С. Жайлауов физикалық химия

Совет ғалымдары А. В. Думанский, И. Н. Песков, С. М. Липа-тов, А. Н. Фрумкин және шетел ғалымдары Веймарн, Паули, Фа- янс, Кроит және басқалар қос электр қабатындағы теорияларға сүйеніп, коллоидты бөлшектердің мицеллярлі теориясы деп атала-тын жаңа теорияны ұсынды. Әуелде бөлшектердің мицеллярлі құ-рылысы жайлы түсінік пен көзқарас коллоидты химияда қарасты рылатын барлық системаларға, лиофилді зольдерге таралды. Әйтс^ де, соңғы зерттеулер көрсеткендей, лиофилді зольдер, яғни жоғарь молекулалық косылыстардың және полимерлердің ерітінділер лиофобты зольден өзгеше басқа құрылымда болады екен. Қазірг: коллоидты бөлшектердің мицеллярлі теориясының мәні тек лио фобты (гидрофобты) зольдер үшін сақталған. Кез келген лиофоб ты коллоидты ерітінді екі бөліктен тұрады, олардың бірі — мицел ла да, екіншісі — интермицеллярлі сұйықтық. Мицеллалар — золь дің, яғни коллоидты ерітіндінің дисперсті фазасының негізі болып есептелетін коллоидты бөлшектер, ал интермицеллярлі сұйық-тық — зольдің дисперсті ортасы және оның құрамына, еріткіш пен онда еріген заттармен қатар мицелла құрамына енбейтін баска да (электролиттер мен электролит еместер) заттардың ерітіндісі.

Қоллоидты мицелланың құрылысы кәдімгі молекула құрылы-сынан әлдеқайда күрделі. Ондағы негізгі бөлшектер ядро деп ата-латын бейтарап ішкі және екі иондық сферадан, яғни екі қабаттан тұратын ионогенді сыртқы бөлік болып екіге бөлінеді. Ядро кол-лоидты мицелланың негізгі массасын құрайды және ол металл не бейметалдардың гидрозолі болған жағдайда атомдардан тұратын комплекс немесе нейтрал молекула түрінде болады. Ядро құрамы-на енетін атомдардың немесе молекулалардың жалпы саны өте көп және ол ядро құрамындағы атомдар мен молекулалардың өлшемі-не, коллоидты системаның дисперстілік дәрежесіне байланысты Коллоидты химиядағы бұл бағыт бірінші дами бастағанда осң коллоидты бөлшектерді ғалымдар аморфты, ягни борпылдақ, қуыс болады деп ойлаған. Бірақ кезінде И. Г. Борщов жүргізген рент-генографиялық зерттеулер мицелла ядросының құрылысы кристал' ды екенін көрсетті.

Гидрофобты гидрозоль пайда болу кезінде өсетін ядро кұры лысы, адсорбцияланған иондардың қабатынан туындайтын стабилизатор (тұрактандырғыш) деп аталатын заттардың әсерінек тоқтап калуы мүмкін, яғни ядро кұрылысын мысалы, төрт не ода да көп сатыдан тұрады десек, онда әлгі тұрақтандырғыш көмегі мен кез келген сатыдағы ядро бөлігі кездесуі мүмкін. Ал коллоид ты мицелла ядросының айналасындағы ионды сфера адсорбция лық және диффузиялық екі қабаттан немесе екі сферадан тұрады;

194

Адсорбциялық қабаттың (сфераның) өзі ядро бетіне адсорбция-ланған және оған өз зарядының атауын беретін потенциал анықтаушы иондар қабаты мен электр статистикалық тартылыс күшімен берік байланысқан жылжымалы АВ жазыктығының сыртындағы кері иондар бөлігінен түрады. Осындағы ядро мен оның айналасындағы ионды атмосфера бірігіп, гранула деп атала-тын катион немесе анион түріндегі көп зарядты ион құрайды. Жыл-жымалы АВ жазықтығынын, сыртындағы диффузиялық қабаттың адсорбциялықтағыдай жанасу шегі, анық дисперсиялық фазасы болмайды. Бұл қабат адсорбциялық кабатқа орналасқан кері иондар мен потенциал анықтаушы иондар санының орташа айырымына теңеле-тін кері иондардан тұрады.

Гранула диффузиялық кері иондар қабатымен бірігіп, коллоидты бөлшек — мицелланы құрайды. Мицелла әр кезде де электр бейтарап. Сондай-ақ ол ерітіндіде реакцияға қатысса да, қатыспаса да, тіпті қоспа ретінде болса да әйтеуір кездесе беретін электролит иондары кері ион құрай береді. Мысал ретінде конденсация әдісі арқылы алынған күміс иодидінің гидрозолін қарастырайық: Коллоидты мицелланың құрылым теориясына орай мүндағы ядро йодты күмістің бейтарап молекула-ларынан тұрады. Ондағы өзара әрекеттесетін заттардың концентрацияларына байланысты үш түрлі жағдай болуы мүмкін:

1. Күміс нитратының концентрациясы иодты калий концентрациясынан артық. Мүндайда осы системада ерімейтін катты иодты күміс түйіршіктерінен (бөлшектерінен) басқа, күміс, калий және нитрат иондары болады. Осы кездегі пайда болатын коллоидты мицелла ядросының кристалды торы оның қүрамына берік еніп, оған өз зарядын телитіндіктен, потенциал анықтаушы деп аталатын күміс ионының есебінен толықтырылады. Күміс иондарының адсорбциялану нәтижесінде туындайтын электрлік заряд тер-модинамикалық потенциялды анықтайды. Оң зарядталған ядро ерітіндіде қалған өз зарядына кері ионды (N0) тартады. Кері иондардын, қалған бір бөлігі адсорбциялық қабатқа, ал екінші бөлігі диффузиялык кабаттың құрамына кіре-

ді. Күміс иодидінің гидрозольді мицелласынын, пайда болу жүйе сі 52-суретте көрсетілген.

2. Күміс нитратыньщ концентрациясы иодты калий концентра-циясынан кем. Мұндай жағдайда, коллоидты бөлшек ядросынын. бетіне тек иод анионы ғана адсорбцияланады. Олай болса, ядро құрамына енетін осы иод анионы оның зарядын да анықтайды.

3. Күміс нитратының концентрациясы мен иодты калий кон-центрациясы өзара тең. Мұндайда коллоидты ерітінді (золь) электрлік күй деп аталатын жағдайда, ягни электр кинетикалық потенциал (дзета-потенциал) нөлге теңелетін күйде болады. Осын-дай жағдайда диффузиялық қабаттың кері иондары адсорбциялык қабатқа ауысқандықтан, гранулада ешбір заряд болмайды.

Коллоидты химиядағы мицелла кұрылысын ерекше мицеллярлік формуламен өрнектейді. Кез келген гидрофобты зольдің фор-муласын ықшамдап, келесідей көрсетуге болады:

{m [ядро] nК⁺(n — х) А-}хА- —теріс зарядталған мицелла (m[ядро]nА~(n — х)К+}хҚ⁺—оң зарядталған мицелла

мүндағы К+ — катиондар; А- — аниондар; n — потенциал анық-таушы иондар саны; х — диффузиялык. қабаттағы иондар саны; m — ядродағы бейтарап атом немесе молекула саны. Квадрат жақша ішінде ядро, ал фигуралы жақша ішінде гранула көрсетілген. Қарастырылған мысалдағы күміс нитратыньщ концентрациясы калий иодидінің концентрациясынан артық болған жағдайда туын-дайтын күміс иодидінен құралған мицелла формуласы:

ядро

Күміс нитратының концентрациясы калий иодидінікінен кем бол-ған жағдайда туындайтын мицелла формуласы:

Күміс нитратының концентрациясы калий иодидінің концентрация-! сымен теңелгендегі мицелла формуласы:

Енді әр түрлі коллоидты ерітінділердегі мицеллалардың пайда болуы мен құрылысын қарастырайық. Оған бірінші мысал ретінде төменгі концентрациядағы темір (III) хлоридін алайық. Ол күшті тұз қышқылы мен әлсіз негіз темір (III) гидроксидінен пайда бол-

196

53-сурет

{m [Fе (ОН) ]nFеО+ (n-х) С1}+хС1-

Бұл мицелланың және мышьяк сульфидінін, мицеллаларының пай-да болуы мен құрылымы 53-суретте көрсетілген. Бұлар оң заряд-талған зольге жатады.

Кремний қышқылының золі теріс зарядталған. Ондағы мицелла ядросы кремний қышқылының молекулаларынан жинақталады. Осы ядро бетінде жинақталған кремний қышқылының өзі келесі тендеу бойынша онан әрі гидролизденеді:

анионы мицелла ядросымен берік байланысатындықтан, потенциал анықтаушы ион болады. Оның компенсациялаушы ролін әрі адсорбциялык, әрі диффузиялық кабаттарға бірдей таралатын сутек катионы атқарады. Бұл зольдің коллоидты мицелла құрылы-сын және оның формуласы: