-дәріс. Коллоидты жүйелердің молекулалы-кинетикалық және

Мақсаты: Коллоидты жүйелердің молекулалы-кинетикалық және реологиялық қасиеттерімен танысу. 

1.Қос иондық қабат. Мицелла құрылысы.

2. Коллоидты жүйелердің молекулалы-кинетикалық қасиеттері.

2.1Броундық қозғалыс.

2.2Диффузия.

2.3Осмостық қысым.

2.4Седиментация.

3.Коллоидты жүйелердің реологиялық қасиеттері.

4.Коллоидты ерітінділердің тұрақтылығы. 

1. Қос электрлік қабаттың пайда болу механизмі 

Фазааралық бөлу бетінде қос электрлік қабат (ҚЭҚ) әрекеттесуші фазалардың беттік еркін энергияларын азайтуға ұмтылысының нәтижесінде пайда болады. Жалпы ҚЭҚ үш түрлі жолмен түзілуі мүмкін.

1) Қос электрлік қабат иондардың немесе электрондардың бір фазадан екінші фазаға өтуінің нәтижесінде, яғни беттің иондануы нәтижесінде пайда болады. Мысалы, металл бетінен газды ортаға электрондардың өтуі нәтижесінде пластинка беті оң, ал газ теріс зарядталады. Металл пластинкасын суға батырғанда металл бетінен катиондар суға өтеді де, соның нәтижесінде металл беті теріс, ал су оң зарядталады. Демек жанасушы фазалар арасында потенциалдар айырымы пайда болады. Потенциалдар айырымы электрондардың (иондардың) беттен ары қарай бөлінуін тежейді де, жүйеде тепе-теңдік күй орнайды. Нәтижесінде, фазааралық шекарада қос электрлік қабат пайда болады.

Суда нашар еритін күміс иодидін   суға салғанда жақсы гидратталатын күміс иондары суға көшеді де,   беті теріс зарядталады, ал оған жанасушы су қабаты оң зарядталады.

Бетке заряд беретін иондарды потенциал анықтағыш иондар деп атайды. Дисперстік ортаға көшетін иондарды қарсы иондар деп атайды.

2) Қос электрлік қабат бетке иондардың адсорбциялануы нәтижесінде де пайда болуы ықтимал. Көп жағдайда ерітіндідегі электролиттің құрамындағы ион бетке таңдамалы түрде адсорбциялануы мүмкін. Бұл кезде адсорбция Панет-Фаянс ережесіне байланысты жүреді. Мысалы, металл пластинкасын натрий хлориді ( ) ерітіндісіне батырғанда металл бетіне хлорид аниондары адсорбцияланады да, соның нәтижесінде бет теріс зарядталады ал оған жанасушы суда натрий катиондары қалып қояды да орта оң зарядталады.

Қос электрлік қабат, сонымен бірге қатты дене бетіне иондық беттік-активті заттардың адсорбциялануы нәтижесінде де пайда болады. Сонда полярлы жағымен суға қарап адсорбцияланган БАЗ молекулалары диссоциацияланады да, нәтижесінде бетте заряд пайда болады. Мысалы, судағы ерітіндісінен карбон қышқылының натрий тұзы молекулалары (R-СОО-Na) гидрофобты қатты дененің (көмірдің) бетіне адсорбцияланғанда дененің беті теріс, ал дисперстік орта оң зарядталады. Сонда БАЗ-тың R-СОО аниондары потенциал анықтағыш иондар болып, ал Na+ катиондары қарсы-иондар болып табылады.

3) Қос электрлік қабат неионогенді, полярлы молекулалардың дисперстік ортадан бетке адсорбциялануы нәтижесінде түзілуі мүмкін. Бұл кезде беттің заряд таңбасыКен ережесі бойынша анықталады: жанасушы екі фазаның диэлектрлік өткізгіштігі жоғарысы оң зарядталады.

Мысалы, металл пластинканы полиэтиленгликольдің (ПЭГ) [-СH2-СН2-О-]n- судағы ерітіндісіне батырғанда ПЭГ молекулалары пластинка бетіне адсорбцияланып, бетте белгілі бір ретпен орналасуы нәтижесінде фазааралық бөлу бетінде ҚЭҚ пайда болады.

Аргентум иод золі мысалында коллоидты бөлшектің мицелласының құрылысын және екі еселенген электр қабатының пайда болуын қарастырамыз.

AgN +КІ→КN +АgІ↓

А)[ AgN ]>[КІ]

Мицелла құрылысында ядро болады, ол мицелланың нейтралды бөлігі. АgІ мицелланың ядросы. Ядро өз бетінде потенциал анықтаушы n саны бар иондарды сіңіреді. Панет-Фаянс ережесіне сәйкес потенциал анықтаушы ион екі келесі талапқа жауап береді:1)мөлшері артық болу керек,2)ядро құрамына міндетті түрде болуы керек.

Ә) [ AgN ]<[КІ]

Ядро құрамы АgІ. Адсорбциялық қабат   ионы, екінші адсорбциялық қабат  иондары

{[АgІ  n·  (n-х)   х   

«+» зарядталған гранула диффузиялық қабат ортасында екі еселенген электр қабаты потенциалдар айырмасы. Аталмыш электро-кинетикалық потенциал немесе ξ потенциал түзіледі. Ол термодинамикалық потенциалдыңі құрам бөлігі. ξ<ε, оны формула арқылы есептеуге болады:

ξ =

мұндағы, К-константа( әр түрлі болады, бөлшек пішініне тәуелді, сфера тәрізді болса 6 – ға тең, ал цилиндр 4 болады)

η-ортының тұтқырлығы

D-ортаның диэлектрлі константасы

Е-электр өрісінің градиенті

u-электр тоғы әсерінен болатын бөлшектердің орташа жылдамдығы

Егер гранула заряды болмаса, онда ξ нөлге тең болады. Ондай жағдай изоэлектрикалық жағдай, ξ потенциал келесі жағдайларға тәуелді: екінші адсорбциялық қабат пен диффузиялық қабати арасында қарама-қарсы зарядталған иондардың таралуына неғұрлым адсорбциялық қабатта иондар саны төмен болса, соғұрлым ξ потенциал жоғары болады және термодинамикалық потенциалға жақын болады.
2. Коллоидты жүйелердің молекулалы-кинетикалық қасиеттері 

Броундық қозғалыс. 1827 жылы ағылшын ботанигі Р. Броун гүл тозаңдарының сулы суспензиясын микроскопта көре отырып, олардың үздіксіз ретсіз қозғалыста болатындығын және ол қозғалыстың уақыт өте келе тоқтамайтындығын және сыртқы энергия көздеріне тәуелді емес екендігін бақылаған. Коллоидты және микрогетерогенді жүйелердегі бөлшектердің жылулық қозғалысы броундық қозғалыс деп аталды. 

Орта молекулаларының өте көп соққылауы салдарынан коллоидты бөлшектер өз бағыты мен жылдамдығын өте жиі өзгертеді. 1секундта коллоидты бөлшек өз бағытын 1020 –нен артық өзгертуі мүмкін. Мұндай жағдайларда коллоидты бөлшектің шын мәніндегі жүрген жолын анықтау мүмкін емес, бірақ оның уақыт бірлігінде жүріп өткен орташа қашықтығын анықтау оңай. Әдетте бөлшектің белгілі бір бағыттағы қозғалысын білу қызығушылық тудыратындықтан (мысалы: диффузия жүретін бағытта), онда сандық есептеулер үшін ығысудың (смещение) өзін емес, таңдап алынған бағытқа параллель х осіне бөлшектің ығысу проекциясының орташа квадраттық мәнін алады. Бөлшектің ығысу проекциясының орташа арифметикалық мәнін қолдану мүмкін емес, себебі бөлшектің барлық бағыт бойынша қозғалу ықтималдылығы тең болғандықтан, ол нөлге тең. Ығысу проекциясының орташа квадраттық мәні мынадай теңдеу арқылы табылады:

Мұндағы Δ1, Δ 2 , Δ 3 – т.с.с. х осі бойынша бөлшектер ығысуының жеке проекциялары; n – есептеуге алынған осындай проекциялар саны. 

1888 жылы Гуи, 1900 жылы Экснер броундық қозғалыстың табиғаты молекулалық-кинетикалық теорияға, яғни жылу әсерінен пайда болатын қозғалысқа негізделуі мүмкін деген пікір айтты. Бұл пікір Эйнштейн және Смолуховский есептеулері арқылы дәлелденіп, Перрен және Сведберг зерттеулеріндегі асқан дәлдікпен жүргізілген тәжірибелер кезінде нақтылы деректермен толықтырылды. Көптеген тәжірибелер броундық қозғалыс зат табиғатына тәуелсіз, ал бөлшектің өлшеміне, ол орналасқан ортаның температурасы мен тұтқырлығына тәуелді екенін көрсетті. Еріткіш молекулаларының тынымсыз соққылауы салдарынан да дисперсті фазаның бөлшектері ретсіз қозғалысқа түседі. Әрбір бөлшектің қозғалысы немесе белгілі мерзімдегі орын ауысып жылжуы қақтығысудың орташа мәні ретінде қабылданды. Мысалы, бір бөлшек бір секундта шамамен 1020 қақтығысуға душар болады екен. Бөлшек өте кішкене болса, оның жан-жағынан немесе әр тұсынан тиетін соққы саны бірдей бола бермейді және кеңістіктегі мұндай бөлшек өте күрделі ізбен (траекториямен) жылжиды. Егер дисперсті фазадағы бөлшектің өлшемі мен массасы белгілі бір шектен асып кететін болса, онда қақтығысулардың бірін-бірі жою мүмкіндігі арта түседі. Сондықтан да өлшем 4-5 ммк болатын бөлшектер өте жай тербелмелі қозғалыста болады. Ал бөлшек мұнан ірі болса, броундық қозғалыс байқалмайды.

Коллоидты системаны микроскоп арқылы бақылағанда, ондағы белгілі бір бөлшектіх деп белгілеп, оның траекториясын анықтасақ, ол көрсетілгендей болады да белгілі мерзімдегі орташа жылжуы ∆х-ке теңеледі. Бұл түрлі бағыттағы көптеген қозғалыстың статистикалық нәтижесі немесе көлеңке іспеттес проекциясы. Ал броундық қозғалыстағы бөлшектің шын мәніндегі траекториясын молекулалардікіндей дәл көріп бақылау мүмкін емес, өйткені олар өте көп. Ондағы әрбір бөлшек тек бір секундтың өзінде есепсіз соқтығысып, өз бағытын есепсіз өзгертеді. Ал адам өте үлкейтілген бөлшектің бір секундтағы тек 10 шақты қозғалысын көре алады екен. Сондықтан броундық қозғалыс теориясына газ молекуласына қолданылып келген орташа квадраттық жылжу деген ұғым енгізілді. Ол көрсетілгендегідей бөлшектің t уақытта А мен В жағдайға өзгеруі. Кейде оны орташа проекция деп те атайды. Бөлшектің орташа жылжуының (∆х) уақыт пен диффузия коэффициентіне тәуелділігі Эйнштейн теңдеуімен өрнектеледі:

∆х2 = 2Dt; ∆x = 2Dt (34)

мұндағы ∆x – орташа жылжуы; ∆х2 – орташа квадраттық жылжу; t – жылжуға кеткен уақыт; D- диффузия коэффициенті. Дисперсті ортадағы молекуладан үлкен өлшемде болатын дисперсті шар тәрізді бөлшектің диффузия коэффициентінің мәні былай анықталады:

D = RT / NA•1 / 6πηr (35)

Соңғы екі теңдеудің коллоидты химиядағы мәні ерекше. Онда диффузия коэффициентін анықтау арқылы шар тәрізді коллоидты бөлшектің радиусын есептеуге және сол сияқты жоғарғы молекулалық қосылыстардың шамасын өлшеуге болады. Ал бөлшек күрделі пішінді болса, соңғы теңдеудің оң жақтағы соңғы мүшесі (6πηr) біршама күрделенеді. Ол үшін (2) теңдеудегі диффузия коэффициентінің мәнін оның алдыңдағы (1) теңдеуге қойып, бөлшектің орташа жылжуын есептейді: 

∆x= 2RT/ NA •1 / 6πηr • t =  RT/ NA• t / 3πηr (36)
Броундық қозғалысты жан-жақты зерттеген Перрен өз тәжірибесінде алған мәліметтерге сүйеніп және математик Ланжевенің көмегімен Авогадро санының (NA) мәнін дәл анықтайды. Броундық қозғалыс тек коллоидты химияны, табиғаттану ілімдерін дамытып қана қоймастан, жалпы диалектикалық, материалистік көзқарастың дұрыстығын, ғылымилығын дәлелдеді. 

Диффузия дегеніміз жүйедегі молекулар, иондар немесе коллоидты бөлшектердің хаосты жылулық қозғалысының әсерінен олардың концентрациясының өздігінен теңесу процесі. Яғни диффузия молекулалардың жылулық қозғалысының макроскопиялық көрінісі, сол себепті температура жоғарылаған сайын, диффузия да тез жүреді. Диффузия қайтымсыз процесс, ол концентрацияның толық толық теңесуіне дейін жүреді, себебі бөлшектердің хаосты таралуы жүйенің максималды энтропиясына сәйкес келеді. 1885 жылдан бастап Нэрнст диффузияның пайда болу себебін осмостық қысыммен түсіндірген? 

Диффизия нәтижесінде массаның тасымалдануы жылу мен электрдің тасымалдану заңдылықтарына ұқсас. Осы ұқсастықты пайдалана отырып, 1855 жылы Фик диффузияның бірінші заңын ұсынды: 

(1)

Мұндағы: m – диффузияланған зат мөлшері; 

D – диффузияланатын бөлшектер және орта қасиеттеріне тәуелді диффузия коэффициенті; 

dc/ dx – концентрация градиенті;

s – диффузия өтетін аудан;

τ – диффузия ұзақтығы;

Теңдеудің оң бөлігіндегі минус таңбасы dc/ dx туындысы теріс мәнге ие болатындықтан қойылып отыр, себебі х-тің мәні жоғарылаған сайын, концентрация c шамасы төмендейді. (1) – ші теңдеуден төмендегідей түрде де беруге болады.


(2)

і д –диффузияның меншікті ағымы деп аталатын шама. Ол аудан бірлігіне тең көлденең қима арқылы уақыт бірлігінде диффузия нәтижесінде тасымалданатын зат мөлшерін сипаттайды.

Егер концентрация градиенті тұрақты болса, диффузиялық ағын уақыт өте келе өзгермей, жүйеде стационарлық диффузия процесі орнығады. Бұл жағдай үшін мына теңдеуді жазуға болады.

 

dc/dx=-1, s=1 және τ=1 деп алсақ,

m=D, яғни, концентрация градиенті 1-ге тең болған жағдайда диффузия коэффициенті уақыт бірлігінде аудан бірлігі арқылы диффузияланған зат мөлшеріне тең, және ол см2/сек-пен өлшенеді. Алайда диффузия өте баяу жүретіндіктен уақыт бірлігі ретінде секунд емес тәулік алынады.

1908 жылы Эйнштейн D диффузия коэффицентін Т жүйенің абсолютті температурасымен, η дисперсиялық орта тұтқырлығымен және r дисперсті фаза бөлшегінің радиусымен байланыстыратын теңдеуді қорытып шығарды. 

Эйнштейн теңдеуі

K= R / NA – пропорционалдық коэффиценті

Формасы сфера тәріздіге ұқсас бөлшектер үшін В = 6πηr тең болғандықтан: 

Мұндағы В- бөлшек және орта арасындағы үйкеліс коэффициенті.

R – универсал газ тұрақтысы;

Т – абсолюттік температура;

NA – Авагадро саны;

η – ортаның динамикалық тұтқырлығы;

r – бөлшек радиусы;

π – осмостық қысым;

Теңдеуден көріп отырғанымыздай диффузия коэфициенті абсолютті температураға тура пропорционал, ал орта тұтқырлығы мен бөлшек радиусына кері пропорционал. Коллоидтық бөлшектер өлшемі қарапайым молекулар өлшемімен салыстырғанда өте үлкен болғандықтан, коллоидты жүйедегі диффузия коэффициенті төмен болады. 
Эйнштейн теңдеуін пайдалана отырып, егер D, Т, η белгілі болса, 1 моль заттың массасын анықтай аламыз. Ол үшін алдымен бөлшек радиусын есептеу керек.

r = kT / 6πηD

1 моль зат үшін оның массасы келесі теңдеумен анықталады

М = 4/3 π r3ρ NA

ρ – әдетте белгілі дисперсті фаза тығыздығы.

Яғни диффузия коэфициентін өлшеу арқылы (сан жағынан 1 моль зат массасына) тең заттың молекулалық массасын анықтауға болады.

Шынайы ерітіндідегі диффузияның өту себебі молекуланың жылулық қозғалысымен байланысты. Ал коллоидты жүйелердегі дисперсті фаза диффузиясының пайда болу себебі де, бөлшектердің броундық қозғалысымен тікелей байланысты. Броундық қозғалыс пен диффузия арасында байланыс болғандықтан, ығысу проекциясының орташа квадраттық мәні және диффузия коэффициенті D арасында да байланыс болу керек. Бұл байланысты бір – бірінен тәуелсіз түрде 1905 жылы Эйнштейн, ал 1906 жылы Смолуховский анықтады. 

Эйнштейн – Смолуховский негізін қалаған коллоидты жүйелердегі броундық қозғалыс теориясы дисперсті жүйе табиғатын, осы жүйелердің молекулярлы – кинетикалық қасиетінің ортақтығын түсіндіретін бірінші сандық теория болып табылады.

Броундық қозғалысты зерттеу флуктуация теориясының пайда болуына және статистикалық физиканың дамуына әсерін тигізді. Флуктуация дегеніміз жүйенің айтарлықтай кіші көлемінде қандай да бір параметрдің тепе-тең орташа мәннен өте жоғары дәрежеде өздігінен (спонтанно) ауытқуы. Флуктуацияларға физикалық шамалар (тығыздық, концентрация, т.б.), биологиялық шамалар (өсімі, тіршілік ұзақтығы, т.б.), әлеуметтік–экономикалық шамалар (берілген жердегі халық тығыздығы, тауар бағасы) ұшырауы мүмкін. Флуктуацияның жалпы теориясының негізін 1902 жылы американ ғалымы Гиббс қалады.

Дисперсті фазаның бөлшектері молекулалық-кинетикалық қозғалыс салдарынан кездейсоқ қозғалыстарға да душар болады. Алайда берілген көлемдегі бөлшектер концентрациясы әр түрлі болса, мәселен, ыдыстың түбіндегі бөлшектер концентрациясы оның бетіндегіден артық болса, онда осы бөлшектердің төменнен жоғарыға қарай қозғалуынан гөрі керісінше жоғарыдан төменге қарай ауысуы артық болатыны анық. Әрине, мұндай қозғалысты ауысулар берілген көлемдегі концентрация мәні теңелгенше жүреді, ал басқа қозғалыстар тоқтаусыз жалғасады.

Иондардың, молекулалардың немесе коллоидты бөлшектердің ретсіз жылулық қозғалыс ( коллоидты системалар үшін броундық қозғалыс) кезіндегі концентрацияны теңестіру бағытында өздігінен жүретін процесін диффузия деп атайды. Демек, диффузия өздігінен жүретін процесс ретінде барлық дисперсті системалар үшін, газдарға арналған Фик заңына бағынады. Фиктің бірінші заңына байланысты диффузия жылдамдығы өзі диффузияланатын аудан мен концентрациялық градиентке тура пропорционалды:

dm/dt = −DS dC/dx

Мұндағы dm – диффузияланған зат массасы; dt – шексіз аз уақыт; S - берілген зат диффузияланған аудан; dC/dx − концентрация градиенті немесе концентрация кемуі; dC − концентрция; dx − концентрациясы кеміген бөлік; D − диффуізия коэффициенті, ол әрбір дисперсті системаның диффузиялану қабілетін сипаттайды. Бұл коэффициент концентрация градиенті 1-ге тең болғанда бір шаршы сантиметр ауданнан 1 сек-та диффузияланып өткен масса мөлшерін көрсетеді. Егер диффузия процесі кезінде диффузия коэффициенті өзгеретін болса, онда оған орай концентрция градиенті де өзгереді. Олай болса уақытқа байланысты концентрация өзгерісінің жылдамдығын, яғни dC/dt туындысын анықтау керек. Ол Фиктің екінші заңын өрнектейтін теңдеумен анықталады:

dC/dt = Dd2C /dx2

Фиктің екі заңын қолдану кезіндегі негізгі қиындық көп уақытқа дейін диффузия коэффициентінің мәнін табу болып келеді. Алайда бұл коэффициентті анықтау қиындығы Эйнштейн броундық қозғалысты зерттегенде оны (1) теңдеудегі орташа жылжумен байланыстырғалы жеңілденді. Эйнштейн сұйыққа арналған Стокс заңын пайдаланып, диффузия коэффициентінің дисперсті ортаның тұтқырлығы мен бөлшек радиусына тәуелділігін анықтады. Қазір коллоидты ерітіндідегі бөлшектің өлшемін анықтаудағы диффузиялық әдіс бірден-бір нақтылы нәтиже беруде.

Коллоидты системадағы броундық қозғалыс пен диффузияны зерттеу дисперсті системаның табиғатын тереңірек түсінуге көмектесіп, осы система мен молекулалық дисперсті системалар арасындағы молекулалық-кинетикалық орта қасиеттерін анықтайды. Сөйтіп, бұлар молекулалардың бар екенін оның материялығын айқындаумен қатар, табиғаттану ілімін материалистік тұрғыдан түсінуге өз септігін тигізеді.

Броундық қозғалысты онан әрі зерттеу флуктуация теориясы деп аталатын жаңа бағыттың пайда болуына әкеледі. Флуктуация деп тығыздықтың, концентрацияның немесе системадағы микрокөлемнің орташа мәнінен оның параметрлерінің өздігінен ауытқуын айтады. Мысалы, Сведберг флуктуация құбылысын байқау кезінде, алтын золіндегі 1000 ммк3-де орналасқан коллоидты бөлшекті (алтынды) санайды. Ондағы бөлшектің орташа саны өзгеріп отырған. Диффузия да, флуктуация да жылулық қозғалыстың нәтижесінен болғанымен, олар біріне-бірі кері құбылыс екен. Егер диффузия термодинамиканың екінші заңына орай кез келген өздігінен жүретін процесс кезінде қайтымсыз болса, онда бұған кері жүретін флуктуация құбылысы термодинамика екінші заңының статистикалық сипатын көрсетеді, яғни оны жекелеген бөлшектерге немесе олардың аз санына қолдануға болмайды.

Осмостық қысым

Шынайы ерітінділердің осмостық қысымын Нолле ашты. Бір жағы жабық, екінші жағында шала өткізгіші бар, шыны түтікті қант ерітіндісімен толтырып, түтікті суға батырғанда ондағы ерітіндінің көлемінің жоғарылайтындығын байқаған. Себебі, шала өткізгіш арқылы су түтік ішіне өтеді. Мұндай құбылысты осмос, ал осмосты тудыратын күштерді осмостық қысым деп атайды.

Айтарлықтай сұйытылған коллоидты ерітіндінің осмостық қысымын төмендегі теңдеу арқылы табуға болады 

Мұндағы: mжалпы – еріген зат массасы

m – бөлшек массасы

V – жүйе көлемі

NA – Авагадро саны

Т – абсолюттік температура

ν - сандық концентрация

Бұл теңдеу шынайы ерітінділердің осмостық қысымын табуға арналған Вант – Гофф теңдеуімен ұқсас: 

Мұндағы: 

с - салмақтық концентрация

Екі теңдеудегі айырмашылық тек 1моль еріген зат массасы мен бөлшек массасында. Шынайы ерітінділермен салыстырғанда лиозольдердің осмостық қысым мәні төмен және тұрақсыз болады. Бірдей температуралық жағдайлардағы осмостық қысымдары π1 және π 2 екі жүйе үшін былай жазуға болады:

π1 =ν1 (RT/ NA)

π 2 = ν2 (RT/ NA)

Теңдеулерді бір – біріне бөлсек, π1 / π 2 =ν1 / ν2

Дисперсті фаза табиғаты және салмақтық концентрациясы бірдей, бірақ бөлшек өлшемінде айырмашылық бар екі коллоидты жүйе үшін:


 

Мұндағы: r1 және r2 - 1 – ші және 2-ші жүйелердегі бөлшектер радиусы, ρ-дисперсті фаза тығыздығы.

Агрегация және дезагрегация процестері коллоидты жүйелерде тіпті әлсіз сыртқы әсердің өзінен жылдам жүретіндіктен лиозольдердегі осмостық қысымның тұрақсыздығы осымен түсіндіріледі. Лиозольдердегі осмостық қысым мәні төмен және тұрақсыз болғандықтан, коллоидты бөлшектер өлшемін немесе сандық концентрациясын анықтауда осмометрия, эбулиоскопия, криоскопия әдістері қолданылмайды.

Коллоидты ерітінділерге нағыз ерітіндідегідей осмостық қысым тән. Ол да газ қысымы секілді ерітіндінің коллигативті (біріккен, орташа) қасиеті екен, яғни ол тек еркін қозғалатын коллоидты бөлшектерге ғана тәуелді. Егер коллоидты бөлшектірдің көлемі мен массасының нағыз ерітінділердегі молекула көлемі мен массасынан үлкен екенін ескерсе, онда бірдей көлемдік концентрациядағы коллоидты және нағыз ерітінділерді алып, белгілі бір көлеміндегі коллоидты бөлшекті және молекуланы салыстырғанда, коллоидты бөлшектер аз болады. Мінекей, сондықтан да бірдей концентрациядағы коллоидты ерітіндінің осмостық қысымы нағыз ерітіндімен салыстырғанда аз болады. Мысалы, массалық концентрациясы 10 г/л болатын алтын золінің осмостық қысымы 45 Па, осындай концентрациядағы сахароза ерітіндісінің осмостық қысымы 7250 Па. Сондай-ақ , гидрофобты коллоидты ерітіндідегі өлшенетін осмостық қысымының бір бөлігі қосымша электролиттердің кездесуімен байланысты болады.

Коллоидты ерітінділер нағыз ерітінділерге өте ұқсас болғандықтан, оған Вант-Гофф формуласын қолдануға болады:

ПV = nRT немесе П = nRT/V

мұндағы П – зольдің осмостық қысымы; n- колоидты бөлшектердің мольдік өлшемі; V- зольдің көлемі. Коллоидты бөлшектің мольдік өлшемі деп Авогадро саны қабылданады.

Егер берілген зольде ν коллоидты бөлшек болса, онда 1 мольде NA бөлшек бар. n=ν/ NA ескерсек, (39) теңдеу:

ПV = (ν / NA)RT, П = ν / V· RT/ NA

болады.

Осмостық қысым (П) берілген бірлік көлемдегі бөлшек саны (п) мен коллоидты бөлшектердің орташа радиусы (r) арасындағы белгілі бір байланысты табуға септеседі. Ұсақталған заттың бірлік көлемдегі массасы:

m = 4/3 πr3dn,

мұндағы d- ерітінді тығыздығы. Осы теңдеуге негіздей, бірдей температура мен дисперстік ортадағы екі дисперсті системаға арнап, келесі өрнекті жазуға болады:

4 /3 πr31dn1= 4 /3 πr32dn2 немесе r31n1 = r32n2

П1 / П2 = n1 /n2 = r3 2 / r3 1 = D3 1 / D3 2

мұндағы D1 және D2 – бірінші және екінші зольдің дисперстік дәрежелері.

Демек, коллоидты ерітінділердің осмостық қысымы, олардағы бөлшек радиусының кубына кері пропорционалды да, дисперстік дәрежесінің кубына тура пропорционалды екен.

Седиментация

Диффузияны қарастырған кезде біз жүйеге гравитациялық өрістің (тартылыс күші) әсерін есепке алған жоқпыз. Массасы айтарлықтай үлкен бөлшектерге гравитациялық өріс әсер ететіндіктен олар тұнбаға түседі, тұнады немесе седиментацияланады. Микрогетерогенді жүйелер-эмульсиялар, суспензиялар, газ эмульсиялары, аэрозольдерде броундық қозғалыс болмайтындықтан, седиментация немесе оған қарама қарсы процесс - қалқып шығу жүреді. Осының нәтижесінде жүйеде бөлшектер биіктік бойынша белгілі-бір тепе-теңдік таралады немесе, бөлшектер ауыр болса, олар тұнбаға түседі. Дисперсті жүйенің көлем ішінде бөлшектердің біркелкі таралуын қамтамасыз ету қабілеті жүйенің седиментациялық немесе кинетикалық тұрақтылығы деп аталады. Яғни седиментациялық тұрақтылық немесе тұрақсыздық туралы айту тек босдисперсті жүйелерді қарастырғанда ғана орынды болады, себебі, әр бөлшек еркін және жылулық қозғалыста болады.

Ірі дисперсті жүйелер (шаң, тозаң, немесе судағы құм суспензиясы) седиментациялық тұрақсыз және тұнбаға түседі, себебі олардың бөлшектері ауыр болғандықтан оларға жылулық, яғни броундық қозғалыс тән емес. Жоғары дисперсті жүйелер (газдар, шынайы ерітінділер) жоғары кинетикалық тұрақтылыққа ие, себебі оларға жылулық қозғалыс және диффузияға қабілеттілік тән. Коллоидты жүйелер (аэрозольдер, лиозольдер) тұрақтылығы бойынша екеуінің арасынан орын алады.

Диффузияның немесе седиментацияның дисперсті жүйенің кинетикалық тұрақтылығына қалай әсер ететінін қарастыру үшін диффузия ағыны және оған қарсы бағытталған седиментация ағын салыстыруға болады iD →ic. Меншікті диффузиялық ағын мына теңдеумен анықталады.

Тұрақты жылдамдықпен тұнатын бір бөлшек үшін үйкеліс күші Вu ауырлық күшіне (қозғалтқыш күшке) mg тең tекенін ескерсек, онда меншікті седиментациялық ағын төмендегі теңдеумен өрнектеледі.

u–седиментацияжылдамдығы;

с–концентрация 
m–бөлшектің тиімді массасы

B – коллоидты бөлшек пен диспесті орта аралығындағы үйкеліс коэффициенті

g–еркін құлау үдеуі

Екі теңдеуді бір-біріне бөлсек, және  екендігін ескерсек,

υ– бөлшек көлемі;

ρ, ρ – дисперсті фаза мен дисперсті орта тығыздықтары 
iС / iД›› 1 болса, тек седиментация процесін есепке аламыз (өтеді деп есептейміз); 
iС / iД ‹‹ 1 болса, тек диффузия процесін есепке аламыз; 
iС / iД ≈ 1, яғни iС ≈ iД болса, екі процесті де есепке алу қажет.

Бұл жағдайда дисперсті фаза бөлшектері жүйеде биіктік бойынша белгілі-бір тәртіппен таралады.

(3) –ші теңдеуден мынадай қорытынды шығаруға болады, алдын-ала араластыру нәтижесінде дисперсті фазасы көлемде біркелкі таралған жүйенің тұрақтылығын қарастыратын болсақ, алғашқы уақытта әрқашан седиментация басым болады, себебі, алғашында dc/dx=0. Алайда уақыт өткен сайын заттың жүйеде біркелкі таралуы бұзылып, dc/dx туындысының мәні арта береді. Массатасымалы iС / iД ≈ 1, яғни iС ≈ iД болғанша және жүйеде тепе-теңдік орнағанша жалғасады. Концентрация градиенті биіктік бойынша өзгеретінін ескерсек, х- ті h-қа өзгертіп, (3) –ші теңдеуді былайша жазуға болады

(4)

Осы теңдеуді былайша да жазуға болады.

с0-ден сh- қа дейін, сәйкесінше 0-ден h-қа дейін интегралдап мына теңдеуді аламыз.

Егер (6) –шы теңдеудегі с орнына р қойсақ, белгілі барометрлік формуланы аламыз.

Биіктік бойынша газ молекулаларының таралуы осы гипсометриялық заңға(8)бағынады.

Дисперсті фаза концентрациясы с сандық концентрацияға ν пропорционал болғандықтан, бұл теңдеуді былай етіп те көрсетуге болады. 

(9) 
Бұдан  (10)

Бұл теңдеу арқылы кез-келген босдисперсті жүйе үшін h мәнін есептеп табуға болады. h дегеніміз сандық концентрация (немесе салмақтық концентрация) ν0ден νh-қа дейін немесе ν0 / νh есе төмендейтіндей биіктік. Мысалы концентрация қандай биіктікте екі есе азаятынын білгіміз келсе, ν0 / νh=2 деп алып h мәнін есептеуге болады.

Тұнбаға түсу жылдамдығы бөлшек радиусына тәуелді. Мысалы, саз бөлшегінің 1∙10-5 м радиусты 1см-ге 43сек.уақыт өтеді, ал 2∙10-6 м радиуста 17 минут, 1∙10-8м радиуста – 500 күн кетеді. Егер бөлшек  тығыздықта қозғалатын болса, онда оның қозғалысы төменнен жоғарыға, ал зат бөлшегінің тығыздығы   немесе орта тығыздығына   тәуелді болады.

Суспензияда   және бөлшектер тұнбаға түседі, эмульсияда   сондықтан бөлшектер қалқып шығады. Мысалы, судағы саздың тұнуы, сүттегі қаймақтың түзілуі жатады.

Бөлшектердің толық түсуі ауырлық күшінің әсерінен болмайды, өйткені оған қарсы броундық қозғалыс әрекет етеді, яғни ол бөлшектерді ерітіндінің барлық көлеміне тең бөлуге тырысады. Броун қозғалысының әсері көп әсер етеді, егер бөлшектің көлемі кішкентай болған жағдайда.

Егер бөлшектердің негізгі бөлігі қысқа мерзімде тұнса, онда ондай жүйені кинетикалық тұрақсыз деп атайды, ал егер бөлшектер ұзақ мерзім ішінде тепе-тең бөлінсе, оны кинетикалық тұрақты жүйе деп атайды.

Суспензия мен эмульсиялар – бұлар кинетикалық тұрақсыз жүйе, ал коллоидты жүйе мен ерітін ділер жоғарғы молекулярлы – кинетикалық тұрақты.

Седиментация процесі кинетикалық тұрақсыз жүйе – суспензияға тән.

Кинетикалық тұрақты тұнуды қарапайым жағдайда түзуге болады, егер жердің ауырлық күшінің центрге тартқыш күші жоғары болса. Центрифуга арқылы центрге тартқыш күшті алуға болады, 105 есе артық ауырлық күші бар және бөлшектің тұну жылдамдығын сонша есе жылдамдатуға болады. Центрифугат қолдану арқылы коллоид пен жоғарғы молекулярлы ерітінділерге седиментация жүргізуге болады.

Седиментациялық анализ тұнған бөлшектердің жылдамдығын өлшеуге негізделген. Тәжірибеде кездесетін суспензия қарапайым полидисперсті, онда әртүрлі көлемдегі бөлшектер болады. Седиментация процесі өндірісте қолданылады. Тұну жылдамдығын бақылау бөлшектердің салмақтық, сандық анықтауға әртүрлі көлемдегі полидисперсті жүйедегі мүмкіндік береді. Бұл принципке сүт сепараторының жұмысы негізделген, яғни сүттен қаймақты айыру процесі. Сепарация процесі (айыру) центрлік тартқыш күш арқылы тез өтеді, сүттің сол қалпында тұрғанына қарағанда.

Седиментацияны қолдану центрге тартқыш өріс арқылы жоғарғы молекулярлы ерітінділердегі бөлшектердің көлемін анықтайды.