Дисперсті жүйелердің классификациясы жəне табиғаты

1,2 апта

Кіріспе. Дисперсті жүйелердің классификациясы жəне табиғаты.

Коллоидты химия —

беттік құбылыстар мен дисперстік жүйелерді зерттейтін

ғылым. Осы пəнде жоғары дисперсті жүйелер, алу əдістері, тұрақтылығы, қасиеттері, қарастырылады.

Кез келген екі компонентті системада компоненттердің біреу екішісінде бөлшектеніп, біркелкі таралған күйде болса, онда оны

дисперсионды жйе

деп атайды. Дисперсионды система

дисперсионды ортадан

жəне

дисперсті фазадан

тұрады.

Дисперсті фаза

дисперсионды ортада біркелкі таралады. Дисперсті системаларды дисперсті фаза бөлшектерінің шамасына қарай үшке бөледі:

ірі дисперсті жүйелер

коллоидты жүйелер

нағыз ерітінділер деп.

На ыз ерітінділерде

дисперсионды орта ролін еріткіш, ал дисперсті фаза ролін заттың молекулалары немесе иондары атқарады. Ондағы бөлшектердің мөлшері 10

-10

м. Нағыз ерітінділерге тəн қасиеттер: мөлдір, сүзгі қағаздан жəне жартылай өткізгіштерден оңай өтетін, гомогенді (бір фазалы) система, кинетикалық тұрақты, Фарадей-Тиндаль эффектісін көрсетпейді. Осмостық қысымы едəуір жоғары; өздігінен жəне онай алынады, жақсы диффузияланады, ескірмейді. Мысалы, қант, тұз, қышқыл жəне негіз ерітінділері.

Ірі дисперсті жйелер

— суспензиялар (жүзінділер) мен эмульсияларда дисперсті фаза бөлшектерінің мөлшер 10

-7

м артық болады. Суспензияда дисперсионды орта сұйық, ал дисперсті фаза қатты болады. Эмульсияда дисперсионды орта да, фаза да сұйық болады. Мысалы, саздың судағы жүзіндісі, сүт жəне т. б. Ірі дисперсті жүйелер кинетикалық тұрақсыз. Ондағы дисперсті фаза бөлшектері ауырлық күшінің əсерінен тұнбаға оңай шөгеді, мөлдір емес, əртекті, лайлы. Осмостық қысым туғызбайды. Фарадей-Тиндаль эффектісі байқалмайды. Дисперсті фаза бөлшектері сүзгі қағаздан жəне жартылай өткізгіштен өтпейді. Демек, сүзіп тазалауға болады.

Ірі дисперсті жүйелердегі дисперсті фаза бөлшектерін қаруланбаған көзбен көруге болады.

Коллоидты жйелерде

дисперсті фаза бөлшектерінің мөлшері 10

-9

— 10

-7

м. Оларға тəн қасиеттер: мөлдір, сүзгі қағаздан оңай өтеді, ал жартылай өткізгіштен өтпейді; микрогетерогенді, яғни көп фазалы система, Фарадей-Тиндаль эффектісі байқалады. Термодинамикалық тұрақсыз система. Уақыт артқан сайын ескіреді, яғни дисперсті фаза бөлшектері өзара бірігіп, іріленеді. Коллоидты ерітінділер түзілу үшін энергия жұмсалады. Осмостық қысым түғызады. Дисперсті фаза бөлшектері бірнеше ортадан молекулалардан тұрады, сондықтан да жеке молекулаға қарағанда едəуір ірі. Олардың дисперсионды ортамен жанасу беті өте үлкен. Коллоидты бөлшектер ауырлық күшінің əсерінен тұнбаға шөкпейлі. Коллоидты ерітіндідегі бөлшектерді арнаулы микроскоптармен ғана көруге болады.

Коллоидты системада дисперсті фаза бөлшектері қатты күйде, ал орта сұйық күйде болса, бұл типтегі ерітінділерді

зольдер

деп атайды. Егер коллоидты системадағы дисперсті орта да, дисперсті фаза да сұйық заттың бөлшектерінен құралған болса, онда оларды

эмульсиялар

деп атайды. Мысалы, алтын, күміс, күміс иодиды, темір гидроксиді зольдері, судағы бензол, май эмульсиялары жəне т. б.

Агрегаттық күй.

Дисперстік жүйелер агрегаттық күй бойынша топтастырылады:

Дисперсті

Дисперсті орта

фаза

Қатты

Сұйық

Газ

Қатты

Қатты коллоид ерітіндісі

Зольдер, жүзгіндер

Аэрозоль, шаң түтін

(минералдар, қорытпа)

(жүзгін, металл золі)

(түтін, шаң)

Сұйық

Қуыс дене, гель каплляр

Эмульсиялар

Тұман

(топырақ, балшық)

(сүт, мұнай, май)

(тұман, бұлт)

Газ

Ксерогельдер

Көбіктер, эмульсия

Ауа

(пемза, активті көмір)

(сабын көбігі)

(атмосфера, ауа)

Фазааралық əрекет.

Дисперсті фаза мен дисперсті ортадағы заттар фазааралық беткі

қабатта əрқашанда молекулааралық əсерлесу күшінің есебінен əрекеттесіп жатады жəне мұндағы əрекеттесу дəрежесі əртүрлі болуы мүмкін. Осы əрекеттесу шамасына орай дисперсті жүйелер

лиофильді

жəне

лиофобты

болып бөлінеді.

Лиофильді

жүйелер тобына жататын дисперсті жүйедегі дисперсті фаза мен дисперсті орта өзара əрекеттеседі.

Лиофобты

жүйелер тобына енетін дисперсті фаза мен дисперсті ортадағы заттар өзара

нашар əрекеттеседі.

Құрылым.

Барлық дисперсті жүйелер құрылым жағынан екі топқа бөлінеді:

Еркін (бос) дисперсті жйе

— дисперсті фаза мен дисперсті орта бірімен-бірі өзара байланыспай əрқайсысы бос жүретін дисперсті жүйе (жүзгіндер, эмульсиялар, аэрозольдер, зольдер жатады).

Біріккен (байланысан) дисперсті жйе

— дисперсті фаза мен дисперсті орта өзара берік байланысқан жүйелер (капиллярлы кеуек заттар, диафрагмалы денелер, жұқа пленка — мембраналар, полимерлер жатады).

3 апта

Коллоид ерітінділерін алу əдістері.

Жоспар:

Ма саты:

Коллоидты жүйелерді алу жəне тазалау əдістерін қарастыру.

Коллоидты ерітінділерді алудың негізгі екі жолы бар:

Ірі бөлшектерді ұнтақтау немесе дисперстеу əдісі.

Атомдарды немесе молекулаларды агрегациялау, яғни өзара біріктіріп, ірілендіру жолы. Бұл əдісті конденсациялау деп атайды.

Дисперстеу əдісі —

берілген үлкен қатты затты əуелі майдалап, ұнтақтап, коллоидты-дисперсті бөлшектерге дейін кішірейтуге бағытталған. Мұның өзін бірнеше əдіспен жүзеге асырады: механикалық, электрлік дисперстеу, ультра дыбыспен дисперстеу жəне пептизация əдістері.

Механикалы əдіс

— берілген қатты заттың үлкен бөлшектерін ұзақ жəне тоқтаусыз,

əрі жылдам ысқылау, ұнтақтау сияқты механикалық жолмен кішірейтуге бағытталған. Коллоидты бөлшектерді алу үшін шарлы диірмен (50-60 мкм) немесе коллоидты диірмен (0,1-1,0 мкм) пайдаланылады. Шары бар диірмен ішінде əр түрлі өлшемдегі болат не фарфор шары бар, іші қуыс болат цилиндр. Диірмен ішінде дисперстелетін зат пен шарлар бірге салынады да белгілі жылдамдықпен, электромотор көмегімен айналдырылады. Ондағы ұнтақталу шар көмегімен жүзеге асады.

Егер дисперстік дəрежесі жоғары зат керек болса, онда арнаулы коллоидты диірмен пайдаланылады. Ол — іші құыс цилиндр, ішіндегі қалақшалары бар ротор минутына 20 мыңға дейін жылдамдықпен айналады. Диірмен ішкі будырлы бөлігі (a) мен ротор қалақшасы (b) арасына түскен зат біліктің жылдам айналуынан ұнтақталады.

Ұнтақталған бөлшектердің өзара бірігіп, жабысып қалмауы үшін тұрақтандырғыштар қосады.

Ультрадыбысты əдіс

— ультрадыбыстың əсер етуші механизмі əлі толық

зерттелмеген. Сұйық бөлшектері системадағы өте тез ауысатын қысым мен кеңею салдарынан бөліне келіп, ұнтақталуы мүмкін деген болжамдар бар.

Химиялы əдіс

(

пептизация

)

— ұнтақтайтын зат əсерімен (пептизатор арқылы)

гельді зольге айналдыру процесі. Бұл алынған борпылдақ шөгіндіге пептизатор қосып, оны коллоидты бөлшектерге дейін ұнтақтауға негізделген. Пептизатор ретінде электролиттерді алады, демек олар аморфты шөгінділерді өзара бірігуден, агрегацияланудан қорғайды. Бұған мысал ретінде темір III гидроксидінің золін алуға

болады. Жалпы темір III гидроксидін Fe(OH)

3

тұнбаға түсірмеу үшін оған пептизатор ретінде темір III хлоридінің ерітіндісін FeCl

3

қосады. Мұндай темір III гидроксиді бірден тұнбаға түспей, золь түрінде жүзіп жүреді.

Химиялық дисперстеу əдістерінің арасында

&здігінен (нта талатын тəсіл

белгілі. Ол негізінен əрбір жағдайда сəйкес таңдалып алынған еріткіш көмегімен коллоидты ерітінді алуға бағытталған. Мысалы, крахмал, желанитн, агар-агарды суда (пептизатор) еріткенде коллоидты ерітінділер алынады.

Конденсациялау əдісі.

Коллоидты ерітінділерді алудың конденсациялау əдістерінің

басым көпшілігі тотығу, тотықсыздану, гидролиз сияқты химиялық реакцияларға негізделген. Бұл реакциялар кезінде ерітінділер еріген заттардың ерімейтін күйге ауысуы нəтижесінде коллоидтыға түрленеді.

—

Тотығу

— тотығу реакциясы кезінде алынатын заттардың бірі коллоидты күйдегі бөлшек түрінде түзіледі. Мысалы, сутекті күкірттің оттек немесе күкірт (IV) оксидімен тотығу. Реакциясын алуға болады: бос күкірт коллоидты күйдегі ерітінді береді:

2H

2

S+O

2

=2H

2

O+2S

2H

2

S+SO

2

=2H

2

O+3S

Тоты сыздану

— тотықсыздану реакция кезінде металл иондары тотықсызданып, бос

атомға айналыды, конденсациялап немесе өзара бірімен-бірі бірігіп, коллоидты өлшемдегі бөлшекке дейін үлкейді. Мысалы, сутек пероксиді арқылы тотықсыздандырып, алтын золін алуда келтіруге болады:

HAuCl

4

+3H

2

O

2

—2Au+8HCl+3O

2

Тотықсыздандыру реакциясын пайдаланып, күміс, платина, паолладий, торий, осмий, сынап сияқты көптеген металдардың коллоидты күйдегі ерітінділері алынады.

Алмасымды ыдырау

— күрделі екі химиялық қосылыс өзара əрекеттескенде, əуелі

иондарға ыдырап, сосын иондармен алмасады. Осы кезде жаңадан түзілетін қосылыстардың бірі ерітіндіде еріместен, тұнбаға шөгінді ретінде түсуге бейім келеді. Егер осындағы мұндай заттарды коллоидты өлшемдегі бөлшек қалпында ұстаса, онда осы қосылыстың золі пайда болады.

BaCl

2

+K

2

SO

4

—BaSO

4

↓+2KCl

AgNO

3

+KCl—AgCl↓+KNO

3

Гидролиз

— көптеген металдардың тұздары жеңіл гидролизденіп, металл гидроксиді мен

қышқылға ыдырайды. Пайда болатын металл гидроксидтері нашар еритін болса, онда түрлі коллоидты ерітінді шығады. Мысалы, өте əлсіз негізбен аса күшті тұз қышқылының тұзы — темір III хлориді гидролиз реакциясы арқылы нашар еритін темір

III гидроксидіне жəне тұз қышқылына ыдырайды:

FeCl

3

+3H

2

O—Fe(OH)

3

+3HCl

Fe(OH)

3

+HCl—FeOCl+2H

2

O

Темір тұзы

FeOCl

ішінара иондарға диссоцияланады:

FeOCl—FeO

+

+Cl

—

. Осы иондар темір гидроксидінен тұратын бөлшектердің айналасында болатын ионогенді қабатпен қамтамасыз етіледі жəне осының салдарынан да олар ерітіндіде қалқып, жүзіп түрінде жүреді, яғни тұнбаға түспейді.

Еріткішті ауыстыру

— нағыз ерітіндінің еріткішін басқа еріткішпен алмастыпғанда

жаңадан пайда болған ерітіндіде ерімейтін … жалғасы