|
|||
2. Коллоидты жүйелердің молекулалы-кинетикалық қасиеттері Броундық қ озғ алыс. 1827 жылы ағ ылшын ботанигі Р. Броун гү л тозаң дарының сулы суспензиясын микроскопта кө ре отырып, олардың ү здіксіз ретсіз қ озғ алыста болатындығ ын жә не ол қ озғ алыстың уақ ыт ө те келе тоқ тамайтындығ ын жә не сыртқ ы энергия кө здеріне тә уелді емес екендігін бақ ылағ ан. Коллоидты жә не микрогетерогенді жү йелердегі бө лшектердің жылулық қ озғ алысы броундық қ озғ алыс деп аталды. 1-сурет. Броундық қ озғ алыс диаграммасы Егер бө лшек ө лшемі айтарлық тай кішкентай болса, оғ ан жан-жағ ынан келетін соқ қ ылар саны бірдей емес болып, бө лшек ө те кұ рделі траектория бойынша ә р тү рлі бағ ытта қ озғ алады. Бө лшек ө лшемі мен массасы артқ ан сайын, соқ қ ылардың компенсациялану ық тималдығ ы да артып, бө лшек инерциясы да ү лкен болады. Осылайша, ө лшемі 5 мкм шамасындағ ы ү лкен бө лшектер белгілі-бір орталық маң айында толқ ындық (колебательные) қ озғ алыстарғ а ие болады. Ал бө лшек диаметрі 5 мкм жоғ ары болса, броундық қ озғ алыс тоқ тайды. Орта молекулаларының ө те кө п соқ қ ылауы салдарынан коллоидты бө лшектер ө з бағ ыты мен жылдамдығ ын ө те жиі ө згертеді. 1секундта коллоидты бө лшек ө з бағ ытын 1020 –нен артық ө згертуі мү мкін. Мұ ндай жағ дайларда коллоидты бө лшектің шын мә ніндегі жү рген жолын анық тау мү мкін емес, бірақ оның уақ ыт бірлігінде жү ріп ө ткен орташа қ ашық тығ ын анық тау оң ай. Ә детте бө лшектің белгілі бір бағ ыттағ ы қ озғ алысын білу қ ызығ ушылық тудыратындық тан (мысалы: диффузия жү ретін бағ ытта), онда сандық есептеулер ү шін ығ ысудың (смещение) ө зін емес, таң дап алынғ ан бағ ытқ а параллель х осіне бө лшектің ығ ысу проекциясының орташа квадраттық мә нін алады. Бө лшектің ығ ысу проекциясының орташа арифметикалық мә нін қ олдану мү мкін емес, себебі бө лшектің барлық бағ ыт бойынша қ озғ алу ық тималдылығ ы тең болғ андық тан, ол нө лге тең. Ығ ысу проекциясының орташа квадраттық мә ні мынадай тең деу арқ ылы табылады: Коллоидты системаны микроскоп арқ ылы бақ ылағ анда, ондағ ы белгілі бір бө лшекті х деп белгілеп, оның траекториясын анық тасақ, ол кө рсетілгендей болады да белгілі мерзімдегі орташа жылжуы ∆ х-ке тең еледі. Бұ л тү рлі бағ ыттағ ы кө птеген қ озғ алыстың статистикалық нә тижесі немесе кө лең ке іспеттес проекциясы. Ал броундық қ озғ алыстағ ы бө лшектің шын мә ніндегі траекториясын молекулалардікіндей дә л кө ріп бақ ылау мү мкін емес, ө йткені олар ө те кө п. Ондағ ы ә рбір бө лшек тек бір секундтың ө зінде есепсіз соқ тығ ысып, ө з бағ ытын есепсіз ө згертеді. Ал адам ө те ү лкейтілген бө лшектің бір секундтағ ы тек 10 шақ ты қ озғ алысын кө ре алады екен. Сондық тан броундық қ озғ алыс теориясына газ молекуласына қ олданылып келген орташа квадраттық жылжу деген ұ ғ ым енгізілді. Ол кө рсетілгендегідей бө лшектің t уақ ытта А мен В жағ дайғ а ө згеруі. Кейде оны орташа проекция деп те атайды. Бө лшектің орташа жылжуының (∆ х) уақ ыт пен диффузия коэффициентіне тә уелділігі Эйнштейн тең деуімен ө рнектеледі: ∆ х2 = 2Dt; ∆ x = 2Dt (34) мұ ндағ ы ∆ x – орташа жылжуы; ∆ х2 – орташа квадраттық жылжу; t – жылжуғ а кеткен уақ ыт; D- диффузия коэффициенті. Дисперсті ортадағ ы молекуладан ү лкен ө лшемде болатын дисперсті шар тә різді бө лшектің диффузия коэффициентінің мә ні былай анық талады: D = RT / NA•1 / 6π η r (35) Соң ғ ы екі тең деудің коллоидты химиядағ ы мә ні ерекше. Онда диффузия коэффициентін анық тау арқ ылы шар тә різді коллоидты бө лшектің радиусын есептеуге жә не сол сияқ ты жоғ арғ ы молекулалық қ осылыстардың шамасын ө лшеуге болады. Ал бө лшек кү рделі пішінді болса, соң ғ ы тең деудің оң жақ тағ ы соң ғ ы мү шесі (6π η r) біршама кү рделенеді. Ол ү шін (2) тең деудегі диффузия коэффициентінің мә нін оның алдың дағ ы (1) тең деуге қ ойып, бө лшектің орташа жылжуын есептейді:
|
|||
|