Коллоидты ерітінділер

 Сонымен қатар, электрфорез  құбылысын алғаш 1809 жылы Мәскеу  университетінтің профессоры Рейсс  сазды суспензия мысалында, ал  электроосмос құбылысы – кварцты  құмның диафрагмасы болып табылатын  кварцтың суспензиясы мысалында  сипаттады.

Электркинетикалық құбылыстардың  ең маңызды қолдану аумағы - әртүрлі  беттерге электрофоретикалық әдіспен  жабуларды түсіру. Жоғарғы үгітілу  қабілетін қамтамасыз ететін берілген әдіс күрделі тетіктерді бір қалыпты  жабылуларды алуға мүмкіндік  береді.  Жабылудың электрофорездік  әдіс кезінде электродтың бірі-сол  жабылу болатын бұйым (нәрсе) болады да, ал екіншісі дисперстік фазасы бұйымның бетін жабатын суспензиясы бар  ыдыс болады. 

         Электродта жабулар қалыптасқаннан  кейін электроосмос туындайды,  нәтижесінде сұйық жабудың қабатынан  шығады және жабулар тығызырақ  болады.

Біздің елде электрофоретикалық әдіспен автомобиль тетіктерінің бетін  грунттау автоматты түрде жүзеге асырылады.

Сұйылтылған суспензиялардың молекулалық –  кинетикалық қасиеттері.

Суспензиялардағы бөлшектердің өлшемдері үлкен аралықты алып жатады: 10^-5  см-ден 10^-2  см-ге дейін және одан да көп. Сондықтан суспензиялардың молекулалық- кинетикалық қасиеттері әртүрлі болады және олардың дисперстілік дәрежесімен анықталады.

Өлшемдері 10^-5 -10^-4 см болатын суспензиялар үшін Лаплас – Перрен гипсометриялық заңымен сипатталатын диффузиялық – седиментациялық тепе-теңдік байқалады.

= e

Мұндағы:  A= -бөлшектің тығыздығы, -дисперсиялық ортаның тығыздығы; g –еркін түсудің үдеуі; -h=0 болғанда ыдыс түбіндегі бөлшектің концентрациясы; -ыдыстың һ-биіктігіндегі бөлшектің концентрациясы ; V-бөлшектің көлемі, радиусы сфералық бөлшектер үшін   V= .

Бұл  суспензияларда тепе-теңдіктің  орнығуына және конвенциялық тұнуға кедергі жасайтын конвенциялық жылулық  ағымдар әсер етеді.

10^-4 см-ден 10^-2 ге дейінгі аралықта жататын өлшемдегі бөлшектері бар суспензияларда броундық қозғалыс мүлдем жоқ, оларда жылдамдығы 

 

        U = , теңдеуімен анықталатын жылдам шөгу байқалады. Мұндағы: -ортаның тұтқырлығы.

Егер  U өлшесек ,бөлшектің радиусын (r ) анықтауға болады:

 

r=

Бұл тәсіл суспензиялар мен  ұнтақтардың седиментациялық талдау негізіне жатады. Седиментациялық талдауды толығырақ төменде қарастырамыз.

 

Сұйылтылған суспензиялардың седиментациялық  тұрақтылығы.

Суспензияның  седиментациялық тұрақтылығы –бұл жүйенің бөлшектерді уақыт бойынша  бүкіл  көлемде таралуын сақтау қабілеті, басқаша айтқанда жүйенің ауырлық  күшіне қарсы әрекет ету қабілеті.

Көптеген суспензиялар полидисперстік жүйе болғандықтан, құрамында броундық қозғалысқа қатыса алмайтын ірі бөлшектері бар суспензиялар седиментациялық (кинетикалық) тұрақсыз жүйелер болып  табылады. Егер бөлшектердің тығыздығы  дисперсиялық ортасының тығыздығынан аз болса, онда олар қалқып шығады, ал егер көп болса- шөгеді.

Суспензияның шөгуін зерттеу  бірінші кезекте тұнбаның жинақталу  қисықтарын (седиментациялық қисықты) алумен байланысты.  m=f(t).Жинақталу  қисықтары екі түрде болуы  мүмкін: майысумен және майысусыз . Седиментациялық  қисықтың түрі седиментацияланатын  суспензияның агрегаттық тұрақты немесе тұрақсыз болуына тәуелді болады. Егер шөгу бөлшектердің іріленуімен, соған  сәйкес шөгу жылдамдығы өсетін болса, оны шөгу қисығында майысу нүктесі  пайда болады.Егер суспензия агрегаттық тұрақты (коагуляция жоқ) болса, онда тұнба  қисығында майысу нүктесі мүлдем жоқ болады. Осы екі жағдайда алынған  тұнбалардың сипаты әртүрлі болады.

Агрегаттық тұрақты  суспензияларда бөлшектердің шөгуі баяу өтеді және өте тығыз тұнба қалыптасады. Бұл беттік қабаттардың бөлшектердің агрегатталуына қарсыласуымен түсіндіріледі; бір-бірімен сырғанау арқылы бөлшектер минимальды потенциалды энергия күйіне көшуі мүмкін; басқаша айтқанда тығызырақ орналасуы мүмкін. Бұл жағдайда бөлшектер арасының қашықтығы мен координациялық сан мыналардың :

• ауырлық күшінің;
• бөлшектердің молекулааралық тартылуының;
• суспензияның агрегаттық тұрақтылығын қамтамасыз ететін бөлшектердің арасындағы итеру күшінің арасындағы қатынаспен анықталады.

Агрегаттық тұрақсыз суспензияларда бөлшектердің шөгуі агрегаттардың түзілу нәтижесінде тезірек жүреді. Бірақ бөлінген тұнба бірінші жанасу кезінде бөлшектер өз ара кездейсоқ орналасуын сақтайтындықтан олар өте үлкен көлемді алады, олардың арасындағы байланыс күші олардың ауырлық күшімен шамалас немесе одан да көп. Пайда болған агрегаттардың немесе флокульдардың анизотропиясы байқалады. Зерттеулер үлкен седиментациялық көлемді тұнбалар алынатын спиральды немесе тізбекті алғашқы агрегаттар мүмкін болатынын көрсетті.

Агрегаттық тұрақты және тұрақсыз жүйелерде седиментациялық  көлемнің айырмашылығы, егер бөлшектер  орташа өлшемді болса, анығырақ байқалады.Егер бөлшектер ірі болса, онда суспензия  агрегаттық тұрақсыз болғанына қарамастан, тұнба тығызырақ болады, өйткені  ауырлық күші бөлшектердің байланысу  күшінен айтарлықтай басым болады.Егер де бөлшектер өте ұсақ (майда) болса, онда агрегаттық тұрақты жүйеде ауырлық  күшінің аз болуына байланысты қозғалғыш  тұнба алынады.

 

Сұйылтылған суспензиялардағы агрегаттық тұрақтылық.

        Суспензиялардың агрегаттық тұрақтылығы – бұл уақыт бойынша дисперстілік дәрежесінің, басқаша айтқанда бөлшектер өлшемі мен олардың жеке қасиеттерінің өзгеріссіз сақталу қабілеті.

     Сұйылтылған  суспензиялардың агрегаттық тұрақтылығы  лиофобтық зольдердің агрегаттық  тұрақтылығына ұқсас болады. Бірақ  суспензиялар агрегаттық тұрақтылығы  жоғары жүйелер болып табылады, өйткені өте ірі бөлшектерге  ие, соған сәйкес еркін беттің  энергиясы аз болады.

Суспензиядағы  агрегаттық тұрақтылықтың бұзылуы кезінде коагуляция, дисперстік фаза бөлшектерінің жабысуы төмен болады. Коагуляция- бұл өз бетінше өтетін процесс, өйткені, ол фаза аралық беттің азаюы есебінен жүйенің еркін энергиясының азаюымен болады Бұл процесс лиозольдерде өтетін процеске ұқсас, онымен қоса лиозольдер коагуляциясы суспензиялардың пайда болуына әкеледі және одан ары да жүре келе тұнбаның пайда болуына әкеледі. Бұл тұнба көбінесе, концентрленген суспензия (қойыртпақ), басқаша айтқанда қасиеттері басқа бөлімде қарастырылатын құрылымдық жүйе болып табылады.

Суспензияның агрегаттық тұрақтылығына қол жеткізу үшін берілген екі шарттың кем дегенде  біреуін орындауы қажет:

• дисперсиялық ортаның дисперсті фазасының бөлшектернің беттеріне   жұғуы;
• стабилизатордың (тұрақтандырғыштың) бар болуы

Бірінші шарт. Егер суспензия бөлшектеріне дисперсиялық орта жақсы жұқса, онда олардың беттерінде серпімді қасиеттеріне ие және ірі агрегаттардағы бөлшектердің байланысуына қарсыласатын сольваттық қабат түзіледі.Бөлшектердің жақсы жұғылуы полярлы сұйықтар үшін полярлы бөлшектерде және полярлы емес сұйықтар үшін полярлы емес бөлшектерде байқалады.

 Сольваттық тұрақтылық механизмі бар (стабилизаторсыз) агрегаттық тұрақты суспензиялардың мысалы ретінде кварцтың судағы суспензиясын және бензолдағы күйенің суспензиясын айтуға болады. Кварц суда, ал күйе бензолда жақсы жұғады, бұл суспензиялар үшінші компонентсіз, яғни (стабилизаторсыз) агрегаттық тұрақты болады. Егер жұғуды болдырмай дисперсиялық ортаны ауыстырса, онда агрегаттық тұрақсыз жүйе алынады, яғни күйе бөлшектеріне жұғылмайды, гидраттық қабат пайда болмайды және қорғалмаған бөлшектер бір – бірімен оңай байланысады.

Екінші шарт. Егер суспензия бөлшектерінде дисперсиялық орта нашар жұқса, онда стабилизаторды қолданады.

Стабилизатор  – бұл дисперстік жүйеге қосқанда оның агрегатты тұрақтылығын жоғарылататын , басқаша айтқанда бөлшектердің бірігуіне  кедергі жасайтын зат.

Стабилизатор ретінде  суспензиялар үшін

-кіші молекулалық электролиттер.

-Коллоидтық БАЗ

-ҮМҚ қолданады.

Олардың тұрақтандырғыш жерінің  механизмі әртүрлі; тұрақтандырғыштың  табиғатына байланысты тұрақтылықтың  бірнеше факторлары, лиофобтық зольдердегіге  ұқсас жүзеге асырылады. Тұрақтылықтың  мүмкін болатын себептері мынадай: адсорбциялы-сольваттық, электростатикалық, құрылымды-механикалық, энтропиялық, гидродинамикалық. 

Егер тұрақтандырғыш ионогенді  болса (ерітіндіде иондарға ыдырайды), онда тұрақтылықтың электростатикалық  факторы міндетті түрде әсер етеді: бөлшектердің беттерінде қос электрлік  қабат түзіледі, электрокинетикалық потенциал және бөлшектердің жабысуына  қарсыласатын сәйкес электростатикалық  итеру күші пайда болады. Бөлшектерді  электростатикалық итеру ДЛФО теориясымен (... бөлімді қара) сипатталған. Егер бұл ионогенді зат- кіші молекулалы органикалық емес электролит болса, онда оның тұтақтандыру іс-әрекеті  тек осы фактормен шектеледі.Егер ионогенді зат- коллоидтық БАЗ және полиэлектролит болса,онда тұрақтылықтың  басқа да факторлары жүзеге асырылады.

Коллоид күйінің ерекшелігі. 1. Барлық коллоидты ерітінділер-дің  сәуле шашырату кабілеті болады (мұны опалесценциялау дей-ді). Бұл құбылысты  тәжірибе жүзінде жасап көруге болады. Ол үшін сәуле жолына линза қойып, одан шықкан сәулені коллоидты ерітінді аркылы жіберсе, одан опалесценцияны көруге болады. Мұны Тиндаль конусы дейді.

2. Нағыз ерітінділермен салыстырғанда коллоидты ерітінділер-дегі диффузия жылдамдығы төмен.

3. Коллоидты ерітінділердін, осмостық қысымы аз, кейде олар-ды байқау да қиын. Демек, коллоидты ерітінділердегі диффузия жылдамдығы мен осмостық қысымының төмен болуы ондағы ері-ген зат бөлшегінің нағыз ерітіндімен салыстырғанда ірі екендігін көрсетеді. Расында да коллоидты ерітіндідегі бөлшек ірі болған сайын оның диффузия кезіндегі қозғалысы қиындап, жылдамдығы төмендейді, өйткені бөлшек іріленген сайын кедергі де арта түсе-ді. Сондай-ақ ондағы бөлшек өлшемі осмостық қысымға әсер ете-ді. Берілген бірдей көлем мен тығыздықтағы екі ерітіндінің қай-сысында бөлшек ірілеу болса, сонда бөлшек саны аз болады. Ал осмостық қысым концентрацияға, яғни бөлшек санына тікелей тәуелді.

4. Коллоидты ерітінділер диализге бейім, яғни онымен ерітінді-де бірге еріген төменгі молекулалы заттарды жартылай өткізетін жарғақты пленкалар көмегімен тазартуға болады. Мұндайда тө-менгі молекулалы заттар (нағыз ерітінділер) жарғақ арқылы өте-ді де, коллоидты ерітінділер қалып қояды.

5. Нағыз ерітінділер өте тұрақты, ал коллоидты ерітінділер тұ-рақсыз. Олай болса, коллоидты бөлшектер болмашы ғана сыртқы әсер салдарынан қоагуляцияланады.

6. Коллоидты ерітінділер, әдетте, электрофорез құбылысына бейім. Бұл құбылыс электр өрісіндегі коллоидты бөлшекті ОЕ, не теріс электродқа тасымалдаумен сипатталады.