2 МИКРОМОДУЛЬ «Беттік құбылыстар. Дисперсті жүйелердің тұрақтылығы»

⇐ ПредыдущаяСтр 12 из 40Следующая ⇒

2 МИКРОМОДУЛЬ «Беттік қ ұ былыстар. Дисперсті жү йелердің тұ рақ тылығ ы»

№ 6 дә ріс Тақ ырыбы «Коллоидты ерітінділерді алу

жә не тазалау ә дістері»

Мақ саты: Коллоидты ерітінділерді алу жә не тазалау ә дістерімен танысу.

Жоспар

1. Коллоидты ертінділерді алу ә дістері

А. Дисперстік ә дістер

1. механикалық ә діс

2. ультрадыбысты ә діс

Ә. Конденсациялау ә дістері

1. физикалық

2. химиялық

Б. Электрлік ә діс

В. Пептизация ә дісі

Г. Ө здігінен диспергациялану ә дісі

2. Коллоидты ерітінділерді тазалау ә дістері

1. диализ

2. электродиализ

3. ультрасү зу

Тақ ырыптың қ ысқ аша мазмұ ны:

Коллоидты – дисперсті жү йелерді алу

Затты ұ нтақ тап конденсациялау ә дістерімен коллоидты бө лшектер алуғ а болады. Коллоидты ерітіндідегі бө лшектер бірімен-бірі ө зара қ ақ тығ ысқ анда, олардың жабысып, іріленуіне кедергі болатын тұ рақ тандырғ ыштардың (стабилизаторлардың ) болуы қ ажет (мысалы, электролит иондарының коллоидты бө лшектің бетіндегі ионды-гидратты қ абық ша). Коллоидты бө лшектер дисперстік ортада (еріткіште) нашар еруі керек. Осы айтылғ ан, жайдың бә рі бірдей орындалғ анда коллоидты системадағ ы бө лшектердің тұ нбағ а тү суіне кедергі болатын электр заряды мен гидратты қ абық ша пайда болады.

А. Дисперстік ә дістер. Дисперстік ә діс берілген ү лкен қ атты затты майдалап, сосын, оны ұ нтақ тап, коллоидты-дисперсті бө лшектерге дейін кішірейтуге бағ ытталғ ан. Мұ ның ө зін бірнеше ә діспен жү зеге асырады.

Механикалық ә діс. Механикалық ә діс берілген қ атты заттың ү лкен бө лшектерін ұ зақ жә не тоқ таусыз, ә рі жылдам ысқ ылау, ұ нтақ тау сияқ ты механикалық жолмен кішірейтуге бағ ытталғ ан. Бұ л арнайы машиналармен жү зеге асырылады, шары бар жә не коллоидты диірмендер қ олданылады. Шары бар диірмен – (техникада оны шарлы, шарлық диірмен дейді) ішінде ә ртү рлі ө лшемдегі болат не фарфор, тіпті кейде басқ а да қ атты заттардан ә зірленген шары бар, іші қ уыс болат цилиндр. Ә детте диірмен ішіндегі мен шариктер біртекті жә не ұ нтақ талатын заттан едә уір қ атты болады. Осындай диірмен ішіне дисперстелетін зат пен тү рлі ө лшемдегі шарлар бірге салынады да белгілі жылдамдық пен, электромотор кө мегімен айналдырылады. Ондағ ы ұ нтақ талу шар кө мегімен жү зеге асады. Мұ ндай диірмендер ә р тү рлі дисперстелген жү згіндерді алу ү шін кең інен пайдаланылады. Ә йтсе де бұ л диірменде ұ сақ талғ ан заттардың дисперстілік дә режесі тө мен, ондағ ы бө лшектердің диаметрі – 50-60 мкм шамасында.

Егер дисперстік дә режесі жоғ ары зат керек болса, онда арнаулы коллоидты диірмен пайдаланылады. Мұ ндай коллоидты диірменнің бір тү рін Плауссон 1920 жылы ұ сынды. Ол – іші қ уыс цилиндр, ішіндегі қ алақ шалары бар ротор минутына 20 мың ғ а дейін жылдамдық пен айналады. Диірмен ішкі будырлы бө лігі мен ротор қ алақ шасы арасына тү скен зат біліктің жылдам айналуынан ұ нтақ талады (ұ нтақ талу дә режесі 0, 1 – 1, 0 мкм). Ұ нтақ талғ ан бө лшектердің ө зара бірігіп, жабысып қ алмауы ү шін тұ рақ тандырғ ыштар қ осады.

Электродиализатор: 1-орташа камера; 2-мембраналар; 3-катодтық камера; 4- араластырғ ыш; 5-анодтық камера.

Ультрадыбысты ә діс. Соң ғ ы кезде заттарды ультрадыбыс ә дісі мен ұ нтақ тау кең таралуда. Ультрадыбыстың ә сер етуші механизмі ә лі де болса толық зерттелмегендіктен, оның кейбір жайы мен мә ні тү сініксіз. Сұ йық бө лшектері системадағ ы ө те тез ауысатын қ ысым мен кең еюі салдарынан бө ліне келіп, ұ нтақ талуы мү мкін деген болжамдар бар. Ультрадыбысты қ ондырғ ылардың ө німдігі аса жоғ ары

Ә. Конденсациялау ә дістері. Конденсациялау ә дісінің екі тү рі болады: физикалық жә не химиялық конденсация. Физикалық конденсация еріткіштерді ауыстыруғ а негізделген ә діс. Нағ ыз ерітіндінің еріткішін басқ а еріткішпен алмастырғ анда жаң адан пайда болғ ан ерітіндіде ерімейтін аса жоғ ары дисперсті фазадағ ы коллоидты система туындайды. Мысалы, кә дімгі ағ аш шайыры спиртте ө те жақ сы еріп, нағ ыз ерітінді тү зеді. Осы ерітіндіге таза суды біртіндеп қ осса, онда бастапқ ы нағ ыз ерітінді коллоидты ерітіндіге айналады. Мұ нда спирт суда жақ сы ериді де, ағ аш шайыры спиртте жақ сы ерігенімен суда нашар еритіндіктен, аса жоғ ары дисперсті фазадағ ы колоидты ерітіндіге айналады. Осындай ә діспен кү кірттің, фосфордың, ағ аштан алынатын хош иісті қ арамайдың, полимерлердің, тағ ы да басқ а кө птеген заттардың коллоидты тү рін алуғ а болады.

Химиялық конденсация - нә тижесінде ерімейтін немесе қ иын еритін заттар тү зілетін ерітіндідегі химиялық реакцияны жү ргізуге негізделген ә діс. Басым кө пшілігі тотығ у, тотық сыздану, гидролиз, алмасымды сияқ ты химиялық реакцияларғ а негізделген. Бұ л реакциялар кезінде ерітінділер еріген заттардың ерімейтін кү йге ауысуы нә тижесінде коллоидтығ а тү рленеді. Сондай-ақ, конденсациялау ә дісі химиялық реакциялармен қ атар олардың конденсациялануы сияқ ты физикалық қ ұ былыстарымен де сипатталады. Конденсациялау ә дістерінің маң ызды тү рлеріне қ ысқ аша тоқ талайық.

Тотығ у. Тотығ у реакциясы кезінде алынатын заттардың бірі коллоидты кү йдегі бө лшек тү рінде тү зіледі. Мысалы, сутекті кү кірттің оттек немесе кү кірт (IV) оксидімен тотығ у реакциясын алуғ а болады. Осы реакция кезінде бө лінетін бос кү кірт коллоидты кү йдегі ерітінді береді:

2H₂S + O₂ = 2H₂O + 2S; 2H₂S + SO₂ = 2H₂O + 3S (1)

Кө птеген зерттеулер кө рсетіп отырғ андай, бұ л реакция жайғ ана тотығ у реакциясы сияқ ты емес, ө те кү рделі жү ріп, қ осымша тиоқ ышқ ылдар пайда болады екен.

Тотық сыздану. Коллоидты ерітінділерді химиялық ә дістер арқ ылы алу жолдарының арасында, ә р тү рлі ерітінділердегі металдарды тотық сыздандыру реакциясы кең таралғ ан. Бұ л реакция кезіндегі металл иондары тотық сызданып, бос атомғ а айналады да, конденсацияланып немесе ө зара бірімен-бірі бірігіп, коллоидты ө лшемдегі бө лшекке дейін ү лкейеді. Бұ ғ ан мысал ретінде сутек пероксиді немесе формалин арқ ылы тотық сыздандырып, алтын золін алуда келтіруге болады:

HAuCl₄ + 3H₂O₂ → 2Au +8HCl + 3O_{2 (2)}

2HAuCl₄ + 3HCHO + 11KOH → 2Au + 3HCOOK + 8HCl + 8H₂O (3)

Тотық сыздандыру реакциясын пайдаланып, кү міс, платина, палладий, торий, осмий, сынап сияқ ты кө птеген металдардың коллоидты кү йдегі ерітінділері алынады.

Алмасымды ыдырау. Кү рделі екі химиялық қ осылыс ө зара ә рекеттескенде, ә уелі иондарғ а ыдырап, сосын иондарымен алмасады. Осы кезде жаң адан тү зілетін қ осылыстардың бірі ерітіндіде еріместен тұ нбағ а шө гінді ретінде тү суге бейімді. Егер осындағ ы мұ ндай заттарды коллоидты ө лшемдегі бө лшек қ алпында ұ стаса, онда осы қ осылыстың золі пайда болады.

BaCl₂ + K₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2KCl (4)

AgNO₃ + KCl → AgCl ↓ + KNO₃₍₅₎

Мұ ндағ ы барий сульфаты мен кү міс хлориді тұ нбағ а тү седі. Ал осы ерітінділерді ө те тө менгі концентрция кезінде араластырса, онда бү кіл ерітінді кө леміне бірдей таралғ ан ө те ұ сақ тү йіршіктер пайда болады. Осы бө лшектерді тұ рақ тандыру ү шін желатин ерітіндісін қ осса, ол ә лгі бө лшектерді сыртынан орап, біріктірмейді. Мінеки, осындайдан тұ рақ ты коллоидты ерітінді туындайды.

Гидролиз. Кө птеген металдардың тұ здары жең іл гидролизденіп, металл гидроксиді мен қ ышқ ылғ а ыдырайды. Осындай реакция кезінде пайда болатын металл гидроксидтері нашар еритін болса, онда тү рлі коллоидты ерітінді шығ ады. Мысалы, ө те ә лсіз негіз бен аса кү шті тұ з қ ышқ ылының тұ зы – темір (III) хлориді гидролиз реакциясы арқ ылы нашар еритін темір (III) гидроксидіне жә не тұ з қ ышқ ылына ыдырайды:

FeCl₃ + 3H₂O → Fe(OH)₃+ 3HCl (6)

Fe(OH)₃+ HCI → FeOCl + 2H₂O (7)

Осы реакция кезінде пайда болатын темір тұ зы (FeOCI) ішінара иондарғ а диссоциацияланады: FeOCl ↔ FeO⁺ + Cl^-. Осы иондар темір (III) гидроксидінен тұ ратын бө лшектердің айналасында болатын ионогенді қ абатпен қ амтамассыз етіледі жә не осының салдарынан да олар ерітіндіде қ алқ ып, жү згін тү рінде жү реді, яғ ни тұ нбағ а тү спейді.

Б. Электрлік ә діс. Бұ л ә дісті 1898 жылы Бредич ұ сынғ ан болатын. Кө бінесе электрлік ә дісті асыл металдардың коллоидты ерітінділерін алу ү шін қ олданылады. Ә детте, платина, алтын, кү міс сияқ ты коллоидты ерітінділер алынатын асыл металдардан ә зірленген су ішіндегі екі электрод арасында электр доғ асын тудырады. Осы кезде электрод арасында пайда болғ ан электр доғ асының ә серінен шық қ ан ө те жоғ ары температурада ә уелгі асыл металл балқ ып буланады да, су ішінде салқ ындап, ө лшемі коллоидты бө лшек шамасындағ ы дисперсті фаза қ ұ райды. Бү кіл процесс сумен салқ ындату арқ ылы жү ргізіледі.

В. Пептизация ә дісі. Іс жү зінде суда ерімейтін кө птеген тұ нбалар кейбір заттар ә серінен коллоидты ерітіндіге айналады. Ақ уыздардың пепсин ә серінен еруін пептизацияғ а сырттай ұ қ сатып, осы терминді алғ аш Грэм енгізді. Пептизация тұ нбаны шаю кезінде немесе арнайы заттар – пептизаторлар қ осу кезінде жү реді. Бұ л кезде тұ нбадан коагуляциялаушы иондар кетіріледі немесе иондар тұ нбаның коллоидты бө лшектерінің бетіне адсорбцияланады. Бұ л қ ос электр қ абатының тү зілуіне немесе коллоидты бө лшектердің айналасында сольватты қ абаттың пайда болуына ә келеді. Тү зілген қ абат бө лшектер арасындағ ы жабысу кү шін ә лсіретеді. Осылайша босағ ан бө лшектер жылулық қ озғ алыс есебінен сұ йық тық кө леміне еркін таралады. Яғ ни, пептизация коагуляция процесіне кері процесс деп айтуғ а да болады. Пептизацияғ а рекристаллизация жә не ескіру процестері кедергі келтіреді. Тұ нбаны пептизациялап лиозоль алу ү шін бө лшектің барлық беті адсорбцияланғ ан пептизатормен қ апталуы шарт емес. Мысалы Фаянс кү міс бромидінің тұ рақ ты золі тү зілу ү шін оның бө лшектерінің бетін пептизатор ретінде қ осылғ ан бромид ионы бар электролит тек ¼ не 1/10 бө лігін қ аптаса жеткілікті екенін анық тады. Алайда пептизатор мө лшеріне алынғ ан зольдегі бө лшектер дисперстілігі тә уелді: пептизатордың аз мө лшері қ осылса бірнеше біріншілей бө лшектерден тұ ратын жоғ ары ретті бө лшектер, ал пептизатордың кө п мө лшері қ осылса жекелеген біріншілей бө лшектер тү зіледі. Жү йені араластыру жә не температурасын кө теру пептизация жылдамдығ ын арттырады. Пептизация кезінде пептизацияланғ ан зат мө лшері, алынғ ан тұ нба жә не пептизатор арасында белгілі бір тә уелділік байқ алады. Бұ л тә уелділікті Во. Оствальд жә не Бузаг зерттеген. Ол тұ нба ережесі деп аталады.
Пептизация тікелей жә не жанама деп екіге бө лінеді. Егер тү йіршік бетіне оларды ажыратпас (бө лмес) бұ рын қ осылғ ан пептизатор (дә лірек айтсақ, оның иондары) адсорбцияланса, ол тікелей пептизация деп, ал тү йіршік бетіне пептизатордың дисперсті фаза заттарымен ә рекеттесуінің нә тижесінде алынғ ан ө німі (дә лірек айтсақ, тағ ы да алынғ ан пептизатор иондары) адсорбцияланса, ол жанама пептизация деп аталады.

Г. Ө здігінен диспергациялану ә дісі. Кейбір жағ дайларда сұ йық ортада қ атты немесе сұ йық заттар ө здігінен диспергацияланып, екіфазалық, термодинамикалық тұ рақ ты коллоидтық немесе микрогетерогенді жү йе тү зеді. Мұ ндай жү йелерді П. А. Ребиндер лиофильді жү йелер деп атады. Себебі бұ л жағ дайда дисперсті фаза мен дисперсті орта арасында кү шті ө зара ә рекеттесу байқ алады. Мұ ндай жү йелерге критикалық температураларғ а жақ ын температураларда ө здігінен тү зілетін эмульсиялар, парафиндердің кө мірсутектердегі дисперсті зольдері, эмульсолдар деп аталатын сабын мө лшері кө п (10-40%) кө мірсутектердің немесе сабынтә різді беттік активті заттардың сулы ерітінділері жатады. ө здігінен диспергациялану σ _{1, 2} < σ _крит≈ 0, 01эрг/см² болатын коллоидты жү йелерге тә н.

Коллоидты системаларды тазарту

Жоғ ары молекулалық қ осылыстардың гидрофобты зольдері мен ерітінділерін алу кезінде олар тү рлі қ осымшалармен ластанады; кө бінесе мұ ндай системада бастапқ ы электролит кездеседі; системағ а артығ ымен қ осылатын тұ рақ тандырғ ыштармен ластанады. Тұ рақ ты колоидты ерітінді алу ү шін оларды жоғ арыдағ ыдай қ ажетсіз заттардан тазарту керек. Енді жоғ ары молекулалық қ осылыстардың жә не басқ а да коллоидты системалар мен ерітінділерді тазалаудың кейбір тү рлерін қ арастырайық.

1. Диализ. Жартылай сің іру қ абілеті бар кеуек арқ ылы ө тетін қ оспалардан коллоидты ерітінділерді арылту ә дісін диализ дейді. Бұ л ө те қ арапайым жә не жең іл ә дісті Грэм ұ сынғ ан болатын. Диализ ә дісі коллоидты ерітіндіні тазалағ анда жартылай ө ткізілетін кеуектен нағ ыз ерітінділер ө теді де, ал бө лшек ө лшемі ірілері сү зіліп, ө тпей қ алу қ ұ былысына негізделген. Диализ жү ргізілетін қ ондырғ ыларды диализатор деп атайды. Ол ү лкен науа ішіндегі жартылай ө ткізетін кеуектен жасалғ ан қ алтадан тұ рады. Қ алта ішіне коллоидты ерітінді қ ұ йылады да, науа ішінде ылғ и су ағ ызылып тұ рады. Осы кезде кеуектен ө ткен қ оспа ерітінділер су мен ауадан ағ ып кетеді. Қ алта ішіндегі жә не сыртындағ ы ерітінді концентрация айырмасы артқ ан сайын диализатордың ө німділігі жоғ арылай тү седі. Диализатордың басты кемшілігі диализ процесінің баяу жү ретіндігінде. Жартылай ө тізгіш мембранадан ө ткізу арқ ылы коллоидты бө лшектерді ұ стап қ алу қ асиетіне негізделген коллоидты ерітінділерді иондар мен молекулалар қ оспаларынан тазарту ә дісін диализ деп атайды. Қ олданылатын аспап диализатор деп аталады. Қ арапайым диализатордағ ы диализ кө п уақ ытты алады. Кейінгі кезде коллоидтарды электролиттерден жылдам ә рі толығ ымен тазартатын электродиализ ә дісі қ олданылуда. Бұ л тұ рақ ты токты қ олдана отырып электродиализаторда (екі мембрана арқ ылы ү ш бө лікке бө лінген ыдыс) жү ргізіледі.

2. Электродиализ. Бұ л – диализ ә дісін электр тоғ ын пайдаланып, жеделдетілген ә діс. Ә р тү рлі ү лгі бойынша қ ұ растырылғ ан электродиализаторлардың жұ мыс істеу негізі бір. Ол ішкі қ абырғ ыларыжартылай ө ткізетін қ абілеті бар кеуектен жасалғ ан ү ш науадан тұ рады. Осы ү ш науаның ортасындағ ысына тазаланатын коллоидты ерітінді, ал сыртқ ы екі науағ а ағ ын су – еріткіш қ ұ йылады. Сыртқ ы науа ішіндегі электродқ а тұ рақ тыток кернеуі беріледі. Ондағ ы потенциал 2–5·10³В/м-деп кеміген кезде, коллоидты ерітіндідегі ә рбір ион ө зіне сә йкес келетін полюстегі электродқ а қ арай бағ ытталады. Кеуек арқ ылы тек иондар ғ ана ө ткендіктен, коллоидты ерітінді ө зіндегі қ осымша электролиттерден тазалана бастайды. Кә дімгі жай диализаторлардағ ы тазарту процесі тә улектетіп жү рсе, ал электродиализаторлардағ ы бұ л процесс ө те жылдам ө теді жә не еріткіш шығ ымы барынша азаяды. Соң ғ ы кезде электродиализ ә дісі биохимияда, медицинада, тамақ ө неркә сібінде жиі қ олданылуда. Коллоидты ерітінділерді жартылай ө ткізгіш мембрана арқ ылы фильтрлеу жолымен дисперстік фазаны дисперстік ортадан бө лу процесін ультрафильтрация деп атайды. Ультрафильтрация кезінде коллоидты бқ лшектер фильтрде (мембранада) қ алады, ал қ ұ рамында электролиттері бар фильтрат еріткішке ө теді.

3. Ультрасү зу. Ультрасү зу деп қ атты, қ уысты денеге арнайы бекітілген жартылай ө ткізгіштік қ абілеті бар кеуек сү згіштер арқ ылы коллоидты ерітіндіні сү зу процесін айтады. Кә дімгі сү згіш қ ағ аз арқ ылы коллоидты ерітінділер оң ай ө тетіндіктен, ультрасү зу кезінде арнаулы целлофан немесе коллоид сің ірілген сү згіш қ ағ аздар пайдаланылады. Ә детте, ультрасү зу процесі ү лкен қ ысымда не вакуумда жү ргізіледі. Мұ ндайда не сығ у, не сору қ ұ былыстары пайда болып, олар сү зу ісін тездетеді жә не осы кезде дисперсті фаза, яғ ни коллоидты бө лшектер сү згіште қ алады да, «керексіз ерітінді» сү згіштен ө теді. Ультрасү зу ә дісі жоғ ары молекулалық қ осылыстардың зольдері мен ерітінділерін концентрлеу ү шін жиі қ олданылады. Бұ л ә діс, ә сіресе, коллоидты система температурағ а тө зімсіз болғ ан жағ дайда аса қ ұ нды. Ультрасү зу кезінде тек белгілі дисперстік дә режедегі коллоидты бө лшектерді ө ткізетін сү згіштерді қ олдану арқ ылы олардың ө лшемін анық тап, сұ рыптауғ а да болады. Осы негізге сү йене келіп, кө птеген вирустар мен бактериялрдың ө лшемі алғ аш рет дә л анық талғ ан. Соң ғ ы кезде электродиализ жә не ультрасү зу ә дісі бір қ ондырғ ыда біріктіріліп қ олданылуда. Мұ ндай қ ұ рама ә дісті электроультрасү зу дейді. Ә рине, оның жылдамдылығ ы ө зіне дейінгі ә дістегіден едә уір жоғ ары.

Негізгі тү сініктер: диспергация ә дісі, конденсация ә дісі, ультрадыбысты ә діс, механикалық ә діс, тотығ у, тотық сыздану, алмасымды ыдырау, гидролиз, еріткішті ауыстыру, электрлік ә діс, пептизация ә дісі, ө здігінен диспергациялану ә дісі, диализ, электродиализ, ультрасү зу.

Ө зін-ө зі бақ ылау сұ рақ тары:

1. Коллоидты ерітінділерді алу ә дістері

2. Коллоидты ерітінділерді тазалау ә дістері

3. Диализ, электродиализ, ультросү зу ә дістерінің қ олданылуы

Қ олданылғ ан ә дебиеттер:

Мұ сабеков Қ. Б., Ә бдиев Қ. Ж. Коллоидтық химия: Оқ улық. -Алматы: 2011. - Б. 127-132.

⇐ Предыдущая 7 8 9 10 111213 14 15 16 Следующая ⇒