Қатты дисперсті фазадан тұратын дисперстік жүйе. Химиядан дисперсті жүйелер материалы (11 сынып) тақырып бойынша

Дисперстік жүйелер. Анықтама. Классификация.

Шешімдер

Алдыңғы абзацта біз айтқан болатынбыз шешімдер. Осы жерде осы ұғымды қысқаша еске түсірейік.

Шешімдерекі немесе одан да көп құрамдас бөліктерден тұратын біртекті (гомогенді) жүйелер деп аталады.

Біртекті жүйе- Бұл біртекті жүйе, Химиялық құрамыЖәне физикалық қасиеттеріонда барлық бөліктер бірдей немесе үздіксіз, секірусіз өзгереді (жүйе бөліктері арасында интерфейстер жоқ).

Шешімнің бұл анықтамасы мүлдем дұрыс емес. Ол көбірек сілтеме жасайды шынайы шешімдер.

Сонымен қатар, бар коллоидты ерітінділер, олар біртекті емес, бірақ гетерогенді, яғни. интерфейс арқылы бөлінген әртүрлі фазалардан тұрады.

Анықтамаларда көбірек түсінікті болу үшін басқа термин қолданылады - дисперсті жүйелер.

Дисперсті жүйелерді қарастырмас бұрын, олардың зерттелу тарихы мен мұндай терминнің пайда болуы туралы аздап айтып өтейік. коллоидты ерітінділер.

Фон

Сонау 1845 жылы химик Франческо Сельми әртүрлі ерітінділердің қасиеттерін зерттей отырып, биологиялық сұйықтықтардың – сарысу мен қан плазмасының, лимфаның және т.б. өзінің қасиеттері бойынша кәдімгі шынайы ерітінділерден күрт ерекшеленетінін байқады, сондықтан мұндай сұйықтықтарды псевдоерітінділер деп атайды. .

Коллоидтар және кристаллоидтар

Ағылшын ғалымы Томас Грэм 1861 жылдан бастап жүргізген бұл бағыттағы одан әрі зерттеулер өсімдіктер мен жануарлардың мембраналарынан тез таралатын және өтетін кейбір заттардың оңай кристалданатынын, ал басқаларының диффузиялық қабілеті төмен, мембраналар арқылы өтпейді және кристалданбайды, бірақ аморфты тұнбалар түзеді.

Біріншісін Грэм атады кристаллоидтар, ал екіншісі – коллоидтар(грек сөзінен kolla – желім және eidos – мейірімді) немесе желім тәрізді заттар.

Атап айтқанда, альбумин, желатин, араб шайыры, темір және алюминий гидроксидтері және кейбір басқа заттар сияқты аморфты шөгінділерді түзуге қабілетті заттардың ас тұзы, магний сияқты кристалды заттардың диффузия жылдамдығымен салыстырғанда суда баяу таралатыны анықталды. сульфат, қамыс қант және т.б.

Төмендегі кестеде 18°С температурада кейбір кристаллоидтар мен коллоидтар үшін диффузия коэффициенттері D көрсетілген.

Кестеден молекулалық салмақ пен диффузия коэффициенті арасында кері байланыс бар екені көрсетілген.

Сонымен қатар, кристаллоидтардың тез диффузияға ғана емес, сонымен қатар қабілеттері де анықталды диализ, яғни. коллоидтарға қарағанда, мембраналар арқылы өтеді, олардың молекулалық өлшемдері үлкен, сондықтан баяу диффузияланады және мембранадан өтпейді.

Қабық ретінде бұқаның қуық қабырғалары, целлофан, темір-цианидті мыстан жасалған пленкалар және т.б.

Грэм өзінің бақылауларына сүйене отырып, барлық заттарды бөлуге болатынын анықтады кристаллоидтар мен коллоидтар.

Орыстар келіспейді

Мұндай қатаң бөлінуге қарсы химиялық заттарКиев университетінің профессоры қарсылық білдірді И.Г. Борщев(1869). Борщевтің бұл пікірін кейінірек тағы бір ресейлік ғалымның зерттеулері растады Веймарн, сол заттың жағдайларға байланысты коллоидтар немесе кристаллоидтар қасиеттерін көрсете алатынын дәлелдеді.

Мысалы, сабынның судағы ерітіндісінің қасиеттері бар коллоидты, ал спиртте ерітілген сабын қасиеттерді көрсетеді шынайы шешімдер.

Дәл осылай суда еріген кристалдық тұздар, мысалы, ас тұзы береді шынайы шешім, ал бензолда – коллоидты ерітіндіжәне т.б.

Коллоидтық қасиетке ие гемоглобин немесе жұмыртқа альбуминін кристалдық күйде алуға болады.

Д.И. Менделеевқоршаған ортаның жағдайлары мен табиғатына байланысты кез келген зат қасиеттер көрсете алады деп есептеді коллоидты. Қазіргі кезде кез келген затты коллоидты күйде алуға болады.

Сонымен, заттарды екі бөлек класқа – кристаллоидтар және коллоидтар деп бөлуге негіз жоқ, бірақ заттың коллоидтық және кристаллоидтық күйлері туралы айтуға болады.

Заттың коллоидтық күйі деп оның белгілі бір дәрежеде бөлшектенуін немесе дисперсиясын және еріткіште суспензияда коллоидты бөлшектердің болуын айтады.

Гетерогенді жоғары дисперсті және жоғары молекулалық жүйелердің физика-химиялық қасиеттерін зерттейтін ғылым деп аталады. коллоидтық химия.

Дисперсті жүйелер

Ұсақталған (дисперсті) күйдегі бір зат екінші заттың массасында біркелкі таралса, мұндай жүйе дисперсті деп аталады.

Мұндай жүйелерде әдетте фрагменттелген зат деп аталады дисперсті фаза, және ол таралатын орта болып табылады дисперсиялық орта.

Мәселен, мысалы, судағы араластырылған сазды бейнелейтін жүйе саздың суспензияланған ұсақ бөлшектерінен - ​​дисперстік фазадан және су - дисперстік ортадан тұрады.

Таратылған(фрагментті) жүйелер болып табылады гетерогенді.

Салыстырмалы түрде үлкен, үздіксіз фазалары бар гетерогенді жүйелерден айырмашылығы дисперсті жүйелер деп аталады. микрогетерогенді, ал коллоидты дисперсті жүйелер деп аталады ультрамикрогетерогенді.

Дисперсті жүйелердің классификациясы

Дисперсті жүйелердің жіктелуі көбінесе негізінде жасалады дисперсия дәрежесінемесе біріктіру жағдайыдисперстік фаза және дисперстік орта.

Дисперсиялық дәрежесі бойынша жіктелуі

Барлық дисперсті жүйелерДисперсті фазалық бөлшектердің өлшеміне қарай оларды келесі топтарға бөлуге болады:

Анықтама үшін SI жүйесіндегі өлшем бірліктері:
1 м (метр) = 102 см (сантиметр) = 103 мм (миллиметр) = 106 микрон (микрометр) = 109 нм (нанометр).

Кейде басқа бірліктер пайдаланылады - mk (микрон) немесе mmk (миллимикрон) және:
1 нм = 10 -9 м = 10 -7 см = 1 ммк;
1 мкм = 10 -6 м = 10 -4 см = 1 мкм.

Дөрекі дисперсті жүйелер.

Бұл жүйелер дисперсті фаза ретінде диаметрі ең үлкен бөлшектерді қамтиды 0,1 микрон және одан жоғары. Бұл жүйелерге жатады суспензияларЖәне эмульсиялар.

Суспензияларқатты зат сұйық дисперсиялық ортада болатын жүйелер, мысалы, судағы крахмал, саз және т.б. суспензия.

Эмульсияларбір сұйықтықтың тамшылары екінші сұйықтықтың көлемінде суспензияланатын екі араласпайтын сұйықтықтардың дисперсиялық жүйелері деп аталады. Мысалы, май, бензол, судағы толуол немесе сүттегі май тамшылары (диаметрі 0,1-22 мкм) және т.б.

Коллоидтық жүйелер.

Олар дисперсті фазаның бөлшектерінің өлшеміне ие 0,1 мкм-ден 1 мкм-ге дейін(немесе 10 -5-тен 10 -7 см-ге дейін). Мұндай бөлшектер сүзгі қағазының саңылауларынан өте алады, бірақ жануарлар мен өсімдіктердің қабықшаларының тесіктерінен өте алмайды.

Коллоидтық бөлшектерегер оларда болса электр зарядыал сольвационды-иондық қабықшалар суспензия күйінде қалады және өзгермейтін жағдайларсыз өте ұзақ уақыт бойы тұнбаға түспеуі мүмкін.

Коллоидты жүйелерге мысал ретінде альбумин, желатин, араб шайыры, алтын, күміс, мышьяк сульфидінің коллоидты ерітінділері және т.б.

Молекулалық дисперсті жүйелер.

Мұндай жүйелерде бөлшектердің өлшемдері 1 мм-ден аспайды. Молекулалық дисперсті жүйелерге бейэлектролиттердің шынайы ерітінділері жатады.

Ионды дисперсті жүйелер.

Бұл әртүрлі электролиттердің ерітінділері, мысалы, тұздар, негіздер және т.б., олар сәйкес иондарға ыдырайтын, олардың өлшемдері өте кішкентай және одан әлдеқайда асып түседі.
10 -8 см.

ретінде шынайы шешімдерді ұсыну бойынша нақтылау дисперсті жүйелер.

Мұнда келтірілген классификациядан кез келген ерітіндіні (шынайы да, коллоидты да) дисперсті орта ретінде көрсетуге болатыны анық. Нағыз және коллоидты ерітінділер дисперсті фазалардың бөлшектерінің өлшемдері бойынша ерекшеленеді. Бірақ жоғарыда біз шынайы ерітінділердің біртектілігі туралы жаздық, ал дисперсиялық жүйелер гетерогенді. Бұл қайшылықты қалай шешуге болады?

туралы айтсақ құрылымшынайы шешімдер болса, онда олардың біртектілігі салыстырмалы болады. Шынайы ерітінділердің құрылымдық бірліктері (молекулалар немесе иондар) коллоидты ерітінділердің бөлшектерінен әлдеқайда аз. Сондықтан коллоидты ерітінділермен және суспензиялармен салыстырғанда шынайы ерітінділер біртекті деп айта аламыз.

туралы айтатын болсақ қасиеттерішынайы ерітінділер болса, онда оларды толығымен дисперсті жүйелер деп атауға болмайды, өйткені дисперсті жүйелердің міндетті түрде болуы дисперсті зат пен дисперстік ортаның өзара ерімейтіндігі болып табылады.

Коллоидты ерітінділер мен ірі суспензияларда дисперстік фаза мен дисперстік орта іс жүзінде араласпайды және бір-бірімен химиялық әрекеттеспейді. Бұл шынайы шешімдер туралы мүлдем айту мүмкін емес. Оларда еріген кезде заттар араласады, тіпті бір-бірімен әрекеттеседі. Осы себепті коллоидты ерітінділер қасиеттері бойынша шынайы ерітінділерден күрт ерекшеленеді.

Кейбір молекулалардың, бөлшектердің, жасушалардың өлшемдері.

Бөлшектердің өлшемдері ең үлкеннен кішіге және кері қарай өзгерген сайын дисперсті жүйелердің қасиеттері де сәйкесінше өзгереді. Бола тұра коллоидтық жүйелербұрынғыдай басып алу аралық позицияірі суспензиялар мен молекулалық дисперстік жүйелер арасында.

Дисперсті фаза мен дисперстік ортаның агрегация күйіне қарай жіктелуі.

Көбікгаздың сұйықтықтағы дисперсиясы болып табылады, ал көбіктерде сұйықтық жеке газ көпіршіктерін бөлетін жұқа қабықшаларға айналады.

Эмульсияларбір сұйықтық оны ерімейтін басқа сұйықтықпен (мысалы, майдағы су) ұсақталатын дисперсті жүйелер болып табылады.

Суспензияларсұйықтардағы қатты бөлшектердің төмен дисперсті жүйелері деп аталады.

Агрегативті күйлердің үш түрінің комбинациясы дисперсті жүйелердің тоғыз түрін ажыратуға мүмкіндік береді:

Дисперсті фаза	Дисперсиялық орта	Тақырып және мысал
Газ тәрізді	Газ тәрізді	Дисперсті жүйе түзілмейді
Газ тәрізді		Газ эмульсиялары мен көбіктер
Газ тәрізді		Кеуекті денелер: көбік пемза
	Газ тәрізді	Аэрозольдер: тұман, бұлт
		Эмульсиялар: май, кілегей, сүт, маргарин, май
		Капиллярлық жүйелер: Кеуекті денелердегі сұйықтық, топырақ, топырақ
	Газ тәрізді	Аэрозольдер (шаңдар, түтіндер), ұнтақтар
		Суспензиялар: целлюлоза, шлам, суспензия, паста
		Қатты жүйелер: қорытпалар, бетон

Sols - коллоидты ерітінділердің басқа атауы.

Коллоидты ерітінділер деп те аталады солс(латын тілінен solutus – еріген).

Газды дисперсиялық ортасы бар дисперсті жүйелер деп аталады аэрозольдер. Тұман – сұйық дисперсті фазасы бар аэрозольдер, ал шаң мен түтін – қатты дисперсті фазасы бар аэрозольдер. Түтін шаңға қарағанда жоғары дисперсті жүйе.

Сұйық дисперсиялық ортасы бар дисперсті жүйелер деп аталады лизолдар(грек тілінен «lios» - сұйық).

Еріткішке (дисперсиялық ортаға) байланысты, яғни. су, бензол спирті немесе эфир және т.б., гидрозолдар, алкозолдар, бензолдар, эфирозольдер және т.б.

Біріктірілген дисперсті жүйелер. Гельдер.

Дисперсті жүйелербола алады еркін тараладыЖәне біртұтас таратыладыдисперсті фазаның бөлшектері арасындағы әрекеттесудің жоқтығына немесе болуына байланысты.

TO еркін дисперсті жүйелераэрозольдерді, лизолдарды, сұйылтылған суспензияларды және эмульсияларды қамтиды. Олар сұйық. Бұл жүйелерде дисперсті фаза бөлшектерінің контактілері жоқ, кездейсоқ жылулық қозғалысқа қатысады және ауырлық күшінің әсерінен еркін қозғалады.

Жоғарыдағы суреттер көрсетілген еркін дисперсті жүйелер:
Суреттерде а В Сбейнеленген корпускулярлы-дисперсті жүйелер:
а, б- монодисперсті жүйелер;
В- полидисперсті жүйе;
Сурет бойынша Гбейнеленген талшықты дисперсті жүйе
Сурет бойынша гбейнеленген пленка-дисперсті жүйе

- қатты. Олар дисперсті фазаның бөлшектері жанасқанда пайда болып, қаңқа немесе желі түріндегі құрылымның пайда болуына әкеледі.

Бұл құрылым дисперсті жүйенің өтімділігін шектейді және оның пішінін сақтау мүмкіндігін береді. Мұндай құрылымды коллоидтық жүйелер деп аталады гельдер.

Золь тұрақтылығының төмендеуі нәтижесінде пайда болатын зольдің гельге ауысуы деп аталады. гельдену(немесе желатинизация).

Суреттерде а В Сбейнеленген когезиялық дисперсті жүйелер:
А- гель,
б- тығыз құрылымы бар коагулум,
В- борпылдақ «доғалы» құрылымы бар коагулум
Суреттерде g, dбейнеленген капиллярлы-дисперсті жүйелер

Ұнтақтар (пасталар), көбіктер– когезивті дисперсті жүйелердің мысалдары.

Топырақ, топырақтың минералды және гумусты (органикалық) заттардың дисперсті бөлшектерінің жанасуы және нығыздалуы нәтижесінде түзілетін де когерентті дисперсті жүйе болып табылады.

Заттың үздіксіз массасы саңылаулар мен капиллярлар арқылы өтіп, капиллярлы-дисперсті жүйелерді құра алады. Оларға, мысалы, ағаш, тері, қағаз, картон, маталар.

Лиофильділік және лиофобтық

Коллоидты ерітінділердің жалпы сипаттамасы олардың дисперстік фазасының дисперстік ортамен әрекеттесу қасиеті болып табылады. Осыған байланысты золдың екі түрі бөлінеді:

1. Лиофобты(грек тілінен фобия – жек көрушілік) Және

2.Лиофильді(грек тілінен Филия – махаббат).

У лиофобтыЗольдерде бөлшектердің еріткішке жақындығы жоқ, онымен әлсіз әрекеттеседі және айналасында еріткіш молекулаларының жұқа қабығын түзеді.

Атап айтқанда, егер дисперсиялық орта су болса, онда мұндай жүйелер деп аталады гидрофобты, мысалы, металдардың зольдері темір, алтын, мышьяк сульфиді, күміс хлориді және т.б.

IN лиофильдіжүйелерде дисперсті зат пен еріткіш арасында ұқсастық бар. Дисперстік фазаның бөлшектері бұл жағдайда еріткіш молекулаларының неғұрлым көлемді қабығына ие болады.

Сулы дисперсиялық орта жағдайында мұндай жүйелер деп аталады гидрофильді, мысалы, протеиннің, крахмалдың, агар-агардың, араб гумының ерітінділері және т.б.

Коллоидтардың коагуляциясы. Тұрақтандырғыштар.

Интерфейстегі зат.

Барлық сұйықтар мен қатты заттар басқа құрам мен құрылымның фазаларымен, мысалы, бумен, басқа сұйықтықпен немесе қатты затпен жанасатын сыртқы бетімен шектеледі.

Бұл заттың қасиеттері аралық бет, атомдардың немесе молекулалардың бірнеше диаметрі қалыңдығымен, фаза көлемінің ішіндегі қасиеттерінен ерекшеленеді.

Қатты, сұйық немесе газ тәрізді күйдегі таза зат көлемінің ішінде кез келген молекула ұқсас молекулалармен қоршалған.

Шекаралық қабатта молекулалар басқа молекулалар санымен әрекеттеседі (зат көлемінің ішіндегі әрекеттесумен салыстырғанда басқаша).

Бұл, мысалы, сұйық немесе қатты заттың оның буымен түйіскен жерінде болады. Немесе шекаралық қабатта заттың молекулалары басқаның молекулаларымен әрекеттеседі химиялық табиғаты, мысалы, екі өзара нашар еритін сұйықтықтардың шекарасында.

Нәтижесінде фазалардың негізгі бөлігінің ішіндегі және фаза шекарасындағы өзара әрекеттесу сипатында айырмашылықтар пайда болады. күш өрістеріосы теңсіздікпен байланысты. (Бұл туралы толығырақ сұйықтықтың беттік керілу бөлімінде.)

Фазалардың әрқайсысында әрекет ететін молекулааралық күштердің қарқындылығының айырмашылығы неғұрлым көп болса, соғұрлым фазааралық беттің потенциалдық энергиясы соғұрлым көп болады, оны қысқаша деп атайды. беттік энергия.

Беттік керілу
Беттік энергияны бағалау үшін меншікті бос бет энергиясы сияқты шама пайдаланылады. Бұл жаңа фазалық интерфейстің бірлік ауданын құруға жұмсалған жұмысқа тең (тұрақты температураны ескере отырып).
Екі конденсацияланған фазаның шекарасы болған жағдайда бұл шама деп аталады шекаралық кернеу.
Сұйықтың буларымен шекарасы туралы айтқанда, бұл шама деп аталады беттік керілу.

Коллоидтардың коагуляциясы

Барлық өздігінен жүретін процестер жүйенің энергиясының төмендеуі (изобарлық потенциал) бағытында жүреді.

Сол сияқты, бос беттік энергияның төмендеуі бағытында фазалық интерфейсте процестер өздігінен жүреді.

Фазааралық бет неғұрлым кіші болса, соғұрлым бос энергия аз болады.

Ал фазалық интерфейс өз кезегінде еріген заттың дисперсия дәрежесіне байланысты. дисперсия неғұрлым жоғары болса ( кішірек бөлшектердисперсті фаза), фазалар арасындағы интерфейс үлкенірек.

Осылайша, дисперсті жүйелерде әрқашан жалпы фазааралық беттің төмендеуіне әкелетін күштер болады, яғни. бөлшектердің ұлғаюына. Сондықтан тұмандағы, жаңбыр бұлтындағы және эмульсиядағы ұсақ тамшылардың бірігуі – жоғары дисперсті бөлшектердің ірі түзілімдерге бірігуі орын алады.

Мұның бәрі дисперсті жүйелердің бұзылуына әкеледі: тұман және жаңбыр бұлттары жаңбыр, эмульсиялар бөлінеді, коллоидты ерітінділер коагуляцияланады, т.б. дисперсті фазаның тұнбасына (коагуляцияға) және дисперсиялық ортаға бөлінеді немесе дисперсті фазаның ұзартылған бөлшектері жағдайында гельге айналады.

Фрагменттелген жүйелердің өзіне тән дисперсия дәрежесін сақтау қабілеті деп аталады агрегаттық тұрақтылық.

Дисперсті жүйелерге арналған тұрақтандырғыштар

Бұрын айтылғандай, дисперсті жүйелер негізінен термодинамикалық тұрақсыз. Дисперсия неғұрлым жоғары болса, соғұрлым бос беттік энергия соғұрлым көп болса, дисперсияны өздігінен азайту үрдісі соғұрлым жоғары болады.

Сондықтан тұрақты алу үшін, яғни. ұзаққа созылатын суспензиялар, эмульсиялар, коллоидтық ерітінділер үшін қажетті дисперсияға қол жеткізу ғана емес, сонымен қатар оны тұрақтандыру үшін жағдай жасау қажет.

Осыған байланысты тұрақты дисперстік жүйелер кем дегенде үш компоненттен тұрады: дисперстік фаза, дисперстік орта және үшінші компонент - дисперстік жүйе тұрақтандырғышы.

Тұрақтандырғыш табиғатта иондық немесе молекулалық, көбінесе жоғары молекулалы болуы мүмкін.

Лиофобты коллоидтардың зольдерінің иондық тұрақтануы дисперсті фаза мен дисперстік орта арасында иондық шекаралық қабаттарды құра отырып, электролиттердің төмен концентрациясының болуымен байланысты.

Дисперсті жүйелерді тұрақтандыру үшін қосылатын жоғары молекулалы қосылыстар (белоктар, полипептидтер, поливинил спирті және т.б.) қорғаныс коллоидтары деп аталады.

Фазалық интерфейсте адсорбцияланған олар беткі қабатта торлы және гель тәрізді құрылымдар түзіп, дисперсті фаза бөлшектерінің бірігуін болдырмайтын құрылымдық-механикалық тосқауыл жасайды.

Құрылымдық-механикалық тұрақтандыру суспензияларды, пасталарды, көбіктерді және концентрлі эмульсияларды тұрақтандыру үшін өте маңызды.

Дисперстік жүйелер туралы жалпы түсініктер

Біртекті реакциялардағы химиялық әрекеттесу белсенді бөлшектердің тиімді соқтығысуы кезінде, ал гетерогенді реакцияларда – әрекеттесуші заттар жанасу кезінде фазалар шекарасында жүреді, ал реакция жылдамдығы мен механизмі бетінің ауданына байланысты, ол неғұрлым үлкен болса, соғұрлым дамыған. беті болып табылады. Осы тұрғыдан алғанда меншікті бетінің ауданы жоғары дисперсті жүйелер ерекше қызығушылық тудырады.

Дисперстік жүйе деп бір-бірімен химиялық әрекеттеспейтін және толық дерлік өзара ерімейтін екі заттан тұратын қоспаны айтады. Дисперстік жүйе - Бұл бір заттың өте ұсақталған бөлшектері екіншісінің көлеміне біркелкі таралатын жүйе.

Дисперсті жүйелерді қарастырғанда екі ұғымды ажыратады: дисперстік фаза және дисперстік орта (10.1-сурет).

Дисперсті фаза – Бұл басқа заттың көлемінде біркелкі таралған, кішігірім өлшемдерге дисперсті зат бөлшектерінің жиынтығы. Дисперсті фазаның белгілері фрагментация және үзіліс болып табылады.

Дисперсиялық ортадисперстік фазаның бөлшектері біркелкі таралатын зат. Дисперсиялық ортаның белгісі оның үздіксіздігі болып табылады.

Дисперстік фазаны дисперстік ортадан физикалық әдістермен (центрифугалау, бөлу, тұндыру және т.б.) бөлуге болады.

10.1-сурет – Дисперстік жүйе: дисперсті фазаның бөлшектері (ұсақ қатты бөлшектер, кристалдар, сұйық тамшылар, газ көпіршіктері, молекулалар немесе иондар қауымдастығы түрінде), d адсорбциялық қабаты бар, біртекті үздіксіз дисперсиялық ортада таралады. f.

Дисперстік жүйелер әртүрлі ерекше белгілері бойынша жіктеледі: дисперстілік, дисперстік фаза мен дисперстік ортаның агрегаттық күйі, олардың арасындағы өзара әрекеттесу қарқындылығы, дисперсті жүйелерде құрылымдардың болмауы немесе түзілуі.

Дисперсиялық дәрежесі бойынша жіктелуі

Дисперстік фазаның бөлшектерінің мөлшеріне байланысты барлық дисперсті жүйелер шартты түрде үш топқа бөлінеді (10.2-сурет).

10.2-сурет – Бөлшектердің өлшемі бойынша дисперстік жүйелердің жіктелуі (салыстыру үшін шынайы ерітінділердегі бөлшектердің өлшемдері келтірілген)

1. Дөрекі жүйелер бөлшектердің өлшемі 1 мкм-ден астам (10 –5 м). Бұл дисперсті жүйелер тобы келесі сипаттамалармен сипатталады: дисперсті фазаның бөлшектері гравитациялық күштер өрісінде шөгеді (немесе жоғары қалқып кетеді) және қағаз сүзгілерден өтпейді; оларды кәдімгі микроскоппен көруге болады. Дөрекі жүйелерге суспензиялар, эмульсиялар, шаң, көбік, аэрозольдар және т.б.

Тоқтату – дисперсті жүйе болып табыладыфазасы қатты дене, ал дисперсиялық орта сұйық.

Суспензияның мысалы ретінде сазды немесе борды суда, бояуда немесе пастада шайқау арқылы жасалған жүйе болуы мүмкін.

Эмульсия – Бұл дисперсті жүйе, онда сұйық дисперстік фаза сұйық дисперстік ортаның бүкіл көлеміне біркелкі таралады, яғни. эмульсия екі өзара ерімейтін сұйықтықтан тұрады.

Эмульсиялардың мысалдарына сүт (дисперсті фазасы сұйық май тамшылары, ал дисперсиялық орта су болып табылады), кілегей, майонез, маргарин және балмұздақ жатады.

Шөгу кезінде суспензиялар мен эмульсиялар олардың құрамдас бөліктеріне: дисперстік фазаға және дисперстік ортаға бөлінеді (стратификацияланады). Сонымен, егер сіз бензолды сумен қатты шайқасаңыз, эмульсия пайда болады, ол біраз уақыттан кейін екі қабатқа бөлінеді: жоғарғы бензол және төменгі сулы. Эмульсиялардың бөлінуін болдырмау үшін оларға қосыңыз эмульгаторлар– эмульсияларға агрегаттық тұрақтылық беретін заттар.

Көбік – дисперсті фазасы газ (немесе бу) көпіршіктерінің жиынтығы, ал дисперсиялық орта сұйық болып табылатын жасушалық ірі дисперсті жүйе.

Көбіктерде көпіршіктердегі газдың жалпы көлемі газ көпіршіктері арасындағы қабаттардағы сұйық дисперсиялық ортаның көлемінен жүздеген есе көп болуы мүмкін.

2. Микрогетерогенді (немесеұсақ дисперсті ) бөлшектердің мөлшері 10 шамасында өзгеретін аралық жүйелер – 5 –10 –7 м Оларға жұқа суспензиялар, түтіндер және кеуекті қатты заттар жатады.

3. Ультрамикрогетерогенді (немесеколлоидты дисперсті ) өлшемдері 1-100 нм болатын бөлшектер (10–9 –10 –7 м) 10 3_ 10 9 тұрады атомдар және еріткіштен интерфейс арқылы бөлінеді. Коллоидты ерітінділер өте жоғары дисперсті күймен сипатталады, олар әдетте деп аталадысол немесе жиі лиозольдердисперсиялық ортаның сұйық екенін атап өту. Егер дисперсиялық орта ретінде су алынса, онда мұндай зольдер деп аталадыгидрозолдар, ал егер органикалық сұйықтық болса -органозольдер.

Көптеген ұсақ дисперсті жүйелердің белгілі бір ерекшеліктері бар:

төмен диффузия жылдамдығы;

дисперстік фазаның бөлшектерін (яғни коллоидты бөлшектер) тек ультрамикроскоптың немесе электронды микроскоптың көмегімен зерттеуге болады;

коллоидты бөлшектермен жарықтың шашырауы, нәтижесінде ультрамикроскопта олар жарық дақтарының көрінісін алады – Тиндаль эффектісі (10.3-сурет);

10.3-сурет – Ультрамикрогетерогенді (ұсақ дисперсті) жүйе: а) коллоидты ерітінді; б) коллоидты ерітінді арқылы өткенде тар жарық шоғының ауытқу диаграммасы; в) коллоидты ерітіндімен жарықтың шашырауы (Тиндал эффектісі)

• стабилизаторлардың (электролит иондары) қатысуымен фазалық интерфейсте ілмелі бөлшектердің болуына ықпал ететін иондық қабат немесе сольватациялық қабық түзіледі;
• дисперстік фаза дисперстік ортада толық ерімейді немесе аз ериді.

Коллоидты бөлшектердің мысалдарына крахмал, белоктар, полимерлер, каучук, сабын, алюминий және ферум (III) гидроксидтері жатады.

Дисперсті фаза мен дисперстік ортаның агрегаттық күйлерінің арасындағы байланыс негізінде дисперстік жүйелердің жіктелуі

Бұл классификацияны Ostavld ұсынған (10.1-кесте). Дисперсті жүйелердің агрегаттық күйін схемалық түрде жазу кезінде алдымен G (газ), L (сұйық) немесе Т (қатты) әріптерімен дисперсті фазаның агрегаттық күйін көрсетіңіз, содан кейін сызықша (немесе бөлшек белгісі) және дисперстік ортаның агрегаттық күйін жазыңыз.

10.1-кесте – Дисперсті жүйелердің классификациясы

Молекулярлық әсерлесу қарқындылығы бойынша дисперсті жүйелердің жіктелуі

Бұл классификацияны Г.Фрейндлих ұсынған және тек сұйық дисперсиялық ортасы бар жүйелер үшін қолданылады.

1. Лиофильді жүйелер , онда дисперсті фаза дисперсиялық ортамен әрекеттеседі және белгілі бір жағдайларда онда еруі мүмкін - бұл коллоидты беттік белсенді заттардың (БАЗ) ерітінділері, жоғары молекулалық қосылыстардың (HMW) ерітінділері. Әртүрлі лиофильді жүйелердің ішінде практикалық тұрғыдан маңыздысы беттік белсенді заттар болып табылады, олар молекулалық еріген күйде де, ондаған, жүздеген және одан да көп молекулалардан тұратын агрегаттар (мицеллалар) түрінде де кездеседі.
2. Лиофобты жүйелер , онда дисперсті фаза дисперстік ортамен әрекеттесе алмайды және онда ериді. Лиофобты жүйелерде әртүрлі фазалардың молекулалары арасындағы өзара әрекеттесу лиофильді жүйелерге қарағанда әлдеқайда әлсіз; фазааралық беттік керілу жоғары, соның нәтижесінде жүйе дисперсті фазаның бөлшектерін өздігінен үлкейтуге бейім.

Физикалық күйі бойынша дисперсті жүйелердің классификациясы

Классификацияның авторы П.Ребиндер. Бұл классификацияға сәйкес дисперсті жүйе дисперсті фаза алымға, ал дисперсиялық орта бөлгішке орналастырылған бөлшекпен белгіленеді. Мысалы: T 1 / L 2 қатты фазасы (индекс 1) және сұйық дисперсиялық орта (индекс 2) бар дисперсті жүйені білдіреді. Rebinder классификациясы дисперстік жүйелерді екі класқа бөледі:

1. Еркін дисперсті жүйелер – дисперсті фаза үздіксіз қатты құрылымдар (торлар, фермалар немесе жақтаулар) түзбейтін, сұйықтығы бар, ал дисперсті фазаның бөлшектері бір-бірімен жанаспайтын, кездейсоқ жылулық қозғалысқа қатысатын және ауырлық күшінің әсерінен еркін қозғалатын зольдер. . Оларға аэрозольдар, лиозольдар, сұйылтылған суспензиялар және эмульсиялар жатады.

Еркін дисперсті жүйелердің мысалдары:

• Коллоидты дисперсті газдардағы дисперсті жүйелер (T 1/G 2 – атмосфераның жоғарғы қабаттарындағы шаң, аэрозольдер), дөрекі дисперсті (T 1/G 2 – түтін және G 1/G 2 – тұман);
• Коллоидты дисперсті сұйықтықтардағы дисперсті жүйелер (T 1/G 2 - лиозольдар, судағы дисперстік бояғыштар, синтетикалық полимерлердің латекстері), дөрекі дисперсті (T 1 / G 2 - суспензиялар; G 1 / G 2 - сұйық эмульсиялар; G 1) / Zh 2 – газ эмульсиялары);
• Дисперсті жүйелер қатты заттар ah: T 1 / T 2 - қатты зольдер, мысалы, шыныдағы сары металды золь, пигментті талшықтар, толтырылған полимерлер.

2. Біріктірілген дисперсті (немесе үздіксіз) жүйелер . Үздіксіз (біріктірілген дисперсті) жүйелерде дисперсті фазаның бөлшектері қатты түзіледі кеңістіктік құрылымдар. Мұндай жүйелер ығысу деформациясына қарсы тұрады. Біріктірілген дисперсті жүйелер қатты; олар дисперсті фазаның бөлшектері жанасқанда пайда болып, қаңқа немесе желі түріндегі құрылымның пайда болуына әкеліп, дисперсті жүйенің аққыштығын шектейді және оның пішінін сақтау мүмкіндігін береді. Мұндай құрылымды коллоидтық жүйелер гельдер деп аталады.

Біріктірілген дисперсті жүйелердің мысалдары:

• Сұйықтық интерфейсі бар дисперсті жүйелер (G 1 / Zh 2 - көбіктер; Ж1 / Ж 2 - көбік эмульсиялары);
• Фазалар арасындағы қатты интерфейсі бар дисперсті жүйелер (G 1 / T 2 - кеуекті денелер, табиғи талшықтар, пемза, губка, көмір; G 1 / T 2 - граниттегі ылғал; T 1 / T 2 - полимерлердің өзара ену желілері).

Коллоидты ерітінділерді дайындау және тазарту

Коллоидты ерітінділерді дайындау

Коллоидты ерітінділерді дайындауға боладыдисперсиялықнемесе конденсацияәдістері.

1. Дисперсиялық әдістер- бұл үлкен кесектерді коллоидты өлшемдегі агрегаттарға ұсақтау арқылы лиофобты ерітінділерді алу әдістері.

МеханикалықДөрекі жүйелерді ұсақтау: ұсақтау, соғу, сүрту, бөлу арқылы жүзеге асырылады. Бөлшектер бірнеше ондаған микрон өлшемдеріне дейін ұсақталады шар диірмендеріӨте жақсы ұсақтау (0,1-1 микронға дейін) арнайы көмегімен жүзеге асырыладыколлоидты диірмендержылдам айналатын ротор (10-20 мың айн/мин) мен стационарлық корпус арасындағы тар саңылаумен және саңылауда бөлшектер жыртылады немесе қажалады.П.А.Ребиндердің жұмысы қатты денелердің серпімді және пластикалық деформацияларға төзімділігінің төмендеуі, сонымен қатар беттік белсенді заттардың адсорбциясы әсерінен механикалық бұзылу құбылысын анықтады. Беттік белсенді заттар дисперсияны жеңілдетеді және дисперсия дәрежесінің айтарлықтай артуына ықпал етеді.

2. Конденсация әдістері- бұл молекулалар мен иондарды коллоидты өлшемдегі агрегаттарға біріктіру (конденсациялау) арқылы коллоидты ерітінділерді алу әдістері. Жүйе біртектіден гетерогендіге ауысады, яғни жаңа фаза (дисперсті фаза) пайда болады. Міндетті шартболып табылады шамадан тыс қанықтырубастапқы жүйе.

Конденсацияны тудыратын күштердің табиғаты бойынша конденсация әдістері физикалық конденсация және химиялық конденсация болып бөлінеді.

Физикалық конденсациябудан немесе еріткішті ауыстыру арқылы жасалуы мүмкін.

Булардан конденсация.Бастапқы материал бу күйінде болады. Температура төмендеген сайын бу аса қаныққан және жартылай конденсацияланып, дисперсті фазаны құрайды. Осылайша сынаптың және кейбір басқа металдардың гидрозолдары алынады.

Еріткіштерді ауыстыру әдісі.Әдіс дисперсиялық ортаның құрамы мен қасиеттерін өзгертуге негізделген. Мысалы, суға күкірттің, фосфордың немесе канифольдің спирттік ерітіндісін құйыңыз; жаңа еріткіште заттың ерігіштігінің төмендеуіне байланысты ерітінді аса қаныққан және заттың бір бөлігі конденсацияланып, дисперсті фазаның бөлшектерін түзеді.

Химиялық конденсациянәтижесінде дисперсті фазаны құрайтын зат алынады химиялық реакция. Реакция шынайы ерітінді немесе тұнба емес, коллоидты ерітінді түзуі үшін кем дегенде үш шарт орындалуы керек:

1. дисперстік фазаның заты дисперстік ортада ерімейді;
2. дисперсті фазалық кристалдық ядролардың түзілу жылдамдығы кристалдық өсу жылдамдығынан әлдеқайда жоғары; бұл шарт әдетте бір компоненттің концентрлі ерітіндісін басқа компоненттің жоғары сұйылтылған ерітіндісіне қатты араластыра отырып құйғанда орындалады;
3. бастапқы заттардың бірі артық қабылданады, бұл тұрақтандырғыш.

Коллоидты ерітінділерді тазарту әдістері.

Сол немесе басқа жолмен алынған коллоидты ерітінділер әдетте төмен молекулалық қоспалардан (молекулалар мен иондардан) тазартылады. Бұл қоспаларды жою диализ, (электродиализ) және ультрафильтрация арқылы жүзеге асырылады.

Диализ– коллоидты ерітіндіні таза дисперсиялық ортадан бөлетін жартылай өткізгіш мембрананы қолданатын тазарту әдісі. Жартылай өткізгіш (яғни, молекулалар мен иондарды өткізетін, бірақ дисперсті фазалық бөлшектерді өткізбейтін) мембраналар ретінде пергамент, целлофан, коллодион, керамикалық сүзгілер және басқа да ұсақ кеуекті материалдар қолданылады. Диффузия нәтижесінде төменгі молекулалық қоспалар сыртқы ерітіндіге өтеді.

Ультрафильтрацияішкі камерада қысыммен жүргізілетін диализ деп аталады. Негізінде, ультрафильтрация золды тазарту әдісі емес, тек оларды концентрациялау әдісі.

Коллоидты ерітінділердің оптикалық қасиеттері

Жарық дисперсті жүйеге түскенде келесі құбылыстарды байқауға болады:

• жарықтың жүйе арқылы өтуі;
• дисперсті фазалық бөлшектермен жарықтың сынуы (егер бұл бөлшектер мөлдір болса);
• дисперстік фазаның бөлшектерімен жарықтың шағылысуы (бөлшектер мөлдір емес болса);
• жарықтың шашырауы;
• сіңіру (дисперсті фаза бойынша жарықтың жұтылуы.

Жарықтың шашырауы дисперсті фаза бөлшектері түскен жарықтың толқын ұзындығынан кішірек немесе салыстырмалы болатын жүйелер үшін байқалады. Еске салайық, коллоидтық ерітінділердегі дисперстік фазаның бөлшектерінің өлшемі 10-ға тең -7 -10 -9 м.Демек, жарықтың шашырауы біз зерттейтін коллоидтық жүйелерге тән құбылыс.

Рэйлей жарықтың шашырау теориясын жасады. Ол шашыраған жарықтың I интенсивтілігін түскен жарықтың интенсивтілігі I 0 байланыстыратын теңдеу шығарды. жәрмеңке болған жағдайда:

• бөлшектердің сфералық пішіні бар;
• бөлшектер өткізбейді электр тоғы(яғни олар металл емес);
• бөлшектер жарықты сіңірмейді, яғни түссіз;
• коллоидты ерітінді бөлшектер арасындағы қашықтық түскен жарықтың толқын ұзындығынан үлкен болатындай дәрежеде сұйылтылған.

Рэйлей теңдеуі:

• Қайда В - бір бөлшектің көлемі;
• λ - толқын ұзындығы;
• n 1 - бөлшектің сыну көрсеткіші;
• n o – ортаның сыну көрсеткіші.

Рэйлей теңдеуінен келесі қорытындылар шығады:

1. Бөлшек пен ортаның сыну көрсеткіштері неғұрлым көп болса, шашыраған жарықтың қарқындылығы соғұрлым жоғары болады. (n 1 - П 0 ).
2. Егер сыну көрсеткіші болса П 1 Және n 0 бірдей болса, біртекті емес ортада жарық шашырауы болмайды.
3. Жартылай концентрация v неғұрлым көп болса, шашыраған жарықтың қарқындылығы соғұрлым жоғары болады. Масса концентрациясы в, Ерітінділерді дайындау кезінде әдетте қолданылатын г/дм 3 жартылай концентрациямен мына өрнек арқылы байланысты:

мұндағы ρ - бөлшектердің тығыздығы.

Айта кету керек, бұл тәуелділік шағын бөлшектердің өлшемдері аймағында ғана сақталады. Спектрдің көрінетін бөлігі үшін бұл жағдай 2 10 -6 см мәндеріне сәйкес келеді.< r < 4 10 -6 см. С увеличением r рост I баяулайды және r > λ үшін, шашырау шағылысумен ауыстырылады. Шашыраған жарықтың қарқындылығы концентрацияға тура пропорционал.

4. Шашыраған жарықтың интенсивтілігі толқын ұзындығына төртінші дәрежеге кері пропорционал.

Бұл коллоидты ерітінді арқылы ақ жарық шоғы өткенде қысқа толқындар – спектрдің көк және күлгін бөліктері басым түрде шашырайтынын білдіреді. Сондықтан түссіз золь диффузиялық жарықта көкшіл түске ие, ал өткен жарықта қызыл түске ие болады. Аспанның көгілдір түске боялуы да атмосферадағы кішкене су тамшыларымен жарықтың шашырауына байланысты. Күн шыққанда немесе батқанда аспанның сарғыш немесе қызыл түсі таңертең немесе кешке атмосфера арқылы негізінен жарықтың өтуіне байланысты.

жарық сіңіру. Рэйлей теңдеуі боялмаған зольдер үшін, яғни жарықты сіңірмейтіндер үшін шығарылды. Дегенмен, көптеген коллоидтық ерітінділер белгілі бір түске ие, яғни. спектрдің сәйкес аймағында жарықты сіңіреді - золь әрқашан жұтылғанға қосымша түске боялады. Осылайша, спектрдің көк бөлігін (435-480 нм) сіңіріп, золь сары болып шығады; көкшіл-жасыл бөлігін (490-500 нм) сіңіргенде қызыл түске ие болады.Егер бүкіл көрінетін спектрдің сәулелері мөлдір денеден өтсе немесе мөлдір емес денеден шағылыса, мөлдір дене түссіз болып көрінеді, ал мөлдір емес дене ақ болып көрінеді. Егер дене барлық көрінетін спектрден сәулені сіңірсе, ол қара болып көрінеді.Жарықты жұтуға қабілетті коллоидты ерітінділердің оптикалық қасиеттерін жүйе арқылы өткенде жарық қарқындылығының өзгеруімен сипаттауға болады. Ол үшін Бугер-Ламберт-Беер заңын қолданыңыз:

қайда мен 0 - түскен жарықтың қарқындылығы ; I т.б- золь арқылы өткен жарықтың интенсивтілігі; к - сіңіру коэффициенті; л- зол қабатының қалыңдығы; бірге- зол концентрациясы.

Өрнектің логарифмін алсақ, мынаны аламыз:

саны деп аталады оптикалық тығыздықшешім . Монохроматикалық жарықпен жұмыс істегенде әрқашан оптикалық тығыздық қандай толқын ұзындығында анықталғанын көрсетіңіз, оны белгілеңіз. D λ .

Коллоидтық жүйелер құрылысының мицеллярлық теориясы

Гидрофобты коллоидты бөлшектің құрылымын алмасу реакциясы арқылы AgI золының түзілу мысалын қарастырайық.

AgNO 3 + KI → AgI + KNO 3.

Егер заттар эквивалентті мөлшерде алынса, онда AgI кристалды тұнба тұнбаға түседі. Бірақ, егер бастапқы заттардың біреуі артық болса, мысалы, KI, AgI кристалдану процесі коллоидты ерітіндінің - AgI мицеллаларының түзілуіне әкеледі.

AgI гидрозоль мицелласының құрылымы 10.4-суретте көрсетілген.

10.4-сурет – KI артық мөлшерімен түзілген AgI гидрозол мицелласының схемасы

100-1000 [mAgI] молекулалардың (микрокристалдардың) агрегаты — ядро ​​— жаңа фазаның ядросы, оның бетінде дисперсиялық ортада кездесетін электролит иондарының адсорбциясы жүреді. Панет-Файенс ережесіне сәйкес, ядроның кристалдық торына енетін және осы торды аяқтайтын иондармен бірдей иондар жақсы адсорбцияланады. Ядроға тікелей адсорбцияланатын иондар деп аталады потенциалды анықтаушы, өйткені олар потенциалдың шамасын және беттік зарядтың белгісін, сонымен қатар бүкіл бөлшектің зарядының белгісін анықтайды. Бұл жүйедегі потенциалды анықтаушы иондар I - иондары болып табылады, олар артық, AgI ядросының кристалдық торының бөлігі болып табылады, тұрақтандырғыш ретінде әрекет етеді және электрлік қос қабаттың (DEL) қатты бөлігінде ішкі қабықты құрайды. мицелла. Оған адсорбцияланған I - иондары бар агрегат мицелланың өзегін құрайды.

Гидратталған ионның радиусына жақын қашықтықтағы AgI бөлшектерінің теріс зарядталған бетіне ерітіндіден қарама-қарсы таңбалы иондар (қарсы иондар) – оң зарядты К+ иондары тартылады. Қарсы иондық қабат электростатикалық күштермен де, адсорбциялық тартымдылық күштермен де бірге ұсталатын қос электрлік қабаттың (DEL) сыртқы қабығы болып табылады. Қатты қос қабаты бар молекулалар жиынтығын коллоидты бөлшек – түйіршік деп атайды.

Жылулық қозғалысқа байланысты қарсы иондардың бір бөлігі түйіршіктің айналасында диффузиялық орналасады және онымен тек электростатикалық күштердің әсерінен байланысады. Коллоидты бөлшектер оны қоршап тұрған диффузды қабатпен бірге мицеллалар деп аталады. Мицелла электрлік бейтарап, өйткені ядро ​​заряды зарядқа теңбарлық қарсы иондар, ал түйіршікте әдетте заряд болады, ол электрокинетикалық немесе ξ - zeta - потенциал деп аталады. Қысқартылған түрде бұл мысал үшін мицелла құрылымы диаграммасын келесідей жазуға болады:

Коллоидтық бөлшектердің құрылымы теориясының негізгі ережелерінің бірі қос электрлік қабаттың (ҚҚҚ) құрылымы туралы түсінік болып табылады. Қазіргі идеяларға сәйкес, электрлік қос қабатты DESадсорбциялық және диффузиялық қабаттардан тұрады. Адсорбциялық қабат мыналардан тұрады:

• беттік потенциалдың шамасын және оның белгісін анықтайтын потенциал анықтаушы иондардың адсорбциялануы нәтижесінде мицелла өзегінің зарядталған беті;
• қарсы таңбалы иондар қабаты – ерітіндіден зарядталған бетке тартылатын қарсы иондар. Қарсы иондық адсорбциялық қабатзарядталған бетінен молекулалық радиуста қашықтықта орналасқан. Бұл бет пен адсорбциялық қабаттың қарсы иондары арасында электростатикалық және адсорбциялық күштер болады, сондықтан бұл қарсы иондар ядромен әсіресе тығыз байланысқан. Адсорбциялық қабат өте тығыз, оның қалыңдығы тұрақты және сыртқы жағдайлардың өзгеруіне (электролит концентрациясы, температура) тәуелді емес.

Жылулық қозғалыстың әсерінен қарсы иондардың бір бөлігі дисперсиялық ортаға терең енеді, ал олардың түйіршіктің зарядталған бетіне тартылуы тек электростатикалық күштердің әсерінен жүзеге асады. Бұл қарсы иондар бетіне азырақ тығыз байланысқан диффузиялық қабатты құрайды. Диффузиялық қабаттың өзгермелі қалыңдығы бар, ол дисперстік ортадағы электролиттердің концентрациясына байланысты.

Қатты және сұйық фазалар бір-біріне қатысты қозғалғанда, диффузиялық бөлікте EDL үзілуі және интерфейсте потенциалды секіріс пайда болады, ол деп аталады. электрокинетикалық ξ – потенциал(зета потенциалы). Оның мәні потенциалды анықтайтын иондардың зарядтарының жалпы саны (φ) мен адсорбциялық қабаттағы қарсы иондық зарядтар саны (ε) арасындағы айырмашылықпен анықталады, яғни. ξ = φ - ε. Қатты фазадан ерітіндіге дейінгі қашықтыққа қарай интерфациалды потенциалдың төмендеуі 10.5-суретте көрсетілген.

10.5-сурет Дизельдік электр станциясының құрылымы

Гидрофобты ерітіндінің бөлшектерінің айналасында потенциалдар айырмасының болуы олардың соқтығысқан кезде бір-біріне жабысуын болдырмайды, яғни олар зольдің агрегаттық тұрақтылығының факторы болып табылады. Егер диффузиялық иондар саны азайса немесе нөлге ұмтылса, онда түйіршік электрлік бейтарап (изоэлектрлік күй) күйге енеді және ең төменгі тұрақтылыққа ие болады.

Осылайша, электрокинетикалық потенциалдың шамасы кері итеруші күштерді және, демек, коллоидтық ерітіндінің агрегаттық тұрақтылығын анықтайды. Коллоидты ерітіндінің жеткілікті тұрақтылығы ξ = 0,07 В электрокинетикалық потенциалында қамтамасыз етіледі; ξ = 0,03 В төмен мәндерде итеруші күштер агрегацияға төтеп беру үшін тым әлсіз, сондықтан коагуляция жүреді, бұл сөзсіз шөгумен аяқталады. .

Электрокинетикалық потенциалдың мәнін (10.5) формула бойынша электрофорез құрылғысының көмегімен анықтауға болады:

мұндағы η – тұтқырлық; ϑ - бөлшектердің қозғалыс жылдамдығы; l – ерітінді бойындағы электродтар арасындағы қашықтық; Е – электр қозғаушы күш, D – диэлектрлік өтімділік.

ξ - потенциалға әсер ететін факторлар:

1. Ерітіндіде индиферентті электролиттің болуы – потенциалды анықтаушы ионы жоқ электролит.

• Индифферентті электролиттің құрамында қарсы ион бар. Бұл жағдайда диффузиялық қабаттың қысылуы орын алады және ξ төмендейді және соның салдарынан коагуляция пайда болады.
• Индифферентті электролиттің құрамында қарсы ионмен бірдей таңбалы ион болады, бірақ қарсы ионның өзі емес. Бұл жағдайда ион алмасу жүреді: қарсы ион индиферентті электролит иондарымен ауыстырылады. ξ төмендеуі байқалады, бірақ төмендеу дәрежесі орынбасушы ионның табиғатына, оның валенттілігіне және гидратация дәрежесіне байланысты болады. Катиондар мен аниондардың лиотропты қатарлары деп иондардың диффузиялық қабатты қысу қабілетінің жоғарылауына сәйкес орналасатын және ξ - потенциалының төмендеуін тудыратын қатарларды айтады.

Li + - Na + - NH 4 + - K + - Rb + - Cs + - Mg 2+ - Ca 2+ - Ba 2+ ...

CH 3 COO – - F – - NO 3 – - Cl – - I – - Br – - SCN – - OH – - SO 4 2–

2. Ерітінді қосу электролит тұрақтандырғышы– потенциалы анықталған ионы бар электролит ξ - потенциалдың жоғарылауын тудырады, яғни ол коллоидтық жүйенің тұрақтылығына ықпал етеді, бірақ белгілі бір шекке дейін.

Коллоидтық жүйелердің тұрақтылығы және коагуляциясы

Коллоидтық жүйелердің тұрақтылығы мен коагуляциясының қазіргі заманғы теориясын бірнеше атақты ғалымдар: Дерягина, Ландау, Вервей, Овербек жасаған және сондықтан ол қысқартылған. DLFO теориясы . Бұл теория бойынша дисперсті жүйенің орнықтылығы броундық қозғалыс нәтижесінде бөлшектер бір-біріне жақындаған кезде олардың арасында пайда болатын тартымды және итеруші күштердің тепе-теңдігімен анықталады. Коллоидтық жүйелердің кинетикалық және агрегаттық тұрақтылығы арасында айырмашылық бар.

1. Кинетикалық (шөгу) тұрақтылығы- дисперсті бөлшектердің суспензияда болуы және тұнбау қабілеті (шөгінді емес). Дисперсті жүйелерде, табиғи ерітінділердегі сияқты, броундық қозғалыс бар. Броундық қозғалыс бөлшектердің өлшеміне, дисперстік ортаның тұтқырлығына, температураға және т.б. Бөлшектері ауырлық күшінің әсерінен іс жүзінде тұнбайтын ұсақ дисперсті жүйелер (золдар) кинетикалық (шөгу) тұрақты болып жіктеледі. Оларға сонымен қатар гидрофильді ерітінділер – полимерлердің ерітінділері, белоктар және т.б. Гидрофобты ерітінділер мен ірі жүйелер (суспензиялар, эмульсиялар) кинетикалық тұрақсыз. Оларда фаза мен ортаның бөлінуі өте тез жүреді.
2. Жиынтық тұрақтылық- дисперсті фазалық бөлшектердің дисперсияның белгілі бір дәрежесін өзгеріссіз ұстау қабілеті. Агрегацияға тұрақты жүйелерде дисперсті фазаның бөлшектері соқтығысқан кезде бір-біріне жабыспайды және агрегаттар түзбейді. Бірақ агрегаттық тұрақтылық бұзылған кезде коллоидты бөлшектер кейіннен дисперсті фазаның жауын-шашынымен үлкен агрегаттар түзеді. Бұл процесс деп аталады коагуляция, және ол өздігінен жүреді, өйткені бұл жағдайда жүйенің бос энергиясы азаяды (Δ G<0) .

Коллоидтық жүйелердің тұрақтылығына әсер ететін факторларға мыналар жатады:

1. Дисперсті бөлшектердің электр зарядының болуы. Лиофобты зольдердің дисперсті бөлшектерінің зарядтары бірдей, сондықтан соқтығысқанда олар бір-бірін неғұрлым күштірек тебеді, соғұрлым дзета потенциалы жоғары болады. Дегенмен, электрлік фактор әрқашан шешуші бола бермейді.
2. Тұрақтандырушы иондарды шешу (гидратация) қабілеті. Диффузиялық қабатта неғұрлым гидратталған (сольваттанған) қарсы иондар көп болса, түйіршіктердің айналасындағы жалпы гидратация (сольват) қабықшасы соғұрлым үлкен болады және дисперсті жүйе соғұрлым тұрақты болады.

Теория бойынша, броундық қозғалыс кезінде коллоидты бөлшектер бір-біріне 10-ға дейінгі қашықтықта еркін жақындайды. -5 Қараңыз: Коллоидты бөлшектер арасындағы ван-дер-Ваальс тартылыс күштерінің (1) және электростатикалық тебілу күштерінің (2) өзгеру сипаты суретте көрсетілген. 10.6. Алынған қисық (3) сәйкес ординаталарды геометриялық қосу арқылы алынады. Минималды және үлкен қашықтықтарда бөлшектер арасында тартылу энергиясы басым болады (I және II энергетикалық минимумдар). II энергия минимумында бөлшектердің когезия энергиясы оларды агрегаттық күйде ұстау үшін жеткіліксіз. Қос электр қабатының қалыңдығына сәйкес келетін орташа қашықтықтарда итеру энергиясы бөлшектердің бір-біріне жабысуын болдырмайтын АВ потенциалдық тосқауылымен басым болады. Тәжірибе көрсеткендей, дзета потенциалы ξ = 70 мВ болғанда коллоидтық жүйелер жоғары потенциалдық тосқауылмен және жоғары агрегация тұрақтылығымен сипатталады. Коллоидтық жүйені тұрақсыздандыру үшін, яғни. коагуляция процесін жүзеге асыру, оны азайту қажет - 0 - 3 мВ мәндерге дейінгі потенциал.

10.6-сурет. Коллоидты бөлшектердің потенциалдық әрекеттесу қисықтары

Дисперсті жүйелердің коагуляциясы

Коагуляция - коллоидты бөлшектердің бір-біріне жабысу процесі. Бұл процесс әртүрлі факторлардың әсерінен салыстырмалы түрде оңай жүреді: электролиттер, электролит еместер, мұздату, қайнату, араластыру, күн сәулесінің әсері және т.б. электролиттік коагуляция (электролиттердің әсерінен)ион алмастырғыш адсорбция жиі байқалады: валенттілігі жоғары немесе адсорбциялық потенциалы жоғары коагулянттық иондар алдымен диффузиялық қабаттың, содан кейін адсорбциялық қабаттың қарсы иондарын ығыстырады. Алмасу эквивалентті мөлшерде жүреді, бірақ қарсы иондарды ауыстыру дисперсті ортада электролиттердің жеткілікті концентрациясы кезінде бөлшектердің тұрақтылығын жоғалтып, соқтығысқан кезде бір-біріне жабысып қалуына әкеледі.

Электролиттік коагуляция үшін бірқатар тәжірибелік жалпы ережелер белгіленген:

1. Лиофобты зольдердің коагуляциясын кез келген электролиттер тудырады, бірақ ол электролиттің белгілі концентрациясына жеткенде байқалатын жылдамдықпен байқалады. Коагуляция шегі(C-ден) - ерітіндінің коагуляциясын бастау үшін қажетті ең аз электролит концентрациясы. Бұл жағдайда сыртқы өзгерістер байқалады, мысалы, ерітіндінің бұлыңғырлығы, оның түсінің өзгеруі және т.б.

• мұндағы Sel – электролиттің молярлық концентрациясы, ммоль/л;
• Vel – электролит ерітіндісінің көлемі, л;
• Vz - золь көлемі, л.

Коагуляция табалдырығының кері шамасы электролиттің коагуляциялық қабілеті () деп аталады:

мұндағы Sk – коагуляция табалдырығы.

2. Шульц-Харди ережесі:

• коагуляциялық әсерді заряды коллоидты бөлшектер бетінің зарядына (түйіршік заряды) таңбасы бойынша қарама-қарсы болатын ион көрсетеді және бұл әсер ионның валенттілігі артқан сайын артады;
• Иондардың коагуляциялық әсері иондардың валенттілігі артқан сайын бірнеше есе артады. Бір-екі және үш валентті иондар үшін коагуляциялық әсер шамамен 1: 50: 500 құрайды.

Бұл көпвалентті жоғары зарядталған коагулянттық иондар бір валенттіге қарағанда коллоидты бөлшектің зарядталған бетімен әлдеқайда күшті тартылатынымен және диффузиялық және тіпті адсорбциялық қабаттан қарсы иондарды әлдеқайда оңай ығыстыратындығымен түсіндіріледі.

3. Органикалық иондардың коагуляциялық әсері бейорганикалық иондарға қарағанда әлдеқайда жоғары. Бұл олардың жоғары адсорбциялық қабілетіне, шамадан тыс эквивалентті мөлшерде адсорбциялану қабілетіне, сондай-ақ коллоидты бөлшектердің бетінің қайта зарядталуына байланысты.

4. Зарядтары бірдей бейорганикалық иондардың бірқатарында коагуляциялық қабілеттілік коагулянт ионының радиусына байланысты: радиус неғұрлым үлкен болса, соғұрлым коагуляциялық қабілеті жоғары болады (қараңыз. лиотропты қатар). Бұл ионның гидратация дәрежесінің төмендеуімен түсіндіріледі, мысалы, L+-ден Cs+ дейін және бұл оның иондық қос қабатқа қосылуын жеңілдетеді.

5. Лиофобты коллоидты ерітінділердің электрлік бейтарап бөлшектері ең жоғары жылдамдықпен коагуляцияланады.

6. Сольге тәуелділік құбылысы. Зольге коагулянт тез қосылса, онда коагуляция жүреді, ал баяу қосылса, коагуляция болмайды. Мұны электролит пен золь арасында реакция пайда болуымен түсіндіруге болады, нәтижесінде дисперсті жүйені тұрақтандыратын пептизаторлар пайда болады:

Fe (OH) 3 + HCl →FeOCl + 2H 2 O,

FeOCl → FeO + + Cl - ,

мұндағы FeO+ – Fe (OH) 3 зол үшін пептизациялаушы агент.

Электролиттер қоспасының коагуляциялық әсері ионның – коагулятордың табиғатына байланысты әртүрлі түрде көрінеді. Электролиттер қоспасында әсерді әрбір электролиттің коагуляциялық әсерімен қорытындылауға болады. Бұл құбылыс деп аталадыаддитивтілік иондары (NaCl, KCl). Егер электролит иондарының коагуляциялық әсері басқа электролит иондарын енгізген кезде төмендесе,иондарының антагонизмі (LiCl, MgCl 2 ). Электролит иондарының коагуляциялық әсері басқа электролит иондарын енгізген кезде жоғарылаған жағдайда бұл құбылыс деп аталады.синергия иондары.

Мысалы, 10 мл 10% NaCl ерітіндісін 10 мл Fe (OH) 3 зольге енгізу осы зольдің коагуляциясына әкеледі. Егер ерітіндіге қорғаныш заттардың бірі қосымша қосылса, мұны болдырмауға болады: 5 мл желатин, 15 мл жұмыртқа альбумині, 20 мл декстрин.

Коллоидты бөлшектерді қорғау

Коллоидтық қорғаныс- жоғары молекулалық қосылысты (ЖМҚ) енгізу арқылы зольдің агрегаттық тұрақтылығын арттыру. Гидрофобты ерітінділер үшін әдетте БМК ретінде белоктар, көмірсулар және пектиндер қолданылады; сусыз ерітінділер үшін – каучуктар.

ЖИА-ның қорғаныс әсері коллоидты бөлшектердің бетінде белгілі адсорбциялық қабаттың түзілуімен байланысты (10.7-сурет). Коагуляцияның кері құбылысы пептизация деп аталады.

Сурет 10.7 Пептизация механизмі

Әртүрлі ЖИА қорғаныс әсерін сипаттау үшін Цсигмонди алтын санды қолдануды ұсынды.Алтын сан- бұл 10 см-ге қосу керек ЖИА миллиграмының саны 3 0,0006% қызыл алтын золь, оған 1 см қосқанда көк түске айналмау үшін (коагуляция) 3 10% NaCl ерітіндісі. Кейде ЖИА қорғаныш әсерін сипаттау үшін алтын зольінің орнына күмістің коллоидты ерітінділері (күміс саны), темір гидроксиді (темір саны) т.б.10.2-кестеде кейбір ЖИА үшін осы сандардың мәндері көрсетілген.

Кесте 10.2 ЖИА қорғаныс әсері

Осы тақырыпты оқуға 2 сағат бөлемін. Күнделікті өмірде, табиғатта кең таралған және әртүрлі өндірістік және табиғи процестерде (геологиялық, топырақ) үлкен рөл атқаратындықтан, дисперсті жүйелерді жеке блок түрінде зерттеу орынды деп санаймын. Қоршаған ортадағы жағымсыз процестердің көріністерін түсінуге және көптеген ғылыми-техникалық және экологиялық мәселелерді дұрыс шешуге үйрену үшін дисперсті жүйелердің түрлерін және олардың қасиеттерін білу қажет.

Егер химияны оқудың алдыңғы кезеңдерінде студенттер заттардың алуан түрлілігімен және заттың құрылымы, құрамы және қасиеттері арасындағы байланыстарды орнатумен таныс болса, дисперсті жүйелерді оқығанда жаңа тәуелділік - қасиеттердің тәуелділігі туралы біледі. заттың олардың фрагментация күйі туралы.

Дисперстік жүйелерді зерттегенде көптеген жаңа терминдер кездеседі, сондықтан олардың тізімін тиісті түсініктемелермен құрастыру керек және дисперсті жүйелермен көбірек танысқан сайын осы тізімге жүгіну керек.

Осы тақырып бойынша сабақтарды келесідей жоспарлаймын:

1. Дисперстік жүйелер, олардың түрлері.
2. Конференция «Дисперстік жүйелердің қасиеттері. Күнделікті өмірдегі, табиғаттағы және өндірістік процестердегі дисперсті жүйелердің рөлі».

Сабақтың мақсаты:Тақырып бойынша білімдерін жинақтау, жүйелеу; сыныпта ізденіс пен ынтымақтастық атмосферасын құру, әрбір оқушының жетістікке жетуіне мүмкіндік беру.

Білім беру мақсаттары:

1. Тақырып бойынша негізгі білімді меңгеру дәрежесін тексеру:
   - Дисперсті жүйе ұғымын тұжырымдаңыз.
   - Әртүрлі критерийлер бойынша дисперсті жүйелердің жіктелуін енгізу.
   - практикалық маңызы бар дисперсті жүйелерге студенттердің назарын аудару:
   суспензиялар, эмульсиялар, коллоидтық ерітінділер, шынайы ерітінділер, аэрозольдер, көбіктер.;
2. Жалпы академиялық дағдыларды дамытуды жалғастыру (өзін-өзі бақылау; ынтымақтастық; компьютерді, ноутбукты, интерактивті тақтаны пайдалану).
3. Оқушылардың оқулықпен, қосымша әдебиеттермен, интернет сайттарымен өз бетінше жұмыс істеу дағдыларын дамытуды жалғастыру.

Тәрбиелік міндеттері:

1. Оқушылардың танымдық қызығушылықтарын дамытуды жалғастыру;
2. Сөйлеу мәдениетіне, еңбексүйгіштікке, алғырлыққа тәрбиелеу;
3. Жұмысқа деген жауапкершілікті, шығармашылық көзқарасты дамытуды жалғастыру;

Дамытушылық тапсырмалар:

1. Химиялық терминологияны қолдана білу дағдыларын дамыту
2. Ақыл-ой операцияларын дамыту (анализ, синтез, себеп-салдар байланысын орнату, гипотезаны алға қою, жіктеу, аналогиялар салу, жалпылау, дәлелдей білу, басты нәрсені бөліп көрсету);
3. Жеке тұлғаның қызығушылықтары мен қабілеттерін дамыту;
4. Химиялық тәжірибені жүргізу, бақылау және сипаттау қабілеттерін дамыту;
5. Оқушылардың бірлескен іс-әрекеттегі коммуникативтік дағдыларын (диалог жүргізу, қарсыласты тыңдау, өз көзқарасын дәлелдеу) және оқушылардың ақпараттық-танымдық құзыреттілігін арттыру.

Алдын ала дайындық:

1. Мәселені тұжырымдау;
2. Жұмыстың практикалық нәтижелерін болжау;
3. Студенттердің сабақта және сабақтан тыс уақытта өзіндік (жеке, жұптық, топтық) іс-әрекетін ұйымдастыру;
4. Зерттеу жұмысының мазмұнын құрылымдау (кезеңдік нәтижелерді көрсету және рөлдерді көрсету);
5. Шағын топтарда зерттеу жұмыстары (талқылау, ақпарат көздерін іздеу);
6. Слайд-презентация құру;
7. Конференцияда ғылыми-зерттеу жұмысын қорғау.

Жабдық:

• Тізім: «Шарттар және олардың түсіндірмесі».
• Тақтада No6 кесте «Дисперстік жүйелер» көрсетіледі және әр кестеге беріледі.
• Демонстрациялық үстелде: әртүрлі дисперстік жүйелердің үлгілері және Тиндалл эффектісін көрсететін құрылғы.
• Компьютерлер, медиапроектор.

№1 сабақ. Дисперстік жүйелер, олардың түрлері.

Сабақтар кезінде.

Кіріспе сөзде дисперсті жүйелерді коллоидтық жүйелермен (жұмыртқа ағы, соя протеині және т.б.) кездескен кезде ойлағандай заттардың жеке класы емес, заттардың күйі, бірақ дисперстік жүйелерді зерттеу қажеттілігі негізделеді. агрегаттық күй емес, заттың қасиетін анықтайтын күйдің бөлшектенуі.

«Дисперстік» терминінің мағынасы түсіндіріліп, дисперстік жүйенің, дисперстік фазаның, дисперстік ортаның анықтамалары беріледі.

Дисперсті жүйелер бізді барлық жерде қоршап тұрғаны атап өтіледі. Оларға ауа, су, азық-түлік өнімдері, косметика, дәрі-дәрмек, табиғи денелер (тау жыныстары, өсімдік және жануарлар организмдері), сонымен қатар әртүрлі құрылыс және құрылыс материалдары жатады.

Дисперсті жүйелердің үлгілері көрсетілген: құбыр суы, әртүрлі тұздардың ерітінділері, жұмыртқаның ақ ерітіндісі, хлорофиллдің спирт сығындысы, кеңсе желімі, сүт, судағы саз, «Алмагель» препараты, нәрлендіретін крем, тіс пастасы, пемза кесегі, а пенополистирол бөлігі, өсімдік майы мен су қоспасы, майонез, аэрозоль банкілері.

Дисперстік жүйелер деп олардың арасында жоғары дамыған беті бар екі немесе одан да көп фазалардың түзілімдері түсінілетіні және дисперсті жүйенің негізгі белгісі дисперсті фазаның жоғары дамыған беті болып табылатыны тағы бір рет атап өтіледі.

Бөлшектердің өлшемдері бойынша дисперстік жүйелердің жіктелуі (№ 1 диаграмманы қараңыз) және дисперстік фаза мен дисперстік ортаның агрегация күйі (№ 6 кестені қараңыз) қарастырылады.

№1 схема.

Дисперсті жүйелер:

1. Ірі дисперсті (суспензиялар, эмульсиялар, аэрозольдер)
2. Ұсақ дисперсті (коллоидты және шынайы ерітінділер)

Дисперсті жүйелердің түрлері. №6 кесте.

Дисперсті жүйелер		Дисперсті жүйенің түрі, оның белгіленуі.	Дисперсті жүйелердің мысалдары
Дисперсті фаза	Дисперсиялық орта
Қатты		Аэрозоль (т/г)	Шаң, түтін, қар түйіршіктері
	Сұйықтық (л)	Суспензиялар (т/л) Коллоидтық ерітінділер (т/л) Нақты шешімдер	Балшық, тіс пастасы, ерін далабы. Жұмыртқаның ақ ерітіндісі, қан плазмасы, хлорофиллдің спирттік сығындысы, кремний қышқылы. Тұздардың, сілтілердің, қанттың ерітінділері.
	Қатты (т)	Қатты ерітінділер (т/т)	Қорытпалар, минералдар, түрлі-түсті шынылар.
Сұйықтық		Аэрозоль (л/г)	Тұман, бұлт, жаңбыр, аэрозоль құтысынан бүріккіш.
	Сұйықтық(л)	Эмульсия (б/ж) Шынайы шешімдер (л/л)	Сүт, май, майонез, кілегей, жақпа, эмульсиялық бояулар. Төменгі спирттер + су, ацетон + су.
	Қатты (т)	Қатты эмульсия (м/т)	Інжу, опал.
Газ		Дисперсті жүйе түзілмейді
	Сұйықтық (л)	Көбік (г/л)	Сода көбігі, сабын көбігі, кілегей, кілегей, зефир.
	Қатты (т)	Қатты көбік (г/т)	Пенополистирол, пенобетон, пенопласт, пемза, лава.

No 1 схемадағы және No 6 кестедегі мәліметтер негізінде дисперсті жүйенің әрбір түрі сипатталады, ал табиғи объектілер дисперсті жүйелердің ең маңызды түрлері бойынша демонстрациялық кестеде жіктеледі.

Сынып 5 топқа бөлінеді. Әр топқа төмендегі жоспар бойынша белгілі бір дисперстік жүйені сипаттау ұсынылады.

Жоспар.

1. Дисперсті жүйенің сипаттамасы, оның кездесетін жерлеріне мысалдар.
2. Қасиеттері (сыртқы түрі, бөлшектердің көрінуі, шөгу қабілеті, сүзгіде ұсталу мүмкіндігі, зарядтың болуы).
3. Дисперсті жүйені алу және жою.
4. Дисперсті жүйелердің күнделікті өмірдегі және өндірістік процестердегі, қоршаған ортаны қорғаудағы маңызы.

Жоспарға сәйкес әр топтағы қатысушылар дисперсті жүйелердің келесі түрлері үшін материалды таңдайды: аэрозольдар, эмульсиялар, суспензиялар, көбіктер, коллоидты ерітінділер немесе шынайы ерітінділер. Электронды оқулықтар мен интернет материалдары қажет. Материал компьютердегі өз қалтасына жүктеліп, конференцияда «Айналамыздағы дисперсті жүйелер» тақырыбында баяндама жасау үшін презентация жасау үшін пайдаланылады.

Сонымен қатар, әр топқа химиктердің алдында тұрған және мамандар шешкен практикалық есеп беріледі. Тапсырма карточкаға жазылып, топ басшысына беріледі.

№1 тапсырма.

Ауа шаңын азайтудың келесі әдісі белгілі: ластанған ауа кәдімгі су шашылатын камералар арқылы өтеді. Су тамшылары шаң бөлшектерін сіңіріп, камераның түбіне шөгеді.

Шаңды ауаны бүрку арқылы тазарту дәрежесін арттырудың жолын табу ұсынылады.

(Жауаптардың бірін Г.В. Лисичкин мен В.И. Бетанелидің «Химиктер ойлап тапқан» кітабынан табуға болады. М., Просвещение, 1990, 85-бет).

№2 тапсырма.

Майдың ұсақ тамшылары сүт құйылған ортада эмульсияланады. Олар бірте-бірте жер бетіне көтеріледі, өйткені олардың тығыздығы судан аз. Бірнеше сағат ішінде сүтте кілегей қабаты пайда болады. Сүт тұрақты эмульсия емес.

Сүт өнеркәсібінен сатылатын сүт бөлінуге төзімді болуы керек. Бұл эмульсияның тұрақтылығын қалай арттыруға болады?

№3 тапсырма.

Суспензиялар – сұйықта ұсақ қатты бөлшектер таралатын дисперсті жүйелер. Суспензиялар тұрақсыз және ауырлық күшінің әсерінен бірте-бірте қатты бөлшектер тұнбаға түседі. Суспензиялардағы қатты заттарды сұйықтардан бөлудің негізгі әдісі фильтрация болып табылады. Фармацевтикалық зауытта суспензияны сүзгілеу арқылы тез бөлу мәселесі туындады және одан әрі өңдеу үшін онда суспензияланған сұйықты да, қатты фазаны да бөлу қажет болды. Ол үшін суспензия жұқа торлы металл торлы сүзгіден өтті. Тұнба жинақталған сайын сүзу жылдамдығы төмендеді және ақырында процесс іс жүзінде тоқтады.

Суспензияны сүзу процесін үздіксіз режимде жүргізуге мүмкіндік беретін құрылғының схемалық схемасын табу қажет.

(Жауаптардың бірін Г.В. Лисичкин мен В.И. Бетанелидің «Химиктер ойлап тапқан» кітабынан табуға болады. М., Просвещение, 1990, 76-бет).

№4 тапсырма.

Жылу және дыбыс оқшаулағыш полимерлі материалдарды алу үшін олар көбіктендірілуі керек («кеңейтілген»), яғни. көбік пластиктерін алады. Бұл қатты полимер массасында көп мөлшерде газ көпіршіктері бар материалдар. Көбік пластмассаларын өндіру әдістерінің бірі - газ түзетін заттарды қолдану. Бұл заттар полимерлену кезінде ыдырайды, газды бөледі.

Газ түзуші ретінде қолдануға болатын заттарды ұсыну және олардың ыдырау реакцияларының теңдеулерін құру қажет.

№5 тапсырма.

Қан тоқтататын қарындаштың не екенін біліңіз. Оның әрекеті неге негізделгенін түсіндіріңіз.

Конференция сабағына әр топтағы студенттер қандай көрнекі құралдарды қолданатынын анықтайды, т.б. олар өз тобын орындау кезінде қандай табиғи объектілерді пайдаланады, қандай тәжірибелер көрсете алады, қандай диаграммаларды көрсете алады және т.б. Информатика сабағында олар өздерінің презентацияларын аяқтайды. Мұғалімдер кез келген сұрақтар бойынша кеңес ала алады. Әр топтың орындау уақыты шектеулі: 6-7 минуттан аспайды.

Конференцияға дайындалу үшін сіз химия кабинетінің кітапханасын пайдалана аласыз:

• Жас химиктің энциклопедиялық сөздігі. М., Педагогика, 1990 ж.
• Петрянов И.В., Сутугин А.Г. Барлық жерде таралған аэрозольдер. М., Педагогика, 1989 ж.
• Юдин А.М., Сучков В.Н. Күнделікті өмірдегі химия. М., Химия, 1982 ж.
• Анықтамалық материалдар. М., Білім, 1984 ж.
• Давыдова С.Л. косметикадағы химия. М., Білім, 1990 ж.
• Г.В.Лисичкина және В.И.Бетанели «Химиктер ойлап тапты». М., Білім, 1990 ж.

№2 сабақ. Конференция «Дисперстік жүйелердің қасиеттері. Күнделікті өмірдегі, табиғаттағы және өндірістік процестердегі дисперсті жүйелердің рөлі».

Конференцияның сабақ жоспары:

1. Мұғалімнің кіріспе сөзі.
2. Студенттік топтардың хабарламалары (аэрозольдер, эмульсиялар, суспензиялар, көбіктер, коллоидты ерітінділер, шынайы ерітінділер) - студенттер дайындалған презентациялар мен демонстрациялық материалдарды пайдаланады. Қолдану .
3. Конференцияны қорытындылау.

Кіріспе сөзде оқушылардың дисперсті жүйелердің қандай түрлерімен танысқаны, дисперсті жүйелер өмірде қай жерде кездесетіні, олардың қалай жіктелетіні еске түсіріледі.

Студенттер өз жұмыстарын презентация түрінде қорғап, алдын ала дайындалған анықтамалық кестелерді толтыру арқылы конспект жасайды.

Зерттелетін дисперстік жүйелер туралы мәліметтер.

Дисперсті жүйелердің сипаттамасы.	Дисперсті жүйелердің түрлері.
	аэрозольдер	эмульсиялар	суспензиялар	Коллоидты ерітінділер	Нақты шешімдер
Бөлшектердің өлшемдері
Сыртқы түрі
Шешу қабілеті
Түбіртек
Жою
Мағынасы

Қорытынды сөзінде мұғалім дисперсті жүйелердің үлкен практикалық маңыздылығын тағы бір рет атап өтеді. Олар тамақ өнеркәсібінде, жасанды жібек өндірісінде, тоқыма бояуында, тері өнеркәсібінде, ауыл шаруашылығы өндірісінде, топырақтануда, медицинада, құрылыста және халық шаруашылығының басқа салаларында қолданылады. Дисперсті жүйелер, түзілу және жойылу әдістері, олардың табиғи процестердегі мінез-құлық заңдылықтары туралы білім ғылыми-техникалық және экологиялық мәселелерді шешуге мүмкіндік береді.

Қолданылған кітаптар:

1. Габриелян О.С. Химия 11 сынып. – М. Бустард 2005 ж.
2. Лагунова Л.И. Орта мектепте жалпы химия курсын оқыту. – Тверь, 1992 ж
3. Политова С.И. Жалпы химия. Қолдау жазбалары. 11-сынып. – Тверь, 2006 ж

Дисперсті жүйелердің жіктелуін әртүрлі қасиеттері бойынша жүргізуге болады: дисперстілігі бойынша, фазалардың агрегаттық күйі бойынша, дисперсті фаза мен дисперстік ортаның әрекеттесуі бойынша, бөлшектер аралық әрекеттесу бойынша.

Дисперсия бойынша классификация

Меншікті бет ауданының дисперсияға тәуелділігі Ssp = f(d) графикалық түрде тең жақты гипербола арқылы өрнектеледі (сурет).

График бөлшектердің көлденең өлшемдері азайған кезде меншікті бетінің ауданы айтарлықтай өсетінін көрсетеді. Егер шетінің өлшемі 1 см болатын кубты өлшемдері d = 10 -6 см куб бөлшектерге дейін ұсақтаса, жалпы аралық бетінің мәні 6 см 2-ден 600 м 2-ге дейін артады.

d ≤ 10 -7 см-де гипербола үзіледі, өйткені бөлшектер жеке молекулалардың өлшеміне дейін кішірейеді, ал гетерогенді жүйе біртекті болады, онда фаза аралық беті болмайды. Дисперсия дәрежесі бойынша дисперстік жүйелер бөлінеді:

• дөрекі жүйелер, d ≥ 10 -3 см;
• микрогетерогенді жүйелер, 10 -5 ≤ d ≤ 10 -3 см;
• коллоидты дисперстік жүйелер немесе коллоидты ерітінділер, 10 -7 ≤ d ≤ 10 -5 см;
• шынайы ерітінділер, d ≤ 10 -7 см.

Коллоидты ерітінділердегі дисперсті фазаның бөлшектерінің меншікті бетінің ең үлкен ауданы бар екенін атап өту керек.

Фазалардың агрегаттық күйіне қарай жіктелуі

Фазалардың агрегаттық күйі бойынша жіктеуді Вольфганг Оствальд ұсынған. Негізінде 9 комбинация мүмкін. Оларды кесте түрінде көрсетейік.

Дисперсті фазаның агрегаттық күйі	Дисперсті ортаның агрегаттық күйі	Конвенция	Жүйе атауы	Мысалдар
Г	Г	ж/ж	аэрозольдер	Жер атмосферасы
және	Г	в/г		тұман, қабат бұлттары
теледидар	Г	tv/g		түтін, шаң, цирус бұлттары
Г	және	г/ф	газ эмульсиялары, көбіктер	газдалған су, сабын көбігі, емдік оттегі коктейлі, сыра көбігі
және	және	с/ж	эмульсиялар	сүт, май, маргарин, кремдер және т.б.
теледидар	және	TV/W	лиозольдер, суспензиялар	лиофобты коллоидты ерітінділер, суспензиялар, пасталар, бояулар және т.б. г.
Г	теледидар	g/tv	қатты көбіктер	пемза, қатты көбік, пенополистирол, пенобетон, нан, газдағы кеуекті денелер және т.б. г.
және	теледидар	g теледидар	қатты эмульсиялар	парафиндегі су, сұйық қосындылары бар табиғи минералдар, сұйықтықтағы кеуекті денелер
теледидар	теледидар	теледидар/теледидар	қатты ерітінділер	болат, шойын, түрлі-түсті шыны, асыл тастар: шыныдағы Au золь - лағыл шыны (0,0001%) (1т шыны - 1г Au)

Дисперсті фаза мен дисперстік ортаның әрекеттесуі бойынша жіктелуі (фазааралық әрекеттесу бойынша).

Бұл классификация сұйық дисперсиялық ортасы бар жүйелер үшін ғана жарамды. Г.Фрейндлих дисперстік жүйелерді екі түрге бөлуді ұсынды:

1. лиофобты, онда дисперсті фаза дисперстік ортамен әрекеттесе алмайды, демек, онда ериді, бұларға коллоидты ерітінділер мен микрогетерогенді жүйелер жатады;
2. лиофильді, онда дисперсті фаза дисперсиялық ортамен әрекеттеседі және белгілі бір жағдайларда онда еруі мүмкін, оларға коллоидты беттік белсенді заттардың ерітінділері және ЖИҚ ерітінділері жатады.

Бөлшекаралық әрекеттесу бойынша классификация

Осы классификацияға сәйкес дисперсті жүйелер бөлінеді:

• еркін дисперсті (құрылымсыз);
• біріктірілген дисперсті (құрылымды).

Еркін дисперсті жүйелерде дисперстік фазаның бөлшектері бір-бірімен байланыспайды және дисперстік ортада дербес қозғала алады.

Біріктірілген дисперсті жүйелерде дисперсті фазаның бөлшектері бір-бірімен молекулааралық күштердің әсерінен қосылып, дисперсиялық ортада бірегей кеңістіктік желілер немесе шеңберлер (құрылымдар) құрайды. Құрылымды құрайтын бөлшектер өзара қозғалысқа қабілетсіз және тек тербелмелі қозғалыстарды орындай алады.

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

1. Гельфман М.И., Ковалевич О.В., Юстратов В.П.Коллоидтық химия. 2-бас., өшірілген. - Санкт-Петербург: Лан баспасы, 2004. - 336 б.: сырқат. ISBN 5-8114-0478-6 [б. 8-10]

№ 6. Дисперсті жүйелерді жіктеу үшін кестені қараңыз. 3.

АГРЕГАЦИЯ ЖАҒДАЙЫ БОЙЫНША ДИСПЕРСТЫҚ ЖҮЙЕЛЕРДІ ЖІКТЕЛУ Кесте
Дисперсиялық орта	Таратылған	Кейбір табиғи және тұрмыстық дисперстік жүйелердің мысалдары
	Сұйықтық	Тұман, мұнай тамшылары бар ілеспе газ, автомобиль қозғалтқыштарындағы карбюратор қоспасы (ауадағы бензин тамшылары), аэрозольдер
	Қатты	Ауадағы шаң, түтін, түтін, симумдар (шаңды және құм дауылдары), қатты аэрозольдер
Сұйықтық		Көпіршікті сусындар, көбік
	Сұйықтық	Эмульсиялар. Ағзаның сұйық ортасы (қан плазмасы, лимфа, ас қорыту сөлдері), жасушалардың сұйық құрамы (цитоплазма, кариоплазма)
	Қатты	Сольдер, гельдер, пасталар (желе, желе, желімдер). Суда ілінген өзен және теңіз тұнбалары; минометтер
қатты,		Ішінде ауа көпіршіктері бар қар қыртысы, топырақ, тоқыма маталар, кірпіш және керамика, пенопласт, газдалған шоколад, ұнтақтар
	Сұйықтық	Ылғал топырақ, медициналық және косметикалық өнімдер (жақпа майлар, тушь, далап және т.б.)
	Қатты	Тау жыныстары, түрлі-түсті стақандар, кейбір қорытпалар