Дисперсті жүйелерді дайындау және тазарту. Дисперсті жүйелерді тазарту әдістері Дисперсті жүйелерді алу және тазарту әдістері

Дисперстік жүйе деп бір зат екінші ортада таралатын және бөлшектер мен дисперстік орта арасында фазалық шекара болатын жүйені айтады. Дисперсті жүйелер дисперстік фазадан және дисперстік ортадан тұрады.

Дисперсті фаза - ортада таралған бөлшектер. Оның белгілері: дисперсия және үзіліс.

Дисперсиялық орта – дисперсті фаза орналасқан материалдық орта. Оның белгісі – үздіксіздік.

Дисперсиялық әдіс. Ол қатты заттарды берілген дисперсияға дейін механикалық ұсақтаудан тұрады; ультрадыбыстық тербелістермен дисперсия; ауыспалы және әсерінен электрлік дисперсия тұрақты ток. Алу үшін дисперсті жүйелерДисперсиялық әдісті механикалық құрылғылар кеңінен қолданады: уатқыштар, диірмендер, ерітінділер, роликтер, бояу тегістеуіштер, шейкерлер. Сұйықтықтар саптамалар, ұнтақтағыштар, айналмалы дискілер және центрифугалар арқылы тозаңданады және шашыратылады. Газдардың дисперсиясы негізінен оларды сұйықтық арқылы көпіршіктеу арқылы жүзеге асырылады. Көбік полимерлерінде, көбік бетонында және көбік гипсінде газдар жоғары температурада немесе химиялық реакциялар кезінде газды бөлетін заттардың көмегімен өндіріледі.

Дисперсиялық әдістердің кеңінен қолданылуына қарамастан, оларды бөлшектердің өлшемі -100 нм болатын дисперстік жүйелерді алу үшін қолдануға болмайды. Мұндай жүйелер конденсация әдістерімен алынады.

Конденсация әдістері молекулалық немесе иондық күйдегі заттардан дисперсті фазаның түзілу процесіне негізделген. Бұл әдіске қойылатын қажетті талап аса қаныққан ерітінді жасау болып табылады, одан коллоидтық жүйе алынуы керек. Бұған белгілі физикалық немесе химиялық жағдайларда қол жеткізуге болады.

Конденсацияның физикалық әдістері:

1) адиабаталық кеңею кезінде сұйықтардың немесе қатты заттардың буларын салқындату немесе оларды ауаның үлкен көлемімен араластыру;

2) ерітіндіден еріткішті біртіндеп алу (буландыру) немесе оны дисперсті зат аз еритін басқа еріткішпен ауыстыру.

Сонымен физикалық конденсация деп ауадағы қатты немесе сұйық бөлшектердің, иондардың немесе зарядталған молекулалардың (тұман, түтін) бетіндегі су буының конденсациялануын айтады.

Ерітіндіні ауыстыру бастапқы ерітіндіге басқа сұйықтықты қосқанда золдың пайда болуына әкеледі, ол бастапқы еріткішпен жақсы араласады, бірақ еріген зат үшін нашар еріткіш.

Химиялық конденсация әдістері әртүрлі реакцияларды жүргізуге негізделген, нәтижесінде ерімеген зат аса қаныққан ерітіндіден тұнбаға түседі.

Химиялық конденсация тек алмасу реакцияларына ғана емес, сонымен қатар тотығу-тотықсыздану реакцияларына, гидролизге және т.б.

Бөлшектері коллоидтық өлшемдері бар шөгінділерді коллоидты «ерітіндіге» айналдырудан тұратын пептизация арқылы дисперсті жүйелерді де алуға болады. Пептизацияның келесі түрлері ажыратылады: тұнбаны жуу арқылы пептизациялау; беттік белсенді заттармен пептизациялау; химиялық пептизация.

Термодинамикалық тұрғыдан алғанда ең тиімді әдіс дисперсия болып табылады.

Тазалау әдістері:

1. Диализ – таза еріткішпен жуылған жартылай өткізгіш қабықшаларды қолдану арқылы золды қоспалардан тазарту.

2. Электродиализ – жеделдетілген диализ электр өрісі.

3. Ультрафильтрация – дисперсиялық ортаны төмен молекулалы қоспалармен бірге жартылай өткізгіш мембрана (ультрасүзгі) арқылы басу арқылы тазарту.

Дисперсті жүйелердің молекулалық-кинетикалық және оптикалық қасиеттері: Броун қозғалысы, осмостық қысым, диффузия, седиментация тепе-теңдігі, седиментация талдауы, дисперсті жүйелердің оптикалық қасиеттері.

Барлық молекулалық-кинетикалық қасиеттер молекулалардың өздігінен қозғалуынан туындайды және броундық қозғалыста, диффузияда, осмоста және седиментациялық тепе-теңдікте көрінеді.

Броундық қозғалыс - барлық бағыттар үшін бірдей ықтимал болатын үздіксіз, ретсіз қозғалыс. ұсақ бөлшектердисперсиялық орта молекулаларының әсерінен сұйықтарда немесе газдарда суспензия. Броундық қозғалыс теориясы дисперсті фазаның бөлшектері дисперсиялық ортада қозғалатын кезде молекулалардың әсерін, уақытқа тәуелді күш пен үйкеліс күшін сипаттайтын кездейсоқ күштің әрекеттесу идеясына негізделген. белгілі бір жылдамдық.

Трансляциялық қозғалыстан басқа, бұрыс пішінді екі өлшемді бөлшектерге (жіптер, талшықтар, үлпектер) тән айналмалы қозғалыстар да мүмкін. Броун қозғалысы жоғары дисперсті жүйелерде айқын көрінеді және оның қарқындылығы дисперсияға байланысты.

Диффузия – заттың концентрациясы жоғары аймақтан төмен концентрациялы аймаққа өздігінен таралуы. Келесі түрлер бөлінеді:

1.) молекулалық

3) коллоидты бөлшектер.

Газдардағы диффузия жылдамдығы ең жоғары, ал қатты денелерде ең аз.

Осмостық қысым - еріткіштің мембрана арқылы өтуін болдырмау үшін қажет ерітінді үстіндегі артық қысым. OD таза еріткіш ерітіндіге қарай немесе сұйылтылған ерітіндіден концентрліге қарай жылжығанда пайда болады, сондықтан еріген зат пен еріткіштің концентрациясына байланысты. Осмостық қысым дисперсті фаза (ерітінді) газ түрінде, сол температурада коллоидтық жүйемен (ерітінді) бірдей көлемді алып жатса, жасайтын қысымға тең.

Седиментация – дисперстік фазаның шөгінді түрінде бөлінуімен ауырлық күшінің әсерінен дисперсті жүйелердің бөлінуі. Дисперсті жүйелердің тұнбаға түсу қабілеті олардың тұндыру тұрақтылығының көрсеткіші болып табылады. Бөлу процестері гетерогенді сұйық жүйе болып табылатын қандай да бір табиғи немесе жасанды түрде дайындалған өнімнен қандай да бір компоненттен сол немесе басқа компонентті оқшаулау қажет болғанда қолданылады. Кейбір жағдайларда құнды құрамдас жүйеден жойылады, басқаларында қажетсіз қоспалар жойылады. IN тамақтандырудисперсті жүйелерді бөлу процестері мөлдір сусындар алу, сорпаны тазарту және оны ет бөлшектерінен босату қажет болғанда қажет.

Өз жолында дисперсті фазаның бөлшектерімен кездесетін жарық шоғының әрекеті жарық толқынының ұзындығы мен бөлшектердің өлшеміне қатынасына байланысты. Бөлшектердің өлшемі жарықтың толқын ұзындығынан үлкен болса, онда жарық бөлшектердің бетінен белгілі бір бұрышпен шағылады. Бұл құбылыс суспензияларда байқалады. Бөлшектердің өлшемі жарықтың толқын ұзындығынан кіші болса, онда жарық шашыраған болады.

Дисперсті жүйелерді қоспалардан тазарту үшін фильтрация, диализ, электродиализ және ультрафильтрация қолданылады.

Сүзу (лат. Сүзгі –киіз) — ұсақталған қоспаны кеуекті пленка арқылы өткізуге негізделген бөлу әдісі. Бұл жағдайда кішігірім df бөлшектері кәдімгі сүзгілердің тесіктері арқылы өтеді, ал үлкен бөлшектер сақталады. Осылайша, сүзу дисперсиядан үлкен бөлшектерді жою үшін де қолданылады.

Диализ (грек) Диализ– бөлу) дисперсті жүйелерден төмен молекулалы қосылыстарды және мембраналар арқылы БМЖ ерітінділерін жою әдісі. Диализаторда диализденетін сұйық қоспаны таза еріткіштен тиісті мембрана арқылы бөледі (2.6-сурет). Df бөлшектері мен макромолекулалары мембранада сақталады, ал ұсақ молекулалар мен ұсақ иондар мембрана арқылы еріткішке және...
Оның жеткілікті жиі ауыстырылуы диализденген қоспадан толығымен дерлік жойылуы мүмкін.

Төмен молекулалы заттарға қатысты мембраналардың бөліну қабілеті кіші молекулалар мен иондардың мембранаға енетін немесе мембраналық затта еритін кеуектерден (капиллярлардан) еркін өтуіне негізделген.

Диализ үшін мембраналар ретінде табиғи және жасанды әртүрлі пленкалар қолданылады. Табиғи пленкалар: сиыр немесе шошқа қуығы, балық жүзетін қуық. Жасанды: нитроцеллюлоза, целлюлоза ацетаты, целлофан, желатин және басқа полимерлерден жасалған пленкалар.

Диализаторлардың алуан түрі бар - диализге арналған құрылғылар. Барлық диализаторлар сәйкес құрастырылған жалпы принцип. Диализденген қоспа (ішкі сұйықтық) судан немесе басқа еріткіштен (сыртқы сұйықтық) мембрана арқылы бөлінген ыдыста болады (2.6-сурет). диализ жылдамдығы мембрана бетінің ұлғаюымен, оның кеуектілігі мен кеуек мөлшерінің жоғарылауымен, температураның жоғарылауымен, диализденетін сұйықтықтың араласу қарқындылығымен және сыртқы сұйықтықтың өзгеру жылдамдығымен жоғарылайды, ал мембрана қалыңдығының жоғарылауымен төмендейді .

Төмен молекулалық электролиттердің диализ жылдамдығын арттыру үшін электродиализ қолданылады. Осы мақсатта диализаторда потенциалдық төмендеуі 20-250 В/см және одан жоғары тұрақты электр өрісі жасалады (2.7-сурет). Электр өрісінде диализ жүргізу дисперсті жүйелерді тазалауды бірнеше ондаған есе жылдамдатуға мүмкіндік береді.

Ультрафильтрация (лат. Ультра- жоғарыда, фильтр– киіз) құрамында микробөлшектері бар жүйелерді тазалау үшін қолданылады (зольдер, ЖИА ерітінділері, бактериялардың суспензиялары, вирустар). Әдіс қоспаны тек төмен молекулалы заттардың молекулалары мен иондарының өтуіне мүмкіндік беретін кеуектері бар сүзгілер арқылы бөлуге мәжбүрлеуге негізделген. Ультрафильтрацияны қысымды диализ ретінде қарастыруға болады. Ол суды, ақуыздарды тазарту үшін кеңінен қолданылады, нуклеин қышқылдары, ферменттер, витаминдер және т.б.

Дисперсті жүйелерді алудың екі әдісі – дисперсиялық және конденсация

Дисперсия және конденсация - бұл еркін дисперсті жүйелерді алу әдістері: ұнтақтар, суспензиялар, ерітінділер, эмульсиялар және т.б. Дисперсия жағдайында затты ұсақтау және ұнтақтауды түсіну;конденсация дегеніміз молекулалардың, атомдардың немесе иондардың агрегаттарға қосылуы нәтижесінде біртектіден гетерогенді дисперсті жүйенің түзілуі.

Әртүрлі заттар мен материалдардың әлемдік өндірісінде дисперсия және конденсация процестері жетекші орындардың бірін алады. Миллиардтаған тонна шикізат пен өнімдер еркін дисперсті күйде алынады. Бұл тасымалдау мен мөлшерлеудің жеңілдігін қамтамасыз етеді, сонымен қатар қоспаларды дайындау кезінде біртекті материалдарды алуға мүмкіндік береді.

Мысалдарға рудаларды ұсақтау және ұнтақтау, көмір және цемент өндірісі жатады. Дисперсия сұйық отынның жануы кезінде пайда болады.

Конденсация тұманның пайда болуы кезінде, кристалдану кезінде пайда болады.

Дисперсия және конденсация кезінде дисперсті жүйелердің пайда болуы жаңа беттің пайда болуымен, яғни заттар мен материалдардың меншікті бетінің, кейде мыңдаған немесе одан да көп есе ұлғаюымен бірге жүретінін атап өткен жөн. Сондықтан дисперсті жүйелерді өндіру, кейбір ерекшеліктерді қоспағанда, энергия шығындарын талап етеді.

Ұсақтау және ұнтақтау кезінде материалдар ең алдымен беріктік ақаулары бар жерлерде (макро- және микрожарықтар) жойылады. Сондықтан ұнтақтау үдемелі түрде бөлшектердің беріктігі артады, бұл олардың әрі қарай дисперсиясы үшін энергия шығынының артуына әкеледі.

Материалдарды жоюды пайдалану арқылы жеңілдетуге болады Ребиндер әсері – қатты заттардың тозуы кезінде адсорбцияның төмендеуі. Бұл әсер беттік белсенді заттардың көмегімен беттік энергияны азайтады, нәтижесінде деформация мен сынуды жеңілдетеді. қатты. Мұндай беттік белсенді заттар ретінде, мұнда деп аталады қаттылықты төмендеткіштер,Мысалы, сұйық металдарды қатты металдарды немесе типтік беттік белсенді заттарды жою үшін пайдалануға болады.

Қаттылықты төмендеткіштер Rebinder әсерін және әсер ету ерекшелігін тудыратын аз мөлшерде сипатталады. Материалды ылғалдандыратын қоспалар ортаның ақауларға енуіне көмектеседі және капиллярлық күштердің көмегімен қатты дененің бұзылуын жеңілдетеді. Беттік белсенді заттар материалдың бұзылуына ықпал етіп қана қоймайды, сонымен қатар дисперсті күйді тұрақтандырады, бөлшектердің бір-біріне жабысуына жол бермейді.

Дисперсияның максималды дәрежесі бар жүйелерді конденсациялау әдістерін қолдану арқылы ғана алуға болады.

Коллоидты ерітінділерді де дайындауға болады химиялық конденсация әдісімен, жүргізуге негізделген химиялық реакциялар, ерімейтін немесе нашар еритін заттардың түзілуімен бірге жүреді. Осы мақсатта әртүрлі реакция түрлері қолданылады - ыдырау, гидролиз, тотығу-тотықсыздану және т.б.

Дисперсті жүйелерді тазалау.

Жоғары молекулалық қосылыстардың ерітінділері мен ерітінділерінде жағымсыз қоспалар ретінде төмен молекулалық қосылыстар болады. Олар келесі әдістер арқылы жойылады.

Диализ. Тарихи тұрғыдан диализ тазартудың алғашқы әдісі болды. Оны Т.Грэм (1861) ұсынған. Ең қарапайым диализатордың диаграммасы суретте көрсетілген. 3 (қосымшаны қараңыз). Тазартылатын золь немесе ЖИА ерітіндісі ыдысқа құйылады, оның түбі коллоидты бөлшектерді немесе макромолекулаларды ұстап тұратын және еріткіш молекулалары мен төмен молекулалы қоспалардың өтуіне мүмкіндік беретін мембрана болып табылады. Мембранамен жанасатын сыртқы орта еріткіш болып табылады. Күлде немесе макромолекулярлық ерітіндіде концентрациясы жоғары болатын төмен молекулалық қоспалар мембрана арқылы сыртқы ортаға (диализат) өтеді. Суретте төмен молекулалық қоспалардың ағынының бағыты көрсеткілермен көрсетілген. Тазарту күл мен диализаттағы қоспалардың концентрациясы мәндері жақын болғанша (дәлірек айтқанда, күл мен диализаттағы химиялық потенциалдар теңестірілгенге дейін) жалғасады. Егер сіз еріткішті жаңартсаңыз, қоспалардан толығымен дерлік құтылуға болады. Тазарту мақсаты мембрана арқылы өтетін барлық төмен молекулалы заттарды жою болып табылатын жағдайда диализді бұл қолдану орынды. Дегенмен, кейбір жағдайларда тапсырма қиын болуы мүмкін - жүйедегі төмен молекулалық қосылыстардың белгілі бір бөлігінен ғана құтылу қажет. Содан кейін сыртқы орта ретінде жүйеде сақталуы қажет заттардың ерітіндісі қолданылады. Бұл қанды төмен молекулалы қалдықтар мен токсиндерден (тұздар, мочевина және т.б.) тазарту кезінде қойылған міндет.

Ультрафильтрация. Ультрафильтрация - дисперсиялық ортаны және төмен молекулалық салмақты қоспаларды ультрафильтрлер арқылы мәжбүрлеу арқылы тазарту әдісі. Ультрафильтрлер – диализ үшін қолданылатын мембраналар.

Ультрафильтрация арқылы тазартуға арналған ең қарапайым қондырғы суретте көрсетілген. 4 (қосымшаны қараңыз). Тазартылған зол немесе ЖИА ерітіндісі ультрафильтрден пакетке құйылады. Зольге атмосфералық қысыммен салыстырғанда шамадан тыс қысым түседі. Оны сыртқы көз (қысылған ауа багы, компрессор және т.б.) немесе сұйықтықтың үлкен бағанасы арқылы жасауға болады. Дисперсиялық орта зольге таза еріткіш қосу арқылы жаңарады. Тазалау жылдамдығы жеткілікті жоғары болуын қамтамасыз ету үшін жаңарту мүмкіндігінше жылдам орындалады. Бұған айтарлықтай артық қысымды қолдану арқылы қол жеткізіледі. Мембрананың мұндай жүктемелерге төтеп беруі үшін ол механикалық тірекке қолданылады. Мұндай қолдау саңылаулары, шыны және керамикалық сүзгілері бар торлар мен пластиналар арқылы қамтамасыз етіледі.

Микрофильтрация . Микрофильтрация – фильтрлер көмегімен өлшемі 0,1-ден 10 мкм-ге дейінгі микробөлшектерді бөлу. Микрофильтраттың өнімділігі мембрананың кеуектілігі мен қалыңдығымен анықталады. Кеуектілікті бағалау үшін, яғни кеуек ауданының жалпы сүзгі ауданына қатынасын бағалау үшін әртүрлі әдістер қолданылады: сұйықтықтар мен газдарды сығу, мембраналардың электр өткізгіштігін өлшеу, калибрленген бөлшектері бар сығу жүйелері. дисперсиялық фаза, т.б.

Микрокеуекті сүзгілер жасалады бейорганикалық заттаржәне полимерлер. Ұнтақтарды агломерациялау арқылы фарфордан, металдардан және қорытпалардан мембраналар алуға болады. Микрофильтрацияға арналған полимерлі мембраналар көбінесе целлюлозадан және оның туындыларынан жасалады.

Электродиализ. Электролиттердің жойылуын сырттан жүктелген потенциалдар айырмасын қолдану арқылы жеделдетуге болады. Бұл тазарту әдісі электродиализ деп аталады. Оны әртүрлі жүйелерді биологиялық объектілермен (белок ерітінділері, қан сарысуы және т.б.) тазарту үшін қолдану Доренің (1910) табысты жұмысының нәтижесінде басталды. Ең қарапайым электродиализатордың құрылғысы суретте көрсетілген. 5 (қосымшаны қараңыз). Тазаланатын затты (золь, ЖИА ерітіндісі) ортаңғы камераға 1 салып, ортаны екі бүйір камераға құяды. Катод 3 және анод 5 камераларында қолданылатын электр кернеуінің әсерінен иондар мембраналардағы кеуектер арқылы өтеді.

Электродиализ жоғары электр кернеулерін қолдануға болатын кезде тазарту үшін ең қолайлы. Көптеген жағдайларда тазартудың бастапқы кезеңінде жүйелерде еріген тұздар көп және олардың электр өткізгіштігі жоғары болады. Сондықтан, жоғары кернеулерде, жылу айтарлықтай мөлшерде бөлінуі мүмкін, және белоктар немесе басқа жүйелерде биологиялық компоненттерқайтымсыз өзгерістер болуы мүмкін. Сондықтан ең алдымен диализді қолданып, соңғы тазалау әдісі ретінде электродиализді қолдану ұтымды.

Біріктірілген тазалау әдістері.Жеке тазарту әдістерінен басқа – ультрафильтрация және электродиализ – олардың комбинациясы белгілі: электроультрафильтрация, ақуыздарды тазарту және бөлу үшін қолданылады.

деп аталатын әдісті қолдана отырып, сіз ЖИА зол немесе ерітінді концентрациясын тазартуға және бір уақытта арттыруға болады электродекантация.Әдістемені В.Паули ұсынған. Электродекантация электродиализатор араластырмай жұмыс істегенде пайда болады. Соль бөлшектерінің немесе макромолекулалардың өзіндік заряды болады және электр өрісінің әсерінен электродтардың бірінің бағытымен қозғалады. Олар мембранадан өте алмайтындықтан, олардың бір мембранадағы концентрациясы артады. Әдетте, бөлшектердің тығыздығы ортаның тығыздығынан ерекшеленеді. Сондықтан золь шоғырланған жерде жүйенің тығыздығы орташа мәннен ерекшеленеді (әдетте концентрация артқан сайын тығыздық өседі). Концентрленген золь электродиализатордың түбіне ағады, ал циркуляция камерада жүреді, бөлшектер толығымен дерлік жойылғанша жалғасады.

Коллоидты ерітінділер, атап айтқанда, лиофобты коллоидтардың тазартылған және тұрақтандырылған ерітінділері термодинамикалық тұрақсыздыққа қарамастан, шексіз ұзақ уақыт бойы өмір сүре алады. Фарадей дайындаған қызыл алтын ерітінділері әлі ешқандай көрінетін өзгерістерге ұшыраған жоқ. Бұл деректер коллоидтық жүйелердің метатұрақты тепе-теңдікте болуы мүмкін екенін көрсетеді.

Дисперсті жүйелерді алудың екі белгілі әдісі бар. Олардың бірінде қатты және сұйық заттар тиісті дисперсиялық ортада майда ұнтақталған (дисперсті), екіншісінде жеке молекулалардан немесе иондардан дисперсиялық фазалық бөлшектердің түзілуі себеп болады.

Үлкен бөлшектерді ұнтақтау арқылы дисперсті жүйелерді алу әдістері деп аталады дисперсиялық.Кристалдану немесе конденсация нәтижесінде бөлшектердің түзілуіне негізделген әдістер деп аталады конденсация.

23) Коллоидтардың қасиеттері.

I тип – суспенсоидтар(немесе қайтымсыз коллоидтар, лиофобты коллоидтар). Металдардың коллоидты ерітінділері, олардың оксидтері, гидроксидтері, тұздары. Дисперсті фазаның бастапқы бөлшектері сәйкес заттың құрылымынан ерекшеленбейді және молекулалық немесе иондық торға ие. Бұл фазааралық беті дамыған жоғары дисперсті жүйелер. Олар суспензиялардан дисперстілігі бойынша ерекшеленеді. Олар осылай аталды, өйткені олар тұрақтандырғышсыз ұзақ өмір сүре алмайды.

II тип – ассоциативті (микеллярлы коллоидтар) –жартылай коллоидтар. Бұл типті бөлшектер төмен молекулалы заттардың амфифильді молекулаларының молекулалар агрегаттарына – мицеллаларға жеткілікті концентрациясы болған кезде пайда болады. Мицеллалар - дисперсиялық күштермен бір-бірімен тығыз орналасқан молекулалар шоғыры. Жуғыш заттар мен кейбір органикалық бояғыштардың сулы ерітінділеріне мицелланың түзілуі тән. Басқа орталарда бұл заттар молекулалық ерітінділер түзу үшін ериді.
III тип – молекулалық коллоидтар –лиофильді (грекше «филио» - махаббат). Оларға молекулалық массасы он мыңнан бірнеше миллионға дейінгі табиғи және синтетикалық жоғары молекулалы заттар жатады. Бұл заттардың молекулалары коллоидты бөлшектердің өлшеміне ие, сондықтан мұндай молекулалар макромолекулалар деп аталады.
Коллоидты бөлшектердің негізгі ерекшелігі - олардың шағын өлшемдері d: 1 нм< d < 10мкм

1) Диализ.Диализге арналған ең қарапайым құрылғы – диализатор – жартылай өткізгіш материалдан (коллодион) жасалған қапшық, оның ішіне диализденетін сұйықтық салынады. Қап еріткіш (су) бар ыдысқа түсіріледі. Диализатордағы еріткішті мезгіл-мезгіл немесе үнемі өзгерту арқылы коллоидты ерітіндіден электролиттер мен төмен молекулалық салмақты емес электролиттердің қоспаларын толығымен дерлік жоюға болады.
^2) Электродиализ- әрекет арқылы жеделдетілген диализ процесі электр тоғы. Электродиализ электролиттермен ластанған коллоидты ерітінділерді тазарту үшін қолданылады. Коллоидты ерітінділерді төмен молекулалық салмақты емес электролиттерден тазарту қажет болса, электродиализ процесі тиімсіз. Электродиализ процесінің әдеттегі диализден айырмашылығы аз.
^3) Ультрафильтрация- дисперсиялық ортаның өтуіне мүмкіндік беретін жартылай өткізгіш мембрана арқылы коллоидты ерітінділерді сүзу
төмен молекулалық қоспалар және дисперсті фазалық бөлшектерді немесе макромолекулаларды ұстайды. Ультрафильтрация процесін жылдамдату үшін ол мембрананың екі жағындағы қысым айырмашылығымен жүзеге асырылады: вакуумда немесе
Жоғарғы қан қысымы.
Ультрафильтрация қысыммен орындалатын диализден басқа ештеңе емес

24) Гидрофобты коллоидты дисперстік жүйелер.
Гидрофобты коллоидтар

дисперсті заттар дисперсті ортамен (су) әрекеттеспейтін дисперсті жүйелер. Гидрофильділік пен гидрофобтылықты қараңыз.

дисперсті жүйелер,арасында жоғары дамыған интерфейсі бар екі немесе одан да көп фазалардың (денелердің) түзілістері. D. с. фазалардың ең болмағанда біреуі – дисперстік фаза – басқа, үздіксіз фаза – дисперсиялық ортада ұсақ бөлшектер (кристалдар, жіптер, пленкалар немесе пластиналар, тамшылар, көпіршіктер) түрінде таралады. Д.с. Негізгі сипаттамасы бойынша - бөлшектердің өлшемі немесе (бірдей) дисперстілігі (фазааралық беттің жалпы ауданының дисперстік фаза көлеміне қатынасымен анықталады) - олар ірі (төмен) дисперсті және ұсақ (жоғары) дисперсті немесе коллоидты жүйелер (коллоидтар). Дөрекі жүйелерде бөлшектердің өлшемдері 10-4 аралығында болады смжәне одан жоғары, коллоидтарда - 10 -4 -10 -5-тен 10 -7-ге дейін см.

25) Электрофорез және электроосмос.

Электросмос
Қолданылған потенциалдар айырмасының әсерінен кеуекті денедегі сұйықтықтың бағытталған қозғалысы электроосмос деп аталады. Мысалы, электролиттің капилляр немесе мембрана саңылауларында электроосмотикалық сырғуын қарастырайық. Теріс иондар бетінде адсорбцияланған және қозғалыссыз бекітілген, ал оң иондар EDL диффузиялық бөлігін құрайды деп нақтылық үшін алайық. Сыртқы E өрісі бет бойымен бағытталған. EDL диффузиялық бөлігінің кез келген еркін элементіне әсер ететін электростатикалық күш бұл элементтің бет бойымен қозғалысын тудырады. EDL F(x) диффузиялық бөлігіндегі заряд тығыздығы х бетіне дейінгі қашықтыққа байланысты өзгеретіндіктен (1-сурет), сұйық электролиттің ыдыраған қабаттары әртүрлі жылдамдықпен қозғалады. Сұйықтықтың ерікті қабатына әсер ететін электростатикалық күш әртүрлі қашықтықта орналасқан сұйықтық қабаттарының қозғалыс жылдамдығының айырмашылығына байланысты туындайтын тұтқыр кедергі күштерімен өтелетін кезде стационарлық күйге (уақыт бойынша тұрақты ағын жылдамдығы) қол жеткізіледі. бетінен. Сұйықтықтың тұрақты тұтқырлығы және оның диэлектрлік өтімділігі кезіндегі сұйықтың қозғалысын сипаттайтын гидродинамикалық теңдеулер келесідей болуы мүмкін: дәл шешілген болса, шешімнің нәтижесі ағын жылдамдығының таралуы болып табылады:

Мағынасы осында электр потенциалысұйық ағынының жылдамдығы жоғалатын жерден (жылжымалы жазықтық деп аталатын) қашықтықта.

Электрофорез
Қолданылған потенциалдар айырмасының әсерінен дисперсті фаза бөлшектерінің бағытталған қозғалысы электрофорез деп аталады.

Электролиттегі бөлшектердің электрофоретикалық қозғалысы электроосмосқа ұқсас сипатқа ие: сыртқы электр өрісі EDL қозғалатын бөлігінің иондарын өзіне тартып, бөлшектерге жақын орналасқан сұйықтық қабаттарын бөлшектердің бетіне қатысты қозғалуға мәжбүр етеді. Бірақ сұйықтың массалық көлеміне және ілінген бөлшектердің аздығына байланысты, бұл қозғалыстар қозғалмайтын сұйықтықтағы бөлшектің қозғалысына сыртқы күштер болмаған кезде азаяды. EDL жұқа диффузиялық бөлігі бар жүйелердегі тегіс беті бар өткізбейтін бөлшектер үшін электрофорез жылдамдығы қарама-қарсы таңбамен алынған электроосмотикалық сырғанау жылдамдығымен сәйкес келеді. Сфералық бөлшектерді өткізу үшін электрофорез жылдамдығы болуы мүмкін теңдеумен есептеледі:

мұндағы бөлшектің электр өткізгіштігі.

26) Зольдердің мицеллаларының құрылысы.
Коллоидты мицелланың құрылысы

Лиофобты коллоидтардың беттік энергиясы өте жоғары, сондықтан термодинамикалық тұрақсыз; бұл дисперсті фазаның дисперсия дәрежесін төмендетудің стихиялық процесін мүмкін етеді (яғни бөлшектерді үлкенірек агрегаттарға біріктіру) - зольдердің коагуляциясы.Соған қарамастан, зольдердің дисперсия дәрежесін сақтауға тән қабілеті бар - агрегаттық тұрақтылық, бұл біріншіден, дисперсті фаза бөлшектерінің бетінде қос электрлік қабаттың болуына байланысты жүйенің беттік энергиясының төмендеуіне және екіншіден, формадағы коагуляцияға кинетикалық кедергілердің болуына байланысты. бірдей электр заряды бар дисперсті фазалық бөлшектердің электростатикалық тебілуі.

AgNO 3 + KI ––> AgI + KNO 3

27) Гидрофобты зольдердің коагуляциясы.

Гидрофобты дисперстік жүйелер коагуляция процесінің жылдамдығымен анықталатын кинетикалық агрегаттық тұрақтылықпен сипатталады. Коагуляция кинетикасы Смолуховский теңдеуі бойынша анықталады:

мұндағы дисперсті фазалық бөлшектердің уақыт бойынша жалпы саны τ ;

Бөлшектердің бастапқы саны; - жарты коагуляция уақыты; ^Қ– коагуляция жылдамдығының тұрақтысы.

28) Жоғары молекулалық қосылыстар. Құрылым. Еріту және ісіну

Жоғары молекулалық қосылыстардың ерітінділері (HMW)

Жоғары молекулалық қосылыстар – молекулалық массасы 10000-нан бірнеше миллион аму-ға дейінгі заттар.

Ұзартылған күйдегі BMC молекулаларының өлшемдері 1000 нм жетуі мүмкін, яғни. коллоидтық ерітінділердегі және микрогетерогенді жүйелердегі бөлшектердің өлшемдерімен салыстыруға болады.

VMC қайнау температурасы ыдырау температурасынан айтарлықтай жоғары, сондықтан олар, әдетте, тек сұйық немесе қатты күйде болады.

ЖИА макромолекулалары бір-бірімен химиялық байланысқан жүздеген және мыңдаған атомдардан тұратын алып түзілістер.

Барлық ЖИА шығу тегі бойынша табиғи, биохимиялық синтез кезінде түзілетін және синтетикалық, полимерлеу немесе поликонденсация арқылы жасанды түрде алынған деп бөлуге болады.

Полимер тізбегінің құрылымына қарай ЖИА сызықтық, тармақталған және кеңістіктік болып бөлінеді.

Төмен молекулалы заттардың шынайы ерітінділері сияқты ГМК ерітінділері өздігінен түзіледі және термодинамикалық тұрақты. Бұл олардың лиофобты коллоидты жүйелерден айырмашылығы. Термодинамикалық тұрақтылық энтальпия мен энтропия факторларының қолайлы қатынасына байланысты.

VMC дисперсті жүйелерге тән бірқатар қасиеттерге ие: олар мөлшері золь бөлшектерінің өлшемдерімен (1-100 нм) салыстырылатын ассоциациялар түзуге қабілетті, жарықты шашыратады, эмульсиялардың, суспензиялардың және көбіктердің түзілуіне ықпал етеді, олар сипатталады. диффузия және броун қозғалысы арқылы. Сонымен қатар, лиофобты зольдерден айырмашылығы, ЖИА ерітінділерінде гетерогенділік жоқ, т.б. үлкен аралық беті жоқ.

ЖИА-ға ғана тән ерекше қасиет - еріткішпен әрекеттесу кезінде ісіну. Ісіну шектеулі немесе шектеусіз болуы мүмкін. Соңғысы полимердің еруіне әкеледі.

Бар көп саныЖоғары молекулалық иондар түзу үшін ерітіндіде диссоциацияланатын BMC полиадектролиттер деп аталады. Полимер топтарының табиғатына қарай полиэлектролиттер катионды, анионды және амфотерлі болады. Соңғысы қышқылдық және негіздік топтардан тұрады. Қоршаған ортаның рН-ына байланысты олар қышқылдар немесе негіздер ретінде диссоциацияланады. Белок молекуласындағы оң және теріс зарядтардың компенсацияланатын күйін изоэлектрлік деп атайды, ал молекуланың изоэлектрлік күйге өтетін рН мәнін белоктың изоэлектрлік нүктесі (IPP) деп атайды.

Disp алудың екі жалпы тәсілі бар. жүйелер – дисперсия және конденсация. Дисперсиялық әдіс макроскопиялық бөлшектерді наноөлшемдерге (1-100 нм) дейін ұсақтауға негізделген.

Механикалық ұнтақтау энергияны көп тұтынуына байланысты кеңінен қолданылмайды. Зертханалық тәжірибеде ультрадыбыстық ұнтақтау қолданылады. Ұнтақтау кезінде екі процесс бәсекелеседі: дисперсия және алынған бөлшектердің агрегациясы. Бұл процестердің жылдамдықтарының арақатынасы ұнтақтау ұзақтығына, температураға, сұйық фазаның сипатына және тұрақтандырғыштардың (көбінесе беттік белсенді заттар) болуына байланысты. Оңтайлы шарттарды таңдай отырып, қажетті өлшемдегі бөлшектерді алуға болады, бірақ бөлшектердің өлшемдерінің таралуы айтарлықтай кең болуы мүмкін.

Ең қызығы қатты денелердің сұйық фазадағы өздігінен дисперсиясы. Ұқсас процесті қабаттық құрылымы бар заттар үшін де байқауға болады. Мұндай құрылымдарда қабат ішіндегі атомдар арасында күшті әсерлесу және қабаттар арасында әлсіз v-d-v әрекеттесу болады. Мысалы, қабаттасқан құрылымы бар молибден мен вольфрам сульфидтері ацетонитрилде өздігінен дисперсті түрде нанометрлік екі қабатты бөлшектер түзеді. Бұл жағдайда сұйық фаза қабаттар арасына еніп, қабат аралық қашықтықты арттырады, ал қабаттар арасындағы өзара әрекеттесу әлсірейді. Жылу тербелістерінің әсерінен нанобөлшектер теледидар фазасының бетінен ажырайды.

Конденсация әдістеріфизикалық және химиялық болып бөлінеді. Нанобөлшектердің түзілуі аралық ансамбльдердің қалыптасуы кезінде жаңа фазаның ядросының пайда болуына, оның өздігінен өсуіне және физикалық фазалық интерфейстің пайда болуына әкелетін өтпелі күйлердің тізбегі арқылы жүреді. Эмбрионның қалыптасуының жоғары қарқынын және өсудің төмен қарқынын қамтамасыз ету маңызды.

Металлдың ультра дисперсті бөлшектерін алу үшін физикалық әдістер кеңінен қолданылады. Бұл әдістер негізінен дисперсиялық-конденсациялық әдістер болып табылады. Бірінші кезеңде металл булану арқылы атомдарға таралады. Содан кейін будың аса қанығуына байланысты конденсация пайда болады.

Молекулярлық сәуле әдісіқалыңдығы шамамен 10 нм болатын жабындарды өндіру үшін қолданылады. Диафрагмасы бар камерадағы қоректік материал вакуумда жоғары температураға дейін қызады. Буланған бөлшектер диафрагма арқылы өтіп, молекулалық сәулені құрайды. Сәуленің қарқындылығын және субстраттағы бөлшектердің конденсация жылдамдығын бастапқы материалдан жоғары температура мен бу қысымын өзгерту арқылы өзгертуге болады.

Аэрозоль әдісіметаллды инертті газдың сирек атмосферада төмен температурада булануынан, одан кейін будың конденсациялануынан тұрады. Бұл әдісті қолдану арқылы Au, Fe, Co, Ni, Ag, Al нанобөлшектері алынды; олардың оксидтері, нитридтері, сульфидтері.

Криохимиялық синтезинертті матрицада төмен температурада металл атомдарының (немесе металл қосылыстарының) конденсациялануына негізделген.

Химиялық конденсация. Бөлшектерінің өлшемі бар алтынның (қызыл) коллоидты ерітіндісін 1857 жылы Фарадей алды. Бұл золь Британ мұражайында қойылған. Оның тұрақтылығы қатты фаза-ерітінді интерфейсінде EDL түзілуімен және ажырау қысымының электростатикалық компонентінің пайда болуымен түсіндіріледі.

Көбінесе нанобөлшектердің синтезі химиялық реакциялар кезінде ерітіндіде жүзеге асырылады. Металл бөлшектерін алу үшін қалпына келтіру реакциялары қолданылады. Тотықсыздандырғыш ретінде алюминий мен боргидридтер, гипофосфиттер және т.б.қолданылады.Мысалы, алтын хлоридін натрий боргидридімен тотықсыздандырғанда бөлшектерінің өлшемі 7 нм алтын золь алынады.

Металл тұздарының немесе оксидтерінің нанобөлшектері алмасу немесе гидролиз реакциялары арқылы алынады.

Тұрақтандырғыш ретінде табиғи және синтетикалық беттік белсенді заттар қолданылады.

Аралас құрамды нанобөлшектер синтезделді. Мысалы, Cd/ZnS, ZnS/CdSe, TiO 2 /SiO 2. Мұндай нанобөлшектерді бір типті (қабық) молекулаларды басқа түрдегі (ядро) бұрын синтезделген нанобөлшектерге тұндыру арқылы алады.

Барлық әдістердің негізгі кемшілігі нанобөлшектердің кең көлемде таралуы болып табылады. Нанобөлшектердің мөлшерін реттеу әдістерінің бірі кері микроэмульсияларда нанобөлшектерді алумен байланысты. Кері микроэмульсияларда дисфаза су, ал дис ортасы май болып табылады. Су тамшыларының (немесе басқа полярлық сұйықтықтың) мөлшері өндіріс жағдайларына және тұрақтандырғыштың табиғатына байланысты кеңінен өзгеруі мүмкін. Су тамшысы жаңа фаза пайда болатын реактор рөлін атқарады. Алынған бөлшектің өлшемі тамшылардың өлшемімен шектеледі, бұл бөлшектің пішіні тамшының пішініне сәйкес келеді.

Золь-гель әдісікелесі кезеңдерден тұрады: 1. әдетте құрамында металл алкоксидтері M(OR) n бар бастапқы ерітіндіні дайындау, мұнда М кремний, титан, мырыш, алюминий, қалайы, церий және т.б., R - сілті немесе арыл; 2. полимерлену реакциялары нәтижесінде гель түзілуі; 3. кептіру; 4. термиялық өңдеу. Гидролиз органикалық еріткіштерде жүргізіледі

M(OR) 4 +4H 2 OM(OH) 4 +4ROH.

Содан кейін полимерлену және гель түзілуі орын алады

mM(OH) n (MO) 2 +2mH 2 O.

Пептизация әдісі.Тұнбаны жуу кезінде пептизация, электролитпен тұнбаны пептизациялау бар; беттік белсенді заттармен пептизациялау; химиялық пептизация.

Тұнбаны жуу кезінде пептизация коагуляцияны тудыратын шөгінділерден электролиттің жойылуына дейін азаяды. Бұл жағдайда EDL қалыңдығы артады, молекула аралық тартылыс күштерінен иондық-электростатикалық тебілу күштері басым болады.

Тұнбаны электролитпен пептизациялау электролит иондарының бірінің бөлшектерге адсорбциялану қабілетімен байланысты, бұл бөлшектерде DES түзілуіне ықпал етеді.

Беттік белсенді заттармен пептизация. Бөлшектерге адсорбцияланған беттік-активті заттардың макромолекулалары оларға заряд береді (ионогенді беттік белсенді заттар) немесе бөлшектердің шөгіндіде бір-біріне жабысуын болдырмайтын адсорбциялық-сольвациялық тосқауыл жасайды.

Химиялық пептизация жүйеге қосылған зат тұнбадағы затпен әрекеттескенде жүреді. Бұл жағдайда бөлшектердің бетінде DES түзетін электролит пайда болады.