Дәрістер кешені

Өте үлкен молекулалардан тұратын жоғарымолекулалы қосылыстар немесе полимерлер деп аталатын үлкен заттар тобы бар: целлюлоза, каучук, ақуыздар. Кейбір мұндай заттардың өлшемдері К бөлшектердің өлшемінен үлкен де болуы мүмкін. Мұндай жүйелер КЖ ме? Себебі бұл заттарға да КЖге тән кейбір қасиеттер – төмен диффузия, диализге бейімділік тән. Бірақ соңғы онжылдықтардағы зерттеулер айтарлықтай сұйылтылған ЖМҚ ерітінділері молекулаларға дейін ұсақталатындығын анықтады. Яғни мұндай ерітінділер гомогенді жүйелер болып табылады. Сондықтан оларды нағыз КЖ жатқызуға болмайды. Бұл ерітінділер, бір жағынан, шынайы ерітінділер болғанымен, екінші жағынан, оларда да өте ірі молекулалар бар. Осылайша, классикалық КЖ мен полимерлер арасында айқын шекара, яғни қатаң айырмашылық жоқ.

 

Коллиодтық химияның маңызы

 

Ғарыштық кеңістіктегі шаң-тозаң (жарықтың жұтылуы бойынша абықлаулар) 3∙10^-5 см, яғни нағыз коллоидтық өлшемді екені анықталды.  Ал газ-шаңды бұлттар болып табылатын кометалар орасан зор коллоидтық жүйелер болып табылады, ал олардың жарқырауы күн сәулесінің түсуі нәтижесінен болған нағыз жарықтың шашырауы,опалесценция құбылысы. Бірақ олардың ұзақ уақыт бойы тұрақты болып қалуы әлі белгісіз, бір жағынан, ғарыштық газ-шаңды бұлттың құрамындағы бөлшектердің тығыз болмауы (огромная разреженность) және олардың бір-бірімен соқтығыспауымен, екіншіден белгілі-бір факторға байланысты жүйенің агрегаттық тұрақтылығымен түсіндірілуі мүмкін. Мысалы, шаң бөлшектерінің иондарды адсорбтауы нәтижесінде пайда болған бөлшектердің электр заряды болуы мүмкін. Себебі ғарыштық кеңістікте газдар молекуласына әр түрлі сәулеленудің әсерінен иондар түзілетіндігі қазіргі кезде дәл анықталған. Бұлттар, тұман С/Г типті коллоидты жүйелер, ал жаңбырғ найзағай және басқа да метеорологиялық құбылыстар коллоидтық құбылыстармен байланысты құбылыстар деп қарастырылуы керек. Өзендердің теңіздерге құйылуы кезінде дельталардың түзілуі де коллоидты процесс. Себебі, өзендердің тұщы суында көп мөлшерде өлшемі коллоидтыға жуық болатын жүзгін минералдық бөлшектер болады. Бұл бөлшектердің, коллоидты бөлшектер сияқты заряды да болады. Өзендер теңізге құйғанда, электролит мөлшері айтарлықтай теңіз суы өзен суымен араласып, өзен суындағы жүзгін бөлшектер өз тұрақтылығынан айрылып, бір-бірімен жабысып үлкен агрегаттар түзе тұнбаға түсіп, отмельдер, яғни таяз жерлер пайда болады.

Керамикалық өндіріс  коллоидтық химиямен тығыз байланысты. Себебі саз (керамиканың негізгі шикізаты) –гидратталған алюминий силикатының концентрлі суспензиясы болып табылады.

Минералдық шикізат  негізінде жаңа құрылыстық материалдар (композициялық материалдар) жасауда  колоидтық химияның маңызы өте зор.

Қағаз жасауда өсімдік  талшығы жоғары дисперстік күйге  дейін ұнтақталады. Қағаздың қасиетін жақсарту үшін канифоль, жасанды шайырлар мен каучук сияқты желімдеуші агенттердің  әр түрлі дисперсиясын жасау және ұнтақталған талшық бетіне (қағаз  бетіне) электролиттердің коагуляциялаушы әсерінен осы дисперсиялар бөлшектерінің жабысуы – барлығы да колоидтық химиямен тығыз байланысты.

Талшықтарды бояу технологиясында  да коллоидтық процестердің маңызы зор.  Себебі бояу дегеніміз бояғыштың  коллоидты бөлшектерінің матаға диффузиясы, осы бөлшектердің элементар талшықтармен жанасу кезіндегі коагуляциясы және коагуляцияланған бөлшектердің элементар талшықтардағы фиксациясы болып табылады.

Фармацевтикада эмульсиялар, кремдер жасау заттардың қажетті  ортада жоғары дисперсиялауға негізделген.  Кейбір дәрілер колоидты формада қолданылады. Себебі дәріні колоидтық формада қолдану оның әсерін шектейді (локализует) және әсері де ұзақ болады, өйткені ағзадан баяу шығарылады.

Су тазартуда судағы жүзгіндер электролиттермен коагуляцияланады немесе адсорбталады.  Ал газ немесе түтіндегі қатты немесе сұйық бөлшектерге электр зарядын беру және олардың қарама-қарсы зарядталған электродтарда шөгуі газтазартудағы ең заманауи әдістердің бірі.

Тамақ өнеркәсібінде  де коллоидтық химия процестері кең қолданылады: қамыр дайындауда ісіну процесі, маргарин, майонез, соустар жасауда эмульгациялау процесі, сыр дайындау коагуляция процесі, ет қайнатуда коагуляция немесе ақуыздар денатурациясы болып табылады.

Өзін-өзі  бақылау үшін тапсырмалар:

1. ХIX ғасырдың 60 жылдары белгілі болған коллоидтық ерітінділердің кейбір ерекшеліктері
2. Коллоидтық химия нені зерттейді.
3. Коллиодтық химияның маңызы

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

 

2 - тақырып. Дисперстілік шамасы (мера)

Дәріс мақсаты: Дисперстілік шамаларымен таныстыру.

Дәріс жоспары:

1. Дисперстілік шамалары
2. Меншікті бет ұғымы

Тақырыптың  қысқаша мазмұны:

Кез-келген дисперстік жүйенің ұсақталу шамасы (мера раздробленности) ретінде мыналарды қарастыруға болады:

• α - бөлшектердің көлденең қимасының өлшемі (сфера тәрізділер үшін диаметр d, ал куб тәрізділер үшін куб қабырғасы l –ребро);
• D - дисперстілік, α-ға кері шама D=1/α  (1,1);
• s_менш - меншікті бет (удельная поверхность), дисперстік фазаның көлем бірлігіне келетін фазааралық бет. s_менш= s_1,2/V (1,2). Мұндағы s_1,2- 1-ші және 2-ші фазалар арасындағы бет (фазааралық бет),V – дисперстік фазаның жалпы (суммарный) көлемі.

Қабырғасы l болатын  куб тәрізді бөлшектері бар КЖнің меншікті бетін табу үшін мына формуланы қолданамыз.

s_менш= s_1,2/V= 6l² /l³ =6 /l               (1,3)

Радиусы r болатын сфера тәрізді бөлшектері бар КЖнің меншікті бетін табу үшін мына формуланы қолданамыз.

s_менш= s_1,2/V= 4πr ²/4/3πr ³ =3/r =6/d                 (1,4)

Жалпылайтын болсақ,

s_менш= s_1,2/V= k∙1/α = k D                     (1,5)

мұндағы k – бөлшек формасына тәуелді коэффициент.

Меншікті бет дисперстілікке (D) тура пропорционал, ал бөлшек өлшеміне кері пропорционал. Яғни бұл шамалар өзара байланысты. Бөлшек өлшемі неғұрлым кіші болса, дисперстілік пен меншікті қабат соғұрлым үлкен болады және керісінше. КЖнің дисперстілігі артқан сайын, оның меншікті беті те күрт артады.

Кесте 1-1см³ затты үгіту кезінде s_менш өзгеруі.

l, см	Кубиктер саны	Кубиктер көлемі V1,см3	Кубиктер беті s1,2,см2	s1,2/V1
1	1	1	6	6
1∙10-1 (1 мм)	1∙103	1∙10-3	6∙10-2	6∙101
1∙10-2	1∙106	1∙10-6	6∙10-4	6∙102
1∙10-3	1∙109	1∙10-9	6∙10-6	6∙103
1∙10-4 (1 мкм)	1∙1012	1∙10-12	6∙10-8	6∙104
1∙10-5	1∙1015	1∙10-15	6∙10-10	6∙105
1∙10-6	1∙1018	1∙10-18	6∙10-12	6∙106
1∙10-7 (1 нм)	1∙1021	1∙10-21	6∙10-14	6∙107

Меншікті беті жағынан КЖлер басқа дисперсті жүйелер арасында ерекше орын алады. Өйткені молекулалық жүйелерде, мысалы шынайы ерітінділерде, меншікті бет болмайды, себебі молекулаларда бет деген ұғым (в обычном смысле этого слова) болмайды. Ал ірідисперсті жүйелердің меншікті беті өте кішкене. Тек гетерогенді жоғарыдисперсті КЖде ғана күшті дамыған меншікті бет болады. Оны дисперстілігі әр түрлі жүйелердегі (ірі дисперстіден молекулалық дисперстіге дейін) меншікті бет өзгерісін сипаттайтын мына диаграммадан көруге болады.

 

Оң жақта ірі дисперсті  жүйелер облысында меншікті бет  абсцисса осіне қарай қатты ығысқан. Ал сол жақта меншікті бет коллоидты  бөлшектер өлшемі молекулалар өлшеміне жеткенде, яғни, екі фаза арасында бөліну беті жоғалғанда, үзіледі. КЖде меншікті беттің үлкен болуына байланысты олар үшін адсорбция және басқа да беттік құбылыстардың маңызы зор, ал ірідисперсті және молекулалық жүйелердің беталысы негізінен көлемдік қасиеттермен анықталады.

КЖге α = 1-100 нм (10^-7-10^-5см), D=1-100 нм^-1 (10⁷-10⁵см^-1) жүйелер жатады. КЖ бөлшектерінің өлшемі туралы айтқанда екі жағдайды ескеру қажет:

- біріншіден, көлденең «қимасының өлшемі» деген ұғымның сфералық бөлшектер және куб формалы бөлшектер үшін мәні бар. Ал бөлшек формасы шардан өзгеше болса, онда бөлшек өлшемі өлшем жүргізетін бағытқа байланысты болады. Алайда, КХимияда сфералық бөлшектер белгілі бір жағдайларда өзін-өзі шынайы (шардан өзгеше) бөлшектер сияқты ұстайды деп алып (приняв), оларды сфералық бөлшектер деп қарастырады. Мұндай шартты түрде шар тәрізді бөлшектер диаметрін «эквивалентті диаметр» деп атайды.

- екіншіден, КЖде бөлшектердің өлшемі бірдей болуы сирек кездеседі. Өлшемдері бірдей бөлшектері бар жүйелер монодисперсті деп аталады және оларды тек арнайы тәсілдермен жасанды жолмен ғана алуға болады. Көпшілік КЖ полидисперсті, яғни, олардағы бөлшектер өлшемі әртүрлі.

Өзін-өзі  бақылау үшін тапсырмалар:

1. Дисперстілік шамалары
2. Меншікті бет ұғымы

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

 

3 - тақырып. Дисперсті жүйелердің классификациясы

Дәріс мақсаты: Дисперсті жүйелердің классификациясымен таныстыру

Жоспар:

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

Тақырыптың  қысқаша мазмұны:

Дисперстілігі бойынша классификация. Зидентопф және Зигмонди бөлшектерді:

1. микрондар – кәдімгі микроскоптан көрінетін бөлшектер, яғни, өлшемі >0,2 мкм (с размерами больше его разрешающей способности (0,2 мкм);
2. ультрамикрондар – микроскоптан көрінбейтін коллоидты бөлшектер. Оларды әрі қарай
1. субмикрондар, яғни ультрамикроскоп көмегімен көрінетін өлшемі 5 нм-ден 200 нм-ге дейінгі бөлшектер;
2. амикрондар, яғни ультрамикроскоп көмегімен де көрінбейтін өлшемі <5 нм бөлшектер.

Дисперстік фаза және дисперстік ортаның агрегаттық күйіне байланысты Во. Оствальд ұсынған классификация. Колл. химияда қарастырылатын жүйелер гетерогенді, сондықтан кем дегенде екі фазадан тұрады. 3 агрегаттық күйден 9 типті дисперстік жүйе шығады (кесте). Мысалы, С/Г. С – дисперстік фазаның агрегаттық күйі, Г – дисперстік ортаның агрегаттық күйі.

Дисперстік жүйелердің агрегаттық күйіне байланысты классификациясы

 

№	Дисп. орта	Дисп. фаза	ШБ	Жүйе типі (атауы)	Мысалдар
1	Қатты	Қатты	Қ/Қ	Қатты гетерогенді жүйелер	Минералдар, балқымалар (болат, шойын), бетон, композияциялық материалдар
2		Сұйық	С/Қ	Капиллярлық жүйелер, қатты  эмульсиялар	Кеуекті (пористые) денелердегі, адсорбенттердегі сұйықтықтар. Топырақ, грунттар және кейбір минералдар (опал, жемчуг)?
3		Газ	Г/Қ	Кеуекті және капил-лярлық жүйелер, ксерогельдер	Пемза, силикагель, активті көмір (адсорбенттер, кеуекті заттардағы газдар)
4	Сұйық	Қатты	Қ/С	Зольдер, суспензиялар	Өнеркәсіптік суспензиялар, табиғи сулардағы дисперсиялар, судағы металдар зольдері, бактериялар, пасталар, пульпалар
5		Сұйық	С/С	Эмульсиялар	Сүт, майлағыш заттар - кремдер, шикі мұнай
6		Газ	Г/С	Газды эмульсиялар және көбіктер	Флотациялық, өртке қарсы  және сабынды көбіктер
7	Газ	Қатты	Қ/Г	Аэрозольдер (шаң-тозаңдар, түтіндер)	Темекі түтіні, көмірлі, ғарыштық шаң-тозаңдар, ұнтақтар
8		Сұйық	С/Г	Аэрозольдер (тұмандар)	Тұман, өнеркәсіптік тұман, бұлттар
9		Газ	Г/Г	Колл. жүйенің түзілуі  мүмкін емес	Жер атмосферасы