Коллоидтық химиядан дәрістер


1 ГЛОССАРИЙ
Модуль 1. Коллоидтық химияға кіріспе. Коллоидты жүйелердің қасиеттері
1. тақырып. Кіріспе. Коллоидты химияның негізгі түсініктері мен анықтамалары. Коллоидты жүйелер
№ 2 дәріс Тақырыбы «Дисперсті жүйелердің классификациясы
мен табиғаты»
№ 3 дәріс Тақырыбы «Коллоидты жүйелердің молекулалы.кинетикалық және реологиялық қасиеттері»
№ 4 дәріс Тақырыбы «Коллоидты жүйелердің оптикалық қасиеттері»
№ 5 дәріс.
Тақырыбы «Коллоидты жүйелердің электрлік қасиеттері»
2 МИКРОМОДУЛЬ «БЕТТІК ҚҰБЫЛЫСТАР. ДИСПЕРСТІ ЖҮЙЕЛЕРДІҢ ТҰРАҚТЫЛЫҒЫ»
№ 6 дәріс Тақырыбы «Коллоидты ерітінділерді алу
және тазалау әдістері»
№ 7 дәріс
Тақырыбы: Беттік құбылыстар
№ 8 дәріс Тақырыбы «Коллоидты жүйелердің коагуляциясы мен тұрақтылығы»
№ 10 дәріс Тақырыбы «Жоғарғы молекулалы қосылыстар
және олардың ерітінділері»
1 зертханалық жұмыс
Тақырыбы «Дисперсті жүйелер. Зольдердің қасиеттері, алынуы. Дзета .потенциал және электрофорез жылдамдығын анықтау»
№ 2 зертханалық жұмыс
Тақырыбы: «Эмульсияларды алу және қасиеттері»
№ 3 зертханалық жұмыс
Тақырыбы: «Суспензияларды алып, қасиеттерін зерттеу. Көбік алу және оның тұрақтылығын зерттеу»
№ 4 Зертханалық жұмыс
Тақырыбы «Коллоид жүйені алу»
№ 5 зертханалық жұмыс
Тақырыбы «Темір тотығының гидратының золін алу»
Зертханалық жұмыс № 6
Тақырыбы «Амфотерлік полиэлектролиттің изоэлектрлік нүктесін анықтау»
Зертханалық жұмыс № 7
Тақырыбы «Жоғары молекулалық қосылыстардың
молекулалық салмағын анықтау»
Зертханалық жұмыс № 8
Тақырыбы «Жоғары молекулалық заттың ісінуі»
Лабораториялық жұмыс № 9
Тақырыбы «Сұйықтың толық беттік энергиясын анықтау»
Лабораториялық жұмыс № 10
Тақырыбы «Қатты дене . ерітінді арасындағы адсорбция»
№ 11 Зертханалық жұмыс
Тақырыбы «Қатты дене мен электролит емес қос ертінді арасындағы адсорбцияны зерттеу»
№ 12 Зертханалық жұмыс
Тақырыбы «Қатты адсорбенттегі ерітіндіден БАЗ
адсорбциясын зерттеу»
№ 15 Зертханалық жұмыс
Тақырыбы «БАЗ ерітінділеріндегі мицелла түзілуін зерттеу»
Коллоидты химия - бастапқыда физикалық химияның бір бөлімі ретінде қарастырылған. Уақыт өте келе эксперименттік дәлелдемелерді талдау негізінде бұл пән жеке ғылым болып бөлініп шықты. Тіпті арнайы коллоидтық химияның зерттеу әдістері табылды: ультрамикроскопия, электрондық микроскопия, ультрацентрифугирлеу (сүзу), электрофорез, тағы да басқалар.
Практика коллоидтық химияның қазіргі заманғы техникада да орнының ерекше екенін дәлелдеді. Қазіргі уақытта халық шаруашылығының кез келген саласын коллоидық химиясыз елестету мүмкін емес. Бұл ғылым саласының нені зерттейтінін түсіну үшін алдымен «коллоидтар» немесе «коллоидтық жүйелер» дегеніміз не деген сұраққа жауап іздеу керек.
ХІХ ғасырдың 40 жылдары италия ғалымы Франческо Сельми қазіргі кезде коллоидтық жүйелер болып табылатын кейбір ерітінділердің аномальді қасиеттерін бақылады. Бұл ерітінділер жарықты күшті шашыратады. Оларда еріген заттар осы еріген затпен әрекеттеспейтін тұздардың болмашы ғана мөлшерін қосқаннан тұнбаға түседі. Заттардың мұндай ерітіндіге өтуі, яғни еруі және ерітіндіден тұнбаға түсуі жүйе температурасының және көлемінің өзгеруінсіз жүреді (әдетте, кристалл заттардың еруі кезінде температура мен көлем өзгереді). Сельми бұл ерітінділерді әдеттегі ерітіндіден ерекшелеп, «псевдо ерітінділер» деп атады. Кейіннен оларға «зольдер» деген атау берілді.
ХX ғасырдың 50 жылдары ағылшын химигі Томас Грэм бұл ерітінділерді толығырақ зерттеді. Грэм бұл ерітінділерді және оларды түзетін заттарды «коллоидтар» деп атады, себебі Грэм грекше «колла» - деп аталатын желімді (клей) осындай ерітінділердің нағыз (типичный) өкілі деп ойлады.

ХIX ғасырдың 60 жылдары белгілі болған коллоидтық ерітінділердің кейбір ерекшеліктеріне тоқталайық:
1. Барлық коллоидтық ерітінділер шоқталған сәулені шашыратуға, яғни опалесценцияға бейім. Тиндаль коллоидты ерітінді бар кюветаға линза арқылы жарық шоғын өткізгенде жанынан жарық конусын анық бақылаған. Сондықтан мұндай конус Тиндаль конусы деп аталады.
Ерітіндінің жарықты интенсивті шашыратуы жүйеде фазааралық бөліну бетінің бар екендігінің айқын дәлелі болмаса да, коллоидты ерітіндінің біртекті емес екенін толық дәлелдейді.
2. Коллоидты ерітінділердегі бөлшектер диффузиясы өте баяу жүреді. Диффузияға еріген бөлшектер өлшемі әсер етеді, себебі өлшемі үлкейген сайын бөлшекке еріткіш молекуласы ортасында (в среде) қозғалу үйкелістің (трение) күшеюіне байланысты қиынға соғады.
3. Коллоидтық ерітінділердің осмостық қысымы өте төмен болады.
Бұл соңғы екі қасиет – диффузияның баяу өтуі және осмостық қысымның төмен болуы, коллоидтық ерітінділердегі еріген зат бөлшектерінің салыстырмалы түрде ірі екендігін көрсетеді. Осмостық қысым коллигативті қасиетке жатады, яғни, тұрақты температурада көлемдегі бөлшектер санына ғана тәуелді. Және оның (осмостық қысымның) мәнінің төмен болуы бөлшектер өлшемінің үлкен, ірі екендігін көрсетеді, себебі ерітіндідегі еріген заттың салмақтық концентрациясы және тығыздығы бірдей болса да, бөлшектер саны олардың өлшемі ірі болған сайын аз болады.
4. Коллоидты ерітінділер диализге қабілетті. Яғни колллоидты ерітінділерді жартылай өткізгіш мембрана көмегімен оларда еріген төмен молекулалы заттар қоспасынан (примесь-қалдық) бөліп алуға болады. Диализ кезінде төмен молекулалы заттар мембрана арқылы өтіп, ал жартылай өткізгіш арқылы өтуге қабілетсіз коллоидтық бөлшектер тазартылған коллоидтық ерітінді түрінде қалады. Диализге бейімділік те колоидты ерітінділердегі бөлшектер өлшемінің шынайы ерітінділердегі молекулалар өлшемінен әлдеқайда үлкен екендігінің айғағы.

Пән: Химия
Жұмыс түрі:  Материал
Тегін:  Антиплагиат
Көлемі: 128 бет
Таңдаулыға:   
Бұл жұмыстың бағасы: 500 теңге

бот арқылы тегін алу, ауыстыру

Қандай қате таптыңыз?

Рақмет!






1 Глоссарий
Агрегаттық тұрақтылық - бұл жүйенің түзілетін мицелланың дисперстілік дәрежесін сақтап қалу қабілеттілігі.

Аэрозольдер - СГ, ҚГ жүйелерінің жалпы атауы. Аэрозольдерде дисперсті орта ролін ауа ғана емес, кез келген газ атқара алады.

Байланысқан дисперсті жүйелер - құрылымы тұйық болғандықтан фазалардың ешқайсысы еркін араласа алмайтын жүйелер. Мұндай жүйелерге, көбінесе, диафрагмалар немесе капиллярлы жүйелер деп аталатын капиллярлы - кеуекті денелер; мембраналар - жұқа қабықшалар, әдетте, полимерлі, сұйық және газ өткізгіштер; гельдер және ұйымалар (студни); көбіктер; қатты ерітінділер жатады.

Бос дисперсті жүйелер - дисперсті фаза бөлшектері бір-бірімен әрекеттеспеген, яғни оңай араласа алатын жүйелер (суспензиялар, эмульсиялар, зольдер, оның ішінде аэрозольдер).

Диализ - жартылай өтізгіш мембранадан өткізу арқылы коллоидты бөлшектерді ұстап қалу қасиетіне негізделген коллоидты ерітінділерді иондар мен молекулалар қоспаларынан тазарту әдісі.

Диспергация - ұнтақтау тәсілі (латынша dispegere - себу, шашу).

Дисперсті орта -ұсақталған күйдегі заты бар орта.

Дисперсті фаза- сол ортада таралған ұнтақталған зат.

Диффузия - жүйедегі молекулар, иондар немесе коллоидты бөлшектердің хауосты жылулық қозғалысының әсерінен концентрацияның өз бетінен теңесу процесі.

Ірі дисперсті жүйелер - суспензиялар-жүзгінділер мен эмульсияларда дисперсті фаза бөлшектерінің мөлшср өлшемі 10-7-10-5 см артық болатын жүйелер.

Жүзгінді жүйе - кез-келген екі құрамдасты жүйедегі құрамдастарының біреуі екіншісінде бөлшектеніп, біркелкі таралған күйдегі жүйе.

Зольдер - коллоидты жүйедегі дисперсті фаза бөлшектері қатты күйде, ал орта сұйық күйде болатын ерітінділер.

Кинетикалық тұрақтылық - бұл дисперсті жүйелердің ауырлық күші әсерінен туындайтын тұрақтылық. Түйіршіктердің ауырлық күші әсерінен шөгу жылдамдығы аз жүйелердің тұрақтылығын кинетикалық тұрақтылық деп атайды.

Коагулянт - коллоидты еріген заттардың ерітіндіден сыртқы жағдайлардың әсер етуіне байланысты оңай бөлініп, нәтижесінде коллоидты ерітіндіде пайдаболған тұнба.

Коагуляция - коллоидты еріген заттадың ерітіндіден сыртқы жағдайлардың әсер етуіне байланысты оңай бөлінуі. Дисперсті жүйе түйіршіктерінің іріленуі.

Коллоидты жүйелер - дисперсті фаза бөлшектерінің мөлшері 10-7 - 10-5 см. болатын жүйелер. Оларға тән қасиеттер: мөлдір, жартылай өткізгіштен өтпейді, микро гетерогенді, яғни өте ұсақ, әр текті көп фазалы жүйе.

Коллоидты химия - гетерогенді, жоғары дисперсті жүйелердің қасиеттері мен оларда жүретін процестер туралы ғылым.

Коло - грекше желім (клей).

Конденсация - молекулаларды ірілендіру (агрегациялау) тәсілі (латынша aggregare - қосу, біріктіру).

Лиозольдер - дисперстік ортасы сұйық жүйелер (ГС, СС, ҚС) (грек. лиос - сұйық).

Лиофильді жүйелер - дисперсті фаза мен орта заттарының күшті молекулааралық әрекеттесуі тән жүйелер.

Лиофобты жүйелер - дисперсті фаза мен орта заттарының әлсіз молекулааралық әрекеттесуі тән жүйелер.

Нағыз ерітінділер -дисперсті орта рөлін еріткіш, ал дисперсті фаза рөлін еріген заттың молекулалары немесе иондары атқарады. Ондағы бөлшектердің мөлшер өлшемі, яғни орташа диаметрі 10 -10см.

Органозольдер - дисперстік ортасы органикалық сұйықтық болып табылатын коллоидты жүйелер.

Седиментация - түйіршіктердің массалары үлкейген сайын, олардың тұнуы немес қатты фаза бөлшектерінің іріленіп, тұну процесі.

Сольваттық қабат - дисперсті фаза бөлшектерінің сыртын қаптайтын, дисперсті орта молекулаларынан тұратын қабат.
Стабилизатор - коллоидты бөөлшектерді неғұрлым ірі агрегаттарға біріктіруші зат (тұрақтандырғыш).

Суспензия - дисперстік фазасы қатты, дисперстік ортасы сұйық болатын жүйелер.

Тиндаль конусы - коллоидтық ерітінділердің шоқталған сәулені шашыратуға бейімділігі. Тиндаль зерттеген коллоидты ерітінді арқылы жарық шоғын өткізген кезде жанынан қарағанда жарық конусы анық байқалды.

Ультрафильтрация - коллоидты ерітінділерді жартылай өткізгіш мембрана арқылы фильтрлеу жолымен дисперстік фазаны дисперстік ортадан бөлу процесі.

Эмульсия - дисперсті орта да, фаза да сұйық болатын жүйелер.

Модуль 1. Коллоидтық химияға кіріспе. Коллоидты жүйелердің қасиеттері

1- тақырып. Кіріспе. Коллоидты химияның негізгі түсініктері мен анықтамалары. Коллоидты жүйелер

Дәріс мақсаты: Коллоидты химия ғылымының пайда болу тарихымен таныстыру.

Дәріс жоспары:
1. Коллоидты химия ғылым ретінде.
2. Коллоидты химияның пайда болу тарихы.
3. Коллиодты химияның маңызы.

Тақырыптың қысқаша мазмұны:
Коллоидты химия - бастапқыда физикалық химияның бір бөлімі ретінде қарастырылған. Уақыт өте келе эксперименттік дәлелдемелерді талдау негізінде бұл пән жеке ғылым болып бөлініп шықты. Тіпті арнайы коллоидтық химияның зерттеу әдістері табылды: ультрамикроскопия, электрондық микроскопия, ультрацентрифугирлеу (сүзу), электрофорез, тағы да басқалар.
Практика коллоидтық химияның қазіргі заманғы техникада да орнының ерекше екенін дәлелдеді. Қазіргі уақытта халық шаруашылығының кез келген саласын коллоидық химиясыз елестету мүмкін емес. Бұл ғылым саласының нені зерттейтінін түсіну үшін алдымен коллоидтар немесе коллоидтық жүйелер дегеніміз не деген сұраққа жауап іздеу керек.
ХІХ ғасырдың 40 жылдары италия ғалымы Франческо Сельми қазіргі кезде коллоидтық жүйелер болып табылатын кейбір ерітінділердің аномальді қасиеттерін бақылады. Бұл ерітінділер жарықты күшті шашыратады. Оларда еріген заттар осы еріген затпен әрекеттеспейтін тұздардың болмашы ғана мөлшерін қосқаннан тұнбаға түседі. Заттардың мұндай ерітіндіге өтуі, яғни еруі және ерітіндіден тұнбаға түсуі жүйе температурасының және көлемінің өзгеруінсіз жүреді (әдетте, кристалл заттардың еруі кезінде температура мен көлем өзгереді). Сельми бұл ерітінділерді әдеттегі ерітіндіден ерекшелеп, псевдо ерітінділер деп атады. Кейіннен оларға зольдер деген атау берілді.
ХX ғасырдың 50 жылдары ағылшын химигі Томас Грэм бұл ерітінділерді толығырақ зерттеді. Грэм бұл ерітінділерді және оларды түзетін заттарды коллоидтар деп атады, себебі Грэм грекше колла - деп аталатын желімді (клей) осындай ерітінділердің нағыз (типичный) өкілі деп ойлады.

ХIX ғасырдың 60 жылдары белгілі болған коллоидтық ерітінділердің кейбір ерекшеліктеріне тоқталайық:
1. Барлық коллоидтық ерітінділер шоқталған сәулені шашыратуға, яғни опалесценцияға бейім. Тиндаль коллоидты ерітінді бар кюветаға линза арқылы жарық шоғын өткізгенде жанынан жарық конусын анық бақылаған. Сондықтан мұндай конус Тиндаль конусы деп аталады.
Ерітіндінің жарықты интенсивті шашыратуы жүйеде фазааралық бөліну бетінің бар екендігінің айқын дәлелі болмаса да, коллоидты ерітіндінің біртекті емес екенін толық дәлелдейді.
2. Коллоидты ерітінділердегі бөлшектер диффузиясы өте баяу жүреді. Диффузияға еріген бөлшектер өлшемі әсер етеді, себебі өлшемі үлкейген сайын бөлшекке еріткіш молекуласы ортасында (в среде) қозғалу үйкелістің (трение) күшеюіне байланысты қиынға соғады.
3. Коллоидтық ерітінділердің осмостық қысымы өте төмен болады.
Бұл соңғы екі қасиет - диффузияның баяу өтуі және осмостық қысымның төмен болуы, коллоидтық ерітінділердегі еріген зат бөлшектерінің салыстырмалы түрде ірі екендігін көрсетеді. Осмостық қысым коллигативті қасиетке жатады, яғни, тұрақты температурада көлемдегі бөлшектер санына ғана тәуелді. Және оның (осмостық қысымның) мәнінің төмен болуы бөлшектер өлшемінің үлкен, ірі екендігін көрсетеді, себебі ерітіндідегі еріген заттың салмақтық концентрациясы және тығыздығы бірдей болса да, бөлшектер саны олардың өлшемі ірі болған сайын аз болады.
1. Коллоидты ерітінділер диализге қабілетті. Яғни колллоидты ерітінділерді жартылай өткізгіш мембрана көмегімен оларда еріген төмен молекулалы заттар қоспасынан (примесь-қалдық) бөліп алуға болады. Диализ кезінде төмен молекулалы заттар мембрана арқылы өтіп, ал жартылай өткізгіш арқылы өтуге қабілетсіз коллоидтық бөлшектер тазартылған коллоидтық ерітінді түрінде қалады. Диализге бейімділік те колоидты ерітінділердегі бөлшектер өлшемінің шынайы ерітінділердегі молекулалар өлшемінен әлдеқайда үлкен екендігінің айғағы.
2. Толығымен тұрақты (стабильные) жүйелер болып табылатын шынайы ерітінділерден ерекшелігі (нағыз ерітінді) - коллоидты ерітінділер агрегативті тұрақсыз (лабильные). Яғни коллоидты еріген заттар болмашы сыртқы жағдайлардың әсер етуіне байланысты ерітіндіден оңай бөлінеді. (коагуляцияланады). Нәтижесінде коллоидты ерітіндіде - тұнба (коагулят, коагулюм) түзіледі, яғни, біріншілей бөлшектердің жабысуынан пайда болған агрегаттар. КЖ-дің агрегативті тұрақсыздығы олардың концентрациясы жоғары болған сайын жақсы байқалады.Сондықтан нағыз КЖ-ді жоғары концентрлі етіп алу мүмкін емес. Коагуляцияны туғызатын жағдайлар: қыздыру, суыту, интенсивті араластыру және ерітіндіге өте аз мөлшерде электролиттер (коагуляторлар) енгізу. Коагуляция процесң коагулятор коллоидты еріген затпен химиялық өзара әрекеттеспейтін жағдайда да жүруі мүмкін, Бұл жағдай коагуляция химиялық емес, физикалық процесс екендігін көрсетеді.
3. Коллоидтық ерітінді электрофорезге бейім. Мұны Ф.Ф. Рейсс 1808 жылы Ресейде ашты. Яғни электр өрісінде коллоидты бөлшектер қайсібір электродқа қарай қозғалады. Бұл коллоидты еріген зат болшектері, иондар сияқты, электр зарядына ие екендігін көрсетеді. Электрофорездің электролизден айырмашылығы - электролиз өнімдері электродтарда эквивалентті мөлшерде бөлінеді, ал электрофорезде зат тек бір бағытта ғана айтарлықтай қозғалады.
4. КЖ газтәрізді, сұйық және қатты болуы мүмкін. Мысалы: тұман, түтін, металдардың коллоидты ерітінділері, AgI және AsS коллоидты ерітінділері, кейбір орг.бояғыштар және сабындар ерітінділері, эмульсиялар (сүт), пемза, опал, шойын, кейбір металл балқымалары.
5. Коллоидтық қасиеттерді органикалықта, бейорганикалықта заттардан тұратын жүйелер көрсете алады. КЖ табиғатта кең тараған және оларды лабораторияда да алуға болады. Сонымен, КЖ коллоидтық емес жүйеден несімен ерекшеленеді?
Грэм өз заманында заттарды коллоидтар және кристаллоидтар деп бөлген. Ал И.Г.Борщев коллоидтық ерітінді құрамындағы заттың кристалдық құрылымы болуы мүмкін екендігін айтты. Кейін орыс ғалымы П.П.Веймарн бір зат белгілі бір жағдайда кристаллоид, ал басқа жағдайда коллоид қасиетін көрсететіндігін дәлелдеді. Мысалы канифольді спиртте еріткенде ол шынайы ерітінді түзеді, ал суда коллоидты ерітінді береді. Керісінше, натрий хлориді суда шынайы ерітінді, ал бензолда коллоидты ерітінді береді. Осылайша, коллоидты зат деп емес, заттың коллоидты күйі деп айтқан дұрыс болады.
Сонымен, заттың коллоидтық күйі дегеніміз - бұл жоғары дисперсті күй (күшті ұнтақталған). Бұл күйде жекелеген бөлшектер молекула емес, көптеген молекулалардан тұратын агрегаттар түрінде болады. Коллоидты бөлшектер көптеген молекулалардан тұратындықтан, оларға фазаның барлық термодинамикалық қасиеттері тән. Ал коллоидты бөлшектер дисперстелген орта молекулалары басқа фазаны құрайды. Яғни кез-келген коллоидты ерітінді гетерогенді, көп фазалы жүйе (кем дегенде екі фазалы?). Ал шынайы ерітінділер гомогенді жүйелер болып табылады. Коллоидты ерітінді гетерогенді жүйе болғандықтан, оның түзілу шарты - бір фазаның екінші фазада ерімеуі, себебі тек осындай заттардың арасында физикалық бөліну беті болады.
Әдетте КЖ көпкомпонентті, бірақ белгілі бір жағдайларда біркомпонентті коллоидты жүйелер де түзілуі мүмкін. Осындай КЖ-ді Во. Оствальд изоколлоидты жүйелер деп атаған. Мұндай сұйықтықтарда молекулалар молекулалық күштер әсерінен айтарлықтай үлкен агрегаттар түзеді. Изоколлоидты жүйелер салыстырмалы түрде аз кездеседі.
Сұйық КЖ-ге жоғарыда аталған барлық қасиеттер тән. Ал қатты КЖге жоғарыда аталған нағыз коллоидтық қасиеттердің барлығы бірдей (не все) тән болмауы да мүмкін. Мысалы, барлық қатты КЖ кәдімгі жағдайларда агрегатты тұрақты. Бұл осы жүйелердің тұтқырлығының өте жоғары болуынан еріген зат бөлшектерінің еркін қозғала алмай, бір-біріне жабыса алмай, ірі агрегаттар түзе алмауымен түсіндіріледі. Ал балқыту кезінде қатты КЖ агрегаттық тұрақсыздық көрсетуі мүмкін. Сондай-ақ металдық балқымаларға опалесценция тән емес. Бұл металдың мөлдір еместігімен ғана түсіндіріледі. Ал басқа, дисперстік ортасы мөлдір қатты КЖ (рубин шынысы, опал) опалесценция көрсетеді.
Қорыта айтсақ, кез-келген КЖ бір заттың (дисперсті фаза) екінші заттағы (диспесиялық орта) дисперсиясы болып табылады. КЖ-де дисперсті фаза молекулалар емес, молекула агрегаттары болып табылады.
Сонымен, коллоидтық химия - гетерогенді, жоғары дисперсті жүйелердің қасиеттері және оларда жүретін процестер туралы ғылым. Яғни коллоидтық химияда жүретін процестер тек қана екі фаза арасында жүреді.
КЖ тән нағыз қасиет - коагуляция. Ол агрегаттардың молекулааралық, химиялық емес, күштер әсерінен одан да ірі агрегаттар түзе отырып бір-біріне жабысуы. КЖ-ге тән басқа да қасиеттер - электрофорез және физикалық адсорбция да физикалық немесе физика-химиялық процестер болып табылады. Тек коагулятордың стабилизатормен (колоидтық бөлшектің бетінде адсорбциялық қабат түрінде болып, жүйенің салыстырмалы түрде тұрақтылығын қамтамасыз ететін зат) өзара әрекеттесуі кезінде ғана химиялық реакциялар жүруі мүмкін. Осылайша КХимия физика мен химияның арасындағы, негізінен біріншісіне жақын ғылым. Тек тарихи қалыптасқан дәстүр бойынша ғана коллоидтық жүйелер туралы ілімді гетерогенді жоғарыдисперсті жүйелердің физикалық химиясы емес, коллоидтық химия деп атайды.
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 СГ 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 сұрақтар:
1. ХIX ғасырдың 60 жылдары белгілі болған коллоидтық ерітінділердің кейбір ерекшеліктері.
2. Коллоидтық химия нені зерттейді.
3. Коллиодтық химияның маңызы.

№ 2 дәріс Тақырыбы Дисперсті жүйелердің классификациясы
мен табиғаты
Мақсаты: Дисперсті жүйелердің классификациясы және табиғатымен танысу.
Жоспар
1. Дисперстік жүйелерді олардың құрамындағы дисперстік фаза мен дисперстік ортаның агрегаттық күйлеріне байланысты жіктелуі.
2. Дисперстік жүйелердің бөлшектерінің өлшеміне қарай жіктелуі.
3. Коллоидтық ерітінделерде коллоидтық бөлшектер өзара әрекеттесуі бойынша жіктелуі.
4. Жисперстік жүйелердің термодинамикалық тұрақтылығына қарай жіктелуі.
Тақырыптың қысқаша мазмұны:
Барлық ғылым не өңдіріс салалары сияқты коллоидты химия да өздерінде кездесетін өзіндік ерекшеліктері мен қасиеттерге, өлшемдер мен көрсеткіштерге орай жіктеле келіп, сұрыпталады. Ондағы қайсыбір қасиеттер біріне-бірі ұқсас болғандықтан, олар өзара бірігіп кетеді. Мұны кеңістікте орналасқан денемен де теңестіруге болады, өйткені осы дененің кеңістіктегі нақтылы орнын табу үшін үш өлшемді координатаны не олардың проекциясын пайдалану қажет. Демек, коллоидты жүйені сипаттау үшін оны әртүрлі қасиет, ерекшелік тұрғысынан жіктеу керек. Енді осындай жіктеудің бірнешеуін қарастырайық.
1. Дисперстік фаза және дисперстік ортаның агрегаттық күйіне байланысты жіктелуі. Во. Оствальд ұсынған классификация. Коллоидты химияда қарастырылатын жүйелер гетерогенді, сондықтан кем дегенде екі фазадан тұрады. 3 агрегаттық күйден, 9 типті дисперстік жүйе шығады (1-кесте). Мысалы, СГ. С - дисперстік фазаның агрегаттық күйі, Г - дисперстік ортаның агрегаттық күйі.
№1 - кесте. Үш агрегаттық күйге сәйкес дисперстік жүйенің түрлері
Реті
Диспер
фаза
Диспер
орта
Жүйе
белгісі
Жүйе
Түрі

Мысал
1.
қатты
сұйық
қс
зольдер,
жүзгін, металл золі
2.
сұйық
сұйық
сс
жүзгіндер
жүзгіндер
3.
газ
сұйық
гс
эмульсиялар
сүт, мұнай, май
4.
қатты
қатты
қ қ
көбіктер,
сабын көбігі
5.
сұйық
қатты
сқ
эмульсия
минералдар,
6.
газ
қатты
гқ
қатты коллоид
қорытпа
7.
қатты
газ
қг
ерітіндісі
топырақ, балшық
8.
сұйық
газ
сг
Қуыс дене, гель капилляр, ксерогелдер
пемза, активті көмір
9.
газ
газ
гг
аэрозоль, шаң түтін, тұман, ауа
атмосфера, ауа

Зидентопф және Зигмонди бөлшектерді:
1. микрондар - кәдімгі микроскоптан көрінетін бөлшектер, яғни, өлшемі 0,2 мкм
2. ультрамикрондар - микроскоптан көрінбейтін коллоидты бөлшектер. Оларды әрі қарай
а) субмикрондар, яғни ультрамикроскоп көмегімен көрінетін өлшемі 5 нм-ден 200 нм-ге дейінгі бөлшектер;
б)амикрондар, яғни ультрамикроскоп көмегімен де көрінбейтін өлшемі 5 нм бөлшектер.
ГГ типі коллоидтық жүйеге сәйкес келмейді, себебі кәдімгі жағдайларда газдар кез-келген концентрацияда шынайы ерітінділер береді (тек өте жоғары қысымда ғана кейбір газ жүйелері гетерогенді жүйе түзеді).
2. Дисперстік жүйелерді олардың құрамындағы дисперстік фаза бөлшектерінің өлшеміне байланысты жіктеуге болады. Сонда бөлшектерінің өлшеміне қарай барлық дисперстік жүйелерді мынандай топтарға бөлуге болады(2-кесте)
Жүйенің типі
Бөлшектердің өлшемі
Мысалдар
1
2
3
Шын ерітінділер
а1 нм (10-9м)
Кышқылдар,тұздар, сілтілер,сулы ерітінділер, қант ерітіндісі
Ультромикрогетерогенді жүйелер(коллоидтық ерітінділер )
1 нм а100 нм
10-9м а 10-7м
Биологиялық сұйықтар (қан, зәр, сілекей). Метал зольдері
Микрогетерогенді жүйелер (суспензиялар, эмульсиялар, көбіктер)
10-7м а 10-5м
Күйе, кофе, шоколад, саз балшық, табиғи мұнай, т.б. Маргарин, майонез, парфюмериялық (жақпа майлар), сүт, жұмыртқа
Дөрекі дисперсті жүйелер
а10-5м
Жаңбар тамшысы, құм, қиыршық тастар, тары, бидай

Түрлі типтегі дисперсті жүйелердің классификациясынан кейін, жалпы қасиеттерін былай тұжырымдауға болады(3-кесте)
Қасиеттеріжүйе
Шын ерітінді
Коллоидты жүйелер
Дөрекі жүйелер
Фазалар саны
Гомогенді
Ультрагетерогенді
Гетерогенді
Қағазды фильтр
Бөлшектер өтеді
Бөлшектер өтеді
Бөлшектре өтпейді
Жартылай өткізгіш мембрана
Бөлшектер өтеді
Бөлшектер өтпейді
Бөлшектер өтпейді
Кәдімгі микроскоп
Бөлшектер көрінбейді
Бөлшектер көрінбейді
Бөлшектер көрінеді
Ультромикроскоп
Бөлшектер көрінбейді
Бөлшектер көрінеді
Бөлшектер көрінеді
Тұрақтылығы
Жүйе термодинамикалық тұрақты
Термодинамикалық тұрғыдан салыстырмалы тұрақты
Термодинамикалық тұрғыдан тұрақсыз
Уақыт
Уақыт өте келе ескірмейді
Уақыт өте келе ескіреді
Уақыт өткен сайын ескіре береді
Жарық
Оптикалық бос мөлдір, опалесценцияланбайды
Мөлдір, түрлі түсті, жарықты шашыратады, опалесценцияланады
Мөлдір емес, жарықты шығылыстырады

3. Коллоидтық ерітінділерде коллоидтық бөлшектер өзара әрекеттесуі бойынша жіктеледі.
Дисперстік жүйелерді дисперстік фазаның кинетикалық қасиетіне қарай екі топқа бөлуге болады.
* Байланысқан дисперстік жүйелер
* Бос дисперстік жүйелер
Байланысқан дисперстік жүйелерде дисперстік фаза бөлшектері молекулааралық күштер әсерінен бір-бірімен байланысып, дисперстік ортада өзінше бір кеңістіктік тор немесе каркас түзеді. Ал құрылым түзетін бөлшектер, әдетте, өзара еркін қозғала алмайды, тек тербелістік қозғалыс жасай алады. Байланысқан дисперстік жүйелерге белгілі дәрежеде қатты денелердің қасиеттері тән болғанымен, оларды дисперсті ортасы қатты болатын жүйелермен шатастыруға болмайды. Дисперсиялық ортасы қатты жүйелер бөлшектері де өзара қозғала алмайды, бірақ оның себебі басқада - ол дисперсиялық ортаның жоғары тұтқырлығы.
М. М. Дубинин байланысқан дисперстік жүйелерді, нақтырақ айтсақ, кеуекті денелерді былай жіктеді;
* микрокеуекті, кеуек өлшемі 2 нм;
* ауыспалыкеуекті, кеуек өлшемі 2 - 200 нм аралығында;
* макро кеуекті, кеуек өлшемі 200 нм.
Мұндай жүйелерге, көбінесе, диафрагмалар немесе капиллярлы жүйелер деп аталатын капиллярлы - кеуекті денелер; мембраналар - жұқа қабықшалар, әдетте, полимерлі, сұйық және газ өткізгіштер; гельдер және ұйымалар (студни); концентрлі суспензиялар (пасталар) мен эмульсиялар, көбіктер.
Бос дисперстік жүйелерде дисперстік фаза бөлшектері бір-бірімен байланыспаған, сондықтан дисперстік ортада броундық қозғалыс немесе ауырлық күшінің әсерінен өзара тәуелсіз қозғала алады.
Бос және байланысқан дисперстік жүйелер өз алдына дисперстілік дәрежесі бойынша жіктеледі. Олардың классификациясы бір-бірінен ерекшеленеді.
Бос дисперстік жүйелерді:
1) ультрамик - рогетерогенді, бөлшектер өлшемі 10-7 - 10-5 см (1 - 100 нм аралығында);
2) микрогетерогенді, бөлшектер өлшемі 10-5 - 10-3 см (от 0,1 до 10 мкм) аралығында;
3) ірідисперсті, бөлшектер өлшемі 10-3 см, деп жіктейді.
Зигмонди коллоидтық ерітінділерді жәйлап буландырғанда түзілетін құрғақ қалдықтың таза дисперсиялық ортада еру қабілеті бойынша классификациялауды ұсынды. Осыған байланысты құрғақ қалдығы дисперсиялық ортада өздігінен дисперсиялануға қабілетсіз жүйелерді қайтымсыз дисперстік жүйелер деп атады. Оларға металл лиозольдері, күміс нитраты мен мышьяк сульфидінің гидрозольдері, және т.б. жатады. Қайтымсыз коллоидты жүйелерге коллоидты ерітінділер қасиеті тән: оларды жоғары концентрлі етіп алу қиын (дисперстік фазасының мөлшері жоғары етіп); электролиттер қосқанда олар жеңіл коагуляцияланып, дисперсиялық орта мөлшері аз және ықшам тұнбалар түзеді.
Ал құрғақ қалдығы ортамен жанасқанда алдымен ісініп, содан кейін өздігінен еріп, қайтадан коллоидты ерітінді түзетін жүйелерді қайтымды дисперстік жүйелер деп атады. Оларға желатиннің судағы, каучуктың бензолдағы ерітінділері жатады. Қайтымды коллиодты жүйелерді жоғары концентрлі етіп алу оңай; олар электролиттер әсеріне соншалықты сезімтал емес; тек зольге коагулятордың көп мөлшерін қосқанда ғана тұнбалар түзіледі және олар өте көлемді, тұтқыр, құрамындағы дисперсиялық орта мөлшері көп болыпкеледі.
4. Термодинамикалық тұрақтылығына қарай дисперстік жүйелерді үлкен 2 топқа бөледі: лиофильді және лиофобты жүйелер.
* Лиофильді жүйелер (грек. лиос - сұйықтық; phileo - жақсы көремін; phobos - жеккөремін)-термодинамикалық тұрақты жүйелер. Олар өз еркімен түзіледі, түзілу барысында жүйенің еркін(Гиббс) энергиясы азаяды, яғни ∆G=∆+T∆S0. Мұндай жүйелерге беттік-активті заттардың мицеллярлық ерітніділері, жоғары молекулалық қосылыстардың ерітінділері және бентонит сазбалшықтарының суспензиясы жатады. Оларға агрегаттық тұрақтылық тән.
* Лиофобтық жүйелерге термодинамикалық тұрақсыз, ұзақ өмір сүре алмайтын дисперстік жүйелер жатады. Мұндай жүйелерге эмульсиялар, кейбір суспензиялар, көбіктер жатады. Лиофобтық жүйелерді тұрақтандыру үшін оларға тұрақтандырғыш заттар-беттік-активті заттар (БАЗ), полимерлер қосады. Бұл жағдайда коллоидты ертінділердің дисперстік фазаның дисперстік ортамен өзара әрекеттесуі байқалады.

Негізгі түсініктер: байланысқан дисперстік жүйелер, бос дисперсті жүйелер, қайтымсыз дисперстік жүйелер, қайтымды дисперстік жүйелер, лиофильді жүйелер, лиофобты жүйелер.
Өзін-өзі бақылау сұрақтары:
1. Дисперстік жүйелердің классификациясы.
2. Байланысқан жисперсті жүйелер.
3. Бос дисперсті жүйелер.
4. Лиофильдік және лиофобтық жүйелер.
Қолданылған әдебиеттер:
1. Дисперсті жүйелердің құрылым,түзілуі және реологиялық қасиеттері: оқу құралы. - Алматы: Қазақ университеті, 2009. - 68 б.
2. Жанабеков Х.Н. Физикалық және коллоидты химия есептері мен жаттығулар жинағы, 2003. - 74 б
3. Мұсабеков Қ.Б.,Әбдиев Қ.Ж. Коллоидтық химия: Оқулық.-Алматы: 2011.-7-10 б.

№ 3 дәріс Тақырыбы Коллоидты жүйелердің молекулалы-кинетикалық және реологиялық қасиеттері
Мақсаты: Коллоидты жүйелердің молекулалы-кинетикалық және реологиялық қасиеттерімен танысу.
Жоспар
1.Қос иондық қабат. Мицелла құрылысы.
2. Коллоидты жүйелердің молекулалы-кинетикалық қасиеттері.
2.1Броундық қозғалыс.
2.2Диффузия.
2.3Осмостық қысым.
2.4Седиментация.
3.Коллоидты жүйелердің реологиялық қасиеттері.
4.Коллоидты ерітінділердің тұрақтылығы.

Тақырыптың қысқаша мазмұны:
1. Қос электрлік қабаттың пайда болу механизмі
Фазааралық бөлу бетінде қос электрлік қабат (ҚЭҚ) әрекеттесуші фазалардың беттік еркін энергияларын азайтуға ұмтылысының нәтижесінде пайда болады. Жалпы ҚЭҚ үш түрлі жолмен түзілуі мүмкін.
1) Қос электрлік қабат иондардың немесе электрондардың бір фазадан екінші фазаға өтуінің нәтижесінде, яғни беттің иондануы нәтижесінде пайда болады. Мысалы, металл бетінен газды ортаға электрондардың өтуі нәтижесінде пластинка беті оң, ал газ теріс зарядталады. Металл пластинкасын суға батырғанда металл бетінен катиондар суға өтеді де, соның нәтижесінде металл беті теріс, ал су оң зарядталады. Демек жанасушы фазалар арасында потенциалдар айырымы пайда болады. Потенциалдар айырымы электрондардың (иондардың) беттен ары қарай бөлінуін тежейді де, жүйеде тепе-теңдік күй орнайды. Нәтижесінде, фазааралық шекарада қос электрлік қабат пайда болады.
Суда нашар еритін күміс иодидін суға салғанда жақсы гидратталатын күміс иондары суға көшеді де, беті теріс зарядталады, ал оған жанасушы су қабаты оң зарядталады.
Бетке заряд беретін иондарды потенциал анықтағыш иондар деп атайды. Дисперстік ортаға көшетін иондарды қарсы иондар деп атайды.
2) Қос электрлік қабат бетке иондардың адсорбциялануы нәтижесінде де пайда болуы ықтимал. Көп жағдайда ерітіндідегі электролиттің құрамындағы ион бетке таңдамалы түрде адсорбциялануы мүмкін. Бұл кезде адсорбция Панет-Фаянс ережесіне байланысты жүреді. Мысалы, металл пластинкасын натрий хлориді () ерітіндісіне батырғанда металл бетіне хлорид аниондары адсорбцияланады да, соның нәтижесінде бет теріс зарядталады ал оған жанасушы суда натрий катиондары қалып қояды да орта оң зарядталады.
Қос электрлік қабат, сонымен бірге қатты дене бетіне иондық беттік-активті заттардың адсорбциялануы нәтижесінде де пайда болады. Сонда полярлы жағымен суға қарап адсорбцияланган БАЗ молекулалары диссоциацияланады да, нәтижесінде бетте заряд пайда болады. Мысалы, судағы ерітіндісінен карбон қышқылының натрий тұзы молекулалары (R-СОО-Na) гидрофобты қатты дененің (көмірдің) бетіне адсорбцияланғанда дененің беті теріс, ал дисперстік орта оң зарядталады. Сонда БАЗ-тың R-СОО аниондары потенциал анықтағыш иондар болып, ал Na+ катиондары қарсы-иондар болып табылады.
3) Қос электрлік қабат неионогенді, полярлы молекулалардың дисперстік ортадан бетке адсорбциялануы нәтижесінде түзілуі мүмкін. Бұл кезде беттің заряд таңбасы Кен ережесі бойынша анықталады: жанасушы екі фазаның диэлектрлік өткізгіштігі жоғарысы оң зарядталады.
Мысалы, металл пластинканы полиэтиленгликольдің (ПЭГ) [-СH2-СН2-О-]n- судағы ерітіндісіне батырғанда ПЭГ молекулалары пластинка бетіне адсорбцияланып, бетте белгілі бір ретпен орналасуы нәтижесінде фазааралық бөлу бетінде ҚЭҚ пайда болады.
Аргентум иод золі мысалында коллоидты бөлшектің мицелласының құрылысын және екі еселенген электр қабатының пайда болуын қарастырамыз.
AgNО3+КІ--КNО3+АgІ↓
А)[ AgNО3][КІ]
Мицелла құрылысында ядро болады, ол мицелланың нейтралды бөлігі. АgІ мицелланың ядросы. Ядро өз бетінде потенциал анықтаушы n саны бар иондарды сіңіреді. Панет-Фаянс ережесіне сәйкес потенциал анықтаушы ион екі келесі талапқа жауап береді:1)мөлшері артық болу керек,2)ядро құрамына міндетті түрде болуы керек. Ядро Аg+ иондарын сіңіріп + зарядталады. Осы + заряды өзіне ортадан қарама-қарсы зарядымен қоршаған еріт-н қарама-қарсы зарядталған иондарды тартады, ол NО3- иондары, себебі барлық І- иондары ядро түзілуіне жойылды. Бірақ, NО3- иондары мол-ң жылу қозғалысы әсерінен n-х мөлшерде ғана сіңіріледі. х мөлшерде ғана сіңіріледі. Х мөлшеріне төмен бірінші адсорбциялық қабатпен салыстырғанда. Сонымен қатты фаза + зарядталған. Ядро мен адсорбциялық қабат (NО3-, Аg+) гранула болып табылады. Енді артық NО3- иондары дисперсиялвқ ортада біртексіз таралады және диффузиялық қабатты түзеді. Олардың концентрациясы ядродан шетіне қарай төмендейді. Гранула мен диффузиялық қабат мицелла болып табылады. Толық мицелла электронейтралды (заряды нөл). Мицелярлы теория леофобты коллоидты бөлшектерге орындалады.
{[ АgІ]m n· Аg+(n-х) NО3-}-х х NО3-
АgNO3 артық алынғандағы AgI мицелласының түзілуі
Ә) [ AgNО3][КІ]
Ядро құрамы АgІ. Адсорбциялық қабат І- ионы, екінші адсорбциялық қабат К+ иондары
{[ АgІ]m n· І-(n-х) К+}-х х К+

+ зарядталған гранула диффузиялық қабат ортасында екі еселенген электр қабаты потенциалдар айырмасы. Аталмыш электро-кинетикалық потенциал немесе ξ потенциал түзіледі. Ол термодинамикалық потенциалдыңі құрам бөлігі. ξε, оны формула арқылы есептеуге болады:
ξ =К·PI·η·uЕ·D
мұндағы, К-константа( әр түрлі болады, бөлшек пішініне тәуелді, сфера тәрізді болса 6 - ға тең, ал цилиндр 4 болады)
η-ортының тұтқырлығы
D-ортаның диэлектрлі константасы
Е-электр өрісінің градиенті
u-электр тоғы әсерінен болатын бөлшектердің орташа жылдамдығы
Егер гранула заряды болмаса, онда ξ нөлге тең болады. Ондай жағдай изоэлектрикалық жағдай, ξ потенциал келесі жағдайларға тәуелді: екінші адсорбциялық қабат пен диффузиялық қабати арасында қарама-қарсы зарядталған иондардың таралуына неғұрлым адсорбциялық қабатта иондар саны төмен болса, соғұрлым ξ потенциал жоғары болады және термодинамикалық потенциалға жақын болады.
2. Коллоидты жүйелердің молекулалы-кинетикалық қасиеттері
Броундық қозғалыс. 1827 жылы ағылшын ботанигі Р. Броун гүл тозаңдарының сулы суспензиясын микроскопта көре отырып, олардың үздіксіз ретсіз қозғалыста болатындығын және ол қозғалыстың уақыт өте келе тоқтамайтындығын және сыртқы энергия көздеріне тәуелді емес екендігін бақылаған. Коллоидты және микрогетерогенді жүйелердегі бөлшектердің жылулық қозғалысы броундық қозғалыс деп аталды.
Броун анықтай алмаған бұл құбылыстың табиғатын көптеген зерттеушілер кейіннен тозаңның тіршілік әрекетімен, жүйеде конвекциялық ағындардың болуымен, электрлік құбылыстармен, ортаның бөлшектердің бетін әр түрлі шылауымен түсіндіруге тырысты. Бірақ мұның бәрі дұрыс болмады. Тек 1888 жылы Гуи және 1900 жылы Экснер броундық қозғалыстың молекулярлы - кинетикалық табиғаты бар екендігі, яғни жылулық қозғалыс салдарынан болатындығы туралы ұйғарым жасады. Бұл ұйғарымның дұрыстығы Энштейн мен Смолуховскийдің теориялық есептеулерімен, Перрен, Сведбергтің эксперименттік жұмыстарымен дәлелденді. Қазіргі кезде коллоидты бөлшектердің бұл қозғалысы жылулық қозғалыста болатын орта молекулаларының коллоидты бөлшектерді ретсіз соққылауы салдарынан туындайтыны анықталды.

1-сурет. Броундық қозғалыс диаграммасы
Егер бөлшек өлшемі айтарлықтай кішкентай болса, оған жан-жағынан келетін соққылар саны бірдей емес болып, бөлшек өте кұрделі траектория бойынша әр түрлі бағытта қозғалады. Бөлшек өлшемі мен массасы артқан сайын, соққылардың компенсациялану ықтималдығы да артып, бөлшек инерциясы да үлкен болады. Осылайша, өлшемі 5 мкм шамасындағы үлкен бөлшектер белгілі-бір орталық маңайында толқындық (колебательные) қозғалыстарға ие болады. Ал бөлшек диаметрі 5 мкм жоғары болса, броундық қозғалыс тоқтайды.
Орта молекулаларының өте көп соққылауы салдарынан коллоидты бөлшектер өз бағыты мен жылдамдығын өте жиі өзгертеді. 1секундта коллоидты бөлшек өз бағытын 1020 - нен артық өзгертуі мүмкін. Мұндай жағдайларда коллоидты бөлшектің шын мәніндегі жүрген жолын анықтау мүмкін емес, бірақ оның уақыт бірлігінде жүріп өткен орташа қашықтығын анықтау оңай. Әдетте бөлшектің белгілі бір бағыттағы қозғалысын білу қызығушылық тудыратындықтан (мысалы: диффузия жүретін бағытта), онда сандық есептеулер үшін ығысудың (смещение) өзін емес, таңдап алынған бағытқа параллель х осіне бөлшектің ығысу проекциясының орташа квадраттық мәнін алады. Бөлшектің ығысу проекциясының орташа арифметикалық мәнін қолдану мүмкін емес, себебі бөлшектің барлық бағыт бойынша қозғалу ықтималдылығы тең болғандықтан, ол нөлге тең. Ығысу проекциясының орташа квадраттық мәні мынадай теңдеу арқылы табылады:

Мұндағы Δ1, Δ 2 , Δ 3 - т.с.с. х осі бойынша бөлшектер ығысуының жеке проекциялары; n - есептеуге алынған осындай проекциялар саны.
1888 жылы Гуи, 1900 жылы Экснер броундық қозғалыстың табиғаты молекулалық-кинетикалық теорияға, яғни жылу әсерінен пайда болатын қозғалысқа негізделуі мүмкін деген пікір айтты. Бұл пікір Эйнштейн және Смолуховский есептеулері арқылы дәлелденіп, Перрен және Сведберг зерттеулеріндегі асқан дәлдікпен жүргізілген тәжірибелер кезінде нақтылы деректермен толықтырылды. Көптеген тәжірибелер броундық қозғалыс зат табиғатына тәуелсіз, ал бөлшектің өлшеміне, ол орналасқан ортаның температурасы мен тұтқырлығына тәуелді екенін көрсетті. Еріткіш молекулаларының тынымсыз соққылауы салдарынан да дисперсті фазаның бөлшектері ретсіз қозғалысқа түседі. Әрбір бөлшектің қозғалысы немесе белгілі мерзімдегі орын ауысып жылжуы қақтығысудың орташа мәні ретінде қабылданды. Мысалы, бір бөлшек бір секундта шамамен 1020 қақтығысуға душар болады екен. Бөлшек өте кішкене болса, оның жан-жағынан немесе әр тұсынан тиетін соққы саны бірдей бола бермейді және кеңістіктегі мұндай бөлшек өте күрделі ізбен (траекториямен) жылжиды. Егер дисперсті фазадағы бөлшектің өлшемі мен массасы белгілі бір шектен асып кететін болса, онда қақтығысулардың бірін-бірі жою мүмкіндігі арта түседі. Сондықтан да өлшем 4-5 ммк болатын бөлшектер өте жай тербелмелі қозғалыста болады. Ал бөлшек мұнан ірі болса, броундық қозғалыс байқалмайды.
Коллоидты системаны микроскоп арқылы бақылағанда, ондағы белгілі бір бөлшекті х деп белгілеп, оның траекториясын анықтасақ, ол көрсетілгендей болады да белгілі мерзімдегі орташа жылжуы ∆х-ке теңеледі. Бұл түрлі бағыттағы көптеген қозғалыстың статистикалық нәтижесі немесе көлеңке іспеттес проекциясы. Ал броундық қозғалыстағы бөлшектің шын мәніндегі траекториясын молекулалардікіндей дәл көріп бақылау мүмкін емес, өйткені олар өте көп. Ондағы әрбір бөлшек тек бір секундтың өзінде есепсіз соқтығысып, өз бағытын есепсіз өзгертеді. Ал адам өте үлкейтілген бөлшектің бір секундтағы тек 10 шақты қозғалысын көре алады екен. Сондықтан броундық қозғалыс теориясына газ молекуласына қолданылып келген орташа квадраттық жылжу деген ұғым енгізілді. Ол көрсетілгендегідей бөлшектің t уақытта А мен В жағдайға өзгеруі. Кейде оны орташа проекция деп те атайды. Бөлшектің орташа жылжуының (∆х) уақыт пен диффузия коэффициентіне тәуелділігі Эйнштейн теңдеуімен өрнектеледі:
∆х2 = 2Dt; ∆x =2Dt (34)
мұндағы ∆x - орташа жылжуы; ∆х2 - орташа квадраттық жылжу; t - жылжуға кеткен уақыт; D- диффузия коэффициенті. Дисперсті ортадағы молекуладан үлкен өлшемде болатын дисперсті шар тәрізді бөлшектің диффузия коэффициентінің мәні былай анықталады:
D = RT NA::1 6PIηr (35) Соңғы екі теңдеудің коллоидты химиядағы мәні ерекше. Онда диффузия коэффициентін анықтау арқылы шар тәрізді коллоидты бөлшектің радиусын есептеуге және сол сияқты жоғарғы молекулалық қосылыстардың шамасын өлшеуге болады. Ал бөлшек күрделі пішінді болса, соңғы теңдеудің оң жақтағы соңғы мүшесі (6PIηr) біршама күрделенеді. Ол үшін (2) теңдеудегі диффузия коэффициентінің мәнін оның алдыңдағы (1) теңдеуге қойып, бөлшектің орташа жылжуын есептейді:
∆x=2RT NA ::1 6PIηr :: t = RT NA:: t 3PIηr (36)
Броундық қозғалысты жан-жақты зерттеген Перрен өз тәжірибесінде алған мәліметтерге сүйеніп және математик Ланжевенің көмегімен Авогадро санының (NA) мәнін дәл анықтайды. Броундық қозғалыс тек коллоидты химияны, табиғаттану ілімдерін дамытып қана қоймастан, жалпы диалектикалық, материалистік көзқарастың дұрыстығын, ғылымилығын дәлелдеді.
Диффузия дегеніміз жүйедегі молекулар, иондар немесе коллоидты бөлшектердің хаосты жылулық қозғалысының әсерінен олардың концентрациясының өздігінен теңесу процесі. Яғни диффузия молекулалардың жылулық қозғалысының макроскопиялық көрінісі, сол себепті температура жоғарылаған сайын, диффузия да тез жүреді. Диффузия қайтымсыз процесс, ол концентрацияның толық толық теңесуіне дейін жүреді, себебі бөлшектердің хаосты таралуы жүйенің максималды энтропиясына сәйкес келеді. 1885 жылдан бастап Нэрнст диффузияның пайда болу себебін осмостық қысыммен түсіндірген?
Диффизия нәтижесінде массаның тасымалдануы жылу мен электрдің тасымалдану заңдылықтарына ұқсас. Осы ұқсастықты пайдалана отырып, 1855 жылы Фик диффузияның бірінші заңын ұсынды:
(1)
Мұндағы: m - диффузияланған зат мөлшері;
D - диффузияланатын бөлшектер және орта қасиеттеріне тәуелді диффузия коэффициенті;
dc dx - концентрация градиенті;
s - диффузия өтетін аудан;
τ - диффузия ұзақтығы;
Теңдеудің оң бөлігіндегі минус таңбасы dc dx туындысы теріс мәнге ие болатындықтан қойылып отыр, себебі х-тің мәні жоғарылаған сайын, концентрация c шамасы төмендейді. (1) - ші теңдеуден төмендегідей түрде де беруге болады.
(2)
і д - диффузияның меншікті ағымы деп аталатын шама. Ол аудан бірлігіне тең көлденең қима арқылы уақыт бірлігінде диффузия нәтижесінде тасымалданатын зат мөлшерін сипаттайды.
Егер концентрация градиенті тұрақты болса, диффузиялық ағын уақыт өте келе өзгермей, жүйеде стационарлық диффузия процесі орнығады. Бұл жағдай үшін мына теңдеуді жазуға болады.

dcdx=-1, s=1 және τ=1 деп алсақ,
m=D, яғни, концентрация градиенті 1-ге тең болған жағдайда диффузия коэффициенті уақыт бірлігінде аудан бірлігі арқылы диффузияланған зат мөлшеріне тең, және ол см2сек-пен өлшенеді. Алайда диффузия өте баяу жүретіндіктен уақыт бірлігі ретінде секунд емес тәулік алынады.
1908 жылы Эйнштейн D диффузия коэффицентін Т жүйенің абсолютті температурасымен, η дисперсиялық орта тұтқырлығымен және r дисперсті фаза бөлшегінің радиусымен байланыстыратын теңдеуді қорытып шығарды.
Эйнштейн теңдеуі
K= R NA - пропорционалдық коэффиценті
Формасы сфера тәріздіге ұқсас бөлшектер үшін В = 6PIηr тең болғандықтан:

Мұндағы В- бөлшек және орта арасындағы үйкеліс коэффициенті.
R - универсал газ тұрақтысы;
Т - абсолюттік температура;
NA - Авагадро саны;
η - ортаның динамикалық тұтқырлығы;
r - бөлшек радиусы;
PI - осмостық қысым;
Теңдеуден көріп отырғанымыздай диффузия коэфициенті абсолютті температураға тура пропорционал, ал орта тұтқырлығы мен бөлшек радиусына кері пропорционал. Коллоидтық бөлшектер өлшемі қарапайым молекулар өлшемімен салыстырғанда өте үлкен болғандықтан, коллоидты жүйедегі диффузия коэффициенті төмен болады.
Эйнштейн теңдеуін пайдалана отырып, егер D, Т, η белгілі болса, 1 моль заттың массасын анықтай аламыз. Ол үшін алдымен бөлшек радиусын есептеу керек.
r = kT 6PIηD
1 моль зат үшін оның массасы келесі теңдеумен анықталады
М = 43 PI r3ρ NA
ρ - әдетте белгілі дисперсті фаза тығыздығы.
Яғни диффузия коэфициентін өлшеу арқылы (сан жағынан 1 моль зат массасына) тең заттың молекулалық массасын ... жалғасы
Ұқсас жұмыстар
Химияны пәнаралық байланыста негіздеп оқытудың маңыздылығы
Микрогетерогенді жүйелер және олардың практикалық маңызы
Газдардың сұйықтықтардағы ерітінділері
Фазалық тепе−теңдік және ерітінді
«Сутектік көрсеткіш» оқу - әдістемелік құрал
Жоғары мектепте бейорганикалық химияны интерактивті оқыту әдістерін қолданып оқытудың ғылыми- әдістемелік негіздері
Жалпы орта білім берудің жоғары сатысындағы жаратылыстану пәндерінің мәселелері
Химия пәнiндe ұжымдық оқыту әдiсiн пaйдaлaнa отырып 8-шы сынып оқушылaрының тaнымдық, iздeнiмпaздық бeлсeндiлiгiн aрттыру
Дисперстік жүйелер. Заттардың коллоидтық күйі
Коллоидты химияның негізгі түсініктері мен анықтамалары
Пәндер