20-тарау. Дисперсті жүйелердің физикохимиясы

Агрегаттау үдерістері седиментациялық тұрақгылықтың жойылуына соқтықпас бұрын бөлшектер ірілінеді, бірақ өлшемдері бойынша коллоидтық-дисперстік күйдің шекарасынан шықпайды; сырт көзге коагуляцияны тек золь түсінің өзгерісі және жарық шашырауының артуы бойынша байқауға болады. Бұл сатыдағы зольдің коагуляциялану өнімі болып бөлшектері үлкен золь болады. Жабысып қалған бөлшектер біраз уақыт өздерінің жеке гидрат қабықтарын сақтап тұруы мүмкін, бөлшектердің арасындағы мұндай жанасуды коагуляциялық жанасу деп атайды. Егер бөлшектердің жеке гидрат қабықтары бұзылса және екі және одан да көп бөлшектер үшін гидрат қабығы түзілсе, онда конденсациялық жанасу орын алады.

20.13-сур. Дисперстік фаза бөлшектерінің арасында жанасулардың пайда болуы: a— коагуляциялык жанасу (гидрат қабыктары арқылы); б— конденсациялық жанасу (гидрат қабықтарының бұзылуымен); в — кеңістіктік тордың түзілуі

Электролиттерді қосқанда зольдердің бұзылуының теориялық және практикалық маңызы өте жоғары. Үдеріс электролиттің белгілі бір концентрациясының мәніне жеткеннен кейін ғана басталады. Коагуляция басталатын оның (электролиттің) минимал концентрациясын коагуляция табалдырығы (с_таб) деп атайды. Коагуляция табалдырығына с_таб кері шаманы каогуляциялық қабілеттілік дейді: К_Қ = 1/с_таб.

Зольдердің электролиттік коагуляциялану теориясы дисперсті жүйелердің тұрақтылығы теориясына (ДЛФО) негізделген. Аталмыш теорияға сәйкес дисперсиялық ортадағы электролит концентрациясының өсуі диффузиялық қабат қалыңдығының жұқаруына соқтырады, осының салдарынан сыналық қысым төмендейді және потенциал да төмендейді. Сонымен, жұқарған гидраттық қабықтың сыналық кысымы төмендегендіктен, қатты беттердің бірі-біріне жақындап келуіне мүмкіндік береді. Бір мезгілде мицеллалардың ядроларының арасындағы электрстатикалық тебіліс те азаяды. Бұл кезде шешуші рөл ванн-дер-ваальс күштеріне ауысады

Осының салдарынан агрегативтік тұрақтылық, сонан соң седиментациялық тұрақтылық та жойылады. ДЛФО физикалық коагуляциялану теориясы алғашқы сандық теория болып табылады. Ол коагуляция табалдырығын есептеуге мүмкіндік береді және коллоидтық жүйелерді зерттеудің алғашқы кезеңінде (1882-1900 жж.) ашылған эмпирикалық Шульце-Гарди ережесін түсіндіреді.

Шульце-Гарди ережесіне сәйкес электролиттің коагуляциялық қабілеті коагуляциялаушы ионның заряды өскенде артады, ал когуляциялық қабілетті қарсы ионмен бірдей зарядталған, яғни гранулаға қарама-қарсы зарядталған ион көрсетеді. Мысалы, оң зарядталған гранулалары бар күміс иодидінің золі үшін {w[AgI]nAg⁺(п-х)NО3^-}^х+ xNО3^- коагуляциялайтын иондар ретінде аниондар болады, ал теріс зарядталған гранулалары бар күміс иодидінің золі үшін {m[Ag\]n\'(n~x)YC}x 'x}C ~ катиондар болады.

Бірзарядты иондар үшін коагуляция табалдырығының мәндері 25-тен 150 ммоль/л-ге дейін, екі зарядты иондар үшін 0,5-тен 2 ммоль/л-ге дейін, үш зарядты иондар үшін 0,01-0,1 ммоль/л шамасында. Коагуляция табалдырығының шамасы коагуляцияға ұшырайтын зольді түзетін заттың табиғатына тәуелді. Мысалы, As2S3 золіне қатысты Na+ ионының коагуляциялау табалдырығы 51 ммоль/л, ал Agl золіне қатысты — 140ммоль/л (екі зольдің де бөлшектері теріс зарядталған).

Коагуляция табалдырығының шамасы зольдің дисперстену дәрежесіне де тәуелді. Зарядтары бірдей иондар да коагуляциялау табалдырығымен ерекшеленеді. Мысалы, AS2S3 золіне қатысты Sr2+ ионының коагуляциялау табалдырығы 0,63 ммоль/л-ге тең, ал Ва2+ ионынікі — 0,69 ммоль/л (келтірілген мәліметтерді эксперимент жүзінде Я. Овербек алған болатын). Эксперимент жүзінде электролиттің коагуляциялау табалдырығы коагулятор ионға ғана емес, сонымен қатар электролиттің құрамындағы қарсы ионның табиғатына да тәуелді. Мысалы, As2S3 золіне қатысты коагуляция табалдырығы тең болады: KC1 үшін — 50 ммоль/л; KNО3 үшін — 49,5 ммоль/л; КСН3СОО үшін — 110 ммоль/л.