Коллоидты системалар, оларды алу және мицеллалардың құрылысы

Коллоидты   системалар,   оларды   алу   және   мицеллалардың

құрылысы.

Кез   келген   екі   компонентті   системада   компоненттердің   біреуі   екіншісінде   бөлшектеніп,

біркелкі таралған күйде болса, онда ол дисперсионды ортадан және дисперсті фазадан тұрады.

Дисперсті  фаза дисперсионды ортада біркелкі таралады. Дисперсті системаларды дисперсті фаза

бөлшектерінің   шамасына   қарай:   ірі   дисперсті   системалар,   коллоидты   системалар   және   нағыз

ерітінділер деп үшке бөледі:

Нағыз   ерітінділер   дисперсионды   орта   рөлін   еріткіш,   ал   дисперсті   фаза   рөлін   заттың

молекулалары   немесе   иондары   атқарады.   Ондағы   бөлшектердің   мөлшері   10

-10

м.   Нағыз

ерітінділерге тән қасиеттер: мөлдір, сүзгі қағаздан және жартылай өткізгіштерден оңай өтетін,

гомогенді (бір фазалы) система, кинетикалық тұрақты, Фарадей- Тиндаль эффектісін көрсетпейді.

Осмостық   қысымы   едәуір   жоғары,   өздігінен   және   оңай   алынады,   жақсы   диффузияланады,

ескірмейді. Мысалы: қант, тұз, қышқыл және негіз ерітінділері.

  Ірі   дисперсті   системалар   -   суспензиялар   (жүзінділер)   мен   эмульсияларда   дисперсті   фаза

бөлшектерінің   мөлщері   10

-1

мм   артық   болады.   Суспензияда   дисперсионды   ортада,   суық,   ал

дисперсті фаза қатты болады. Эмульсияда дисперсионды ортада, фаза да сұйық болады. Мысалы:

саздың   судағы   жүзіндісі,   сүт   және   т.б.   ірі   дисперсионды   системалар   кинетикалық   тұрақсыз.

Оңдағы дисперсті фаза бөлшектері ауырлық күшінің әсерінен тұнбаға оңай  шөшеді., мөлдік емес,

әртекті,   лайлы.   Осмостық   қысым   туғызбайды.   Фарадей   -   Тиндаль     эффектісі   байқалмайды.

Дисперсті   фаза   бөлшектері   сүзгі   қағаздан   және   жартылай   өткізгіштен   өтпейді.   Демек,   сүзіп

тазалауға болады.

Коллоидты   системеларда   дисперсті   фаза   бөлшектерінің   мөлшері   10

-7

÷10

-5

см.   Оларға   тән

қасиеттер: мөлдір, сүзгі қағаздан оңай өтеді, ал жартылай  өткізгіштен өтпейді,  микрогетерогенді,

яғни     көп   фазалы   система,   Фарадей   -   Тиндаль   эффектісі   байқалмайды.     Термодинмикалық

тұрақсыз  система.  Уақыт артқан сайын ескіреті,  яғни дисперсті фаза  бөлшектері өзара  бірігіп

іріленеді. Коллоидты ерітінділер түзілу  үшін энеогия жұмсалады. Осмостық қысым   туғызады.

Диспесті   фаза   бөлшектері   бірнеше   оңдаған   молекулалардан   тұрады,   сондықтан   да     жеке

молекулаға   қарағанда   едәуір   ірі.   Олардың   дисперсионды   ортамен   жанасу   беті   өте   үлкен.

Коллоидты   бөлшектер   ауырлық   күшінің   әсерінен   тұнбаға   шөкпейді.   Егер   ірі   дисперсті

системалардағы   дисперсті   фаза   бөлшектерін   қаруланбаған   көзбен   қарауға   болатын   болса,

коллоидты  ерітіндіден   бөлшектерді   арнаулы  микроскоптармен  ғана  көруге   болады.  Коллоидты

системада   дисперсті   фаза   бөлшектері   қатты   күйде,   ал   орта,   сұйық   күйде   болса,   бұл   типтегі

ерітінділерді зольдер- деп атайды. Егер коллоидты системадағы дисперсті ортада, дисперсті фаза

да сұйық заттың  бөлшектерінен  құралған болса,  оларды  эмульсиялар  - деп атайды.  Мысалы :

алтын, күміс, күміс иодиді, темір гидроксиді зольдері судағы бензол, май эмульсиялары және т.б.

Колллоидты ерітінділердің қасиеттерін нағыз ерітінділер және ірі дисперсті системалардың

қасиеттерімен   салыстыратын   болсақ,   олардың   аралық   орын   алатынын   көреміз.   Коллоидты

ерітінділердің халық шаруашылығындағы маңызы зор. Олар тамақ   өнеркәсібінде, тері илеуде,

кино  өңдірісіңде,  бояу және дәрі -дәрмек  өңдіруде  және т.б.  үлкен роль атқарады. Коллоидты

ерітінділерді алудың негізгі екі жолы бар.

1. Ірі бөлшектерді  ұнтақтау немесе дисперстеу әдісі.

2. Атомдарды немесе молекулаларды агрегациялау, яғни, өзара біріктіріп, ірілендіру жолы.

Бұл әдісті  конденсациялау деп атайды. Дисперстеу әдісі: механикалық, электрлік дисперстеу,

ультра дыбыспен дисперстеу және пептизация әдістері болып төртке бөлінеді.

Механикалық     ұнтақтау   дисперсті   фаза   рөлін   атқаратын   затты   ұзақ   уақыт   үзгілеп,   ұнтақтап

дисперсионды ортамен араластыруға негізделген. Зольдің тұрақтылығын  арттыру үшін системаға

стабилизатор қосады. Металдың золін электр жолымен алу үшін сол металдан екі электрод жасап

дисперсті   ортаға батырады да   еріткіштегі екі ұшын жақындастырып, ток көзіне үлкен кернеу

туғызады.   Нәтижесінде     электродтардан   металлатомдары   ерітіндіге   көшіп   золь   алынады.   Осы

жолмен практикада алтынның, платинаның, күмістің золдерін алады. Коллоидты системаларды

алу үшін соңғы кезде ультра дыбыспен әсер ету әдісі қолданыла бастады. Секундына тербеліс

жиілігі 2000 артық ультра  дыбыспен кристалдық берік емес затттарды  өңдеу арқылы олардың

золін алуға болады. Мысалы: күкірттің графиттің сынап пен қорғасынның және т.б. затттардың

зольдерін   осы   жолмен   алуға   болады.   Кейбір   жаңадан   алынған   көлемді   шөгінділерге   арнаулы

заттар-   пептизаторлар   қосу   арқылы   оларды   коллоидты   системаларға     айналдыруға     болады.

Пептизаторлар коллоидты бөлшектер бетіне адсорбцияланып, олардың зольге айналуына себеп

болады. Зольдерді алудың бұл әдісін пептизация деп атайды. Осы жолмен көлемді болып келген

темір гидроксидін тұз қышқылымен өңдеп, оның золін алуға болады.

Конденсация   әдісі   мен   коллоидты   системалардың   мынадай   физикалық   жолдары   бар:

физикалық конденсациялау және химиялық конденсациялау әдісі болып бөлінеді.

  Физикалық конденсацияға дисперсионды  ортаны алмастыру мен тікелей конденсация әдістері

жатады.   Дисперсионды   ортаны   алмастыру   әдісінде,   заттың   нағыз   ерітіндісіне   дисперсионды

ортамен жақсы араласатын, бірақ дисперсті фаза ерімейтін сұйықты қосады, нәтижесінде еріген

зат   өте   ұсақ   дисперсті   фаза   түрінде   бөліне   бастайды,   яғни,   нағыз   ерітіндіге   еріген   заттың

бөлшектері   өзара бірігіп конденсацияланып, коллоидты күйге көшеді. Осы   жолмен күкірттің

судағы, канифольдің спирттегі ерітінділерін алуға  болады. Тікелей конденсациялау әдісі еріген

затпен  еріткіш буларының салқын дене бетінде конденсацияланып дисперстенуіне  негізделген.

Бұл жолмен әр түрлі металлдардың мысалы: алтын күміс,  мыс, платинаның  және т.б.  судағы,

спирттегі, глицериндегі және бензолдағы  зольдерін алуға болады. 

Ал химиялық конденсацияға:

1) Гидролиздену әдісі; 2) Тотығу; 3) Тотықсыздандыру; 4) Зат алмасу реакцияларының әдістері

жатады.   Химиялық   әдіс   гидролиздену,   алмасу   және   тотығу   -   тотықсыздану,   реакцияларының

нәтижесінде   түзілетін   дисперсионды   ортада   ерімейтін   заттардың   золін   алуға     негізделген.

Мысалы: темір  (III) хлоридін  гидролиздеу арқылы Fe(OH)

3

   негізін,  күміс нитраты  мен калий

иодиді   әрекеттестіру   нәтижесінде   күміс   иодидінің,   калий   ауратын   құмырсқа   альдегидімен

тотықсыздандыру арқылы алтын гидролизін алуға болады. Алынған   колллоидты системаларда

стабилизатор   рөлін   электролиттер   атқарады.   Электролит   құрамына   кірген   оң     немесе   теріс

зарядты   иондар   коллоидты   бөлшектердің   бетіне   адсорбцияланып,   оларды   оң   немесе   теріс

зарядтайды. Зарядталған коллоидты бөлшектерді дисперсионды ортадағы қарсы зарядтар иондар

қоршап   тұрады.   Аттас   зарядты   коллоидты   бөлшектер   бірін   -бірі   теуіп,   өзара   бірігуге   және

агрегациялануға   кедергі   жасайды.   Нәтижесінде   система   тұрақты   күйде   болады.   Осыған

байланысты   алмасу   реакциясы   нәтижесінде   алынған   және   КI     стабилизатор   рөлін   атқарған

жағдайда   АγЈ  молекулалары   тобынан   тұратын   коллоидты   бөлшектің   схемасын   былай   жазып

көрсетуге болады:

{m[АγЈ] ·nЈ

-

 · (n-x) ·K

+

} ·K

+

Мұндағы m- мицелла агрегатындағы АγЈ молекулаларының саны;

               n - потенциал аңықтаушы иондардын саны ;

           (n-x)- ядро маңындағы яғни адсорбциялық қабаттағы қарсы иондар саны;

х- диффузиялық қабаттағы қарсы иондар саны; 

n>(n-x)    болғандықтан   коллоидты   бөлшек   теріс   зарядты.   Осы     тұрғыда   оң   зарядталған

коллоидты бөлшекті жазып көрсетуге болады.

мысалы , темір гидроксидінің коллоидты бөлшегі. Стабилизатор рөлін ҒеОСI |.

{m[Fe(OH)

3

] ·nFeO

+

 · (n-x) · CI 

-

 }

+·

 CI

-

m- мицелла агрегатындағы  Fe(OH)

3

 молекулаларының саны;

               n - потенциал аңықтауыш иондардының FeO

+

 саны ;

           (n-x)- ядро маңындағы яғни адсорбциялық қабаттағы қарсы СI иондар саны;

Бұл   жағдайда   коллоидты   бөлшек   он   зарядты   екенін   көреміз,   себебі  n>(n-x).  Кез   келген

коллоидты системадағы мицелланың құрылысын схема түрінде былай кескіндеуге болады. (1-

сурет).   Бұл   суретте   Фанет   -Фаянс   ережесін   негізге   алып,   мвнадай   қорытындылар   жасауға

болады:

1. Ерітіндіден   агрегатқа   (ядроға)   оның   құрамындағы   бөлшектерге   табиғаты   ұқсас   келетін

иондар адсорбцияланады.

2. Адсорбциялық   қабаттағы   иондар   ядродағы   қарсы   зарядты   иондарды   толық

нейтралдамайды. (nғп-x)  

3. Коллоидты    бөлшектің,  яғни  грануланың  зарядының таңбасы  ядро бетіндегі  иондардың

зарядының таңбасымен аңықталады. Себебі, адсорбциялық қабатттағы иондар саны ядро

бетіндегі иондардың санынан әлдеқайда кем n>(n-x)  

4. Диффузиялық қабаттағы қарсы иондар грануланың артық зарядын нейтралдайды. Жалпы

алғанда мицелла электронейтрал бөлшек.