Химиялық термодинамиканың негізі § термодинамиканың бірінші заңы термодинамикалық түсініктер мен анықтамалар
жүктеу/скачать 0,9 Mb.
|
| § 4. СЕДИМЕНТАЦИЯ
Сұйық не газды ортадағы ұнтақталған заттың бөлшектері қарама-қарсы бағытталған екі күштің әсерінде болады. Олардың біріншісі бөлшекті төмен тартып, тұнбаға немесе шөгіндіге түсіруге бағытталған ауырлық күш, ал келесісі бөлшектерді берілген көлемде біркелкі таратуға ұмтылған, яғни бөлшек концентрациясы мол жақтан, аз жаққа қарай ауысуына әсер ететін өздігінен жүретін диффузиялық күш Дисперстік системаға әсер ететін ауырлық және диффузиялық күштің қайсысының басым болуына байланысты оның күші анықталады: ауырлық күші артық болса, ондайда дисперсті системаның бөлшектері көбірек шөгеді, ал диффузиялық күш басым болса, онда дисперстік системадағы бөлшектер тұнбаға түспей жүзгін түрінде болады. Осы айтылғандарға орай, дисперсті фазаның система көлемінде біркелкі таралып, тұрақты күйде болуын седиментациялық немесе кинетикалық тұрақтылық деп атайды, ал ауырлық күші әсерінен бөлшектердің тұнбаға түсу процесі седиментация деп аталады. Системадағы бөлшектердің тұнбаға түсу жылдамдығы осы бөлшектердің өлшеміне, дисперстік ортаның тұтқырлығына және бөлшек тығыздықтарына тәуелді: 34 мұндағы υ — бөлшектердің тұнбаға түсу жылдамдығы; r — бөлшек радиусы; d және d0—-дисперсті бөлшек пен дисперстік ортаның тығыздықтары; η — дисперстік ортаның тұтқырлығы; g — еркін түсу үдеуі. Дисперсті фаза өте ұсақ болса диффузия жылдамдығы үлкен болады. Ал олар іріленген сайын диффузия жылдамдығы баяулайды. Бөлшектің радиусы 2 нм-ден үлкен болса, броундық қозғалыс байқалмайды, демек олардың диффузиялық қабілеті нөлге тең. Мұнда ауырлық күші диффузиялық күштен басым. Егер дисперсті системадағы ауырлық күші мен диффузия күші өзара тең болса, онда седиментация мен диффузия жылдамдықтарының тепе-теңдігімен сипатталатын седиментациялық тепе-теңдік деп аталатын күй орнайды. Мұндайда берілген дисперсті системаның бірлік өлшемі арқылы ауырлық күшінің әсерінен төмен қарай қанша бөлшек өтсе, диффузиялық күш ықпалынан жоғары қарай сонша бөлшек өтеді. Осындай седиментациялық тепе-теңдік тек коллоидты системаға ғана емес, молекулалық-дисперстік сис-темалар үшін де тән құбылыс. Сондай-ақ бұл тепе-теңдік системадағы бөлшек концентрацияларының уақыт өткен сайын баяу болса да төменнен жоғары қарай кеми беретіндігімен де сипатталады. Сұйық бағанасындағы бөлшектер өзінің өлшеміне сәйкес әр түрлі биіктікте, айталық ірілері төмен, ал ұсақтары жоғары орналасады екен. Бұл құбылысты сипаттау үшін Лапластың гипсометриялық немесе барометрлік заңын коллоидты системаға пайдалануға болады: золь бағанасының биіктігін арифметикалық прогрессияда көбейткенде, бөлшек концентрациясы геометриялық прогрессияда кемиді. Бұл заңдылықты математикалық түрғыдан өрнектесек: 35 мұндағы С1— берілген биіктіктегі дисперстегі системаның концентрациясы; С2 — осы системаның һ биіктіктегі концентрациясы; һ— өлшенетін бағана биіктігі; М — заттың салыстырмалық молекулалық массасы; g — еркін түсу үдеуі. 12-таблицада әр түрлі дисперсті дәрежеде ұсақталған кейбір дисперсті системалардың мәліметтері келтірілген. Әуелде Лапластың гипсометриялық заңы газ тәрізді және молекулалық-дисперстік системаларға арналып тұжырымдалған болатын. Бертін келе Перрен оны коллоидтық-дисперстік, тіпті ірі дисперстік системаларға қолданды. Осы мақсатпен Перрен радиустері әр түрлі көптеген шариктер әзірлеп, оларды өлшеміне орай сұрыптап, дисперстік ортаны да белгілі сипатта даярлап, көптеген тәжірибелер жүргізді. Олардың нәтижесі Лаплас заңына қайшы келмеді. Сонымен, ол әр түрлі биіктіктегі бөлшектердің санын анықтай келіп, Авогадро санының мәнін асқан дәлдікпен табуға болатынын көрсетті. Перрен өз тәжірибелерінің нәтижесінде басқа да әдістер мен теңдеулер көмегімен анықталған Авогадро санының мәнінен алшақ емес, қанағаттанарлықтай дерек алды. Олай болса Перрен еңбектеріндегі зерттеулер тек молекулалық-кинетикалық теорияның дұрыстығын дәлелдеп қана қоймай, оны коллоидтық-дисперстік системаларға да қолдануға болатынын бұлжытпай, ешбір шүбәсіз дәлелдеп берді. Седиментациялық талдау әдістерінің бәрі де дисперстік фазадағы бөлшектердің тұнбаға шөгу жылдамдығын анықтауға негізделеді. Тәжірибе кезінде анықталған бөлшектердід шөгу жылдамдығын пайдаланып, олардың басқа да өлшемдерін (дисперстік дәрежесін, бөлшек радиусын, бағана биіктігін және т. б.) табуға болады. Мысалы, дисперстік системадағы бөлшектердің радиусын табу үшін жоғарыдағы (194) теңдеуді ықшамдап жазуға болады: 36 Коллоидты системадағы бөлшектердің дисперстік дәрежесі өте жоғары болғандықтан, ондағы бөлшектердің тұнбаға шөгу жылдамдығы баяу. Ал кейде оны жылдамдату мақсатымен ультрацентрифуга аспабын пайдаланады. Осындай аспаптарыныц көмегімен көптеген белоктың, күрделі және жоғары молекулалық қосылыстардың молекулалық массалары анықталды. Оның кейбір жекеленген мысалдары 13-таблицада келтірілген. жүктеу/скачать 0,9 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|