Дәрістер кешені

  ядро   адсорбциялық     диффузиялық

         қабат                     қабат

 гранула

        мицелла

 

мұндағы [AgI]_m – мицелла агрегатындағы AgI молекуласының саны; nI^- – потенциал анықтаушы иондар саны, үнемі m>n болады. (n – x) K⁺ – ядроға жақын орналасқан қарама – қарсы ион К⁺ саны, ол потенциал анықтаушы І^- ионымен адсорбциялық қабат түзеді; ал xK⁺ – диффузиялық қабаттағы қарама – қарсы К⁺ ион саны. Бұл иондар коллоидтық бөлшек ядросына адсорбцияланбайды, бірақ оның маңайында диффузиялық қабат түзе отырып конденсацияланады (1 – сурет). [AgI]_m молекула агрегаты коллоидтық бөлшек ядросы деп аталады, ал ядро адсорбциялық қабатпен гранула түзеді. Бұл мысалымызда грануланың заряды теріс, ол ерітіндідегі К⁺ иондарын эвивалентті мөлшерде өзіне тартуына мүмкіндік береді. Ал барлық жүйе (ядро, адсорбциялық қабат, диффузиялық қабат) мицелла деп аталады. Мицелланы қоршап тұрған сұйық фаза интермицеллярлы сұйықтық деп аталады; ол сонымен қатар еріген күйдегі стабилизатордан  және басқа да қоспалардан тұруы мүмкін.

Егер күміс иодиді түзілу кезінде  күміс нитратының артық мөлшерін алатын болсақ, онда потенциал анықтаушы ион Ag⁺ болады да, мицелла төмендегі түрге ие болады:

   {[AgI]_m nAg⁺∙ (n – x)NO₃^-}^x+ xNO₃^- 

Бұдан келесі қорытындыларды шығаруға болады:

1. Коллоид түйіршігінің (ядро) бетіне ерітіндіден табиғаты  бойынша ядро құрамына жақын  иондар адсорбцияланады. 

2. Адсорбциялық қабаттағы  қарама – қарсы иондар ядро  зарядын кемітеді, бірақ толығымен  бейтараптамайды. 

3. Гранула зарядының  белгісі адсорбциялық қабатта артық мөлшерде болатын (n > n – x) беттік – ядролық иондар зарядының белгісімен анықталады.

4. Диффузиялық қабаттағы  қарама – қарсы иондар грануланың  бос зарядын (артық мөлшердегі) бейтараптайды: мицелланың өзі  бейтарап болып есептеледі.

Калий иодиді артық мөлшерде алынған кезде түзілген күміс иодидінің түйіршігі теріс зарядты көрсетеді, бұл жағдайда І^- таңдалып адсорбцияланады. Сол себепті зольдің өзі теріс зарядты болып есптеледі. Ал күміс нитраты артық мөлшерде алынған кезде түзілетін күміс иодидінің түйіршігі оң зарядты көрсетеді, яғни Ag⁺ адсорбцияланады. Сондықтан золь заряды оң болып есептеледі.

Коллоидты бөлшек ядросының  формасы оның түзетін атомдар  мен молекулалардың кристалдық торы типімен анықталады. Тор симметриялық және ассимметриялық болуы мүмкін; ол коллоидты ерітінділердің бірнеше қасиеттеріне байланысты болады.

Біз ионды бөлігі дисперсті  фаза затынан химиялық табиғаты бойынша  ерекшеленетін стабилизациялаушы  электролиттің абсорбциясы кезінде  түзілетін мицелла құрылысын  қарастырдық. Кейбір жағдайларда мицелланың ионды бөлігі агрегаттың өзінен түзілуі мүмкін. Мұндай колоидты жүйеге мысал ретінде кремний оксидінің ескірген гидрозолін алуға болады. Агрегат беті оны қоршап тұрған сумен әрекеттесіп, метакремний қышқылын H₂SiO₃ түзеді. Ол стабилизатор қызметін атқарады. Сонда

{[ SiO₂]_m n SiO₃^2- ∙ 2(n – x)Н⁺}^x- 2xН⁺,

мұндағы (n – x) алдындағы 2 коэффициенті метакремний қышқылның екінегіздік болуына байланысты.

Өзін-өзі  бақылау үшін тапсырмалар:

1. Зольдер құрылысы
2. Мицелланың ионды бөлігі агрегаттың өзінен түзілетін зольдер

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

 

6 - тақырып. Коллоидты жүйелерді тазарту әдістері

Дәріс мақсаты: Коллоидты жүйелерді тазарту әдістерімен таныстыру

Жоспар:

1. Ультрафильтрация
2. Диализ

Тақырыптың  қысқаша мазмұны:

Коллоидты ерітінділерді  тазарту әдістері. Коллоидты ерітінділерді тазартудың неғұрлым көп таралған  әдістеріне диализ және ультрафилтрация жатады.

1) Диализ. Жартылай өтізгіш мембранадан өткізу арқылы коллоидты бөлшектерді ұстап қалу қасиетіне негізделген коллоидты ерітінділерді иондар мен молекулалар қоспаларынан тазарту әдісін диализ деп атайды. Қолданылатын аспап диализатор деп аталады. Қарапайым диализатордағы диализ көп уақытты алады. Кейінгі кезде коллоидтарды электролиттерден жылдам әрі толығымен тазартатын электродиализ әдісі қолданылуда. Бұл тұрақты токты қолдана отырып электродиализаторда (екі мембрана арқылы үш бөлікке бөлінген ыдыс) жүргізіледі.

2) Ультрафильтрация. Коллоидты ерітінділерді жартылай өткізгіш мембрана арқылы фильтрлеу жолымен дисперстік фазаны дисперстік ортадан бөлу процесін ультрафильтрация деп атайды. Ультрафильтрация кезінде коллоидты бқлшектер фильтрде (мембранада) қалады, ал құрамында электролиттері бар фильтрат еріткішке өтеді.

Өзін-өзі  бақылау үшін тапсырмалар:

1. Ультрафильтрация
2. Диализ

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

 

7 - тақырып. Коллоидты жүйелер қасиеттері. Оптикалық қасиеттері.

Дәріс мақсаты: Коллоидты жүйелер қасиеттерімен таныстыру. Оптикалық қасиеттеріне тоқталу

Жоспар: Коллоидты жүйелердің оптикалық қасиеттері:

1. Жарықтың шашырауы
2. Жарық адсорбциясы
3. КЖ ді зерттеудің оптикалық әдістері

Тақырыптың  қысқаша мазмұны: Коллоидты жүйелер қасиеттерін былайша жіктеуге болады:

1. Коллоидты жүйелердің оптикалық қасиеттері (дисперсті жүйедегі жарықтың шашырауы, ультрамикроскопия, нефелометрия)
2. Коллоидты жүйелердің молекулярлы – кинетикалық қасиеттері (Броундық қозғалыс, зольдердегі диффузия, осмостық қысым, седиментация)
3. Коллоидты жүйелердің электрлік қасиеттері (электрокинетикалық құбылыс, дзэта – потенциал, изоэлектрлік күй)

Коллоидты жүйелердің оптикалық  қасиеттері: Дисперсті жүйелерге жарық сәулесі келіп түскенде, келесі құбылыстардың байқалуы мүмкін.

1. Жарықтың жүйе арқылы өтуі
2. Дисперсті фаза бөлшектері әсерінен жарықтың сынуы
3. Дисперсті фаза бөлшектерімен жарықтың шағылуы
4. Жарықтың шашырауы (опалесценция)
5. Дисперсті фазаның жарықты жұтуы (абсорбция) нәтижесінде жарық энергиясының жылу энергиясына айналуы

 

Жарықтың  шашырауы. Бұл құбылыста бастапқыда 1857 жылы Фарадей, кейіннен 1868 жылы Тиндаль зерттеген. Тиндаль коллоидты ерітіндіге жарық шоғын түсіргенде бүйірінен қарағанда жарқыраған конусты байқаған. Бұл құбылыс опалесценция деп аталады. Опалесценция жарықтың шашырауына негізделген, яғни коллоидты ерітінді арқылы жарық сәулесін өткізген кезде, конус түзілуі байқалады. (Бұл құбылыс тиндаль эффектісі, ал түзілген конус Тиндаль конусы деп аталады.)

Жарықтың шашырауы тек жарық толқының ұзындығы дисперсті  фаза бөлшектерінің  өлшемінен жоғары болғанда ғана байқалады. Егер жарық  толқынының ұзындығы бөлшек диаметрінен  төмен болса, жарықтың шағылуы байқалады. Бұл көзбен көрінетіндей лайлылық (мутность) түрінде білінеді.

Жарықтың шашырау  теориясын дамытқан Рэлей. Электр тоғын өткізбейтін, сфера тәрізді, түсетін жарық толқыны ұзындығымен салыстырғанда өлшемі кіші және бір-бірінен алшақ орналасқан бөлшектер (сұйылтылған жүйе) үшін Рэлей келесі теңдеуді ұсынды.

I_р = I₀ 24 π³ ν υ² / λ⁴ (n₁² - n₀ ²/ n₁² + 2n₀²)² – Релей теңдеуі.

Теңдеу түсетін  жарық интенсивтілігі (I₀) мен жүйенің көлем бірлігімен шашыраған жарық интенсивтілігін (I_р) байланыстырады.

Мұндағы: n₁ және n₀ – дисперстік фаза және дисперстік ортаның сыну көрсеткіштері, ν-сандық концентрация, υ – бір бөлшектің көлемі, λ–жарық толқынының ұзындығы. Сандық концентрация дегеніміз 1см³ коллоидтық ерітіндідегі бөлшектер саны.

Рэлей теңдеуі  өлшемі жарық толқынының 0,1 – інінен аспайтын (яғни, бөлшектері 40-70 нм-ден аспайтын) бөлшектер үшін қолданылады. Ал өлшемі одан үлкен бөлшектер үшін λ⁴ емес, одан аз дәрежелі болады.

Геллер λ дәрежесінің бөлшек өлшеміне тәуелділігін полистиролдың монодисперсті латекстері мысалында зерттеді.

Бөлшек өлшемі λ-дан айтарлықтай үлкен болса, жарықтың шашырауы жарықтың шағылуына ауысады (переходит). Бөлшектер өлшемі кішірейген сайын жарық шашырау интенсивтілігі төмендейді. Сондықтан жарықты максимал шашырататын коллоидты жүйелер болып табылады.

Релей теңдеуі  – коллоидты ерітінділерді жарық шашыратуы бойынша оптикалық әдістермен зерттеудің негізі болып табылады.

Жекелеген газдар мен сұйықтықтардың дисперстік фазасы мен дисперстік ортасының сыну коэффициенті туралы айту мәнсіз болғандықтан, олар жарықты шашыратпауы керек сияқты. Бірақ, олар тығыздық және концентрация флуктуациясына байланысты жарықты шашыратуы мүмкін.

Жарық абсорбциясы. 1760 жылы Ламберт, оған дейін Бугер, жарықтың шашырауын зерттей келе өткен жарық (прошедший) интенсивтілігі мен жарық өткен (через который прошел) орта қалыңдығы арасында келесі тәуелділік барын анықтады.

Мұндағы: I_п- өткен жарық интенсивтілігі, I_о- түсетін жарық интенсивтілігі, k-жұтылу коэффициенті, l= жұтатын қабат қалыңдығы.

Бугер-Ламберт заңына сәйкес, орта қабатының қалыңдығы арифметикалық прогрессиямен артса, өткен жарық интенсивтілігі геометриялық прогессиямен азаяды. Басқаша айтсақ, берілген ортаны ойша қанша қабаттарға бөлсек те, әрбір келесі қабат дәл алдыңғы қабат жұтқандай өтетін жарық үлесін жұтады.

Бэр еріткіші түссіз және мөлдір ерітінділер үшін жұту коэффициенті еріген заттың молярлы концентрациясына с пропорционал екендігін көрсетті.

Мұндағы ε- жұтылудың молярлы коэффициенті. Оны Бугер-Ламберт теңдеуіне қойсақ, Бугер-Ламберт-Бэр заңын аламыз.

Бұл теңдеу өткен  жарық интенсивтілігінің қабат  қалыңдығына және еріген зат концентрациясына тәуелділігін анықтайды. Логарифмдеп  мына теңдеуді аламыз:

Осы теңдеуді сол  жағын ерітіндінің оптикалық  тығыздығы D немесе экстинкция деп атайды.

Монохромдық жарықпен жұмыс  істегенде әрқашан қандай толқын ұзындығымен тығыздық анықталғандығын  D_λ етіп көрсетіп отыру қажет. Мұндағы анықтауда қолданылған λ жарық толқынының ұзындығын көрстеді.

I_п/I₀ -өрнегін ерітіндінің жарық өткізуі немес ерітіндінің салыстырмалы мөлдірлігі деп атайды.

 

өрнегінің сол жағын ерітіндінің  салыстырмалы жұтылуы деп атайды. Егер с=1 l=1 болса, берілген зат үшін тұрақты шама болып табылатын жұтылудың молярлы коэффициентін оңай табыға болады. Сонда

.

Егер ε=0 болса, ерітінді жарықты абсорбцияламайды, осндықтан Бугер-Ламберт-Бэр теңдеуі мына түрге келеді.

Яғни, өткен  жарық интенсивтілігі түсетін жарық  интенсивтілігіне тең болады.

Жұтылудың молярлы коэффициенті ε абсорбцияланатын жарық толқынының ұзындығына, еріген зат пен еріткіштің табиғатына, температураға тәуелді, және әдетте, ерітінді конецнтрациясына тәуелсіз. Алайда кейбір сирек жағдайларда ерітіндіні сұйылтқанда ε өзгеруі мүмкін. Бұл жүйенің химиялық қасиетінің өзгеруімен түсіндіріледі – гидролиз, гидраттар түзілуі немес ассоциациясы жүруі мүмкін.

Гомогенді жүйелер үшін шығарылған Бугер-Ламберт-Бэр заңын жоғары дисперсті зольдер үшін мына жағдайларда қолдануға болады: сұйықтық қабаты соншалықты қалың болмаса, ерітінді концентрациясы онша жоғары болмаса.

Металдық зольдер  үшін жарықтың жұтылу теңдеуінде дисперстілік ескеріледі:

3. Коллоидтық жүйелерді зерттеудің оптикалық әдістері. Қазіргі уақытта бөлшектердің өлшемін,  формасын және құрылымын анықтауда оптикалық әдістер өте кең таралған. Бұл әдістің жылдамдығымен, қолайлылығымен, шығатын нәтижесін дәлдімен түсіндіріледі. Ірі дисперсті жүйелер (суспензия, эмульсия, көбік, шаңдар т.б.) көбінесе жарықтық микроскоп көмегімен зерттеледі, ал жоғары дисперсті коллоидты жүйелерді зерттеуде ультрамикроскопия, электронды микроскопия, нефелометрия турбидиметрия көп қолданылады. Әдістер және ағымдағы қос сәуле сынуын анықтауға негізделген әдісті, коллоидтық жүйе бөлшегінің ішкі құрылымы мен сыртқы бетінің сипатын зерттеу үшін ренгенография және электронографияны сирек қолданады.

Ультрамикроскопия – ультрамикроскоп көмегімен  коллоидты бөлшектердің болуын оларды санап, қозғалысын бақылауға негізделген. Ультрамикроскоп принципі мынаған негізджелген: коллоидты жүйелерге бүйірінен күшті жарық сәулесін беріп, қарапайым микроскоп көмегімен жеке бөлшектер шашыратқан жарықты бақылайды.