Тұнбалардың түзілу механизмі. Тұнбаның аналитикалық жағдайы

1.Тұнбалардың түзілу механизмі. Тұнбаға түсіру әдістері.

2. Тұнбалардың аналитикалық жағдайы.

3. Тұнбаның түзілу шарттары.

4. Тұнбаның түрлері және түзілу жағдайлары.
Дәрістің қысқаша мазмұны:

А + В ↔ АВ↓ Жалпы алғанда тұнба түзілу процессі реакцияға қарасақ оңай сияқты болғанымен, ол өте күрделі процесс.

Жалпы тұнба түсу – нашар еритін қосылысты құрайтын иондар концентрациясының (активтілігінің) көбейтіндісі сол заттың ерігіштік көбейтіндісінен артық болған кезде тұнба түзілетіндігі белгілі, яғни:

;

мұндағы, - иондардың ерігіштік константасы, сан мәні жөнінен ерігіштік көбейтіндісіне жуық шама;

[K], [A] – катион және анион концентрациясы.

(немесе басқаша айтсақ Тұнба пайда болуы, ерігіштік көбейтіндісінің ережесіне сәйкес, тұнбаға түсетін иондардың ерігіштік көбейтіндісі (ЕК) сол температурада тұнбаға түсетін қосылыстың ерігіштік көбейтіндісінен жоғары болуы қажет. Сол кезде тұнба толық түседі:

Тұнба қатты зат күйінде түседі, бұл тек екі ионнан ғана құралмайды, себебі бұл күрделі процесс. Барлық уақытта да белгілі бір периоды бар құбылыс, реагенттердің ерітінділерінің бір-бірімен араласқанынан бастап, түзілетін тұнбаның ең алғашқы түйіршіктерінің пайда болғанына дейін. Мұндай майда бөлшектердің (зародыши, өзектер) пайда болуын – түйіршік түзілу процессі дейді. Бұл майда бөлшектердің пайда болу уақыты индукция мерзімі деп аталады. Пайда болған түйіршіктердің тұнбаға түсу жылдамдығы көптеген жағдайларға тәуелді болады, сондықтан ол өзгеріп отырады. Ондай жағдайлар: әрекеттесін бөлшектердің табиғаты мен концентрациясы, бөгде заттардың концентрациясы, температура және т.б..

Тұнбалардың көпшілігі лезде тұнбаға түседі, енді біреулерінің түзілуі өте баяу жүреді. Тұнбаға түсу жылдамдықтарына байланысты кристалды немесе аморфты тұнбалар түседі. Кристалды тұнбалар түскен кезде ең бірінші пайда болған түйіршіктердің беткі қабатына келесі түйіршіктер жиналады, ал аморфты тұнбалар түскенде түйіршіктердің механикалық қосылысы, өздерінің салмағы арқылы тұнба болып астына жиналады. Басқа сөзбен айтқанда ең алғашқы пайда болған коллоидты ерітіндінің ұю (коогуляция) процесі жүреді.

Жалпы алғанда, тұнбаның пайда болу жылдамдығы мына екі процестің жылдамдығына байланысты – кристалл түйіршіктерінің түзілуі және оның өсуі. Екі процестің жылдамдығы ерітіндінің аса қанықтығына байланысты Q – S.

Түйіршіктердің пайда болу жылдамдығы K = (Q - S)n, n = 4;

кристалдардың өсу жылдамдығы: K′ = A(Q-S);

А – тұнбаның беттік ауданы. К және K′ шамалары, ең бірінші түйіршіктер пайда болғаннан соң, Q - S айырмасы аз болғандықтан жаңа түйіршіктердің басқа жерде пайда болуы азайып, бұрынғы пайда болған жерде түйіршіктер өседі немесе көбейеді. Егер, Q - S айырмасы үлкен болса, жаңа түйіршіктердің әр жерде пайда болу жылдамдығы өсу жылдамдығынан артады, сол кезде коллоидты тұнба пайда болады.

Тұнбаның түзілу шарттары:

1. Әр түрлі ерітінділерден тұнбаға түсіру. Q – бұл кезде өте аз.

2. Өте тез араластыра отырып, аздап тұнбаға түсіргіш ерітіндіні құю. Өте аз құя отырып Q аз шамасын сақтау, ал араластыра отырып тұнбаға түсіргіш ерітіндінің концентрациясын азайту.

3. рН өте аз болған жағдайда тұнбаның толық түсуі мүмкін. Көптеген тұнбалар рН аз кезде ерігіш келеді, демек өте қышқыл ортада, сондықтан тұнбаның пайда болу жылдамдығы аз болады.

4. Ыстық ерітіндіден тұнбаға түсіру. S - тұнбаның ерігіштігі, t – ұлғайған сайын артады, себебі, S ұлғайған сайын ерітіндінің аса қанықтығы азайады.

5. Тұнбаға түсетін ерітіндінің ескіруі (тұнбаның жетілуі). Тұнбаның жетілуі ерітіндіні қыздырғанда немесе көп тұрған кезде пайда болады. Тұнбаның түзілуі жалпы беттік ауданының азайуына және бөлшектердің орташа мөлшерлерінің (размер) үлкеюіне әкеліп соғады. Үлкен кристалдар өте майда кристалдардың есебінен үлкейеді, мұның бәрі тұнбаның кристалдарының структурасының іріленіп өсуіне әкеліп тірейді. Осы айтылған жағдайларды сақтай отырып таза кристалды тұнба алуға болады. Аса қаныққандығы аз кезде Q-S. Бірақ көптеген тұнбалардың ерігіштігі S аз болғандықтан, Q-S айырмасының аз болуы, барлық уақытта бола бермейді, мұндай жағдайда кристалды тұнбаның түзілуіне жағдай жасалынады.

Кристалды тұнба түзілу жағдайлары:

‣Тұнбаға түсіру жеткілікті сұйытылған ерітіндіде және сұйытылған тұнбаға түсіргіш ерітіндіде жүргізілуі қажет;

‣ Тұнбаға түсіргіш ерітіндіні баяу, тамшылатып, әсіресе бастапқы кезде жайлап қосқан жөн;

‣ Тұндырғышты қосқан кезде аса қаныққан ерітінді пайда болмас үшін, шыны таяқшамен үздіксіз араластырып тұру қажет, сонда иондар кристалдық решеткаға орналасып үлгереді.

‣ Тұнбаға түсіруді ыстық ерітінділерде жүргізу керек, сонда ұсақ кристалдар еріп, ірілері өседі.

‣ Тұнбаға түсірер кезде, тұнбаның ерігіштігін арттыратын зат қосу қажет. (М. Барийды анықтағанда (BaSO₄) НСІ-ын қосады).

‣Түзілген тұнба тұнбасы бар ыдыста біршама уақыт тұруы қажет, яғни пісуі немесе тұнбаның жетілуі үшін. Бұл уақытта ұсақ кристалдар еріп, үлкен кристалдар өседі. Осы процесті рекристаллизация дейді.

Ұсақ кристалдардың еру себебі, ұсақ кристалдардың кристалдық решеткаларының энергиясы төмендеу болады (аз), сондықтан ұсақ кристалдардың бетіндегі иондар нашар ұсталып тұрады. Егер кристалдың бетінен белгілі бір уақыт өлшем бірлігінде соқтығысып қалып қойған р (%) жалпы ерітіндідегі ион саны десек, онда қанық ерітіндінің концентрациясы мынаған тең:

С – қанық ерітіндінің конц.;

К – тұрақты шама, S-ке тәуелді;

S – тұнбаның беткі қабаты, уақыт өлшем бірлігіндегі еріген зат санына тең.

р – ион саны.

Аморфты (борпылдақ) тұнбалардың қасиеті мен түзілу жағдайлары:

Аморфты тұнба түзілетін жүйеде коллойдты ерітінді немесе қосарлана тұнба түзіліп кету жағдайларының орын алмауын қадағалаған жөн.

Аморфты тұнба түзілу үшін төмендегі жағдайларға назар аудару қажет:

‣Тұнба түсіруді электролит ұйытқыш (коагулянт NH₄CI, NH₄NO₃) қатысында ыстық ерітіндіден (t ~ 70 – 80°C) жүргізеді;

‣Тұнба түсіруге концентрлі ерітінділер пайдаланылады;

‣Тұнбаға түсіруші ерітіндіні жылдам қосады (өте тез жылдамдықта тұндырылса аморфты тұнба түзіледі) және бұл жағдайда да үздіксіз араластырып отырады;

‣Тұнбаға түсіру аяқталысымен, аморфты тұнбаларды мүмкіндігінше тез сүзіп алу қажет.