33.Жаңа фаза түйінтектері гомогенді түзілуінің Гиббс Фольмер бойынша теориясын түсіндіріңіз.

31. Нанобө лшектерінің шығ у тарихы қ андай. Нанотехнология XXI ғ асырдағ ы адамзат ә рекетінің дамуының негізгі стратегиялық бағ ытын баяндаң ыз.

Нанотехнология (грек. nanos-ергежейлі жә не технология) – кең істіктің нанометрлік аймағ ындағ ы жеке атомдарғ а, молекулаларғ а, молекулалық жү йелерге ә сер ету арқ ылы жаң а физика-химиялық қ асиеттері бар молекулалар, наноқ ұ рылымдар, наноқ ұ рылғ ылар мен материалдар алу мү мкіндіктерін зерттейтін қ олданбалы ғ ылым.

Нанометр дегеніміз бір метрдің миллиардтан бір бө лігі (1 нанометр=10^-9 метр). Нанотехнология осындай ауқ ымды ө лшемдермен айналысады. Нанобө лшектерді жасанды жолдармен алады, оларды алатын материалдардың қ асиеттерін ө згертуге немесе жаң а қ асиеттерге ие болу ү шін қ осады. Бұ л нанобө лшектердің жоғ арыдисперсті жү йелерден бір ерекшелігі.

Соң ғ ы 30-40жылдар наножү йе (коллоидты химиялық жіктелуі бойынша ультрадисперсті немесе жоғ арыдисперсті) зерттелуі кең кө лемде ө сті. Нанобө лшектерді зерттейтін жаң а ә дістер, қ асиеттері зерттелген. Наножү йелерді ә ртү рлі ө ндірісте практикалық қ олдану ө суі революциялық жарылыс болды. Нано тіркеуі зерттеу нысанын, қ ұ былысты жә не осығ ан байланысты ерекшелігін кө рсетеді.

Тарихы

-1950 жылы СССР-да атом ө неркә сібінде металдардан диаметрі 100 нм нанобө лшектер алғ ан.

-Алғ аш рет нанотехнология терминін НАНО-тү сінігі ең бірінші жапон ғ алымы Нарио Танигучи 1974 жылы қ олданғ ан.

-Микроскопиялық қ ондырғ ыларда медицинада қ олдану туралы алғ аш рет 1959 жылы американдық атақ ты физик Ричард Фейнман айтып ө ткен болатын.

-Нанотехнология термині 1986 жылы Эрик Дрекслер есімді физиктің атақ ты " Машины создания: пришествие эры нанотехнологии" атты кітабы жарық қ а шық қ ан соң ә лемге кең інен тарағ ан болатын.

-1981 жылы сканирлеуші электрондық микроскоп ойлап шығ арғ аннан кейін қ айта жанданды.

Нанотехнологияның даму бағ ыттары

Жаң а материалдар ө ндірісі:

- Қ осымша механикалық ө ң деуді қ ажет етпейтін керамика жә не металл бұ йымдары;

- Тү сті баспағ а арналғ ан материалдар;

- Кескіш жә не бұ рылғ ыш қ ұ ралғ а арналғ ан кө міртекті наноқ ұ рылымдар;

- Ө лшеудің жаң а ә дістерінің стандарттары;

- Жаң а чиптер;

- Жаң а нанокомпозициялық материалдар.

Химия, генетика, медицина, клондау, микроағ залардағ ы бактерияларғ а ә сер ету жә не машина жасау, электроника ө ндірістерге арнаалғ ан жаң а материалдар алу, техника мен ө ндірістің барлық тү рлерін жаң а сапа дең гейіне кө теру мә селелерін нанотехнологияны дамыту арқ ылы ғ ана шешуге болады. Қ азақ стандағ ы наноқ ұ рылымдарды зерттеу Қ Р білім жә не ғ ылым министрлігінің іргелі ғ ылыми-зерттеулер бағ дарламасы бойынша 2003 жылдан жү ргізіле бастады.

32. Нанобө лшектердің ерекшелігі. Нанобө лшектердің дисперстік фазасы. Нанобө лшектердің жіктелуі мен ерекше қ асиеттер тү сіндірің із.

Нанобө лшектердің ерекшелігі – кішкентай ө лшемдірінің салдарынан олардың кө лемдік жә не беттік қ асиеттерінің арасында айырмашылық жоқ. Танымал нанобө лшектерге кө міртек атомдарынан тұ ратын тармақ талғ ан қ ұ рылымдар – фуллерендер жатады.

Дисперсті жү йелер қ асиеттерінің жіктелуін идентификациялау ү шін негізгі кү йлері келесі белгілерді кө рсетеді:

-Дисперсті кү й мен дисперсті ортаның агрегатты кү йі;

-Бө лшектердің дисперсті кү йінің пішіні.

Дисперстік бө лшектердің тү ріне байланысты жіктелуі. Дисперстік бө лшектердің жә не олар тү зетін дисперстік жү йелердің қ асиеттері бө лшектердің ө лшемдерінің: ұ зындығ ы (l), ені (h) жә не қ алың дығ ы (d), - арасындағ ы қ атынастарғ а байланысты. Дисперстілік мө лшер санына байланысты анық талады, яғ ни геометриялық принципіне сә йкес дисперсті жү йелер дисперстілік кө лемі бойынша анық талатындығ ы стрелка арқ ылы кө рсетіліп, осы кө рсеткіш бойынша бө лшектерді ү ш топқ а бө леді.

Кө лемдік (ү ш ө лшемді) бө лшектер

Беттік (екі ө лшемді) бө лшектер

Сызық ты (бір ө лшемді) бө лшектер

1. 2 – сурет. Ү шө лшемді (а), екіө лшемді (б) жә не бірө лшемді (в) дисперсті жү йеле

Ү шө лшемді нанобө лшектердің барлығ ы ү ш мө лшерлі наноаралық та орналасады. Нанобө лшектер ең аз радиус қ исығ ында болады. Осы типтерге коллоидты ерітінділер (зольдер), аэрозолдер, микроэмульсиялар, бірінші текті бө лшектерге, сфералық мицеллалы беттік-активті заттардың (БАЗ) сулы жә не сусыз ортадағ ы (тура жә не қ айтымды мицеллалар қ атынастары жатады. Екі ө лшемді нанобө лшектердің кө лденең ө лшемі наноаралық та орналасады, ал ұ зындығ ы қ ажеттігі шамалы. Оларғ а жің ішке талшық, капиллярлар мен тесіктер, цилиндрдегі БАЗ мицелласы жә не нанотү тікшелер жатады. Бір ө лшемді нанобө лшектер (жің ішке қ абық ша мен қ абат) тек жалғ ыз мө лшерлі (қ алың дау) наноаралық та орналасады, ал басқ а екеуінің (ұ зындығ ы мен ені) барынша ү лкен болуы мү мкін.

Нанобө лшектердің дисперсті фазасы

Нанобө лшектердің дисперсті фазасы келесідей сипатталады:

- бө лшектер ө лшемінің белгілі диапазонымен

- полидисперстілігімен

- уақ ыт бойынша жү ретін ө згерістерімен

- қ ұ рылымымен, пішінімен жә не қ асиеттерінің ә ртү рлілігімен.

Коллоидтық химия фазааралық қ абаттарда жү ретін процестер мен қ ұ былыстарғ а кө п кө ң іл бө леді. Коллоидтық химиядағ ы диспертстік жү йелер дегеніміз кем дегенде екі фазадан тұ рады. Дисперстік жү йелердің негізгі екі белгісі: олардың гетерогендігі мен дисперстілігі.

Гетерогендік жү йенің кө п фазалы екенін, яғ ни фазааралық бө лу бетінің, беттік қ абаттың барын кө рсетеді. Сондық тан гетерогендікті коллоидтық объектілердің маң ызды кө рсеткіші деп айтуғ а болады.

Дисперстілік (ұ сақ тық ) коллоидтық ғ ылымның объектілерінің екінші кө рсеткіші. Ол ұ сақ талып ортада тарайтын фаза ол дисперстік фаза. Ал біреуі біркелкі болып, дисперстік орта деп аталады.

33. Жаң а фаза тү йінтектері гомогенді тү зілуінің Гиббс Фольмер бойынша теориясын тү сіндірің із.

Жү йеде дисперсті фазаның тү зілуі келешектегі жағ дайғ а байланысты еріп кететін, не ө лшемдері ү лкен бө лшектерге дейін ө суін жалғ астыратын туынтекті бө лшектердің тү зілуімен басталады. Жү йеде туынтекті бө лшектердің тү зілу шарты жү йенің термодинамикалық тепе-тең діктен ауытқ уымен байланысты метастабильділік болып есептеледі. Сыртқ ы факторлардың ә серінен жү йенің термодинамикалық тепе-тең діктен ауытқ иды жә не ол тұ рақ сыз кү йге ауысады. Жү йеде бұ ндай ауытқ улардың себептері физикалық жә не химиялық параметрлердің ө згеруі болуы мү мкін. Химиялық ө згеріс жаң а ерімейтін қ осылыс тү зуге алып келетін химиялық реакциялардың ө туімен байланысты асақ анығ у пайда болуымен тү сіндіріледі. Физикалық параметрлердің ө згеруі жү йеде температура мен қ ысымның жоғ арылауы немесе тө мендеуімен шартталғ ан. Егер жү йеде метастабильді кү й орнағ ан болса, онда жаң а фазаның туынтектерінің тү зілуі жү йенің тұ рақ ты кү йге ауысуына ық пал етеді жә не бұ ндай ауысу жү йе ү шін термодинамикалық тиімді, себебі бұ л жү йе энергиясының тө мендеуіне алып келеді.

Жаң а фазаның туынтектері – бұ л қ анық қ ан ерітінділерде, газда жә не балқ ымада пайда бола алатын шағ ын кластерлер секілді нанобө лшектер. Сонымен, зат концентрациясының артуымен ерітінді қ анығ ады, нә тижесінде ерімейтін заттың бастапқ ы шағ ын кластерлері (мысалы, оксидтер, сульфидтер, нитридтер жә не т. б ) тү зіледі. Газды жү йеде температураның тө мендеуі жә не қ ысымның жоғ арылауы ірі тамшыларғ а бірігіп кете алатын сұ йық тық нанокластерлерінің (конденсация) тү зілуіне алып келеді. Балқ ымаларда температураның тө мендеуі жү йенің қ атаюы мү мкін болатын туынтектердің тү зілуіне (кристалдау) себеп болады. Осылайша барлық жағ дайда басқ а агрегаттық кү ймен сипатталатын жә не бастапқ ы фазадан ө зінің химиялық қ асиеттерімен ерекшеленетін жаң а фазаның тү зілуі байқ алады.

Туынтектің тү зілу теориясын қ арастырғ анда келесі мү мкіндіктер қ арастырылуы керек:

а) тү зілуші туынтекті бө лшек сфералық формағ а ие;

б) молярлы кө лемі V_m болатын жү йе бір компонеттен тұ рады.

Радиусы r туынтекті бө лшектің тү зілуі кезінде гомогенді жү йеде фазалардың бө ліну беті пайда болады. Қ арапайым болу ү шін оларды жаң а жә не ескі фаза деп қ арастырайық. Жаң а фазаның бө лшектері сфера тә різді болғ андық тан бө ліну бетінің ауданы 4π r² тең болады. Бө ліну бетінің пайда болуы беттік энергияның бар екенін кө рсетеді, ол 4π r²σ тең, мұ ндағ ы σ – фазааралық беттік керілу. Жаң а фаза туынтегінің беті тү зілгенде заттардың ескі фазадан жаң а фазағ а ауысуы орын алады. Бұ л ү дерісті жү йенің химиялық потенциалы (μ ) арқ ылы бейнелеу ың ғ айлы. Ә р фаза ү шін ө зінің химиялық потенциалы бар, яғ ни ескі фазаның химиялық потенциалы μ _е_,жаң а фазаның химиялық потенциалы μ _ж. Жү йеде қ анығ у барысында μ _еμ _ж-дан ү лкен болуы тиіс. Бұ л шартты сақ тағ ан жағ дайда ғ ана жаң а фаза тү зілуі мү мкін, себебі жү йе тұ рақ ты кү йге ауысады. Осылайша μ _е-μ _ж айырымы бастапқ ы ескі фазаның тұ рақ ты кү йден ауытқ ын сипаттайды, яғ ни жү йенің асақ анығ у дә режесін кө рсетеді. Ескі жә не жаң а фазалардың химиялық потенциалдарының айырмашылығ ы артқ ан сайын, қ анығ у дә режесі де артады, демек, туынтектің тү зілуі ұ тымды. Ескі фазадан жаң а фазағ а ауысқ ан заттардың моль саны 4π r³/3V_m формуласымен анық талады. Асақ анығ у жә не заттың жаң а фазағ а ауысуын ескере отырып, жү йенің тұ рақ ты кү йге ауысуы кезінде жү йенің бос энергиясының кемуі 4/3π r³(μ _е-μ _ж)/ V_mтең.

Осыдан, жаң а фаза туынтегінің тү зілу жұ мысы келесі тү рде жазылады: (3. 1) тең деуде бірінші кө бейтінді оң мә нге ие болады жә не туынтек радиусының r²артуымен ө седі, ал екінші қ осындыμ _е-μ _ж> 0 болғ анда теріс мә нге ие жә не r³артуымен артады. Сондық тан қ анығ у барысында W(r) тә уелділігінде максимум болуы тиіс. r_сбө лшек ө лщемін радиус бойынша туындысы нө лге тең шартынан dW(r)/dr=0 (екінші туындысы нө лден аз d²W(r)/dr²= 0) табуғ а болады. Бұ дан r_с:

(3. 2) W(r) қ исығ ының максимумына сә йкес келетін радиусы r_с бө лшек жаң а фазаның критикалық туынтегі деп аталады. Бұ ндай бө лшек ескі фазамен тұ рақ сыз тепе-тең дікте болады.

⇐ Предыдущая 6 7 8 9 101112 13 14 15 Следующая ⇒