Модуль 03: «Физхимиялық талдау»
Тұрақтылықтың физикалық теориясы және электролиттердің ұйытуы
жүктеу/скачать 2,72 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Электролиттер арқылы ұйытқандағы негізгі заңдылықтар.
| Тұрақтылықтың физикалық теориясы және электролиттердің ұйытуы. Екі бөлшектің ара қашықтығы өзгергендегі оған байланысты осы бөлшек араларындағы әрекеттесу энергиясының тәуелділігін талдап, қарастырайық. Ол үшін, осы ара қашықтыққа функция ретінде тартылу энергиясы мен тебілу энергияларын жеке сипаттайтын график тұрғызу керек. Ал осы әрекеттесудің жалпыэнергиясын табуға болады. Мұндай графиктер 61-суретте көрсетілген және оларды көбінесе потенциалдық қисықтар дейді. Оларды тұрғызғанда тебіліс энергиясы оң деп, ал тартылу энергиясы теріс деп есептеледі.
Коллоидты ерітіндідегі мицеллалардың аралары қашық болғанда, ионды атмосфераның диффузиялық қабаты бірін-бірі баспайды, тіпті түйіспегендіктен де тебілу күштері байқалмайды. Ал ионды атмосфера біріне-бірі көмкеріледі, кері аттас иондар арасында электростатистикалық әрекеттесу туындап, иондар қайтадан таратылады. Мицеллалар біріне-бірі жақындағанда пайда болатын тебілу күштерінің табиғаты жай кулондық әрекеттесуден әлдеқайда күрделі. Б.Дерягин сыналы қысым деп аталатын ерекше тектегі күштердің пайда болатынын көрсетті. Тебіліс энергиясымен байланысты болатын сыналы қысымды есептемегенде зарядталған және параллельді орналасқан үлкен екі пластинаны үлгі етіп алған жөн. Осы екі пластина арасында системаның қалған көлемімен байланысқан өте жұқа сұйық қабат бар. ал осы еі пластина да Р қысымының әсерінен ұсталып тұрады. Ондағы қабаттардың механикалық тепе-теңдікте болуының басты шарты екі күштің абсолют мәнінің теңдігі: dP- бірлік өлшемдегі ауданға қатынасты сыналы қысым күші және pdφ – электростатистикалық әрекеттесу күші, ол да бірлік өлшемдегі ауданға қатынасты. Бұл екі күштің бағыты біріне-бірі кері болағндықтан: dP + pdφ =0 м (205) Пластинаның l араларындағы қысымдыP1, ал бүкіл көлемдегі қысымда P0 арқылы белгілесек, сыналы қысым осы екі қысымның айырымына теңелетінін көреміз: П = P1 – P0 Екі пластина ортасындағы потенциал φ; бүкіл көлемдегі потенциал нөл болғандықтан, теңдеуді интегралдап екенін алады. Ондағы заряд тығыздығын физикадан белгілі теңдеуді пайдаланып табады. Мұндай жағдайда, ерітіндідегі бинарлы электролит заряды z болатын иондарды құрастырады делік. Көрсеткіштік функцияны қатарға жіктей келіп және ондағы бірінші мүшелермен шектелсек: Тебіліс потенциалы энергиясын (U0) келесі теңдеумен есептеуге болады: Б.Дерягин шәкірттерімен бірге, судағы электролит ерітіндісінің екі жақты жұқа қабатта туындайтын сыналы қысымды тәжірибе кезінде өлшеді. Ерітінді концентрациясы төмен болған жағдайда (209) теңдеу дұрыс нәтиже көрсетеді. Сондай-ақ, олар шар тәрізді екі бөлшек арасындағы тебіліс энергиясын да есептеп шығарды. Золь тұрақтығына едәуір ықпал ететін екінші тектегі күш – бөлшектердің арасындағы өзара тартылыс күші. Олардың табиғаты бейтарап молекулалар арасындағы әсер етуші күштердікіндей. Мұндай күштердің болуын пайдаланып, Ван-дер-Ваальс нақтылы газдр мен сұйықтың қасиеттерін түсіндірді. Молекулааралық күштердің пайда болуы дипольдердің әрекеттесуімен байланысты. Осы бағытқа арнаулы жүргізілген есептеулер көрсетіп отырғандай, ара қашықтық қысқарғанда тартылу күшінен гөрі, тебіліс күші біршама жай кемиді; ал ара қашықтық алыстағанда тебілу күші басым болса, қысқарғанда тартылу күші артады. Осылайша әрекеттесуші энергия қисығының орташа көрсеткіші орташа қашықтық кезнде барынша артық, яғни максимум болады. Бұл максимум молекулалар өзара бірігіп, жабысу үшін асып түсетін кедергі іспеттес. Потенциалды қисықтың абцисса осімен бірігуі тез ұю құбылысының бастапқы кезеңіне сәйкес болады. Осындағы бөлшектердің әсерлі қақтығысуы бола алатындай бірден-бір тиімді концентрация мәнін теориялық тұжырымдау тұрғысынан Б.Дерягин мен Л.Ландау қарастырып, келесі теңдеуді ұсынды: мұндағы А – тұрақты шама, ол катион зарядының анион зарядына қатынасы мен диэлектрлік сіңіруге тәуелді; k – Больцман тұрақтысы; e – электрон заряды; z – ұйытушы ионның валенттілігі; C – ұйытушы электролит концентрациясы. Соңғы теңдеу Шульц-Гарди ережесінің теориялық тұрғыдан алғандағы түсіндірмесі және ол тәжірибе кезінде алынған мәліметтермен сәйкес келеді. Б.Дерягин шәкірттерімен біріге электролиттердің кризистік концентрациясына әртүрлі факторлырдың ықпалын жан-жақты қарастырады. Соңғы кездегі зерттеулерге қарағанда бұл шама зольдегі бөлшек өлшеміне және үлкен радиуске, аз концентрацияға сәйкес екен. Электролиттер арқылы ұйытқандағы негізгі заңдылықтар. Коллоидты системаларды алғаш зерттеген ғалымдарға электролит мөлшерінің өзгерісіне сәйкес зольдер тұрқтылығының да өзгеретіні сол кездің өзінде-ақ белгіл болған (Ф.Сельми, Т.Грэм, М.Фарадей, Н.Борщов). Бертін келе нқтылы мәліметтер жинақталып, негізгі теориялық қорытындылар жасалды. Бұл ретте, әсресе электролит арқылы коллоидты ерітінділердің ұю теориясына әйгілі совет ғалымдары Б.В.Дерягин шәкірттерімен, Г.А.Ребиндер және оның ғлыим мектебі, Ю.М.Глазмен және бақалар үлкен үлес қосты. Сонымен тәжірибе кезіндегі мәліметтер мен теориялық ерітінділерді электролит көмегімен ұйыту заңдылықтарын ұю ережелері деген атпен былай топтастыруға болады: 1) ұюды (коагуляцияны) кез келген электролит тудырады, бірақ оның жылдамдығы элетролит концентрация белгілі мәнге жеткенде ғана байқалады; осы мәннен асқанда ғана коллоидты ерітіндінің ұюы байқалатын ең кіші концентрацияны «ұю табалдырығы» дейді; 2) коллоидты бөлшек зарядына, тек электролиттегі кері зарядталған ионның ғана ұйыту қабілеті байқалады және мұндай электролиттің валенттілігі көбейген сайын оның ұйыту қабілеті де артады; мұның күкіртті мышьяк гидрозолінің ұюын зерттегенде 1882 жылы Шульц және 1900 жылы Гарди бірінші болып анықтағандықтан, Шульц-Гарди ережесі деп те атайды; 3) органикалық қатардағы иондардың ұйыту әсері, олардың адсорбциялық қабілетіне орай өседі; 4) бейорганикалық иондар қатарында, олардың гидротациялану активтілігі валенттілік төмендеген сайын ұйытушылығы артады; мысалы, бір валентті катиондар мен аниондар қатарындағы олардың гидротациялану және ұйыту активтіліктері келесі жүйе бойынша өзгереді: Ұю процесін теориялы тұрғыдан зерттеудің екі түрлі мақсаты бар: зольдердің агрегаттық тұрақтылығын қамтамасыз ететін жағдайды анықтау; толық не жартылай тұрақтылығынан айырылған системалардың ұю жылдамдығын зерттеу. Мұндағы екінші мәселенің шешілуі біршама жеңілдеу. Смолуховский тәжірибе нәтижесінде алынған деректерге қайшы келе бермейтін ұю құбылысының кинетикалық теориясын ұсынды. Ал коллоидты системаның тұрақтылығына бағытталған проблемалық мәселе әлі де болса, өз шешуін толық таппай отыр. жүктеу/скачать 2,72 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|