Дәрістер кешені

ШБ – жүйенің шартты белгіленуі

Г/Г типі коллоидтық жүйеге сәйкес келмейді, себебі кәдімгі жағдайларда газдар кез-келген концентрацияда шынайы ерітінділер береді (тек өте жоғары қысымда ғана кейбір газ жүйелері гетерогенді жүйе түзеді). Однако газовые смеси могут проявлять отдельные свойства гетерогенно-дисперсных систем благодаря непрерывным флуктуациям плотности и концентрации, вызывающим неоднородности в системе. Г/Г жүйесі коллоидтық химияда қарастырылмайды

Бөлшектер арасындағы өзара әрекеттесулер бойынша, яғни дисперстік фазаның кинетикалық қасиеттеріне байланысты, дисперстік жүйелерді бос дисперстік жүйелер және байланысқан дисперстік жүйелер деп жіктейді.

Бос дисперстік жүйелерде дисперстік фаза бөлшектері бір-бірімен байланыспаған, сондықтан дисперстік ортада броундық қозғалыс немесе ауырлық күшінің әсерінен өзара тәуелсіз қозғала алады. Олар кәдімгі сұйықтықтарға тән қасиеттерге ие: аққыш (текучесть).

Бос және байланысқан  дисперстік жүйелер өз алдына дисперстілік дәрежесі бойынша жіктеледі. Олардың  классификациясы бір-бірінен ерекшеленеді.

Бос дисперстік жүйелерді:

ультрамикрогетерогенді, бөлшектер өлшемі 10^-7 - 10^-5 см (1 - 100 нм аралығында);

микрогетерогенді, бөлшектер өлшемі 10^-5 - 10^-3 см (от 0,1 до 10 мкм) аралығында;

ірідисперсті, бөлшектер өлшемі >10^-3 см , деп жіктейді.

Ал байланысқан дисперстік жүйелерде дисперстік фаза бөлшектері молекулааралық күштер әсерінен бір-бірімен байланысып, дисперстік ортада өзінше бір кеңістіктік тор немесе каркас түзеді. Ал құрылым түзетін бөлшектер, әдетте, өзара еркін қозғала алмайды, тек тербелістік қозғалыс жасай алады. Байланысқан дисперстік жүйелерге белгілі дәрежеде қатты денелердің қасиеттері тән болғанымен, оларды дисперсті ортасы қатты болатын жүйелермен шатастыруға болмайды. Дисперсиялық ортасы қатты жүйелер бөлшектері де өзара қозғала алмайды, бірақ оның себебі басқада – ол дисперсиялық ортаның жоғары тұтқырлығы.

М. М. Дубинин байланысқан дисперстік жүйелерді, нақтырақ айтсақ, кеуекті денелерді былай жіктеді;

• микрокеуекті, кеуек өлшемі < 2 нм;
• ауыспалыкеуекті, кеуек өлшемі 2 - 200 нм аралығында;
• макро кеуекті, кеуек өлшемі >200 нм.

Мұндай жүйелерге, көбінесе, диафрагмалар немесе капиллярлы жүйелер деп аталатын капиллярлы – кеуекті денелер; мембраналар – жұқа қабықшалар, әдетте, полимерлі, сұйық және газ өткізгіштер; гельдер және ұйымалар (студни); концентрлі суспензиялар (пасталар) мен эмульсиялар, көбіктер.

Дисперсті фаза мен дисперсті орта әрекеттесуі бойынша жіктеу. Бұл классификация дисперсиялық орталығы сұйық дисперстік жүйелерге ғана тән.

Зигмонди коллоидтық ерітінділерді жәйлап буландырғанда түзілетін құрғақ қалдықтың таза дисперсиялық ортада еру қабілеті бойынша классификациялауды ұсынды. Осыған байланысты құрғақ қалдығы дисперсиялық ортада өздігінен дисперсиялануға қабілетсіз жүйелерді қайтымсыз дисперстік жүйелер деп атады. Оларға металл лиозольдері, күміс нитраты мен мышьяк сульфидінің гидрозольдері, және т.б. жатады. Қайтымсыз коллоидты жүйелерге коллоидты ерітінділер қасиеті тән: оларды жоғары концентрлі етіп алу қиын (дисперстік фазасының мөлшері жоғары етіп); электролиттер қосқанда олар жеңіл коагуляцияланып, дисперсиялық орта мөлшері аз және ықшам тұнбалар түзеді.

Ал құрғақ қалдығы  ортамен жанасқанда алдымен ісініп, содан кейін өздігінен еріп, қайтадан коллоидты ерітінді түзетін жүйелерді қайтымды дисперстік жүйелер деп атады. Оларға желатиннің судағы, каучуктың бензолдағы ерітінділері жатады. Қайтымды коллиодты жүйелерді жоғары концентрлі етіп алу оңай; олар электролиттер әсеріне соншалықты сезімтал емес; тек зольге коагулятордың көп мөлшерін қосқанда ғана тұнбалар түзіледі және олар өте көлемді, тұтқыр, құрамындағы дисперсиялық орта мөлшері көп болып келеді.

Фрейндлихтің ойынша, коллоидтық жүйенің қайтымсыз не қайтымды болуы дисперстік фаза мен  дисперсиялық ортаның өзара әрекеттесуіне  байланысты. Қайтымды дисперстік жүйелердің дисперстік фазасы дисперсиялық ортамен  молекулалық өзара әрекеттеседі, сондықтан онда ери алады. Осыған байланысты Фрейндлих оларды лиофильді деп атауды ұсынды (грек. лиос – сұйықтық; phileo – жақсы көремін; phobos – жек көремін).

Қайтымсыз коллоидты  жүйелердің дисперстік фазасы дисперсиялық ортамен өзара әрекеттесе алмайды, яғни ерімейді. Мұндай жүйелерді Фрейндлих  лиофобты коллоидты жүйелер деп атады. Дисперсиялық ортасы су болса, сәйкесінше гидрофильді және гидрофобты.

Өзін-өзі  бақылау үшін тапсырмалар:

1. Дисперстілігі бойынша жіктеу.
2. Агрегаттық күйі бойынша жіктеу.
3. Бөлшектер арасындағы өзара әрекеттесулер бойынша жіктеу.
4. Дисперсті фаза мен дисперсті орта әрекеттесуі бойынша жіктеу.

Әдебиеттер: негізгі: 1-10, қосымша: 11-12

 

 4 - тақырып. Коллоидты жүйелерді алу әдістері.

Дәріс мақсаты: Коллоидты жүйелерді алу әдістерімен таныстыру

Жоспар:

1. Диспергация әдісі
2. Конденсация әдісі.
3. Пептизация әдісі.
4. Өздігінен диспергациялану әдісі.

Тақырыптың  қысқаша мазмұны:

Коллоидты ерітінділер  дисперстілік дәрежесі бойынша ірі  дисперсті жүйелер мен нағыз  ерітінділер аралығындағы аралық күйде болатындықтан, сведберг оларды алуды екі әдіске жіктеді: 1) Ұнтақтау немесе диспергация (латынша dispegere – себу, шашу); 2) Молекулаларды ірілендіру (агрегация) немесе конденсациялық әдіс (латынша aggregare – қосу, біріктіру). Сондай-ақ пептизация және өздігінен диспергация әдісімен де алуға болады. Пептизация дегеніміз коагуляция кезінде түзілген тұнбаларды коллоидты ерітіндіге өткізу. Дисперсті фазаның дисперсті ортада өздігінен диспергациялануы арқылы да кейбір жағдайларда коллоидты ерітінділер түзілуі мүмкін.

Коллоидтық жүйелерді алудың басты  екі шарты:

Дисперсті фазаның дисперсті  ортада ерімеуі немесе аз еруі;

Бөлшектер түзілетін  ортада осы бөлшектерді стабилизациялайтын заттардың болуы, ал конденация әдісінде бөлшектердің өсуін баяулататын  немесе тоқтататын заттардың болуы. Мұндай заттар жүйеге енгізілетін бөгде заттар немесе дисперсті азаның дисперсті ортамен әрекеттесуі кезінде түзілетін қосылыстар да болуы мүмкін. Осындай заттарды стабилизатор (тұрақтандырғыш) деп атайды.

1.1. Диспергация әдіс. Диспергация кезінде жұмсалатын энергия мөлшерінің көптігі есебінен меншікті бет өте жоғары болады. Диспергирлеуге қажетті энергия мөлшері мына формуламен есептеледі:

мұндағы Е – бөлшектерді  α₁ бастапқы сызықтық мөлшерден α₂ соңғы сызықтық мөлшерге дейін ұнтақтауға қажетті энергия, b – зат табиғатына тәуелді константа.

Диспергирлеу жолымен  коллоидты ерітінділерді алу  үшін әртүрлі әдістер қолданылады. Олардың ең көп таралғандары затты  стабилизатор қатысында арнаулы  келіде механикалық жолмен үгіту, сондай – ақ Петров жалынында электрлік ыдырату.

1.2. Конденсация әдісі. Диспергирлеу әдісімен салыстырғанда, конденсация әдісі сансыз өп, алуан түрлі және кең қолданысқа ие. Бұл конденсация процесі кезінде меншіктік бет пен жүйенің бос энергиясының азаюымен түсіндіріледі. Конденсацияның (іріленудің) екі түрі болады: физикалық конденсация және химиялық конденсация.

Зертханалық практикада және техникада кеңінен таралған коллоидты жүйелерді алу әдістерінің  бірі ерітішті ауыстыру әдісі. Ол зат ерігіш күйден ерімейтін немесе аз еритін күйге дейін ауысатындай етіп ортаны ауыстыруға негізделген. Мұнда жүйе өз бетінше үлкен ретсіздіктен аз ретсіздікке келеді, яғни энтропия азайып, процесс бағыты бос энергияның кемуімен анықталады:

Бұл әдіс берілген заттың бастапқыда болған коллоидтық емес күйден коллоидты күйге ауысуына негізделген. Мұндай әдісті жалпы түрде физикалық  конденсация әдісі деп атайды.

Зольдерді алудың жиі  қолданылатын әдістерінің екінші тобына нәтижесінде ерімейтін немесе қиын еритін заттар түзілетін ерітіндідегі химиялық реакцияны жүргізуге негізделген әдістер жатады. Мұндай әдістер химиялық конденсация әдісі деп аталады.

Коллоидты жүйелерді  алудың конденсациялық әдісінде үш әдісті біріктіріп қарастыруға болады: 1) ұшқыш заттар молекулаларының неғұрлым ірі бөлшектер түзу конденсациясы; 2) зат ерігіш күйден ерімейтін немесе аз еритін күйге ауысатындай етіп ортаны ауыстыру; 3) қиын еритін заттар түзе отырып ерітіндіде химиялық реакция жүргізу.

Конденсация кезінде үнемі сақталатын жағдайлар төмендегідей: 1) дисперстік ортада дисперстік фаза түзетін заттардың ерігіштігінің төмендігі; 2) жүйенің кинетикалық тұрақтылығы сақталатындай, яғни конденсация дисперстіліктің коллоидтық дәрежесінде тоқтайтындай дисперстілік дәрежесін таңдау; 3) алынған бөлшектердің тұрақты болатындай бөлшектер мен орта әрекеттесуін қамтамасыз ету.

1.3. 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.

1.4. 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 σ_1,2 < σ_крит≈0,01эрг/см² болатын коллоидты жүйелерге тән.

Өзін-өзі  бақылау үшін тапсырмалар:

1. Диспергация әдісі
2. Конденсация әдісі.
3. Пептизация әдісі.
4. Өздігінен диспергациялану әдісі.

Әдебиеттер: негізгі: 1-5, қосымша: 6-10

 

5 - тақырып. Зольдер құрылысы.

Дәріс мақсаты: Зольдер құрылысымен таныстыру

Жоспар:

Зольдер құрылысы

Тақырыптың  қысқаша мазмұны: Коллоидты ерітінділерді (зольдер) алудың басқа әдістерімен танысу үшін алдымен коллоидты бөлшектер құрылысымен танысу керек.

Күміс иодиді золін қарастырайық. Бір ерітіндінің артық мөлшері  алынған кезде, кұміс нитраты  мен калий иодидінің әрекеттесуінен күміс иодиді алынады. Калий иодидінің  артық мөлшері алынған кезде  жалпы тұрде құрылысы төмендегідей бөлшек алынады:

 

1 – сурет. Күміс  иодиді коллоидтық бөлшегінің  құрылысы

 

                              {[AgI]_m nI^- ∙ (n – x)K⁺}^x- xK⁺,