Тақырыбы «Коллоидты жүйелердің электрлік қасиеттері»

№ 5 дә ріс.

Тақ ырыбы «Коллоидты жү йелердің электрлік қ асиеттері»

Жоспар

1. Электрокинетикалық қ ұ былыстардың элементар теориясы.

2. Агрегативті немесе қ ұ рылымдық тұ рақ тылық.

Электрокинетикалық қ ұ былыстардың элементар теориясы.

Экспериментальді берілгені бойынша электрокинетикалық потенциалды анық тайтын тең деулерді Г. Гельмгольц бастамасымен М. Смолуховский жә не Ж. Перрен ашты.

Электрофорез жә не электроосмос тең деулерін қ орыта келе екі модельді қ арастырамыз. Олардың бірі – цилиндірлік капиллярлы торлармен ө ткізілген жай мембрана, екіншісі – дисперсті жү йе, яғ ни осьтері электрлік аймақ тағ ы тоқ сызық тарының бағ ытымен сә йкес келетін ұ зын цилиндрлік бө лшектерден тұ рады. Екі еселенген электрлік қ абатты жайпақ конденсатор ретінде қ араймыз. Алынғ ан кө лемдік қ атынасты қ олданғ ан кезде орындалатын шарттар:

а) капилляр немесе дисперсті фаза бө лшектерінің кө лемі қ осарланғ ан элетр қ абатының қ алың дығ ын жоғ арылатады;

б) сұ йық молекулалары беткі бө лікке тү сіп жылжып кетпейтіндей етіп жасалады;

в) жү йедегі иондардан тұ ратын сұ йық тық пен ауыстырылады.

Дисперсті фаза бө лшектерін сұ йық ортада немесе сұ йық тық тың мембрана капиллярында ауысуын орындайтын электрлік ә рекет ету кү шін табайық:

F_эл = qFO (1)

мұ ндағ ы, q – зарядтың беткі бө лік тығ ыздығ ы;

O – беткі бө лік ауданы;

F – қ арсыласу кү ші.

(1) – формуласы бө лшектің электрофоретикалық қ озғ алысын сипаттауда жә не сұ йық тық тың электроосмостық қ озғ алысын сипаттауды қ олданылады. Егер қ озғ алыс жылдамдығ ы тұ рақ талса, онда электроосмостық ә рекет ету кү ші ортаның қ арсыласу кү шіне F_{қ арс} тең болады. Соң ғ ы кү ш Ньютон заң ы бойынша анық талады:

F_{қ арс}= (2)

мұ ндағ ы, - сұ йық тық тың тұ тқ ырлығ ы;

W – фазааралық ауысудың қ атыстық жылдамдығ ы;

- қ асарланғ ан электр қ абатының қ алың дығ ы;

О – қ асарланғ ан электр қ абатының ауданы.

(2) – формуласын қ олдана отырып фазаның қ атыстық ауысуын былай сипаттауғ а болады. Қ осарланғ ан электр қ абатының ішіндегі сұ йық орта екі беткі бө лік арасында майлағ ыш ретінде жү реді. Майлағ ыш тұ тқ ырлығ ы бір қ абаттың екіншісіне ауысуы арқ ылы жоюғ а міндетті қ арсыласу кү шін анық тайды.

(1) жә не (2) формулалары бө лшектің электрофоретикалық қ озғ алысын жә не сұ йық тың электроосмостық ағ ымы ү шін де қ олданылады.

Бө лшектердің электрофоретикалық жылдамдығ ы жә не сұ йық тың электроосмостық ағ ымы немесе Квинке мен Дорнның эффектісімен ө лшенетін электрокинетикалық потенциал немесе - потенциал мына қ атынастағ ы заряд тығ ыздығ ымен байланысты:

Жоғ арыдағ ы формулаларды қ орыта келе мынаны аламыз:

(3)
немесе, (4)

(4) – формуласы - потенциалын анық тау ү шін қ олданылады, егер дисперсті фаза цилиндірлік бө лшектерден тұ ратын болса. Сферикалық бө лшектер ү шін басқ а формуланы шығ арайық. Тұ тқ ырлы сұ йық тық тың қ арсыласу кү ші ондағ ы сферикалық бө лшектердің қ озғ алуына байланысты Стокс формуласы бойынша анық талады:

F_{қ арс}=

Электростатикалық ә рекет ету кү ші беткі бө лік зарядына Q –ге тең болады:

F_эл = QE

Қ ос электр қ абатымен қ оршалғ ан бө лшекті сферикалық конденсатор ретінде қ арастыруғ а болады. Егер ішкі сфераның радиусы r, ал сыртқ ы (r + ), бұ ндағ ы - қ ос электр қ абатының қ алың дығ ы, онда конденсатор сыйымдылығ ын мына формуламен анық тайды:

Беткі бө лік зарядын жә не электроосматикалық ә сер ету кү шін табамыз:

F_{қ арс} жә не F_эл кү шін тең естіру нә тижесінде мынаны аламыз:

жә не

Егер қ ос электрлі қ абаттың қ алың дығ ы бө лшек кө лемінен айтарлық тай ү лкен болса, онда r . Бұ л жағ дайда жай формулаларды қ олдануғ а болады:

W = ,

Жалпы бұ л тең деу бө лшектерді электрофоретикалық қ озғ алысын сипаттайды:

W = (5)

Мұ ндағ ы, f – сандық кө бейткіш.

(5) тең деуіне Э. Хюккель жә не Д. Генри анализ жү ргізді. Олар электрлік аумақ тың қ озғ алысы кезіндегі иондар қ озғ алысы жайлы зерттеді.

Бө лшектің қ озғ алысына қ арама-қ арсы дисперсті орта иондары бө лшектердің ауысуына кедергі келтіреді.

Радиусы r_i болатын капилляр арқ ылы ө тетін сұ йық тың кө лемі мынағ ан тең:

V_i = (6)

Мембрана арқ ылы ө тетін сұ йық тың кө лемін бү кіл капилляр кө лемінің суммасы бойынша анық таймыз:

(7)

- сумасынан қ ұ тылу ү шін келемсі ә діст і пайдаланамыз. Мембрананы капиллярдың паралельді қ осылғ ан ө ткізгіші ретінде қ арстырамыз. Мембрананың электрлік қ арсыласуын- R мына формуладан табамыз:

мұ ндағ ы, R_i – бір капиллярдың қ арсыласуы;

- капиллярдағ ы сұ йық тық тың электр ө ткізгіштігі;

l – капилляр ұ зындығ ы;

I – тоқ кү ші;

U – кернеу.

Содан,

Нә тижесінде:

(8)

(9)

(8) жә не (9) тең деулері келесі шарттарды орындағ анда жү зеге асады: а) қ ос электр қ абатының қ алың дығ ы капилляр радиусынан едә уір ауыр; б) капилляр қ абырғ асының электр ө ткізгіштігі ерітіндінің электр ө ткізгіштігімен салыстырғ анда аз болады.

Аудан бө лшегінің ө згеруі

Жің ішке поралы мембрананы қ олданғ ан кезде бірінші шарт бұ зылады. 1 - ші суретте аудан бө лшегі қ алай ө згеретіні схеме тү рінде кө рсктілген. Ол ө скен сайын цилиндр арқ ылы ө тетін сұ йық тық шығ ыны азаяды.

Оның нә тижесінде, қ абынғ ан бө лшек концентрациясы сұ йық тың кө лемі бойынша концентрациясынан ү лкен болады. Сондық тан, капиллярдағ ы ерітіндінің электр ө ткізгіштігі сұ йық тың орташа электр ө ткізгіштігін жоғ арылатады. Бұ л қ ұ былыс беткі бө ліктің электр ө ткізгіштігі деп аталады жә не электроосмостық эффектісі дә л сипатталғ анкезде есептеледі. Егер мембрананы горизонталь орналастырса, онда электроосмос деп аталатын гидростатикалық қ ысымның ө ткізгіштігін бақ ылауғ а болады. - потенциал мен электроосмостық қ ысым арасындағ ы тә уелділікті электроосмостық қ озғ алыс жә не гидростатикалық қ ысым ә серінің нә тижесінде болатын тасқ ында тү зету арқ ылы табамыз. Бір капиллярғ а арналғ ан бірінші себеп мына формуламен анық талады

Хаген- Пуазейя тең деуі бойынша қ арсы тасқ ынды анық таймыз:

мұ ндағ ы, l – капилляр ұ зындығ ы.

Тасқ ын тең елген кезде мына тең деу шығ ады:

(10)

Осының нә тижесінде электроосмостық қ ысым - , кернеумен – U анық талады.

2. Агрегативті немесе қ ұ рылымдық тұ рақ тылық . Коллоидты ерітінділер тұ рақ тылығ ын сипаттауда жоғ арыда атап ө ткеніміздей, ерітілген зат бө лшектерінің ірілі - ұ сақ тығ ы, яғ ни дисперстілігі, басты кө рсеткіш болып табылады.

Ерітінді бойындағ ы бө лшектердің ө зара соқ тығ ысу барысында бірігіп, іріленіп дисперстілікті ө згертуі - коллоидты жү йенің агрегативтік тұ рақ тылығ ының кемігендігін айғ ақ тайды. Коллоидты бө лшектер ө зара бірігуі ү шін мицелла қ ұ рамындағ ы " коллоидты бө лшек" немесе " гранула" потенциалы нольге тең елуі тиіс. Бұ л потенциал - дзета потенциал немесе электрокинетикалық потенциал екендігі белгілі. Демек, коллоидты бө лшектерге агрегативті тұ рақ тылық беретін кү ш тө ркінінің бірі оның дзета потенциалының болуы. Аталғ ан шама нольге тең елгенде, яғ ни изоэлектрлік жағ дай кезінде бө лшектер бір-біріне мейлінше жақ ындап бірігеалады деп қ абылданады. Алайда, кейде дзета потенциал нольге тең елгенімен, коллоидты жү йелер ө з тұ рақ тылығ ын сақ тап қ алғ ан жағ дайлар жиі ұ шырасады. Бұ л қ ұ былысты агрегат пен ядроғ а тартылғ ан иондардың сольваттану қ абатын тү зумен байланыстырады.

Коллоидты бө лшек бойындағ ы қ ос иондық қ абаттың сығ ылуы- оның сольваттану дә режесінің кемуіне ә келіп соқ тырады. Сольваттанғ ан иондар шамасының кемуі сольваттану қ абатын да жұ қ артады.

Ал, сольваттану қ абаты, коллоидты ерітінділер тұ рақ тылығ ын анық тауда басты кө рсеткіштерінің бірі болып саналатынын мына шамалардан аң ғ артуғ а болады.

Тұ рақ тылығ ы жоғ ары зольдерде сольваттық қ абат қ алың дығ ы –10^-8 м жә не одан жоғ ары. Дзета потенциалы нольге тең коллоидты бө лшектерде сольваттық қ абат қ алың дығ ы ~ 10^{-10 м ғ ана жә не бұ л жү йелер ылғ и да тұ рақ сыз болып келеді.}

Сонымен, коллоидты жү йелерге қ ұ рылымдық немесе агрегативті тұ рақ тылық қ а негіз болатын кү штер қ атарына олардың дзета потенциалы жә не сольваттың қ абатының болуы жатқ ызылады.

Коллоидты ерітінді бө лшектерінің қ ұ рылымын ө згертіп, ө зара бірігіп, іріленуі нә тижесінде тұ нбага кө шуі — олардың коагуляциясы –ұ юы деп аталады.

Ерітілген бө лшектер сұ йық кұ йінде болып, олар сұ йық бойында бірігі, іріленсе - коалесценция деп аталынады.

Мысалы, қ аймақ тан май алу немесе сү ттің іріуі сияқ ты ө згерістер.

Коллоидты ерітінділерді ұ йыту ү шін жү йеге сырттан кү шпен ә сер етеді, қ ыздырады немесе тоң азытады, электролит ерітіндісін қ осады.

Ө зін-ө зі тексеруге арналағ ан сұ рақ тар:

1. Электрокинетикалық қ ұ былыс қ андай тең деумен анық талады?

2. Коллоидты жү йелерге қ ұ рылымдық немесе агрегативті тұ рақ тылық қ а негіз болатын кү штер қ андай?

3. Дзета потенциал қ андай формуламен анық талады?

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