Жалпы химия: оқу құралы / А.В.Жолнин; ред. В.А.Попкова, А.В.Жолнина. - 2012. - 400 б.: сырқат.

13-тарау. ДИСПЕРСІК ЖҮЙЕЛЕРДІҢ ФИЗИКАЛЫҚ ХИМИЯСЫ

13-тарау. ДИСПЕРСІК ЖҮЙЕЛЕРДІҢ ФИЗИКАЛЫҚ ХИМИЯСЫ

Тіршілік – ерекше коллоидтық жүйе,... бұл табиғи сулардың ерекше патшалығы.

ЖӘНЕ. Вернадский

13.1 ДИСПЕРСТЫҚ ЖҮЙЕЛЕР, ОНЫҢ ЖІКТЕЛУІ, ҚАСИЕТТЕРІ

Коллоидты ерітінділер

Қазіргі өркениеттің материалдық негізі және адамның және бүкіл биологиялық әлемнің өмір сүруінің өзі дисперсті жүйелермен байланысты. Адам дисперсті жүйелермен қоршалған өмір сүреді және жұмыс істейді. Ауа, әсіресе жұмыс бөлмелерінің ауасы дисперсті жүйе болып табылады. Көптеген тамақ өнімдері, аралық өнімдер және өңделген өнімдер дисперсті жүйелер болып табылады (сүт, ет, нан, май, маргарин). Көптеген дәрілік заттар жұқа суспензиялар немесе эмульсиялар, майлар, пасталар немесе кремдер (протаргол, колларгол, желатинол және т.б.) түрінде шығарылады. Барлық тірі жүйелер шашыранды. Бұлшықет және жүйке жасушалары, талшықтар, гендер, вирустар, протоплазма, қан, лимфа, жұлын сұйықтығы - бұлардың барлығы жоғары дисперсті түзілістер. Оларда болып жатқан процестер дисперсті жүйелердің физикалық химиясы зерттейтін физикалық және химиялық заңдармен басқарылады.

Дисперстік жүйелер деп зат азды-көпті жоғары фрагментация күйінде және қоршаған ортада біркелкі таралатын жүйелерді айтады. Жоғары дисперсті жүйелер туралы ғылым коллоидтық химия деп аталады. Тірі зат коллоидтық күйдегі қосылыстарға негізделген.

Дисперсті жүйе дисперстік орта мен дисперстік фазадан тұрады. Дисперсті жүйелердің әртүрлі сипаттамаларына негізделген дисперстік жүйелердің бірнеше классификациясы бар.

1. Агрегация күйіне қарай дисперсиялық ортаБарлық дисперстік жүйелерді 3 түрге дейін азайтуға болады. Газ тәрізді дисперсті жүйелер

дисперсиялық орта - аэрозольдер(түтін, жұмыс кеңістігінің ауасы, бұлттар және т.б.). Сұйық дисперсиялық ортасы бар дисперсті жүйелер - лиозольдер(көбіктер, эмульсиялар – сүт, суспензиялар, тыныс алу жолдарында ұсталған шаң; қан, лимфа, зәр гидрозолдар). Қатты дисперсиялық ортасы бар дисперсті жүйелер - солидозолдар(пемза, силикагель, қорытпалар).

2. Екінші жіктеу топтары дисперстік фазаның бөлшектерінің өлшеміне байланысты дисперстік жүйелерді құрайды. Бөлшектердің фрагментациясының өлшемі не көлденең бөлшектердің өлшемі - радиус (r), немесе

Бөлшектердің (r) (радиусы) сантиметрмен өрнектеледі, онда D дисперсиясы - бір сантиметр ұзындықта тығыз орналаса алатын бөлшектердің саны. Ақырында, оны меншікті бет ауданымен (∑) сипаттауға болады, ∑ өлшем бірліктері м 2 /г немесе м 2 /л. астында нақты бетбеттік қатынасты түсіну (С) дисперсті фазаға дейін

меншікті бет ауданының бөлшек пішініне тәуелділік коэффициенті. Меншікті бет ауданы дисперсияға тура пропорционал (D) және көлденең бөлшектер өлшеміне (r) кері пропорционал. Дисперсияның жоғарылауымен, яғни. бөлшектердің мөлшері азайған сайын оның меншікті бетінің ауданы артады.

Екінші классификация дисперсті жүйелерді дисперстік фазаның бөлшектерінің өлшеміне байланысты келесі топтарға бөледі (13.1-кесте): ірі жүйелер; коллоидты ерітінділер; шынайы шешімдер.

Коллоидты жүйелер газ, сұйық және қатты болуы мүмкін. Ең көп таралған және зерттелген сұйықтық (лиозольдер).Коллоидты ерітінділер әдетте қысқаша зольдер деп аталады. Еріткіштің табиғатына байланысты – дисперстік орта, т.б. су, спирт немесе эфир, лиозольдар сәйкесінше гидрозолдар, алкозолдар немесе эфирозольдер деп аталады. Дисперсті фаза бөлшектері мен дисперстік орта арасындағы әрекеттесу қарқындылығына байланысты зольдер 2 топқа бөлінеді: лиофильді- қарқынды өзара әрекеттесу, нәтижесінде дамыған сольватациялық қабаттар түзіледі, мысалы, протоплазма, қан, лимфа, крахмал, ақуыз және т.б.; лиофобты ерітінділер- дисперстік фаза бөлшектерінің дисперстік орта бөлшектерімен әлсіз әрекеттесуі. Металдардың ерітінділері, гидроксидтер, барлық дерлік классикалық коллоидтық жүйелер. ЖИА және БАЗ ерітінділері жеке топтарға бөлінеді.

13.1-кесте.Дисперсті жүйелердің бөлшектердің өлшемі және олардың қасиеттері бойынша жіктелуі

Коллоидтық ерітінділер теориясына үлкен үлес қосқан отандық ғалымдарымыз И.Г. Борщов, П.П. Веймарн, Н.П. Песков, Д.И. Менделеев, Б.В. Дерягин, П.А. Қайта байланыстырғыш және т.б.

Кез келген коллоидты ерітінді микрогетерогенді, көпфазалы, жоғары және дисперстік дәрежесі жоғары полидисперсті жүйе. Коллоидты ерітіндінің түзілу шарты бір фаза затының екінші фазаның затында ерімейтіндігі болып табылады, өйткені тек осындай заттардың арасында физикалық интерфейстер болуы мүмкін. Дисперсті фаза бөлшектерінің өзара әрекеттесу күші негізінде еркін дисперсті және когерентті дисперсті жүйелер бөлінеді. Соңғыларына мысал ретінде биологиялық мембраналарды келтіруге болады.

Коллоидты ерітінділерді дайындау екі әдіспен жүзеге асырылады: ірі бөлшектерді коллоидтық дисперсия дәрежесіне дейін дисперсиялау және конденсациялау – атомдар, молекулалар немесе иондар дисперсияның коллоидтық дәрежесі агрегаттарына біріктірілетін жағдай жасау.

Гидрозолдар металдар, суда нашар еритін тұздар, оксидтер мен гидроксидтер және көптеген полярлы емес органикалық заттардан түзілуі мүмкін. Суда жақсы еритін, бірақ полярлы емес қосылыстарда нашар еритін заттар гидрозол түзуге қабілетті емес, органозоль түзе алады.

Ретінде тұрақтандырғыштарколлоидты бөлшектердің үлкенірек бөлшектерге бірігуіне және олардың тұнбаға түсуіне жол бермейтін заттар қолданылады. Бұл әсерге қол жеткізіледі: дисперсті фазалық зат алынатын реагенттердің біреуінің, беттік белсенді заттардың, соның ішінде белоктар мен полисахаридтердің шамалы артық болуы.

Коллоидтық жүйелерге (10 -7 -10 -9 м) қажетті дисперсияға жету үшін мыналар қолданылады:

Сұйық дисперсті орта мен тұрақтандырғыштың қатысуымен шарикті және коллоидты диірмендерді қолданып механикалық ұсату;

Ультрадыбыстың әсері (мысалы, күкірт гидрозолы, графит, металл гидроксидтері және т.б.);

Пептизация әдісі, электролиттің аз мөлшерін қосу - пептизатор;

Конденсация әдісінің бір түрі еріткішпен алмастыру әдісі болып табылады, бұл дисперсті фазалық заттың ерігіштігінің төмендеуіне әкеледі. Заттың молекулалары шынайы ерітіндідегі молекулалардың сольватациялық қабаттарының бұзылуы және үлкенірек бөлшектердің пайда болуы нәтижесінде коллоидтық өлшемдегі бөлшектерге конденсацияланады. Химияның негізі

Химиялық конденсация әдістері белгілі бір тұрақтандырғыштардың қатысуымен нашар еритін заттардың түзілуіне әкелетін химиялық реакцияларды (тотығу, тотықсыздану, гидролиз, алмасу) қамтиды.

13.2. КОЛЛОИДАЛДЫ ЕРІТІМДЕРДІҢ МОЛЕКУЛАЛЫҚ-КИНЕТИКАЛЫҚ ҚАСИЕТТЕРІ. ОСМОС.

ОСМОТТЫҚ ҚЫСЫМ

Броундық қозғалыс молекулалық-кинетикалық сипатқа ие коллоидтық жүйелердегі бөлшектердің жылулық қозғалысы болып табылады.Коллоидты бөлшектердің қозғалысы оларға жылулық қозғалыстағы дисперсиялық орта молекулаларының кездейсоқ әсер етуінің салдары екені анықталды. Осының нәтижесінде коллоидтық бөлшек өз бағыты мен жылдамдығын жиі өзгертеді. 1 с ішінде коллоидтық бөлшек өз бағытын 10 20 реттен артық өзгерте алады.

Диффузия коллоидты бөлшектердің термиялық хаотикалық қозғалысының әсерінен ерітіндідегі концентрациясын теңестірудің өздігінен жүретін процесі. Диффузия құбылысы қайтымсыз. Диффузия коэффициенті концентрация градиенті 1 (яғни, 1 см қашықтықта концентрацияның 1 моль/см 3 өзгеруі) уақыт бірлігінде бірлік аудан арқылы таралатын заттың мөлшеріне сандық түрде тең. А.Эйнштейн (1906) диффузия коэффициентін абсолютті температураға, тұтқырлыққа және дисперсті фазаның бөлшектерінің өлшеміне қатысты теңдеуді шығарды:

Қайда Т- температура, К; r- бөлшектердің радиусы, м; η - тұтқырлық, N с/м 2; Б- Больцман тұрақтысы, 1,38 10 -23; D- диффузия коэффициенті, м 2 /с.

Диффузия коэффициенті температураға тура пропорционал және ортаның тұтқырлығына (η) және бөлшектердің радиусына (r) кері пропорционал. Диффузияның себебі, броундық қозғалыс сияқты, еріткіш пен зат бөлшектерінің молекулалық-кинетикалық қозғалысы. Оның көлемі неғұрлым үлкен болса, қозғалыстағы молекуланың кинетикалық энергиясы соғұрлым аз болатыны белгілі (13.2-кесте).

Эйнштейн теңдеуін пайдаланып, егер сіз білсеңіз, 1 моль заттың массасын оңай анықтауға болады. D, T,η және r. (13.1) теңдеуден анықтауға болады r:

Қайда Р- әмбебап газ тұрақтысы, 8,3 (Дж/моль-К); Н аАвогадро тұрақтысы.

13.2-кесте.Кейбір заттардың диффузиялық коэффициенті

Жүйені жүйенің басқа бөліктерінен бір құрамдас бөлікке (мысалы, су) және екіншісіне (мысалы, еріген затқа) өткізбейтін бөлік арқылы бөлінгенде, диффузия бір жақты болады (осмос). Мембрананың бетінің бірлігіне осмос туғызатын күш деп аталады осмостық қысым.Жартылай өткізгіш қалқалардың (мембрананың) рөлін адам, жануар және өсімдік ұлпалары (қуық, ішек қабырғалары, жасушалық мембраналар және т.б.) атқара алады. Коллоидты ерітінділер үшін осмостық қысым шынайы ерітінділерге қарағанда төмен. Диффузия процесі әртүрлі иондардың қозғалғыштығы және концентрация градиентінің (мембраналық потенциал) түзілуі нәтижесінде потенциалдар айырмасының пайда болуымен бірге жүреді.

Шөгу.Бөлшектердің таралуына диффузия ғана емес, сонымен қатар гравитациялық өріс де әсер етеді. Коллоидтық жүйенің кинетикалық тұрақтылығы өзара қарама-қарсы бағытта бағытталған екі фактордың әрекетіне байланысты: әсерінен бөлшектер шөгетін ауырлық күшіне және бөлшектердің бүкіл көлемге таралу бейімділігі мен күшіне. қонуға қарсы тұру.

Коллоидты ерітінділердің оптикалық қасиеттері. Жарықтың шашырауы. D. Рэйлей теңдеуі.Бір қарағанда коллоидты және шынайы ерітінділерді ажырату мүмкін емес. Жақсы дайындалған золь дерлік таза мөлдір сұйықтық болып табылады. Оның микрогетерогенділігін арнайы әдістер арқылы анықтауға болады. Егер жарықсыз жерде орналасқан золь тар сәулемен жарықтандырылса, онда бүйірден қараған кезде жарық конусы көрінеді, оның шыңы сәуленің біртекті емес кеңістікке түсетін жерінде орналасқан. Бұл Тиндалл конусы деп аталады - бүйірлік жарықтандыру кезінде байқалатын коллоидтардың бұлтты жарқырауы деп аталады. Фарадей-Тиндал эффектісі.

Коллоидтарға тән бұл құбылыстың себебі, коллоидты бөлшектердің мөлшері жарықтың толқын ұзындығының жартысынан аз, ал шашырау нәтижесінде жарықтың дифракциясы байқалады, бөлшектер жарқырайды, тәуелсіз жарық көзіне айналады және; сәуле көрінеді.

Жарықтың шашырау теориясын 1871 жылы Рэйлей жасап шығарды, ол сфералық бөлшектер үшін жүйенің көлем бірлігіне шашыраған жарықтың интенсивтілігімен (I 0) түскен жарықтың интенсивтілігін (I р) байланыстыратын теңдеу шығарды.

Қайда Мен, мен 0- шашыраған және түскен жарықтың қарқындылығы, Вт/м2; кп – Рэйлей тұрақтысы, дисперсті фаза заттарының және дисперстік ортаның сыну көрсеткіштеріне байланысты константа, м -3; в- золь бөлшектерінің концентрациясы, моль/л; λ - түскен жарықтың толқын ұзындығы, м; r- бөлшектердің радиусы, м.

13.3. КОЛЛОИДАЛДЫ БӨЛШЕКТЕРДІҢ ҚҰРЫЛЫМЫНЫҢ МЦЕЛЛЕРЛІК ТЕОРИЯСЫ

Мицеллалар зольдің дисперсті фазасын құрайды, ал мицелла аралық сұйықтық дисперсиялық ортаны құрайды, оның құрамына еріткіш, электролит иондары және электролит емес молекулалар кіреді. Мицелла электрлік бейтарап агрегат пен иондық бөлшектен тұрады. Коллоидты бөлшектің массасы негізінен агрегатта шоғырланған. Агрегат аморфты және кристалды құрылымға ие болуы мүмкін. Панет-Фажанс ережесі бойынша агрегаттың кристалдық торының құрамына кіретін (немесе онымен изоморфты) иондар агрегат атомдарымен берік байланыс түзе отырып, агрегатқа қайтымсыз адсорбцияланады. Мұның көрсеткіші – бұл қосылыстардың ерімейтіндігі. Олар шақырылады потенциалды анықтайтын иондар.Агрегат иондардың таңдамалы адсорбциясы немесе беттік молекулалардың иондалуы нәтижесінде заряд алады. Сонымен, агрегаттық және потенциалды анықтаушы иондар мицелланың өзегін және ядроның айналасында қарама-қарсы таңбалы топтық иондар – қарсы иондарды құрайды. Агрегат мицелланың иондық бөлігімен бірге қос электрлік қабат (адсорбциялық қабат) түзеді. Агрегация адсорбциялық қабатпен бірге түйіршік деп аталады. Түйіршік заряды қарсы иондар мен потенциал анықтаушы иондардың зарядтарының қосындысына тең. Иондық

мицелланың бір бөлігі екі қабаттан тұрады: адсорбциялық және диффузиялық. Бұл коллоидтық ерітіндінің негізі болып табылатын электрлік бейтарап мицелланың түзілуін аяқтайды. Мицелла ретінде бейнеленген коллоидты химиялық формула.

BaCl 2 артық болған жағдайда барий сульфатының коллоидты ерітіндісінің түзілуі мысалында гидрозол мицеллаларының құрылымын қарастырайық:

Аз еритін барий сульфаты құрамындағы кристалды агрегат түзеді м BaSO 4 молекулалары. Құрылғының бетіне адсорбцияланған n Ba 2+ иондары. Ядроның бетімен байланысқан 2(n -x)хлорид иондары C1 - . Қалған қарсы иондар (2х) диффузиялық қабатта орналасқан:

Натрий сульфатының артық мөлшерімен алынған барий сульфат золь мицелласының құрылымы былай жазылады:

Жоғарыда келтірілген деректерге сүйенсек, коллоидты бөлшек зарядының таңбасы коллоидты ерітінді алу шарттарына байланысты екенін.

13.4. ЭЛЕКТРОКИНЕТИКАЛЫҚ ПОЦЕНЦИАЛ

КОЛЛОИДАЛДЫ БӨЛШЕКТЕР

Zeta-(ζ )-потенциал.ζ-потенциал зарядының шамасы түйіршік зарядын анықтайды. Ол потенциалды анықтайтын иондардың зарядтарының қосындысы мен адсорбциялық қабатта орналасқан қарсы иондардың зарядтарының айырмасымен анықталады. Ол адсорбциялық қабаттағы қарсы иондар саны артқан сайын азаяды және қарсы иондардың заряды ядро ​​зарядына тең болса, нөлге тең болуы мүмкін. Бөлшек изоэлектрлік күйде болады. ζ-потенциалдың мәні бойынша дисперсті жүйенің тұрақтылығын, оның құрылымын және электрокинетикалық қасиеттерін бағалауға болады.

Денедегі әртүрлі жасушалардың ζ потенциалы әртүрлі. Тірі протоплазма теріс зарядты. рН 7,4 кезінде эритроциттердің ζ-потенциалының мәні -7-ден -22 мВ-қа дейін, адамдарда -16,3 мВ. Моноциттерде ол шамамен 2 есе төмен. Электрокинетикалық потенциал электрофорез кезінде дисперстік фаза бөлшектерінің қозғалыс жылдамдығын анықтау арқылы есептеледі.

Бөлшектердің электрофоретикалық қозғалғыштығы бірқатар шамаларға байланысты және Гельмгольц-Смолуховский теңдеуі арқылы есептеледі:

Қайда және т.б- электрофорездік ұтқырлық (электрофорез жылдамдығы), м/с; ε – ерітіндінің салыстырмалы диэлектрлік өтімділігі; ε 0 - электр тұрақтысы, 8,9 10 -12 А с/Вт м; Δφ - сыртқы ток көзінен потенциалдар айырымы, V; ζ - электрокинетикалық потенциал, V; η - дисперсиялық ортаның тұтқырлығы, N с/м 2; л- электродтар арасындағы қашықтық, м; k f- коэффициент, оның мәні коллоидты бөлшектің пішініне байланысты.

13.5. ЭЛЕКТРОКИНЕТИКАЛЫҚ ҚҰБЫЛЫСТАР.

ЭЛЕКТРОФОРЕЗ. ЭЛЕКТРОФОРЕЗ

МЕДИЦИНАЛЫҚ-БИОЛОГИЯЛЫҚ ЗЕРТТЕУЛЕРДЕ

Электрокинетикалық құбылыстар дисперсті жүйенің фазаларының бір-біріне қатысты қозғалысы мен осы фазалар арасындағы интерфейстің электрлік қасиеттері арасында болатын байланысты көрсетеді. Электрокинетикалық құбылыстардың төрт түрі бар - электрофорез, электроосмос, ағындық потенциал (ағын) және тұндыру потенциалы.Электрокинетикалық құбылыстарды Ф.Ф. Рейс. Ол екі шыны түтікшені дымқыл саздың бір бөлігіне біраз қашықтыққа батырды, оларға кварц құмын құйып, сол деңгейге дейін су құйып, электродтарды түсірді (13.1-сурет).

Тұрақты ток өткізе отырып, Рейс анодтық кеңістікте сазды бөлшектердің суспензиясының пайда болуынан құм қабатының үстіндегі судың бұлтты болатынын, сонымен бірге тізедегі су деңгейінің төмендейтінін анықтады; катодты түтікте су мөлдір болып қалады, бірақ оның деңгейі көтеріледі. Тәжірибе нәтижелеріне сүйене отырып, мынадай қорытынды жасауға болады: оң электродқа қарай жылжыған саз бөлшектері теріс зарядталады, ал судың іргелес қабаты теріс полюске қарай жылжыған кезде оң зарядталады.

Күріш. 13.1.Дисперсті фазалық бөлшектердің қозғалысының электрокинетикалық құбылыстары

дисперсті жүйеде

Электр өрісінің әсерінен дисперсті фазаның зарядталған бөлшектерінің дисперстік орта бөлшектеріне қатысты қозғалу құбылысы электрофорез деп аталады. Кеуекті қатты зат (мембрана) арқылы қатты фазаға қатысты сұйықтың қозғалу құбылысы деп аталады. электроосмос.Сипатталған тәжірибе жағдайында бір мезгілде екі электрокинетикалық құбылыс – электрофорез және электроосмос байқалды. Коллоидты бөлшектердің электр өрісіндегі қозғалысы коллоидты бөлшектердің өз бетінде заряд алып жүретіндігінің айқын дәлелі.

Коллоидты бөлшекті, мицелланы үлкен күрделі ион ретінде қарастыруға болады. Коллоидты ерітінді тұрақты токтың әсерінен электролизден өтеді, коллоидты бөлшектер анодқа немесе катодқа өтеді (коллоидты бөлшектің зарядына байланысты). Осылайша, электрофорез – жоғары дисперсті жүйенің электролизі.

Кейінірек электрофорез мен электроосмосқа қарама-қарсы екі құбылыс ашылды. Дорн кез келген бөлшектер сұйықтыққа, мысалы, суға құмға түскенде, сұйық бағананың әртүрлі жерлеріне енгізілген 2 электрод арасында эмф пайда болатынын анықтады. седиментация потенциалы (Дорн эффектісі).

Сұйықтықты екі жағында электродтары бар кеуекті бөліктен өткізгенде, ЭҚК де пайда болады - ағындық (перколяциялық) потенциал.

Коллоидты бөлшек шамасына пропорционал жылдамдықпен қозғаладыζ - потенциал.Егер жүйеде күрделі қоспа болса, онда оны бөлшектердің электрофорездік қозғалғыштығына негізделген электрофорез әдісі арқылы зерттеуге және бөлуге болады. Бұл макро және микро электрофорез түрінде биомедициналық зерттеулерде кеңінен қолданылады.

Жасалған электр өрісі дисперсті фаза бөлшектерінің ζ-потенциал мәніне пропорционал жылдамдықпен қозғалуын тудырады, оны оптикалық құрылғылардың көмегімен зерттелетін ерітінді мен буфер арасындағы интерфейсті жылжыту арқылы байқауға болады. Нәтижесінде қоспа бірқатар фракцияларға бөлінеді. Жазу кезінде бірнеше шыңдары бар қисық алынады, шыңның биіктігі әрбір фракцияның мазмұнының сандық көрсеткіші болып табылады. Бұл әдіс қан плазмасының ақуыздарының жекелеген фракцияларын бөліп алуға және зерттеуге мүмкіндік береді. Барлық адамдардың қан плазмасының электроферограммалары әдетте бірдей. Патологияда олар әр ауруға тән көрініске ие. Олар ауруларды диагностикалау және емдеу үшін қолданылады. Электрофорез аминқышқылдарын, антибиотиктерді, ферменттерді, антиденелерді және т.б. Микроэлектрофорез микроскоп астында бөлшектердің қозғалу жылдамдығын анықтауды қамтиды - қағазда. Электрофорез құбылысы лейкоциттердің қабыну ошақтарына көшуі кезінде пайда болады. Қазіргі уақытта емдеу әдістері ретінде иммуноэлектрофорез, дискілік электрофорез, изотахофорез және т.б. әзірленуде және олар препараттық және аналитикалық сипаттағы көптеген медициналық және биологиялық мәселелерді шешеді.

13.6. КОЛЛОИДАЛДЫ ЕРІТІМДЕРДІҢ ТҰРАҚТЫЛЫҒЫ. ЛИОЗОЛДЕРДІҢ ШӨНУІ, АГРЕГАЦИЯЛЫҚ ЖӘНЕ КОНДЕНСАЦИЯЛЫҚ ТҰРАҚТЫЛЫҒЫ. ТҰРАҚТЫ ТҰРАҚТЫҒА ӘСЕР ЕТЕТІН ФАКТОРЛАР

Коллоидтық жүйелердің тұрақтылығы туралы мәселе олардың өмір сүруіне тікелей қатысты өте маңызды мәселе. Седиментацияның тұрақтылығы- дисперсті жүйе бөлшектерінің ауырлық күшінің әсерінен тұнбаға төзімділігі.

Песков агрегаттық және кинетикалық тұрақтылық түсінігін енгізді. Кинетикалық тұрақтылық- коллоидтық жүйенің дисперстік фазасының суспензияда болуы, тұнбаға түспеу және ауырлық күштеріне қарсы тұру қабілеті. Жоғары дисперсті жүйелер кинетикалық тұрақты.

астында агрегаттық тұрақтылықдисперсті жүйенің өзінің бастапқы дисперсия дәрежесін сақтау қабілетін түсіну керек. Бұл тұрақтандырғышпен ғана мүмкін. Агрегативті тұрақтылықтың бұзылуының салдары кинетикалық тұрақсыздық болып табылады,

өйткені бастапқы бөлшектерден түзілген агрегаттар ауырлық күшінің әсерінен бөлінеді (шөгеді немесе қалқып кетеді).

Агрегативті және кинетикалық тұрақтылық өзара байланысты. Жүйенің агрегаттық тұрақтылығы неғұрлым көп болса, оның кинетикалық тұрақтылығы да соғұрлым жоғары болады. Тұрақтылық тартылыс күші мен броундық қозғалыс арасындағы күрестің нәтижесімен анықталады. Бұл қарама-қарсылықтардың бірлігі мен күресі заңының көрінуінің мысалы. Жүйелердің тұрақтылығын анықтайтын факторлар: броундық қозғалыс, дисперстік фаза бөлшектерінің дисперсиясы, дисперсиялық ортаның тұтқырлығы мен иондық құрамы және т.б.

Коллоидты ерітінділердің тұрақтылық факторлары: коллоидты бөлшектердің электр зарядының болуы.Бөлшектердің заряды бірдей, сондықтан олар кездескен кезде бөлшектер итереді; диффузды қабат иондарының ерітінділенуі (гидратация) қабілеті.Диффузиялық қабаттағы иондар неғұрлым гидратталған болса, жалпы гидратациялық қабық неғұрлым қалың болса, жүйе соғұрлым тұрақты болады. Сольватация қабаттарының серпімділік күштері дисперсті бөлшектерге сына әсер етеді және олардың бір-біріне жақындауын болдырмайды; жүйелердің адсорбциялық-құрылымдық қасиеттері.Үшінші фактор дисперстік жүйелердің адсорбциялық қасиеттеріне байланысты. Дисперсті фазаның дамыған бетінде беттік белсенді заттардың (БАЗ) және жоғары молекулалық қосылыстардың (ГМС) молекулалары оңай сіңеді. Өзіндік сольвациондық қабаттары бар молекулалардың үлкен өлшемдері бөлшектердің бетінде айтарлықтай көлемдегі және тығыздықтағы адсорбциялық-сольвациондық қабаттарды жасайды. Мұндай жүйелер тұрақтылығы бойынша лиофильді жүйелерге жақын. Барлық осы қабаттар белгілі бір құрылымға ие, П.А. Дисперсті бөлшектердің конвергенциясының құрылымдық-механикалық кедергісін қайта байланыстыру.

13.7. СОЛЛАРДЫҢ коагуляциясы. КОАГУЛЯЦИЯ ЕРЕЖЕЛЕРІ. КОАГУЛЯЦИЯ КИНЕТИКАСЫ

Сольтер термодинамикалық тұрақсыз жүйелер. Зольдердің дисперсті фазасының бөлшектері коллоидты бөлшектердің меншікті бетінің азаюына байланысты бос беттік энергияны азайтуға бейім, олар біріккенде пайда болады. Коллоидты бөлшектердің ірі агрегаттарға бірігуі және ақырында оларды тұнбаға түсіру процесі деп аталады. коагуляция.

Коагуляция әртүрлі факторлардың әсерінен болады: механикалық әсер, температураның өзгеруі (қайнау және мұздату), сәулелену

ион, бөгде заттар, әсіресе электролиттер, уақыт (қартаю), дисперсті фазаның концентрациясы.

Ең көп зерттелген процесс – зольдердің электролиттермен коагуляциясы. Зольдерді электролиттермен коагуляциялаудың келесі ережелері бар.

1. Барлық электролиттер лиофобты зольдердің коагуляциясын тудыруға қабілетті. Коагуляциялық әсерге (Р) заряды түйіршік зарядына қарама-қарсы (потенциалды анықтайтын иондар) және қарсы иондармен бірдей таңбаға ие иондар болады. (Харди ережесі).Оң зарядталған зольдердің коагуляциясы аниондардың әсерінен болады.

2. Иондардың коагуляциялық қабілеті (Р) олардың зарядының шамасына байланысты. Ионның заряды неғұрлым жоғары болса, оның коагуляциялық әсері соғұрлым жоғары болады (Шульце ережесі): PA1 3+ > PCa 2+ > PK + .

Тиісінше, коагуляция шегі үшін мынаны жаза аламыз:

анау. ионның заряды неғұрлым төмен болса, соғұрлым жоғары концентрация коагуляциясы болады.

3. Зарядтары бірдей иондар үшін коагуляциялық қабілеттілік сольватталған ионның радиусына (r) байланысты: радиус неғұрлым үлкен болса, оның коагуляциялық әсері соғұрлым жоғары болады:

4. Әрбір электролит коллоидты ерітіндінің коагуляция процесінің шекті концентрациясымен сипатталады (коагуляция шегі), яғни. оның коагуляциясын тудыру үшін бір литр коллоидтық ерітіндіге қосу керек миллимольмен көрсетілген ең аз концентрация. Коагуляция шегі немесе шекті концентрация C деп белгіленеді. Коагуляция табалдырығы берілген электролитке қатысты золь тұрақтылығының салыстырмалы сипаттамасы болып табылады және коагуляция қабілетінің кері мәні болып табылады:

5. Органикалық иондардың коагуляциялық әсері бейорганикалықтарға қарағанда жоғары; Көптеген лиофобты ерітінділердің коагуляциясы ертерек жүреді,

Осылайша олардың изоэлектрлік күйіне қол жеткізіледі, бұл кезде айқын коагуляция басталады. Бұл әрекет деп аталады сыни.Оның мәні +30 мВ.

Әрбір дисперстік жүйе үшін коагуляция процесі белгілі бір жылдамдықпен жүреді. Коагуляция жылдамдығының электролит-коагулятор концентрациясына тәуелділігі суретте көрсетілген. 13.2.

Күріш. 13.2.Коагуляция жылдамдығының электролит концентрациясына тәуелділігі.

Мәтіндегі түсініктемелер

A&B-нің 3 аймағы және екі тән нүктесі анықталған. OA сызығымен шектелген аумақ (концентрация осі бойымен) жасырын коагуляция аймағы деп аталады. Мұнда коагуляция жылдамдығы іс жүзінде нөлге тең. Бұл тұрақтылық аймағы. А және В нүктелерінің арасында коагуляция жылдамдығы электролит концентрациясына байланысты баяу коагуляция аймағы бар. А нүктесі айқын коагуляция басталатын ең төменгі электролит концентрациясына сәйкес келеді (коагуляция шегі) және критикалық мәнге ие. Бұл кезеңді сыртқы белгілер бойынша бағалауға болады: түстің өзгеруі, бұлыңғырлықтың пайда болуы. Коллоидтық жүйе толығымен бұзылады: дисперсті фазаның заты деп аталатын тұнбаға бөлінеді. коагуляция.В нүктесінде жылдам коагуляция басталады, яғни барлық бөлшектердің соқтығысуы тиімді және электролит концентрациясына тәуелді емес. В нүктесінде ζ-потенциал 0-ге тең. Коллоидты ерітіндіні коагуляциялауға қажетті зат мөлшері электролиттің бірден немесе біртіндеп, кішкене бөліктерде қосылуына байланысты. Соңғы жағдайда бірдей коагуляция құбылысын тудыру үшін көбірек зат қосу керек екендігі байқалады. Бұл құбылыс препаратты дозалауда қолданылады.

Қарама-қарсы зарядтары бар екі коллоидты ерітіндіні біріктірсеңіз, олар тез коагуляцияланады. Процесс табиғатта электростатикалық болып табылады. Бұл өнеркәсіптік және ағынды суларды тазарту үшін қолданылады. Су шаруашылығында құм сүзгілерінің алдында суға алюминий сульфаты немесе темір (III) хлориді қосылады. Олардың гидролизі кезінде микрофлораның, топырақтың, органикалық қоспалардың теріс зарядталған бөлшектерінің коагуляциясын тудыратын металл гидроксидтерінің оң зарядты зольдері түзіледі.

Биологиялық жүйелерде коагуляция құбылыстары өте маңызды рөл атқарады. Тұтас қан эмульсия болып табылады. Қанның түзілген элементтері дисперстік фаза, плазма дисперстік орта болып табылады. Плазма - дисперстілігі жоғары жүйе. Дисперсті фаза: белоктар, ферменттер, гормондар. Қанда қан ұю жүйесі және қан ұюына қарсы жүйе жұмыс істейді. Біріншісі фибриногенге әсер ететін және фибриндік жіптердің (қан ұйығышы) түзілуін тудыратын тромбинмен қамтамасыз етіледі. Эритроциттер белгілі бір жылдамдықпен шөгеді (ESR). Коагуляция процесі қанның ең аз жоғалуын және қан айналымы жүйесінде қан ұйығыштарының пайда болуын қамтамасыз етеді. Патологияда қызыл қан жасушалары гамма-глобулиндер мен фибриногендердің үлкен молекулаларын адсорбциялайды және ESR жоғарылайды. Қанның ұюға қарсы негізгі қабілеті - қанның ұюына қарсы гепарин. Клиникалар коагулограмманы пайдаланады – қанның коагуляциялық және антикоагуляциялық қабілетіне (протромбин мөлшері, плазманың қайта кальцинация уақыты, гепаринге төзімділік, фибриногеннің жалпы мөлшері және т.б.) талдаулар жиынтығы, бұл ауыр қан кету және қан ұйығыштарының пайда болуы үшін маңызды. . Қанның ұюын сақтау кезінде оны ескеру қажет. Са 2+ иондары тұнбаға түсу үшін натрий нитратымен жойылады, бұл коагуляция қабілеттілігін арттырады. Антикоагулянт, гепарин және дикумарин қолданылады. Жүрек-қантамыр жүйесі элементтерінің эндопростетикасы үшін қолданылатын полимерлер антитромбогендік немесе тромбозистикалық қасиеттерге ие болуы керек.

13.8. КОЛЛОИДАЛЫҚ ЖҮЙЕЛЕРДІ ТҰРАҚТАНДЫРУ (КОЛЛОИДАЛЫҚ ЕРІТІМДЕРДІ ҚОРҒАУ)

Құрылымдық-механикалық қасиеттері жоғары коллоидты бөлшектердің бетінде қосымша адсорбциялық қабаттар жасау арқылы электролиттерге қатысты коллоидты ерітінділерді тұрақтандыру, жоғары ерітіндінің аз мөлшерін қосу.

комолекулалық қосылыстар (желатин, натрий казеинаты, жұмыртқа альбумині және т.б.) деп аталады коллоидтық қорғаныс.Қорғалған зольдер электролиттерге өте төзімді. Қорғалған золь адсорбцияланған полимердің барлық қасиеттеріне ие болады. Дисперсті жүйе лиофильді, сондықтан тұрақты болады. ЖИА немесе беттік белсенді заттың қорғаныс әсері қорғаныс санымен сипатталады. Қорғаныс нөмірін жүйеге 1 мл 10% натрий хлориді ерітіндісін енгізген кезде оны коагуляциядан қорғау үшін 10 мл зерттелетін зольге қосу керек ЖИА ең аз массасын (миллиграммен) түсіну керек. ЖИА ерітінділерінің қорғаныш әсерінің дәрежесі мыналарға байланысты: ЖИА табиғатына, қорғалған зольдің табиғатына, дисперсия дәрежесіне, ортаның рН-ына және қоспаларға.

Ағзадағы коллоидтық қорғаныс құбылысы бірқатар физиологиялық процестерде өте маңызды рөл атқарады. Әртүрлі белоктар, полисахаридтер, пептидтер ағзаға қорғаныс әсерін тигізеді. Олар карбонаттар мен кальций фосфаттары сияқты дененің гидрофобты жүйелерінің коллоидты бөлшектеріне Са-ны сіңіріп, оларды тұрақты күйге айналдырады. Қорғалған зольдердің мысалдары қан мен несеп болып табылады. Егер сіз 1 литр зәрді буландырсаңыз, нәтижесінде пайда болған тұнбаны жинап, содан кейін оны суда ерітуге тырыссаңыз, онда сізге 14 литр еріткіш қажет болады. Демек, несеп - бұл дисперсті бөлшектер альбуминдер, муциндер және басқа ақуыздармен қорғалған коллоидты ерітінді. Сарысу ақуыздары кальций карбонатының ерігіштігін 5 есеге жуық арттырады. Сүттегі кальций фосфатының жоғарылауы қартаю кезінде бұзылған ақуызды қорғауға байланысты.

Атеросклероздың дамуында лейцетин-холестериндік тепе-теңдік маңызды рөл атқарады, ол бұзылған кезде холестерин, фосфолипидтер және белоктар арасындағы қатынас өзгеріп, қан тамырларының қабырғаларында холестериннің шөгуіне әкеледі, нәтижесінде атерокальциноз пайда болады. Үлкен молекулалық май-белок компоненттері қорғаныста үлкен рөл атқарады. Екінші жағынан, қанның көміртегі мен оттегі газдарының жоғары концентрациясын еріген күйде ұстау қабілеті де белоктардың қорғаныш әсеріне байланысты. Бұл жағдайда белоктар газ микрокөпіршіктерін орап, оларды бір-біріне жабысудан қорғайды.

Дәрілік заттарды өндіруде қолданылатын коллоидты бөлшектерді қорғау.Дәрілік заттарды ағзаға біркелкі таралып, сіңірілуі үшін коллоидты күйде енгізу қажет. Осылайша, күмістің, сынаптың, күкірттің белокты заттармен қорғалған коллоидты ерітінділері қолданылады.

есірткі ретінде (протаргол, колларгол, лизоргинон) олар электролиттерге сезімтал болып қана қоймайды, сонымен бірге құрғақтыққа дейін булануы мүмкін. Сумен өңдегеннен кейін құрғақ қалдық қайтадан зольге айналады.

13.9. ПЕПТИЗАЦИЯ

Пептизация -коагуляцияның кері процесі, коагуляцияның зольге өту процесі. Пептизация тұнбаға (коагуляцияға) тұнбаның зольге өтуіне ықпал ететін заттарды қосқанда жүреді. Олар деп аталады Пепти пюресі.Әдетте пептизаторлар потенциалды анықтайтын иондар болып табылады. Мысалы, темір (III) гидроксидінің тұнбасын темір (III) тұздарымен пептизациялайды. Бірақ пептизатордың рөлін еріткіш (H 2 O) да орындауы мүмкін. Пептизация процесі адсорбция құбылыстарынан туындайды. Пептизатор электрлік қос қабатты құрылымның қалыптасуына және дзета потенциалының қалыптасуына ықпал етеді.

Демек, пептизация процесі негізінен потенциалды анықтаушы иондардың адсорбциясы мен қарсы иондардың десорбциялануымен байланысты, соның нәтижесінде дисперсті бөлшектердің ζ-потенциалының жоғарылауы және сольваттану (гидратация) дәрежесінің жоғарылауы, сольваттанудың пайда болуы байқалады. сына әсер (адсорбциялық пептизация) тудыратын бөлшектердің айналасындағы қабықтар.

Адсорбциядан басқа да бар ерітуді пептизациялау.Бұл түр пептизация процесі дисперсті фазаның беткі молекулаларының химиялық реакциясымен байланысты болған кезде бәрін қамтиды. Ол екі фазадан тұрады: енгізілген пептизатор электролитінің дисперсті бөлшекпен химиялық реакциясы арқылы пептизатордың түзілуі; нәтижесінде пайда болған пептизация агентінің дисперсті фазаның бетіне адсорбциясы, мицеллалардың пайда болуына және тұнбаның пептизациясына әкеледі. Ерітілген пептизацияның типтік мысалы металл гидроксидтерін қышқылдармен пептизациялау болып табылады.

Адсорбциялық пептизация арқылы алынған зольдердің максималды дисперсиясы тұнба үлпектерін түзетін бастапқы бөлшектердің дисперсия дәрежесімен анықталады. Еріту пептизациясы кезінде бөлшектердің фрагментация шекарасы коллоидтық аймақтан шығып, дисперсияның молекулалық дәрежесіне жетуі мүмкін. Тірі ағзалар үшін пептизация процесі үлкен маңызға ие, өйткені жасушалардың коллоидтары мен биологиялық сұйықтықтар организмдегі электролиттердің әсеріне үнемі ұшырайды.

Көптеген жуғыш заттардың, соның ішінде жуғыш заттардың әрекеті пептизация құбылысына негізделген. Сабынның коллоидты ионы диполь болып табылады, ол кір бөлшектерімен адсорбцияланады, оларға заряд береді және олардың пептизациясына ықпал етеді. Золь түріндегі кірді бетінен оңай кетіреді.

13.10. ГЕЛЬДЕР ЖӘНЕ ЖЕЛЛЕР. ТИКСОТРОПИЯ. СИНЕРЕЗ

ЖИА ерітінділері және кейбір гидрофобты коллоидтардың ерітінділері белгілі бір жағдайларда өзгерістерге ұшырауға қабілетті: сұйықтықтың жоғалуы, гельденуі, ерітінділердің гельденуі пайда болады, желелер мен гельдер түзіледі (латын тілінен «мұздатылған»).

Желе (гельдер)- Бұл коллоидты бөлшектер немесе полимер макромолекулалары арасындағы молекулалық адгезия күштерінің әрекеті нәтижесінде пайда болатын қатты, сұйық емес, құрылымды жүйелер. Молекулааралық әрекеттесу күштері кеңістіктік тордың рамкасының пайда болуына әкеледі, сұйықтыққа малынған губка тәрізді сұйық ерітіндімен толтырылады; Желе түзілуін ЖИА-дан тұздану немесе коагуляцияның бастапқы кезеңі, коагуляция құрылымының пайда болуы ретінде көрсетуге болады.

Қоспаны 45 ° C дейін қыздырғанда, желатиннің сулы ерітіндісі біртекті сұйық ортаға айналады. Бөлме температурасына дейін салқындатқанда ерітіндінің тұтқырлығы артады, жүйе өзінің сұйықтығын жоғалтады, қатаяды, жартылай қатты массаның консистенциясы пішінін сақтайды (пышақпен кесуге болады).

Желе немесе гель түзетін заттардың табиғатына байланысты олар ажыратылады: қатты бөлшектерден салынған - нәзік (қайтымсыз); икемді макромолекулалардан түзілген – серпімді (қайтымды). Морттары коллоидты бөлшектерден (TiO 2, SiO 2) түзіледі. Кептірілген - үлкен ерекше беті бар қатты көбік. Кептірілген желе ісінбейді;

Эластикалық гельдер полимерлер арқылы түзіледі. Кептіру кезінде олар оңай деформацияланады және қысылады, нәтижесінде серпімділікті сақтайтын құрғақ полимер (пирогель) пайда болады. Ол қолайлы еріткіште ісінуге қабілетті, процесс қайтымды және бірнеше рет қайталануы мүмкін.

Желедегі әлсіз молекулалық байланыстар механикалық жолмен жойылуы мүмкін (шайқау, құю, температура). Байланыстың үзілуі құрылымның бұзылуын тудырады, бөлшектер қабілетке ие болады

термиялық қозғалысқа байланысты жүйе сұйытып, сұйыққа айналады. Біраз уақыттан кейін құрылым өздігінен қалпына келеді. Мұны ондаған рет қайталауға болады. Бұл қайтымды түрлендіру деп аталады тиксотропия.Бұл изотермиялық түрлендіруді диаграмма арқылы көрсетуге болады:

Тиксотропия желатиннің әлсіз ерітінділерінде, жасуша протоплазмасында байқалады. Тиксотропияның қайтымдылығы сәйкес жүйелердегі құрылымның молекулааралық (ван-дер-Ваальс) күштерінен – коагуляциялық-тиксотропты құрылымға байланысты екенін көрсетеді.

Денедегі гельдер - ми, тері және көз алмасы. Құрылымның конденсациялық-кристалдану түрі химиялық табиғаттың күшті байланысымен сипатталады. Бұл жағдайда тиксотропты өзгерістердің қайтымдылығы бұзылады (кремний қышқылы гелі).

Желе - жүйенің тепе-теңдіксіз күйі, баяу жүретін фазаларды бөлу процесінің белгілі бір кезеңі және жүйенің тепе-теңдік күйіне жақындауы.Процесс раманың кеңістіктік торында механикалық түрде ұсталатын екінші жылжымалы сұйық фазаны басу арқылы желе жақтауын тығызырақ жинақы массаға біртіндеп сығуға дейін түседі. Сақтау кезінде сұйықтықтың жеке тамшылары уақыт өте келе желенің бетінде пайда болады, олар сұйық фазаның үздіксіз массасына қосылады; Желенің бөлінуінің бұл өздігінен жүретін процесі синерезис деп аталады. Нәзік желе үшін синерезис - бұл бөлшектердің қайтымсыз бірігуі, бүкіл құрылымның тығыздалуы. ЖИА желе үшін температураны жоғарылату синерезді тоқтатып, желеді бастапқы орнына қайтаруы мүмкін. Ұйыған қанның бөлінуі, нанның қатаюы және кондитерлік өнімдердің сіңуі синерезистің мысалы болып табылады. Жастардың тіндері серпімді, жасы ұлғайған сайын су көп, икемділік жоғалады, су аз - бұл синерез.

13.11. ӨЗІН-ӨЗІ ТЕСТ ҮШІН СҰРАҚТАР МЕН ТАПСЫРМАЛАР

САБАҚТАР мен Емтихандарға ДАЙЫНДЫҚ

1. Дисперсті жүйелер, дисперстік фаза және дисперстік орта туралы түсінік беріңіз.

2. Дисперсті фаза мен дисперстік ортаның агрегация күйіне қарай дисперстік жүйелер қалай жіктеледі? Медициналық және биологиялық профильдерге мысалдар келтіріңіз.

3. Дисперсті жүйелер олардағы молекулааралық әсерлесу күшіне қарай қалай жіктеледі? Медициналық және биологиялық профильдерге мысалдар келтіріңіз.

4.Жасанды бүйрек аппаратының негізгі бөлігі – диализатор. Ең қарапайым диализатордың жұмыс істеу принципі қандай? Қанды диализ арқылы қандай қоспалардан тазартуға болады? Қандай факторлар диализ жылдамдығын анықтайды?

5. Төмен молекулалы зат ерітіндісі мен коллоидты ерітіндіні қандай тәсілдермен ажыратуға болады? Бұл әдістер қандай қасиеттерге негізделген?

6. Зольды ірі дисперсті жүйеден қандай тәсілдермен ажыратуға болады? Бұл әдістер қандай қасиеттерге негізделген?

7. Коллоидты дисперстік жүйелерді алудың қандай әдістері бар? Олардың бір-бірінен айырмашылығы қандай?

8.Коллоидты дисперстік жүйелердің молекулалық-кинетикалық және оптикалық қасиеттерінің ерекшеліктері қандай? Оларды шынайы шешімдер мен өрескел жүйелерден несімен ерекшелендіреді?

9.Дисперстік жүйелердің агрегаттық, кинетикалық және конденсациялық тұрақтылығы туралы түсінік беріңіз. Жүйелердің тұрақтылығын анықтайтын факторлар.

10. Коллоидты дисперстік жүйелердің электрокинетикалық қасиеттері арасындағы байланысты көрсетіңіз.

11.Дисперстік фаза бөлшектерін механикалық араластыру кезінде қандай электрокинетикалық құбылыстар байқалады: а) дисперстік ортаға қатысты; б) дисперсті фазаның бөлшектеріне қатысты?

12. Төмендегі препараттардың қайсысы коллоидтық ерітінділерге жататынын түсіндіріңіз: а) бөлшектерінің мөлшері 10 -7 м рентгендік зерттеулерге контраст зат ретінде қолданылатын судағы барий сульфатының препараты; б) судағы күміс препараты – колларгол, бөлшектерінің мөлшері 10 -9 м іріңді жараларды емдеу үшін қолданылады.

13. Зольдердің коагуляциясы туралы түсінік. Лиофильді ерітінділердің коагуляциясы. Коагуляцияның сыртқы белгілері қандай? Зольдердің коагуляциясының мүмкін болатын өнімдерін көрсетіңіз.

14. Зольдердің коагуляциясын тудыратын факторлар. Зольдерді электролиттермен коагуляциялау ережелері. Коагуляция кинетикасы. Коагуляция шегі.

15. Асқазан-ішек жолдарында микро (Ca 2+)- және макро (C 2 O 4 2-)-элемент және қышқыл-негіз гомеостазының бұзылуы нәтижесінде бүйректе реакция жүреді:

Зольдің заряды қандай? Көрсетілген иондардың қайсысы осы ерітіндінің бөлшектеріне коагуляциялық әсер етеді: K +, Mg 2+, SO 4 2-, NO 3 -, PO 4 3-, Al 3+?

Кальций оксалатының зоті түзіледі. Золь мицелласының формуласын жазайық

(13.3.).

Золь түйіршіктерінің заряды оң, бұл келесі иондардың осы золь бөлшектері үшін коагуляциялық әсер (k) болатынын білдіреді: SO 4 2-, PO 4 3-, NO 3-, Харди ережесі бойынша. Коагуляциялық ионның заряды неғұрлым жоғары болса, соғұрлым оның коагуляциялық әсері күшейеді (Шульце ережесі). Шульце ережесі бойынша бұл аниондарды келесі қатарда орналастыруға болады: C - P0 4 3- > C - SO 4 2- > C - NO 3 - . Ионның заряды неғұрлым төмен болса, соғұрлым жоғары концентрацияда коагуляция пайда болады. Коагуляция шегі (p) – берілген электролитке қатысты золь тұрақтылығының салыстырмалы сипаттамасы және өзара

13.12. ТЕСТ ТАПСЫРМАЛАРЫ

1. Дұрыс емес мәлімдемені таңдаңыз:

а) коллоидты ерітінділерді алу үшін конденсациялау әдістеріне ORR, гидролиз және еріткіштерді ауыстыру жатады;

б) коллоидты ерітінділерді алудың дисперсиялық әдістеріне механикалық, ультрадыбыстық, пептизация жатады;

в) коллоидтық жүйелердің оптикалық қасиеттеріне опалесценция, дифракция және Тиндаль эффектісі жатады;

г) коллоидтық жүйелердің молекулалық-кинетикалық қасиеттеріне броундық қозғалыс, жарықтың шашырауы және ерітінді түсінің өзгеруі жатады.

2. Дұрыс емес мәлімдемені таңдаңыз:

а) электрофорез – электр өрісіндегі дисперстік фазаның қозғалмайтын дисперсиялық ортаға қатысты қозғалысы;

б) электроосмос – қозғалмайтын дисперсті фазаға қатысты дисперстік ортаның электр өрісіндегі қозғалысы;

в) электр өрісінің әсерінен капиллярлық жүйе арқылы емдік иондары мен молекулалары бар сұйықтықтардың енуі электродиализ деп аталады;

г) электрофорез белоктарды, нуклеин қышқылдарын және қан жасушаларын бөлу үшін қолданылады.

3. Ағындылығын жоғалтқан коллоидты ерітінді:

а) эмульсия;

б) гель;

в) соль;

г) тоқтата тұру.

4. Қан плазмасы дегеніміз:

а) соль;

б) гель;

в) шынайы шешім;

г) эмульсия.

5. Сольватталған тұрақтандырғыш иондарымен қоршалған дисперсті фазалық микрокристалдан тұратын гетерогенді жүйе деп аталады:

а) түйіршіктер;

б) негізгі;

в) бірлік;

г) мицелла.

6. Мицелла түзілгенде потенциалды анықтаушы иондар келесі ереже бойынша адсорбцияланады:

а) Шульце-Харди;

б) Қайта байланыстырғыш;

в) Панета-Фаджанца;

г) Шилова.

7. Мицелла түйіршіктері агрегат болып табылады:

а) адсорбциялық қабатпен бірге;

б) диффузиялық қабат;

в) адсорбциялық және диффузиялық қабаттар;

г) потенциалды анықтаушы иондар.

8. Интерфейстік потенциал дегеніміз:

а) қатты және сұйық фазалар;

б) сырғанау шекарасындағы адсорбциялық және диффузиялық қабаттар;

в) ядро ​​және қарсы иондар;

г) потенциалды анықтаушы иондар мен қарсы иондар.

9. Ұсақ кеуекті мембраналардың дисперстік фазаның бөлшектерін ұстап тұру және иондар мен молекулаларды еркін өткізу қабілеті деп аталады:

Таратылғанөте ұсақ бөлшектер түріндегі бір зат басқасының көлемінде біркелкі таралатын гетерогенді жүйелер деп аталады.

Аз мөлшерде болатын және басқасының көлемінде таралатын зат деп аталады дисперсті фаза. Ол бірнеше заттардан тұруы мүмкін.

Көлемінде дисперстік фаза таралатын, көп мөлшерде болатын зат деп аталады дисперсиялық орта. Оның және дисперсті фазаның бөлшектерінің арасында интерфейс бар, сондықтан дисперсті жүйелер гетерогенді (біртексіз) деп аталады;

Дисперсиялық ортаны да, дисперсті фазаны да агрегацияның әртүрлі күйіндегі заттармен – қатты, сұйық және газ тәрізді түрде көрсетуге болады.

Дисперсиялық орта мен дисперстік фазаның агрегаттық күйінің қосындысына байланысты мұндай жүйелердің 8 түрін ажыратуға болады.

Дисперсті фазаны құрайтын заттардың бөлшектерінің өлшеміне қарай дисперстік жүйелер бөлінеді өрескел(суспензиялар) бөлшектердің өлшемдері 100 нм-ден асатын және ұсақ дисперсті(коллоидты ерітінділер немесе коллоидтық жүйелер) бөлшектердің өлшемдері 100-ден 1 нм-ге дейін. Егер зат мөлшері 1 нм-ден аз молекулаларға немесе иондарға бөлінсе, біртекті жүйе түзіледі - шешім. Ол біркелкі (гомогенді), дисперсті фаза бөлшектері мен орта арасында интерфейс жоқ.

Тіпті дисперсті жүйелермен және шешімдермен жылдам танысу олардың күнделікті өмірде және табиғатта қаншалықты маңызды екенін көрсетеді (кестені қараңыз).

Кесте. Дисперсті жүйелердің мысалдары

Дисперсиялық орта	Дисперсті фаза	Кейбір табиғи және тұрмыстық дисперстік жүйелердің мысалдары
Газ	Сұйықтық	Тұман, мұнай тамшылары бар ілеспе газ, автомобиль қозғалтқыштарындағы карбюратор қоспасы (ауадағы бензин тамшылары), аэрозольдер
Қатты	Ауадағы шаң, түтін, түтін, симумдар (шаңды және құмды дауылдар), аэрозольдер
Сұйықтық	Газ	Көпіршікті сусындар, көбік
Сұйықтық	Эмульсиялар. Ағзаның сұйық ортасы (қан плазмасы, лимфа, ас қорыту сөлдері), жасушалардың сұйық құрамы (цитоплазма, кариоплазма)
Қатты	Сольтер, гельдер, пасталар (желе, желе, желімдер). Суда ілінген өзен және теңіз тұнбалары; минометтер
Қатты	Газ	Ішінде ауа көпіршіктері бар қар қыртысы, топырақ, тоқыма маталар, кірпіш және керамика, пенопласт, газдалған шоколад, ұнтақтар
Сұйықтық	Ылғал топырақ, медициналық және косметикалық өнімдер (жақпа майлар, тушь, далап және т.б.)
Қатты	Тау жыныстары, түрлі-түсті стақандар, кейбір қорытпалар

Өзіңіз бағалаңыз: Ніл сазы болмаса, Ежелгі Египеттің ұлы өркениеті орын алмас еді; сусыз, ауасыз, тастар мен пайдалы қазбаларсыз тірі планета – біздің ортақ үйіміз – Жер мүлдем болмас еді; жасушаларсыз тірі ағзалар болмас еді, т.б.

Егер дисперсті фазаның барлық бөлшектерінің өлшемдері бірдей болса, онда мұндай жүйелер монодисперсті деп аталады (1, а және б-сурет). Өлшемдері бірдей емес дисперстік фазаның бөлшектері полидисперсті жүйелерді құрайды (1, в-сурет).

Күріш. 1. Еркін дисперсті жүйелер: корпускулалық - (а-в), талшықты - (г) және қабықшалы дисперстік - (е); a, b – монодисперсті; c – полидисперсті жүйе.

Дисперстік жүйелер болуы мүмкін еркін таралады(Cурет 1) және біртұтас таратылады(2-сурет, а - в) дисперсті фаза бөлшектерінің өзара әрекеттесуінің болмауына немесе болуына байланысты. Еркін дисперсті жүйелерге аэрозольдар, сұйылтылған суспензиялар және эмульсиялар жатады. Олар бұл жүйелерде сұйық, дисперсті фазаның бөлшектері байланыссыз, кездейсоқ жылулық қозғалысқа қатысады және ауырлық күшінің әсерінен еркін қозғалады. Біріктірілген дисперсті жүйелер қатты; олар дисперсті фазаның бөлшектері жанасқанда пайда болып, қаңқа немесе желі түріндегі құрылымның пайда болуына әкеледі. Бұл құрылым дисперсті жүйенің өтімділігін шектейді және оның пішінін сақтау мүмкіндігін береді. Ұнтақтар, концентрлі эмульсиялар және суспензиялар (пасталар), көбіктер, гельдер когезивті дисперстік жүйелердің мысалдары болып табылады. Заттың үздіксіз массасы капиллярлық-дисперсті жүйелерді (былғары, картон, маталар, ағаш) құрайтын кеуектер мен капиллярлар арқылы өтуі мүмкін.

Күріш. 3. Біріктірілген дисперсті (a-c) және капиллярлы-дисперсті (d, e) жүйелер: гель (а), тығыз (б) және борпылдақ доғалы (в) құрылымы бар коагулянт.

Дисперстік жүйелерді молекулалар әлемі мен үлкен денелер арасындағы аралық жағдайына сәйкес екі жолмен алуға болады: дисперсиялық әдістер, яғни үлкен денелерді ұнтақтау және молекулалық немесе иондық еріген заттарды конденсациялау әдістері.

Дисперсті жүйелер фазаларының өзара әрекеттесуі деп сольваттану (сулы жүйелер жағдайында гидратация), яғни дисперсті фаза бөлшектерінің айналасындағы дисперстік орта молекулаларынан сольватация (гидрат) қабықшаларының түзілуін айтады. Осыған сәйкес дисперсті фаза заттары мен дисперстік ортаның өзара әрекеттесу қарқындылығы бойынша (тек сұйық дисперстік ортасы бар жүйелер үшін) Г.Фрейндлихтің ұсынысы бойынша келесі дисперстік жүйелер бөлінеді:

− Лиофильді (гидрофильді, егер ДС су болса): беттік-активті заттардың мицеллярлық ерітінділері, критикалық эмульсиялар, кейбір табиғи ЖИҚ-ның сулы ерітінділері, мысалы, белоктар (желатин, жұмыртқаның ақтығы), полисахаридтер (крахмал). Олар DP бөлшектерінің ДС молекулаларымен күшті әсерлесуімен сипатталады. Шектеу жағдайында толық еру байқалады. Лиофильді дисперстік жүйелер сольватация процесінің әсерінен өздігінен түзіледі. Термодинамикалық агрегаттық тұрақты.

− Лиофобты (гидрофобты, егер ДС су болса): эмульсиялар, суспензиялар, ерітінділер. Олар DP бөлшектерінің ДС молекулаларымен әлсіз әрекеттесуімен сипатталады. Олар өздігінен қалыптаспайды; оларды қалыптастыру үшін жұмыс қажет. Термодинамикалық агрегаттық тұрақсыз (яғни, олар дисперсті фазаның бөлшектерін өздігінен агрегациялауға бейім), олардың салыстырмалы тұрақтылығы (деп аталатын) метатұрақтылық) кинетикалық факторларға байланысты (яғни, агрегацияның төмен жылдамдығы).

3. Салмақ.

Тоқтату – бұл фазалық бөлшектердің өлшемі 100 нм-ден асатын дисперсті жүйелер. Бұл мөлдір емес жүйелер, олардың жекелеген бөлшектерін жай көзбен көруге болады. Дисперсті фаза мен дисперстік орта тұндыру және сүзу арқылы оңай бөлінеді. Мұндай жүйелер бөлінеді:

1. Эмульсиялар (орта да, фаза да бір-бірімен ерімейтін сұйықтықтар). Қоспаны ұзақ уақыт шайқау арқылы су мен майдан эмульсия дайындауға болады. Бұл белгілі сүт, лимфа, су негізіндегі бояулар және т.б.

2. Суспензиялар (орта – сұйық, фаза – ондағы ерімейтін қатты зат – суспензияны дайындау үшін затты ұсақ ұнтақ етіп ұнтақтап, сұйықтыққа құйып, жақсылап шайқау керек). Уақыт өте келе бөлшек ыдыстың түбіне түседі. Әлбетте, бөлшектер неғұрлым аз болса, суспензия соғұрлым ұзақ сақталады. Бұл құрылыс ерітінділері, суда ілінген өзен және теңіз тұнбалары, теңіз суындағы микроскопиялық тірі ағзалардың тірі суспензиясы – алыптарды – киттерді қоректендіретін планктон және т.б.

3. Аэрозольдер сұйықтардың немесе қатты заттардың ұсақ бөлшектерінің газдағы (мысалы, ауадағы) суспензиялары. Шаң, түтін, тұман бар. Аэрозольдердің алғашқы екі түрі газдағы қатты бөлшектердің суспензиясы (шаңдағы үлкенірек бөлшектер), соңғысы газдағы сұйық тамшылардың суспензиясы. Мысалы: тұман, найзағай – ауадағы су тамшыларының суспензиясы, түтін – ұсақ қатты бөлшектер. Ал әлемдегі ең ірі қалалардың үстінде ілініп тұрған түтін де қатты және сұйық дисперсті фазасы бар аэрозоль болып табылады. Цемент зауыттарының жанындағы елді мекендердің тұрғындары ауада үнемі ілініп тұратын цемент шикізатын және оны күйдіру өнімі – клинкерді ұнтақтау кезінде түзілетін ең ұсақ цемент шаңынан зардап шегеді. Зауыт мұржаларынан шыққан түтін, түтін, тұмаумен ауыратын науқастың аузынан ұшатын ұсақ сілекей тамшылары да зиянды аэрозольдер болып табылады. Аэрозольдер табиғатта, күнделікті өмірде және адамның өндірістік қызметінде маңызды рөл атқарады. Бұлттардың жиналуы, егістіктерді химиялық заттармен өңдеу, бүріккіш пистолет арқылы бояу мен лак жабындарын жағу, тыныс алу жолдарын өңдеу (ингаляция) аэрозольдер пайдалы болатын құбылыстар мен процестердің мысалы болып табылады. Аэрозольдер - теңіз бетіндегі тұман, сарқырамалар мен субұрқақтар жанында пайда болатын кемпірқосақ адамға қуаныш пен эстетикалық ләззат береді;

Химия үшін ортасы су және сұйық ерітінділер болатын дисперсті жүйелердің маңызы зор.

Табиғи суда әрқашан еріген заттар болады. Табиғи сулы ерітінділер топырақ түзілу процестеріне қатысады және өсімдіктерді қоректік заттармен қамтамасыз етеді. Адам мен жануарлар организмдерінде болатын күрделі тіршілік процестері ерітінділерде де жүреді. Химия және басқа да өнеркәсіптердегі көптеген технологиялық процестер, мысалы, қышқылдар, металдар, қағаз, сода, тыңайтқыштар өндірісі ерітінділерде жүреді.

4. Коллоидтық жүйелер.

Коллоидтық жүйелер (грек тілінен аударғанда «колла» - желім, «эйдос» - желім тәрізді түрі) – Бұл фазалық бөлшектердің өлшемі 100-ден 1 нм-ге дейін болатын дисперсті жүйелер. Бұл бөлшектер жай көзге көрінбейді, мұндай жүйелердегі дисперстік фаза мен дисперстік ортаны тұндыру арқылы бөлу қиын.

Сіз өзіңіздің жалпы биология курсыңыздан осындай өлшемдегі бөлшектерді жарықтың шашырау принципін қолданатын ультрамикроскоптың көмегімен анықтауға болатынын білесіз. Осының арқасында ондағы коллоидты бөлшек қараңғы фонда жарқын нүкте ретінде көрінеді.

Олар зольдер (коллоидты ерітінділер) және гельдер (желе) болып бөлінеді.

1. Коллоидты ерітінділер, немесе солс. Бұл тірі жасушаның сұйықтықтарының көпшілігі (цитоплазма, ядро ​​шырыны - кариоплазма, органеллалар мен вакуольдердің мазмұны). Ал тірі организм тұтастай алғанда (қан, лимфа, ұлпа сұйықтығы, ас қорыту сөлдері және т.б.) Мұндай жүйелер желімдерді, крахмалды, белоктарды, кейбір полимерлерді құрайды.

Коллоидты ерітінділерді химиялық реакциялар нәтижесінде алуға болады; мысалы, калий немесе натрий силикаттарының («ерігіш шыны») ерітінділері қышқыл ерітінділерімен әрекеттескенде кремний қышқылының коллоидты ерітіндісі түзіледі. Темір (III) хлоридінің ыстық суда гидролизі кезінде де золь түзіледі.

Коллоидты ерітінділерге тән қасиет олардың мөлдірлігі болып табылады. Коллоидты ерітінділер сыртқы түрі бойынша шынайы ерітінділерге ұқсас. Олар соңғыларынан жарық сәулесі өткен кезде пайда болатын «жарық жолымен» - конуспен ерекшеленеді. Бұл құбылыс Тиндаль эффектісі деп аталады. Зольдің дисперстік фазасының бөлшектері шынайы ерітіндідегіден үлкенірек, олардың бетінен жарықты шағылыстырады, ал бақылаушы коллоидты ерітіндісі бар ыдыста жарқыраған конусты көреді. Ол шынайы ерітіндіде түзілмейді. Ұқсас әсерді байқауға болады, бірақ тек сұйық коллоид емес, аэрозоль үшін, орманда және кинотеатрларда кинокамераның жарық сәулесі кинотеатр залының ауасынан өткенде.

Жарық шоғын ерітінділер арқылы өткізу:

а – натрий хлоридінің шынайы ерітіндісі;

b – темір (III) гидроксидінің коллоидты ерітіндісі.

Коллоидты ерітінділердің дисперсті фазасының бөлшектері жылулық қозғалыстың әсерінен еріткіш молекулаларымен үздіксіз соқтығысуы салдарынан ұзақ сақтау кезінде де шөгіп қалмайды. Олардың бетінде аттас электр зарядтарының болуына байланысты бір-біріне жақындағанда бір-біріне жабыспайды. Бұл коллоидтық, яғни майда бөлінген күйдегі заттардың бетінің үлкен болуымен түсіндіріледі. Бұл бетке оң немесе теріс зарядталған иондар адсорбцияланады. Мысалы, кремний қышқылы SiO 3 2- теріс иондарын адсорбциялайды, олардың ерітіндісінде натрий силикатының диссоциациялануына байланысты көп болады:

Зарядтары ұқсас бөлшектер бір-бірін тежейді, сондықтан бір-біріне жабыспайды.

Бірақ белгілі бір жағдайларда коагуляция процесі болуы мүмкін. Кейбір коллоидтық ерітінділерді қайнатқанда зарядталған иондардың десорбциясы жүреді, т.б. коллоидты бөлшектер зарядын жоғалтады. Олар үлкейіп, орналаса бастайды. Кез келген электролит қосқанда да дәл осындай жағдай байқалады. Бұл жағдайда коллоидты бөлшек қарама-қарсы зарядталған ионды тартып, оның заряды бейтараптандырылады.

Коагуляция - коллоидты бөлшектердің бір-біріне жабысып, тұнбаға түсу құбылысы - коллоидты ерітіндіге электролит қосқанда осы бөлшектердің зарядтары бейтараптанғанда байқалады. Бұл жағдайда ерітінді суспензияға немесе гельге айналады. Кейбір органикалық коллоидтар қыздырғанда (желім, жұмыртқаның ақтығы) немесе ерітіндінің қышқылдық-негіздік ортасы өзгергенде коагуляцияланады.

2. Гельдер немесе желе зольдердің коагуляциясы кезінде түзілетін желатинді шөгінділер болып табылады. Олардың ішінде сізге жақсы таныс кондитерлік өнімдер, косметикалық және медициналық гельдер (желатин, желе, мармелад, нан, ет, джем, желе, мармелад, желе, ірімшік, сүзбе, сүзбе сүт, құс сүті) бар. торт) және, әрине, табиғи гельдердің шексіз алуан түрі: минералдар (опал), медузаның денелері, шеміршек, сіңір, шаш, бұлшықет және жүйке тіндері және т.б. Жердегі даму тарихын бір мезгілде материяның коллоидтық күйінің эволюциясының тарихы деп санауға болады. Уақыт өте келе гельдердің құрылымы бұзылады (қабыршақтары кетеді) - олардан су босатылады. Бұл құбылыс деп аталады синерезис .

Желе − бұл серпімді қатты денелердің қасиеттері бар құрылымдық жүйелер. Заттың желатинді күйін сұйық және қатты күйлер арасындағы аралық деп санауға болады.

Жоғары молекулалы заттардың желелерін негізінен екі әдіспен алуға болады: полимер ерітінділерінен желе түзу әдісі және құрғақ жоғары молекулалы заттарды тиісті сұйықтықтарда ісіну әдісі.

Полимер ерітіндісінің немесе ерітіндінің желеге өту процесі деп аталады желе түзілуі . Желатинизация тұтқырлықтың жоғарылауымен және броундық қозғалыстың баяулауымен байланысты және дисперсті фазаның бөлшектерін желі немесе жасушалар түрінде біріктіруден және барлық еріткіштің байланысуынан тұрады.

Желе түзілу процесіне еріген заттардың табиғаты, олардың бөлшектерінің пішіні, концентрациясы, температурасы, процесс уақыты және басқа заттардың, әсіресе электролиттердің қоспалары айтарлықтай әсер етеді. .

Олардың қасиеттеріне қарай желе екі үлкен топқа бөлінеді:

а) жоғары молекулалы заттардан алынған серпімді немесе қайтымды;

б) бейорганикалық гидрофобты ерітінділерден алынған сынғыш немесе қайтымсыз.

Жоғарыда айтылғандай, жоғары молекулалы заттардың желелерін ерітінділерді желатиндеу әдісімен ғана емес, сонымен қатар құрғақ заттардың ісіну әдісімен де алуға болады. Шектеулі ісіну желенің пайда болуымен аяқталады және ерімейді, ал шектеусіз ісіну кезінде желе еру жолындағы аралық кезең болып табылады.

Желе қатты денелердің бірқатар қасиеттерімен сипатталады: олар пішінін сақтайды, серпімділік қасиеттеріне және серпімділігіне ие. Бірақ олардың механикалық қасиеттері концентрация мен температура арқылы анықталады.

Қыздырған кезде желе тұтқыр ағынды күйге айналады. Бұл процесс балқыту деп аталады. Ол қайтымды, өйткені ерітінді салқындағаннан кейін қайтадан желе түзеді.

Көптеген желе механикалық әсерден (араластырғанда, шайқағанда) сұйылтуға және ерітіндіге айналуға қабілетті. Бұл процесс қайтымды, өйткені тыныштықта біраз уақыттан кейін ерітінді желе түзеді. Желелердің механикалық әсер ету кезінде бірнеше рет изотермиялық сұйылту және тыныштықта желе түзу қасиеті деп аталады. тиксотропия . Мысалы, шоколад массасы, маргарин, қамыр тиксотропты өзгерістерге қабілетті.

Құрамында судың көп мөлшері бар желе қатты денелердің қасиеттерінен басқа, сұйық дененің қасиеттеріне де ие. Оларда әртүрлі физикалық және химиялық процестер жүруі мүмкін: диффузия, заттар арасындағы химиялық реакциялар.

Жаңадан дайындалған желе уақыт өте келе өзгерістерге ұшырайды, өйткені желеде құрылымдау процесі жалғасуда. Бұл кезде желе бетінде сұйықтық тамшылары пайда бола бастайды, олар біріктіріліп, сұйық ортаны құрайды. Алынған дисперсиялық орта сұйылтылған полимер ерітіндісі, ал дисперсті фаза желатинді фракция болып табылады. Студия бұл көлемнің өзгеруімен жүретін желенің фазаларға бөлінуінің өздігінен жүретін процесі деп атайды. синерезис (жібіту).

Синерезді желе түзілуін анықтайтын процестердің жалғасы ретінде қарастырады. Әр түрлі желелердің синерезінің жылдамдығы әртүрлі және негізінен температура мен концентрацияға байланысты.

Полимерлерден түзілген желедегі синерезис ішінара қайтымды. Кейде синерезге ұшыраған желеді бастапқы күйіне қайтару үшін қыздыру жеткілікті. Желелерді сақтау кезінде химиялық процестер орын алса, синерезис күрделеніп, оның қайтымдылығы жоғалады, ал желе қартаяды. Бұл жағдайда желе байланысқан суды (қатар нан) ұстау қабілетін жоғалтады. Синерездің практикалық маңызы өте үлкен. Көбінесе синерезис күнделікті өмірде және өндірісте қажет емес. Бұл нанның қатып қалуы, мармеладтың, кисельдің, карамельдің, жеміс-жидек тосаптарының жібітуі.

5. Жоғары молекулалы заттардың ерітінділері.

Полимерлер, төменгі молекулалы заттар сияқты, ерітінді алу шарттарына (полимер мен еріткіштің табиғаты, температурасы және т.б.) қарай коллоидты да, шынайы ерітінділер де түзе алады. Осыған байланысты ерітіндідегі заттың коллоидтық немесе шынайы күйі туралы айту әдетке айналған. Біз коллоидты полимерлі-еріткіш жүйелеріне тоқталмаймыз. Молекулярлы полимерлердің ерітінділерін ғана қарастырайық. Айта кету керек, молекулалардың үлкен мөлшеріне және олардың құрылымының ерекшеліктеріне байланысты ЖИА ерітінділері бірқатар ерекше қасиеттерге ие:

1. ЖИА ерітінділеріндегі тепе-теңдік процестері баяу орнатылады.

2. ЖИА-ның еру процесі әдетте ісіну процесімен бірге жүреді.

3. Полимер ерітінділері идеалды ерітінділердің заңдарына бағынбайды, яғни. Рауль және Вант-Хофф заңдары.

4. Полимер ерітінділері ағып жатқанда молекулалардың ағын бағытына бағытталуына байланысты қасиеттердің анизотропиясы (әртүрлі бағыттағы ерітіндінің физикалық қасиеттерінің тең еместігі) пайда болады.

5. ЖИА ерітінділерінің жоғары тұтқырлығы.

6. Өлшемдері үлкен болғандықтан, полимер молекулалары ерітінділерде ассоциациялануға бейім. Полимер ассоциацияларының қызмет ету мерзімі төмен молекулалы заттарға қарағанда ұзағырақ.

БМҚ-ның еру процесі өздігінен жүреді, бірақ ұзақ уақыт бойы және көбінесе еріткіштегі полимердің ісінуі алдында болады. Макромолекулалары симметриялы пішінді полимерлер ерітіндіге бірінші ісінусіз түсе алады. Мысалы, гемоглобин, бауыр крахмалы – гликоген еріген кезде ісінбейді деуге болады, ал бұл заттардың ерітінділері салыстырмалы түрде жоғары концентрацияда да жоғары тұтқырлыққа ие болмайды. Ал асимметриялық ұзартылған молекулалары бар заттар еріген кезде өте қатты ісінеді (желатин, целлюлоза, табиғи және синтетикалық каучуктар).

Ісіну – еріткіш молекулаларының ИМС кеңістіктік құрылымына енуіне байланысты полимердің массасы мен көлемінің ұлғаюы.

Ісінудің екі түрі бар: шексіз,ЖИА толық еруімен аяқталады (мысалы, судағы желатиннің, бензолдағы каучуктың, ацетондағы нитроцеллюлозаның ісінуі) және шектелген, ісінген полимер – желе түзілуіне әкеледі (мысалы, судағы целлюлозаның, суық судағы желатиннің, бензолдағы вулканизацияланған каучуктың ісінуі).

Дисперсті жүйелердің жіктелуін әртүрлі қасиеттері бойынша жүргізуге болады: дисперстілігі бойынша, фазалардың агрегаттық күйі бойынша, дисперсті фаза мен дисперстік ортаның әрекеттесуі бойынша, бөлшектер аралық әрекеттесу бойынша.

Дисперсия бойынша классификация

Меншікті бет ауданының дисперсияға тәуелділігі Ssp = f(d) графикалық түрде тең жақты гипербола арқылы өрнектеледі (сурет).

График бөлшектердің көлденең өлшемдері азайған кезде меншікті бетінің ауданы айтарлықтай өсетінін көрсетеді. Егер шетінің өлшемі 1 см болатын кубты өлшемдері d = 10 -6 см куб бөлшектерге дейін ұсақтаса, жалпы аралық бетінің мәні 6 см 2-ден 600 м 2-ге дейін артады.

d ≤ 10 -7 см-де гипербола үзіледі, өйткені бөлшектер жеке молекулалардың өлшеміне дейін кішірейеді, ал гетерогенді жүйе біртекті болады, онда фаза аралық беті болмайды. Дисперстік дәреже бойынша дисперстік жүйелер бөлінеді:

• дөрекі жүйелер, d ≥ 10 -3 см;
• микрогетерогенді жүйелер, 10 -5 ≤ d ≤ 10 -3 см;
• коллоидты дисперстік жүйелер немесе коллоидты ерітінділер, 10 -7 ≤ d ≤ 10 -5 см;
• шынайы ерітінділер, d ≤ 10 -7 см.

Коллоидтық ерітінділердегі дисперсті фаза бөлшектерінің меншікті бетінің ең үлкен ауданы бар екенін атап өту керек.

Фазалардың агрегаттық күйіне қарай жіктелуі

Фазалардың агрегаттық күйі бойынша жіктеуді Вольфганг Оствальд ұсынған. Негізінде 9 комбинация мүмкін. Оларды кесте түрінде көрсетейік.

Дисперсті фазаның агрегаттық күйі	Дисперсті ортаның агрегаттық күйі	Конвенция	Жүйе атауы	Мысалдар
Г	Г	ж/ж	аэрозольдер	Жер атмосферасы
және	Г	в/г		тұман, қабат бұлттары
теледидар	Г	TV/g		түтін, шаң, цирус бұлттары
Г	және	г/ф	газ эмульсиялары, көбіктер	газдалған су, сабын көбігі, емдік оттегі коктейлі, сыра көбігі
және	және	с/ж	эмульсиялар	сүт, май, маргарин, кремдер және т.б.
теледидар	және	TV/W	лиозольдер, суспензиялар	лиофобты коллоидты ерітінділер, суспензиялар, пасталар, бояулар және т.б. г.
Г	теледидар	g/tv	қатты көбіктер	пемза, қатты көбік, пенополистирол, пенобетон, нан, газдағы кеуекті денелер және т.б. г.
және	теледидар	g теледидар	қатты эмульсиялар	парафиндегі су, сұйық қосындылары бар табиғи минералдар, сұйықтықтағы кеуекті денелер
теледидар	теледидар	теледидар/теледидар	қатты ерітінділер	болат, шойын, түрлі-түсті шыны, асыл тастар: шыныдағы Au золь - лағыл шыны (0,0001%) (1т шыны - 1г Au)

Дисперсті фаза мен дисперстік ортаның әрекеттесуі бойынша жіктелуі (фазааралық әрекеттесу бойынша).

Бұл классификация сұйық дисперсиялық ортасы бар жүйелер үшін ғана жарамды. Г.Фрейндлих дисперстік жүйелерді екі түрге бөлуді ұсынды:

1. лиофобты, онда дисперстік фаза дисперстік ортамен әрекеттесе алмайды, демек, онда ериді, оларға коллоидты ерітінділер және микрогетерогенді жүйелер жатады;
2. лиофильді, онда дисперстік фаза дисперстік ортамен әрекеттеседі және белгілі бір жағдайларда онда еруі мүмкін, оларға коллоидты беттік белсенді заттардың ерітінділері және ЖИА ерітінділері жатады;

Бөлшекаралық әрекеттесу бойынша классификация

Осы классификацияға сәйкес дисперстік жүйелер бөлінеді:

• еркін дисперсті (құрылымсыз);
• біріктірілген дисперсті (құрылымды).

Еркін дисперсті жүйелерде дисперстік фазаның бөлшектері бір-бірімен байланыспайды және дисперстік ортада дербес қозғала алады.

Біріктірілген дисперсті жүйелерде дисперсті фазаның бөлшектері бір-бірімен молекулааралық күштердің әсерінен қосылып, дисперсиялық ортада бірегей кеңістіктік желілер немесе шеңберлер (құрылымдар) құрайды. Құрылымды құрайтын бөлшектер өзара қозғалысқа қабілетсіз және тек тербелмелі қозғалыстарды орындай алады.

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

1. Гельфман М.И., Ковалевич О.В., Юстратов В.П.Коллоидтық химия. 2-бас., өшірілген. - Санкт-Петербург: Лан баспасы, 2004. - 336 б.: сырқат. ISBN 5-8114-0478-6 [б. 8-10]

Дисперсті жүйелер туралы жалпы түсініктер

Біртекті реакциялардағы химиялық әрекеттесу белсенді бөлшектердің тиімді соқтығысуы кезінде, ал гетерогенді реакцияларда – әрекеттесуші заттар жанасу кезінде фазалар шекарасында жүреді, ал реакция жылдамдығы мен механизмі бетінің ауданына байланысты, ол неғұрлым үлкен болса, соғұрлым дамыған. беті болып табылады. Осы тұрғыдан алғанда меншікті бетінің ауданы жоғары дисперсті жүйелер ерекше қызығушылық тудырады.

Дисперстік жүйе деп бір-бірімен химиялық әрекеттеспейтін және толық дерлік өзара ерімейтін екі заттан тұратын қоспаны айтады. Дисперстік жүйе - Бұл бір заттың өте ұсақталған бөлшектері екіншісінің көлеміне біркелкі таралатын жүйе.

Дисперсті жүйелерді қарастырғанда екі ұғымды ажыратады: дисперстік фаза және дисперстік орта (10.1-сурет).

Дисперсті фаза – Бұл басқа заттың көлемінде біркелкі таралған, кішігірім өлшемдерге дисперсті зат бөлшектерінің жиынтығы. Дисперсті фазаның белгілері фрагментация және үзіліс болып табылады.

Дисперсиялық ортадисперстік фазаның бөлшектері біркелкі таралатын зат. Дисперсиялық ортаның белгісі оның үздіксіздігі болып табылады.

Дисперстік фазаны дисперстік ортадан физикалық әдістермен (центрифугалау, бөлу, тұндыру және т.б.) бөлуге болады.

10.1-сурет – Дисперстік жүйе: дисперсті фазаның бөлшектері (ұсақ қатты бөлшектер, кристалдар, сұйық тамшылар, газ көпіршіктері, молекулалар немесе иондар қауымдастығы түрінде), d адсорбциялық қабаты бар, біртекті үздіксіз дисперсиялық ортада таралады. f.

Дисперстік жүйелер әртүрлі ерекше белгілері бойынша жіктеледі: дисперстілік, дисперстік фаза мен дисперстік ортаның агрегаттық күйі, олардың арасындағы өзара әрекеттесу қарқындылығы, дисперсті жүйелерде құрылымдардың болмауы немесе түзілуі.

Дисперсиялық дәрежесі бойынша жіктелуі

Дисперстік фазаның бөлшектерінің мөлшеріне байланысты барлық дисперсті жүйелер шартты түрде үш топқа бөлінеді (10.2-сурет).

10.2-сурет – Бөлшектердің өлшемі бойынша дисперстік жүйелердің жіктелуі (салыстыру үшін шынайы ерітінділердегі бөлшектердің өлшемдері келтірілген)

1. Дөрекі жүйелер бөлшектердің өлшемі 1 мкм-ден астам (10 –5 м). Бұл дисперсті жүйелер тобы келесі сипаттамалармен сипатталады: дисперсті фазаның бөлшектері гравитациялық күштер өрісінде шөгеді (немесе жоғары қалқып кетеді) және қағаз сүзгілерден өтпейді; оларды кәдімгі микроскоппен көруге болады. Дөрекі жүйелерге суспензия, эмульсия, шаң, көбік, аэрозоль және т.б.

Тоқтату – дисперсті жүйе болып табыладыфазасы қатты дене, ал дисперсиялық орта сұйық.

Суспензияның мысалы ретінде сазды немесе борды суда, бояуда немесе пастада шайқау арқылы жасалған жүйе болуы мүмкін.

Эмульсия – Бұл дисперсті жүйе, онда сұйық дисперстік фаза сұйық дисперстік ортаның бүкіл көлеміне біркелкі таралады, яғни. эмульсия екі өзара ерімейтін сұйықтықтан тұрады.

Эмульсиялардың мысалдарына сүт (дисперсті фазасы сұйық май тамшылары, ал дисперсиялық орта су болып табылады), кілегей, майонез, маргарин және балмұздақ жатады.

Шөгу кезінде суспензиялар мен эмульсиялар олардың құрамдас бөліктеріне: дисперстік фазаға және дисперстік ортаға бөлінеді (стратификацияланады). Сонымен, егер сіз бензолды сумен қатты шайқасаңыз, эмульсия пайда болады, ол біраз уақыттан кейін екі қабатқа бөлінеді: жоғарғы бензол және төменгі сулы. Эмульсиялардың бөлінуін болдырмау үшін оларға қосыңыз эмульгаторлар– эмульсияларға агрегаттық тұрақтылық беретін заттар.

Көбік – дисперсті фазасы газ (немесе бу) көпіршіктерінің жиынтығы, ал дисперсиялық орта сұйық болып табылатын жасушалық ірі дисперсті жүйе.

Көбіктерде көпіршіктердегі газдың жалпы көлемі газ көпіршіктері арасындағы қабаттардағы сұйық дисперсиялық ортаның көлемінен жүздеген есе көп болуы мүмкін.

2. Микрогетерогенді (немесеұсақ дисперсті ) бөлшектердің мөлшері 10 шамасында өзгеретін аралық жүйелер – 5 –10 –7 Оларға жұқа суспензиялар, түтіндер және кеуекті қатты заттар жатады.

3. Ультрамикрогетерогенді (немесеколлоидты дисперсті ) өлшемдері 1-100 нм болатын бөлшектер (10–9 –10 –7 м) 10 3_ 10 9 тұрады атомдар және еріткіштен интерфейс арқылы бөлінеді. Коллоидты ерітінділер әдетте өте жоғары дисперсті күймен сипатталады;сол немесе жиі лиозольдердисперсиялық ортаның сұйық екенін атап өту. Егер дисперсиялық орта ретінде су алынса, онда мұндай зольдер деп аталадыгидрозолдар, ал егер органикалық сұйықтық болса -органозольдер.

Көптеген ұсақ дисперсті жүйелердің белгілі бір ерекшеліктері бар:

төмен диффузия жылдамдығы;

дисперсті фазаның бөлшектерін (яғни коллоидты бөлшектер) тек ультрамикроскоптың немесе электронды микроскоптың көмегімен зерттеуге болады;

коллоидты бөлшектермен жарықтың шашырауы, нәтижесінде ультрамикроскопта олар жарық дақтарының көрінісін алады – Тиндаль эффектісі (10.3-сурет);

10.3-сурет – Ультрамикрогетерогенді (ұсақ дисперсті) жүйе: а) коллоидты ерітінді; б) коллоидты ерітінді арқылы өткенде тар жарық шоғының ауытқу диаграммасы; в) коллоидты ерітіндімен жарықтың шашырауы (Тиндал эффектісі)

• стабилизаторлардың (электролит иондары) қатысуымен фазалық интерфейсте ілмелі бөлшектердің болуына ықпал ететін иондық қабат немесе сольватациялық қабық түзіледі;
• дисперсті фаза дисперстік ортада толық ерімейді немесе аздап ериді.

Коллоидты бөлшектердің мысалдарына крахмал, белоктар, полимерлер, каучук, сабын, алюминий және ферум (III) гидроксидтері жатады.

Дисперсті фаза мен дисперстік ортаның агрегация күйлері арасындағы байланыс негізінде дисперстік жүйелердің жіктелуі

Бұл классификацияны Ostavld ұсынған (10.1-кесте). Дисперсті жүйелердің агрегаттық күйін схемалық түрде жазу кезінде алдымен G (газ), L (сұйық) немесе Т (қатты) әріптерімен дисперсті фазаның агрегаттық күйін көрсетіңіз, содан кейін сызықша (немесе бөлшек белгісі) және дисперстік ортаның агрегаттық күйін жазыңыз.

10.1-кесте – Дисперсті жүйелердің классификациясы

Молекулярлық әсерлесу қарқындылығы бойынша дисперсті жүйелердің жіктелуі

Бұл классификацияны Г.Фрейндлих ұсынған және тек сұйық дисперсиялық ортасы бар жүйелер үшін қолданылады.

1. Лиофильді жүйелер , онда дисперсті фаза дисперсиялық ортамен әрекеттеседі және белгілі бір жағдайларда онда еруі мүмкін - бұл коллоидты беттік белсенді заттардың (БАЗ) ерітінділері, жоғары молекулалық қосылыстардың (HMW) ерітінділері. Әртүрлі лиофильді жүйелердің ішінде практикалық тұрғыдан маңыздысы беттік белсенді заттар болып табылады, олар молекулалық еріген күйде де, ондаған, жүздеген және одан да көп молекулалардан тұратын агрегаттар (мицеллалар) түрінде де кездеседі.
2. Лиофобты жүйелер , онда дисперсті фаза дисперстік ортамен әрекеттесе алмайды және онда ериді. Лиофобты жүйелерде әртүрлі фазалардың молекулалары арасындағы өзара әрекеттесу лиофильді жүйелерге қарағанда әлдеқайда әлсіз; фазааралық беттік керілу жоғары, соның нәтижесінде жүйе дисперсті фазаның бөлшектерін өздігінен үлкейтуге бейім.

Физикалық күйі бойынша дисперсті жүйелердің классификациясы

Классификацияның авторы П.Ребиндер. Бұл классификацияға сәйкес дисперсті жүйе дисперсті фаза алымға, ал дисперсиялық орта бөлгішке орналастырылған бөлшек арқылы белгіленеді. Мысалы: T 1 / L 2 қатты фазасы (индекс 1) және сұйық дисперсиялық орта (индекс 2) бар дисперсті жүйені білдіреді. Rebinder классификациясы дисперстік жүйелерді екі класқа бөледі:

1. Еркін дисперсті жүйелер – дисперсті фаза үздіксіз қатты құрылымдар (торлар, фермалар немесе жақтаулар) түзбейтін, сұйықтығы бар, ал дисперсті фазаның бөлшектері бір-бірімен жанаспайтын, кездейсоқ жылулық қозғалысқа қатысатын және ауырлық күшінің әсерінен еркін қозғалатын зольдер. . Оларға аэрозольдар, лиозольдар, сұйылтылған суспензиялар және эмульсиялар жатады.

Еркін дисперсті жүйелердің мысалдары:

• Коллоидты дисперсті газдардағы дисперсті жүйелер (T 1/G 2 – атмосфераның жоғарғы қабаттарындағы шаң, аэрозольдер), дөрекі дисперсті (T 1/G 2 – түтін және G 1/G 2 – тұман);
• Коллоидты дисперсті сұйықтықтардағы дисперсті жүйелер (T 1/G 2 - лиозольдар, судағы дисперстік бояғыштар, синтетикалық полимерлердің латекстері), дөрекі дисперсті (T 1 / G 2 - суспензиялар; G 1 / G 2 - сұйық эмульсиялар; G 1) / Zh 2 – газ эмульсиялары);
• Қатты денелердегі дисперсті жүйелер: T 1 / T 2 - қатты ерітінділер, мысалы, шыныдағы сары металдың зольі, пигментті талшықтар, толтырылған полимерлер.

2. Біріктірілген дисперсті (немесе үздіксіз) жүйелер . Үздіксіз (біріктірілген дисперсті) жүйелерде дисперсті фазаның бөлшектері қатаң кеңістіктік құрылымдарды құрайды. Мұндай жүйелер ығысу деформациясына қарсы тұрады. Біріктірілген дисперсті жүйелер қатты; олар дисперсті фазаның бөлшектері жанасқанда пайда болып, қаңқа немесе желі түріндегі құрылымның пайда болуына әкеліп, дисперсті жүйенің аққыштығын шектейді және оның пішінін сақтау мүмкіндігін береді. Мұндай құрылымды коллоидтық жүйелер гельдер деп аталады.

Біріктірілген дисперсті жүйелердің мысалдары:

• Сұйықтық интерфейсі бар дисперсті жүйелер (G 1 / Zh 2 - көбіктер; Ж1 / Ж 2 - көбік эмульсиялары);
• Фазалар арасындағы қатты интерфейсі бар дисперсті жүйелер (G 1 / T 2 - кеуекті денелер, табиғи талшықтар, пемза, губка, көмір; G 1 / T 2 - граниттегі ылғал; T 1 / T 2 - полимерлердің өзара ену желілері).

Коллоидты ерітінділерді дайындау және тазарту

Коллоидты ерітінділерді дайындау

Коллоидты ерітінділерді дайындауға боладыдисперсиялықнемесе конденсацияәдістері.

1. Дисперсиялық әдістер- бұл үлкен бөліктерді коллоидты өлшемдегі агрегаттарға ұсақтау арқылы лиофобты ерітінділерді алу әдістері.

МеханикалықДөрекі жүйелерді ұсақтау: ұсақтау, соғу, сүрту, бөлу арқылы жүзеге асырылады. Бөлшектер бірнеше ондаған микрон өлшемдеріне дейін ұсақталады шарикті диірмендер.Өте ұсақ ұсақтау (0,1-1 микронға дейін) арнайы көмегімен жүзеге асырыладыколлоидты диірмендержылдам айналатын ротор (10-20 мың айн/мин) мен стационарлық корпус арасындағы тар саңылаумен және саңылауда бөлшектер жыртылады немесе қажалады.П.А.Ребиндердің жұмысы қатты денелердің серпімді және пластикалық деформацияларға төзімділігінің төмендеуі, сонымен қатар беттік белсенді заттардың адсорбциясы әсерінен механикалық бұзылу құбылысын анықтады. Беттік белсенді заттар дисперсияны жеңілдетеді және дисперсия дәрежесінің айтарлықтай артуына ықпал етеді.

2. Конденсация әдістері- бұл молекулалар мен иондарды коллоидты өлшемдегі агрегаттарға біріктіру (конденсациялау) арқылы коллоидты ерітінділерді алу әдістері. Жүйе біртектіден гетерогендіге ауысады, яғни жаңа фаза (дисперсті фаза) пайда болады. Алғы шарт болып табылады шамадан тыс қанықтырубастапқы жүйе.

Конденсацияны тудыратын күштердің табиғаты бойынша конденсация әдістері физикалық конденсация және химиялық конденсация болып жіктеледі.

Физикалық конденсациябудан немесе еріткішті ауыстыру арқылы жасауға болады.

Булардан конденсация.Бастапқы материал бу күйінде болады. Температура төмендеген сайын бу аса қаныққан және жартылай конденсацияланып, дисперсті фазаны құрайды. Осылайша сынаптың және кейбір басқа металдардың гидрозолдары алынады.

Еріткіштерді ауыстыру әдісі.Әдіс дисперсиялық ортаның құрамы мен қасиеттерін өзгертуге негізделген. Мысалы, суға күкірттің, фосфордың немесе канифольдің спирттік ерітіндісін құйғанда, заттың жаңа еріткіштегі ерігіштігінің төмендеуіне байланысты ерітінді аса қаныққан және заттың бір бөлігі конденсацияланып, дисперсті фазаның бөлшектерін түзеді;

Химиялық конденсациядисперсті фазаны құрайтын заттың химиялық реакция нәтижесінде алынуынан тұрады. Реакция шынайы ерітінді немесе тұнба емес, коллоидты ерітінді түзуі үшін кем дегенде үш шарт орындалуы керек:

1. дисперстік фазаның заты дисперстік ортада ерімейді;
2. дисперсті фазалық кристалдық ядролардың түзілу жылдамдығы кристалдық өсу жылдамдығынан әлдеқайда жоғары; бұл шарт әдетте бір компоненттің концентрлі ерітіндісін басқа компоненттің жоғары сұйылтылған ерітіндісіне қатты араластыра отырып құйғанда орындалады;
3. бастапқы заттардың бірі артық қабылданады, бұл тұрақтандырғыш.

Коллоидты ерітінділерді тазарту әдістері.

Сол немесе басқа жолмен алынған коллоидты ерітінділер әдетте төмен молекулалық қоспалардан (молекулалар мен иондардан) тазартылады. Бұл қоспаларды жою диализ, (электродиализ) және ультрафильтрация арқылы жүзеге асырылады.

Диализ– коллоидты ерітіндіні таза дисперсиялық ортадан бөлетін жартылай өткізгіш мембрананың көмегімен тазарту әдісі. Жартылай өткізгіш (яғни, молекулалар мен иондарды өткізетін, бірақ дисперсті фазалық бөлшектерді өткізбейтін) мембраналар ретінде пергамент, целлофан, коллодион, керамикалық сүзгілер және басқа да ұсақ кеуекті материалдар қолданылады. Диффузия нәтижесінде төменгі молекулалық қоспалар сыртқы ерітіндіге өтеді.

Ультрафильтрацияішкі камерада қысыммен жүргізілетін диализ деп аталады. Негізінде, ультрафильтрация золды тазарту әдісі емес, тек оларды концентрациялау әдісі.

Коллоидты ерітінділердің оптикалық қасиеттері

Жарық дисперсті жүйеге түскенде келесі құбылыстарды байқауға болады:

• жарықтың жүйе арқылы өтуі;
• дисперсті фазалық бөлшектермен жарықтың сынуы (егер бұл бөлшектер мөлдір болса);
• дисперстік фазаның бөлшектерімен жарықтың шағылысуы (бөлшектер мөлдір емес болса);
• жарықтың шашырауы;
• сіңіру (дисперсті фаза бойынша жарықтың жұтылуы.

Жарықтың шашырауы дисперсті фаза бөлшектері түскен жарықтың толқын ұзындығынан кішірек немесе салыстырмалы болатын жүйелер үшін байқалады. Еске салайық, коллоидтық ерітінділердегі дисперстік фазаның бөлшектерінің өлшемі 10-ға тең -7 -10 -9 m Демек, жарықтың шашырауы біз зерттейтін коллоидтық жүйелерге тән құбылыс.

Рэйлей жарықтың шашырау теориясын жасады. Ол шашыраған жарықтың I интенсивтілігін түскен жарықтың интенсивтілігі I 0 байланыстыратын теңдеу шығарды. жәрмеңке болған жағдайда:

• бөлшектердің сфералық пішіні бар;
• бөлшектер электр тогын өткізбейді (яғни олар металл емес);
• бөлшектер жарықты сіңірмейді, яғни түссіз;
• коллоидты ерітінді бөлшектер арасындағы қашықтық түскен жарықтың толқын ұзындығынан үлкен болатындай дәрежеде сұйылтылған.

Рэйлей теңдеуі:

• Қайда В - бір бөлшектің көлемі;
• λ - толқын ұзындығы;
• n 1 - бөлшектің сыну көрсеткіші;
• n o – ортаның сыну көрсеткіші.

Рэйлей теңдеуінен келесі қорытындылар шығады:

1. Бөлшек пен ортаның сыну көрсеткіштері неғұрлым көп болса, шашыраңқы жарықтың қарқындылығы соғұрлым жоғары болады. (n 1 - П 0 ).
2. Егер сыну көрсеткіші болса П 1 Және n 0 бірдей болса, біртекті емес ортада жарық шашырауы болмайды.
3. Жартылай концентрация v неғұрлым көп болса, шашыраған жарықтың қарқындылығы соғұрлым жоғары болады. Масса концентрациясы в, Ерітінділерді дайындау кезінде әдетте қолданылатын г/дм 3 жартылай концентрациямен мына өрнек арқылы байланысты:

мұндағы ρ - бөлшектердің тығыздығы.

Айта кету керек, бұл тәуелділік тек шағын бөлшектердің өлшемдері аймағында сақталады. Спектрдің көрінетін бөлігі үшін бұл шарт 2 10 -6 см мәндеріне сәйкес келеді< r < 4 10 -6 см. С увеличением r рост I баяулайды және r > λ үшін, шашырау шағылысумен ауыстырылады. Шашыраған жарықтың қарқындылығы концентрацияға тура пропорционал.

4. Шашыраған жарықтың интенсивтілігі толқын ұзындығына төртінші дәрежеге кері пропорционал.

Бұл коллоидтық ерітінді арқылы ақ жарық шоғы өткенде қысқа толқындар – спектрдің көк және күлгін бөліктері басым түрде шашыраңқы екенін білдіреді. Демек, түссіз золь диффузиялық жарықта көкшіл түске, ал өткен жарықта қызыл түске ие болады. Аспанның көгілдір түсі атмосферадағы ұсақ су тамшылары арқылы жарықтың шашырауына да байланысты. Күн шыққанда немесе батқанда аспанның қызғылт сары немесе қызыл түсі таңертең немесе кешке атмосфера арқылы негізінен жарықтың өтуіне байланысты.

жарық сіңіру. Рэйлей теңдеуі боялмаған зольдер үшін, яғни жарықты сіңірмейтіндер үшін шығарылды. Дегенмен, көптеген коллоидтық ерітінділер белгілі бір түске ие, яғни. спектрдің сәйкес аймағында жарықты сіңіреді - золь әрқашан жұтылғанға қосымша түске боялады. Осылайша, спектрдің көк бөлігін (435-480 нм) сіңіріп, золь сары болып шығады; көкшіл-жасыл бөлігін (490-500 нм) сіңірген кезде қызыл түске ие болады.Егер бүкіл көрінетін спектрдің сәулелері мөлдір денеден өтсе немесе мөлдір емес денеден шағылыса, мөлдір дене түссіз болып көрінеді, ал мөлдір емес дене ақ болып көрінеді. Егер дене барлық көрінетін спектрден сәулені сіңірсе, ол қара болып көрінеді.Жарықты жұтуға қабілетті коллоидты ерітінділердің оптикалық қасиеттерін жүйе арқылы өткенде жарық қарқындылығының өзгеруімен сипаттауға болады. Ол үшін Бугер-Ламберт-Беер заңын қолданыңыз:

қайда мен 0 - түскен жарықтың қарқындылығы ; I т.б- золь арқылы өткен жарықтың интенсивтілігі; к - сіңіру коэффициенті; л- зол қабатының қалыңдығы; бірге- зол концентрациясы.

Өрнектің логарифмін алсақ, мынаны аламыз:

саны деп аталады оптикалық тығыздықшешім . Монохроматикалық жарықпен жұмыс істегенде әрқашан оптикалық тығыздық қандай толқын ұзындығында анықталғанын көрсетіңіз, оны белгілеңіз. D λ .

Коллоидтық жүйелер құрылымының мицеллярлық теориясы

Гидрофобты коллоидты бөлшектің құрылымын алмасу реакциясы арқылы AgI золының түзілу мысалын қарастырайық.

AgNO 3 + KI → AgI + KNO 3.

Егер заттар эквивалентті мөлшерде алынса, онда AgI кристалды тұнба тұнбаға түседі. Бірақ, егер бастапқы заттардың біреуі артық болса, мысалы, KI, AgI кристалдану процесі коллоидты ерітіндінің - AgI мицеллаларының түзілуіне әкеледі.

AgI гидрозоль мицелласының құрылымы 10.4-суретте көрсетілген.

10.4-сурет – KI артық мөлшерімен түзілген AgI гидрозоль мицелласының схемасы

100-1000 [mAgI] молекулалардың (микрокристалдардың) агрегаты — ядро ​​— жаңа фазаның ядросы, оның бетінде дисперсиялық ортада пайда болатын электролит иондарының адсорбциясы жүреді. Панет-Файенс ережесіне сәйкес, ядроның кристалдық торына енетін және осы торды аяқтайтын иондармен бірдей иондар жақсы адсорбцияланады. Ядроға тікелей адсорбцияланатын иондар деп аталады потенциалды анықтаушы, өйткені олар потенциалдың шамасын және беттік зарядтың белгісін, сонымен қатар бүкіл бөлшектің зарядының белгісін анықтайды. Бұл жүйедегі потенциалды анықтаушы иондар I - иондары болып табылады, олар артық, AgI ядросының кристалдық торының бөлігі болып табылады, тұрақтандырғыш ретінде әрекет етеді және электрлік қос қабаттың (DEL) қатты бөлігінде ішкі қабықты құрайды. мицелла. Оған адсорбцияланған I - иондары бар агрегат мицелланың өзегін құрайды.

Гидратталған ионның радиусына жақын қашықтықтағы AgI бөлшектерінің теріс зарядталған бетіне ерітіндіден қарама-қарсы таңбалы иондар (қарсы иондар) – оң зарядты К+ иондары тартылады. Қарсы иондық қабат электростатикалық күштермен де, адсорбциялық тартымдылық күштермен де бірге ұсталатын қос электрлік қабаттың (DEL) сыртқы қабығы болып табылады. Қатты қос қабаты бар молекулалар жиынтығын коллоидты бөлшек – түйіршік деп атайды.

Жылулық қозғалысқа байланысты қарсы иондардың бір бөлігі түйіршіктің айналасында диффузиялық орналасады және онымен тек электростатикалық күштердің әсерінен байланысады. Коллоидты бөлшектер оны қоршап тұрған диффузды қабатпен бірге мицеллалар деп аталады. Мицеллалар электрлік бейтарап, өйткені ядро ​​заряды барлық қарсы иондардың зарядына тең, ал түйіршікте әдетте заряд болады, оны электрокинетикалық немесе ξ - зета потенциалы деп атайды. Қысқартылған түрде бұл мысал үшін мицелла құрылымы диаграммасын келесідей жазуға болады:

Коллоидтық бөлшектердің құрылымы теориясының негізгі ережелерінің бірі қос электрлік қабаттың (ҚҚҚ) құрылымы туралы түсінік болып табылады. Қазіргі заманғы идеяларға сәйкес, электрлік қос қабатты DESадсорбциялық және диффузиялық қабаттардан тұрады. Адсорбциялық қабат мыналардан тұрады:

• беттік потенциалдың шамасын және оның белгісін анықтайтын потенциал анықтаушы иондардың адсорбциялануы нәтижесінде мицелла өзегінің зарядталған беті;
• қарсы таңбалы иондар қабаты – ерітіндіден зарядталған бетке тартылатын қарсы иондар. Қарсы адсорбциялық қабатзарядталған бетінен молекулалық радиуста қашықтықта орналасқан. Бұл бет пен адсорбциялық қабаттың қарсы иондары арасында электростатикалық және адсорбциялық күштер болады, сондықтан бұл қарсы иондар ядромен әсіресе тығыз байланысқан. Адсорбциялық қабат өте тығыз, оның қалыңдығы тұрақты және сыртқы жағдайлардың өзгеруіне (электролит концентрациясы, температура) тәуелді емес.

Жылулық қозғалыстың әсерінен қарсы иондардың бір бөлігі дисперсиялық ортаға терең енеді, ал олардың түйіршіктің зарядталған бетіне тартылуы тек электростатикалық күштердің әсерінен жүзеге асады. Бұл қарсы иондар бетіне азырақ тығыз байланысқан диффузиялық қабатты құрайды. Диффузиялық қабаттың өзгермелі қалыңдығы бар, ол дисперстік ортадағы электролиттердің концентрациясына байланысты.

Қатты және сұйық фазалар бір-біріне қатысты қозғалғанда, диффузиялық бөлікте EDL үзілуі және интерфейсте потенциалды секіріс пайда болады, ол деп аталады. электрокинетикалық ξ – потенциал(зета потенциалы). Оның мәні потенциалды анықтайтын иондардың зарядтарының жалпы саны (φ) мен адсорбциялық қабаттағы қарсы иондық зарядтар саны (ε) арасындағы айырмашылықпен анықталады, яғни. ξ = φ - ε. Қатты фазадан ерітіндіге дейінгі қашықтыққа қарай интерфациалды потенциалдың төмендеуі 10.5-суретте көрсетілген.

10.5-сурет Дизельдік электр станциясының құрылымы

Гидрофобты ерітіндінің бөлшектерінің айналасында потенциалдар айырмасының болуы олардың соқтығысқан кезде бір-біріне жабысуын болдырмайды, яғни олар зольдің агрегаттық тұрақтылығының факторы болып табылады. Егер диффузиялық иондар саны азайса немесе нөлге ұмтылса, онда түйіршік электрлік бейтарап (изоэлектрлік күй) күйге енеді және ең төменгі тұрақтылыққа ие болады.

Осылайша, электрокинетикалық потенциалдың шамасы кері итеруші күштерді және, демек, коллоидтық ерітіндінің агрегаттық тұрақтылығын анықтайды. Коллоидты ерітіндінің жеткілікті тұрақтылығы ξ = 0,07 В электрокинетикалық потенциалында қамтамасыз етіледі; .

Электрокинетикалық потенциалдың мәнін (10.5) формула бойынша электрофорез құрылғысының көмегімен анықтауға болады:

мұндағы η – тұтқырлық; ϑ - бөлшектердің қозғалыс жылдамдығы; l – ерітінді бойындағы электродтар арасындағы қашықтық; Е – электр қозғаушы күш, D – диэлектрлік өтімділік.

ξ - потенциалға әсер ететін факторлар:

1. Ерітіндіде индиферентті электролиттің болуы – потенциалды анықтаушы ионы жоқ электролит.

• Индифферентті электролиттің құрамында қарсы ион бар. Бұл жағдайда диффузиялық қабаттың қысылуы орын алады және ξ төмендейді және соның салдарынан коагуляция пайда болады.
• Индифферентті электролиттің құрамында қарсы ионмен бірдей таңбалы ион бар, бірақ қарсы ионның өзі емес. Бұл жағдайда ион алмасу жүреді: қарсы ион индиферентті электролит иондарымен ауыстырылады. ξ төмендеуі байқалады, бірақ төмендеу дәрежесі орынбасушы ионның табиғатына, оның валенттілігіне және гидратация дәрежесіне байланысты болады. Катиондар мен аниондардың лиотропты қатарлары деп иондардың диффузиялық қабатты қысу қабілетінің жоғарылауына және ξ - потенциалының төмендеуіне әкелетініне қарай орналасатын қатарлар жатады.

Li + - Na + - NH 4 + - K + - Rb + - Cs + - Mg 2+ - Ca 2+ - Ba 2+ ...

CH 3 COO – - F – - NO 3 – - Cl – - I – - Br – - SCN – - OH – - SO 4 2–

2. Ерітінді қосу электролит тұрақтандырғышы– потенциалы анықталған ионы бар электролит ξ - потенциалдың жоғарылауын тудырады, яғни ол коллоидтық жүйенің тұрақтылығына ықпал етеді, бірақ белгілі бір шекке дейін.

Коллоидтық жүйелердің тұрақтылығы және коагуляциясы

Коллоидтық жүйелердің тұрақтылығы мен коагуляциясының қазіргі заманғы теориясын бірнеше атақты ғалымдар: Дерягина, Ландау, Вервей, Овербек жасаған және сондықтан ол қысқартылған. DLFO теориясы . Бұл теория бойынша дисперсті жүйенің орнықтылығы броундық қозғалыс нәтижесінде бөлшектер бір-біріне жақындаған кезде олардың арасында пайда болатын тартымды және итеруші күштердің тепе-теңдігімен анықталады. Коллоидтық жүйелердің кинетикалық және агрегаттық тұрақтылығы арасында айырмашылық бар.

1. Кинетикалық (шөгу) тұрақтылығы- дисперсті бөлшектердің суспензияда болуы және тұнбау қабілеті (шөгінді емес). Дисперсті жүйелерде, табиғи ерітінділердегі сияқты, броундық қозғалыс бар. Броундық қозғалыс бөлшектердің өлшеміне, дисперстік ортаның тұтқырлығына, температураға және т.б. Бөлшектері ауырлық күшінің әсерінен іс жүзінде тұнбайтын ұсақ дисперсті жүйелер (золдар) кинетикалық (шөгу) тұрақты болып жіктеледі. Оларға сонымен қатар гидрофильді ерітінділер – полимерлердің ерітінділері, белоктар және т.б. Гидрофобты ерітінділер мен ірі жүйелер (суспензиялар, эмульсиялар) кинетикалық тұрақсыз. Оларда фаза мен ортаның бөлінуі өте тез жүреді.
2. Жиынтық тұрақтылық- дисперсті фазалық бөлшектердің дисперсияның белгілі бір дәрежесін өзгеріссіз ұстау қабілеті. Агрегацияға тұрақты жүйелерде дисперсті фазаның бөлшектері соқтығысқан кезде бір-біріне жабыспайды және агрегаттар түзбейді. Бірақ агрегаттық тұрақтылық бұзылған кезде коллоидты бөлшектер кейіннен дисперсті фазаның жауын-шашынымен үлкен агрегаттар түзеді. Бұл процесс деп аталады коагуляция, және ол өздігінен жүреді, өйткені бұл жағдайда жүйенің бос энергиясы азаяды (Δ G<0) .

Коллоидтық жүйелердің тұрақтылығына әсер ететін факторларға мыналар жатады:

1. Дисперсті бөлшектердің электр зарядының болуы. Лиофобты зольдердің дисперсті бөлшектерінің зарядтары бірдей, сондықтан соқтығысқанда олар бір-бірін неғұрлым күштірек тебеді, соғұрлым дзета потенциалы жоғары болады. Дегенмен, электрлік фактор әрқашан шешуші бола бермейді.
2. Тұрақтандырушы иондарды шешу (гидратация) қабілеті. Диффузиялық қабатта неғұрлым гидратталған (сольваттанған) қарсы иондар көп болса, түйіршіктердің айналасындағы жалпы гидратация (сольват) қабықшасы соғұрлым үлкен болады және дисперсті жүйе соғұрлым тұрақты болады.

Теория бойынша, броундық қозғалыс кезінде коллоидты бөлшектер бір-біріне 10-ға дейінгі қашықтықта еркін жақындайды. -5 Коллоидтық бөлшектер арасындағы ван-дер-Ваальс тартылыс күштерінің (1) және электростатикалық тебілу күштерінің (2) өзгеру сипаты суретте көрсетілген. 10.6. Алынған қисық (3) сәйкес ординаталарды геометриялық қосу арқылы алынады. Минималды және үлкен қашықтықтарда бөлшектер арасында тартылу энергиясы басым болады (I және II энергетикалық минимумдар). II энергия минимумында бөлшектердің когезия энергиясы оларды агрегаттық күйде ұстау үшін жеткіліксіз. Қос электр қабатының қалыңдығына сәйкес келетін орташа қашықтықтарда итеру энергиясы бөлшектердің бір-біріне жабысуын болдырмайтын АВ потенциалдық тосқауылымен басым болады. Тәжірибе көрсеткендей, дзета потенциалы ξ = 70 мВ болғанда коллоидтық жүйелер жоғары потенциалдық тосқауылмен және жоғары агрегация тұрақтылығымен сипатталады. Коллоидтық жүйені тұрақсыздандыру үшін, яғни. коагуляция процесін жүзеге асыру, оны азайту қажет - 0 - 3 мВ мәндерге дейінгі потенциал.

10.6-сурет. Коллоидты бөлшектердің потенциалдық әрекеттесу қисықтары

Дисперсті жүйелердің коагуляциясы

Коагуляция - коллоидты бөлшектердің бір-біріне жабысу процесі. Бұл процесс әртүрлі факторлардың әсерінен салыстырмалы түрде оңай жүреді: электролиттер, электролит еместер, мұздату, қайнату, араластыру, күн сәулесінің әсері және т.б. электролиттік коагуляция (электролиттердің әсерінен)ион алмастырғыш адсорбция жиі байқалады: валенттілігі жоғары немесе адсорбциялық потенциалы жоғары коагулянттық иондар алдымен диффузиялық қабаттың, содан кейін адсорбциялық қабаттың қарсы иондарын ығыстырады. Алмасу эквивалентті мөлшерде жүреді, бірақ қарсы иондарды ауыстыру дисперсті ортада электролиттердің жеткілікті концентрациясы кезінде бөлшектердің тұрақтылығын жоғалтып, соқтығысқан кезде бір-біріне жабысып қалуына әкеледі.

Электролиттік коагуляция үшін бірқатар тәжірибелік жалпы ережелер белгіленген:

1. Лиофобты зольдердің коагуляциясын кез келген электролиттер тудырады, бірақ ол электролиттің белгілі концентрациясына жеткенде байқалатын жылдамдықпен байқалады. Коагуляция шегі(C-ден) - ерітіндінің коагуляциясын бастау үшін қажетті ең аз электролит концентрациясы. Бұл жағдайда сыртқы өзгерістер байқалады, мысалы, ерітіндінің бұлдырлығы, оның түсінің өзгеруі және т.б.

• мұндағы Sel – электролиттің молярлық концентрациясы, ммоль/л;
• Vel – электролит ерітіндісінің көлемі, л;
• Vz – золь көлемі, л.

Коагуляция табалдырығының кері шамасы электролиттің коагуляциялық қабілеті () деп аталады:

мұндағы Sk – коагуляция табалдырығы.

2. Шульц-Харди ережесі:

• коагуляциялық әсерді заряды коллоидты бөлшектердің бетінің зарядына (түйіршік заряды) таңбасы бойынша қарама-қарсы болатын ион көрсетеді және бұл әсер ионның валенттілігі артқан сайын артады;
• Иондардың коагуляциялық әсері иондардың валенттілігі артқан сайын бірнеше есе артады. Бір-екі және үш валентті иондар үшін коагуляциялық әсер шамамен 1: 50: 500 құрайды.

Бұл көпвалентті жоғары зарядталған коагулянттық иондар бір валенттіге қарағанда коллоидты бөлшектің зарядталған бетімен әлдеқайда күшті тартылатынымен және диффузиялық және тіпті адсорбциялық қабаттан қарсы иондарды әлдеқайда оңай ығыстыратындығымен түсіндіріледі.

3. Органикалық иондардың коагуляциялық әсері бейорганикалық иондарға қарағанда әлдеқайда жоғары. Бұл олардың жоғары адсорбциялық қабілетіне, шамадан тыс эквивалентті мөлшерде адсорбциялану қабілетіне, сондай-ақ коллоидтық бөлшектердің бетінің қайта зарядталуына байланысты.

4. Зарядтары бірдей бейорганикалық иондардың бірқатарында коагуляциялық қабілеттілік коагулянт ионының радиусына байланысты: радиус неғұрлым үлкен болса, соғұрлым коагуляциялық қабілеті жоғары болады (қараңыз. лиотропты қатар). Бұл ионның гидратация дәрежесінің, мысалы, L+-дан Cs+-қа дейін төмендеуімен түсіндіріледі және бұл оның иондық қос қабатқа енуін жеңілдетеді.

5. Лиофобты коллоидты ерітінділердің электрлік бейтарап бөлшектері ең жоғары жылдамдықпен коагуляцияланады.

6. Сольге тәуелділік құбылысы. Зольге коагулянт тез қосылса, онда коагуляция жүреді, ал баяу қосылса, коагуляция болмайды. Мұны электролит пен золь арасында реакция пайда болуымен түсіндіруге болады, нәтижесінде дисперсті жүйені тұрақтандыратын пептизаторлар пайда болады:

Fe (OH) 3 + HCl →FeOCl + 2H 2 O,

FeOCl → FeO + + Cl - ,

мұндағы FeO+ – Fe (OH) 3 зол үшін пептизациялаушы агент.

Электролиттер қоспасының коагуляциялық әсері ионның – коагулятордың табиғатына байланысты әртүрлі түрде көрінеді. Электролиттер қоспасында әсерді әрбір электролиттің коагуляциялық әсерімен қорытындылауға болады. Бұл құбылыс деп аталадыаддитивтілік иондары (NaCl, KCl). Егер электролит иондарының коагуляциялық әсері басқа электролит иондарын енгізгенде төмендесе,иондарының антагонизмі (LiCl, MgCl 2 ). Электролит иондарының коагуляциялық әсері басқа электролит иондарын енгізген кезде жоғарылаған жағдайда бұл құбылыс деп аталады.синергия иондары.

Мысалы, 10 мл 10% NaCl ерітіндісін 10 мл Fe (OH) 3 золіне енгізу осы зольдің коагуляциясына әкеледі. Бірақ қорғаныш заттардың бірі ерітіндіге қосымша қосылса, мұны болдырмауға болады: 5 мл желатин, 15 мл жұмыртқа альбумині, 20 мл декстрин.

Коллоидты бөлшектерді қорғау

Коллоидтық қорғаныс- оған жоғары молекулалық қосылысты (ГМС) енгізу арқылы зольдің агрегаттық тұрақтылығын арттыру. Гидрофобты ерітінділер үшін әдетте БМК ретінде белоктар, көмірсулар және пектиндер қолданылады; сусыз ерітінділер үшін – каучуктар.

ЖИА-ның қорғаныс әсері коллоидты бөлшектердің бетінде белгілі адсорбциялық қабаттың пайда болуымен байланысты (10.7-сурет). Коагуляцияның кері құбылысы пептизация деп аталады.

Сурет 10.7 Пептизация механизмі

Әртүрлі ЖИА қорғаныс әсерін сипаттау үшін Цсигмонди алтын санды қолдануды ұсынды.Алтын сан- бұл 10 см-ге қосу керек ЖИА миллиграмының саны 3 0,0006% қызыл алтын золь, оған 1 см қосқанда көк түске айналмау үшін (коагуляция) 3 10% NaCl ерітіндісі. Кейде ЖСҚ-ның қорғаныш әсерін сипаттау үшін алтын зольінің орнына күмістің коллоидты ерітінділері (күміс саны), темір гидроксиді (темір саны) т.б.10.2-кестеде кейбір ЖИА үшін осы сандардың мәндері көрсетілген.

Кесте 10.2 ЖИА қорғаныс әсері