 
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. Сур. 3. Электронндық микроскоп схемасы. 1 –электронндық пушка; 2 – конденсорлық линза; 3 – зерттелетін объект; 4 – объектив линзсы; 5 – аралық көрінісі; 6 – проекциялық линза; 7 –флуоресциріленетін экранда ақырғы көрінісі; 8 – фотопластинка. Нефелометрия 
Сур. 4. Нефелометр схемасы. 1 – сурет бетінің артында орналасқан жарық көзі; 2 и 3 – эталон және жұмыс жүйесімен кюветалар. 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. Стандарттық және зерттелетін екі ерітінділердегі коллоидтық бөлшектердің сандық концентрациялары әртүрлі болғандықтан, олардан өткен жарық шашырауының қарқындылығында айырмашылықтары болады:  (9)
Бұдан:  (10)
Енді екеуінің қатынасын алатын болсақ с1=c2 болғанда, 
Олай болса υ1 мен Ј1ш - 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·mб= v·u·p vu=c/p. (11) Мұндағы: mб- бөлшектің массасы, олай болса,
Мұндағы: mм- макромолекуланың массасы; с - оньщ ертіндісінің массалық концентрациясы. Сонда
Мұндағы: М - макромолекуланың молекулалық массасы:  14)
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:  (15)
Мұндағы: A1= 1/ М бөлшектің еріткішпен әрекеттесуін сипаттайтын коэффициент. Тендеуді екінші парциальдық А2 коэффициентке дейін өрнектесек, мынадай тендеу аламыз:  16
Мұндағы  - Дебай константасы. n мен n0 ертінді мен еріткіштің сыну көрсеткштері. Нс/т = f (с) түзүінен 1/М мен А2 - нi анықтайды (2-сурет). Бұл әдіс абсолюттік әдіс болып саналады. өйткені Дебай константасына белгілі мәндер кіредi.Ерітіндінің сыну көрсеткішін интерферометр арқылы өлшеуге болады.
 
1/М
С Сур. 5. мен концентрация арасындағы байланыc
Турбидиметрия әдісі Турбидиметрия - өткен жарықтың қарқындылығын өлшеуге негізделген әдіс. Ламберт-Бугер-Бэр заңына сәйкес: 
Стандартты және зерттейтін ерітінділер үшін: 
Бөлшектердің көлемдері өзара тең болса u1= u2, онда   18
Сур. 6. Турбидиметр (фотоэлектроколориметр) схемасы. 1 – жарық көзі; 2 – айналар; 3 – кюветалар; 4 – призмалар. Демек, ерітінділердің оптикалық тығыздықтарын өлшей отырып, белгісіз ерітіндінің сандық концентрациясын анықтауға болады. жүктеу/скачать 4,56 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|
(4)
жарық өткізгіштік деп аталады.
- болғанда (6)-теңдеуден:
(1)
(12)
(13)