МОЛЕКУЛАЛЫҚ -КИНЕТИКАЛЫҚ ЖӘНЕ ОПТИКАЛЫҚ ҚАСИЕТТЕР

 

§ 44. БРОУНДЫҚ ҚОЗҒАЛЫС

Коллоидты системадағы (зольдегі) дисперсті фазаның бөлшек-тері ерітінді мен еріткіш молекулаларының соқтығысуы, қақтығы-суы салдарынан ретсіз қозғалыста болады. Мысалы, кез келген коллоидты ерітіндіні ультромикроскоп арқылы қараса ондағы золь бөлшектерінің ретсіз қозғалыста екенін көруге болады.

Бұл құбылысты 1827 жылы ағылшын оқымыстысы, ботаник Р. Броун байқаған. Ол өсімдік тозаңының судағы жүзгенін мик-роскоп арқылы бақылағанда, олардың ретсіз қозғалыста болаты-нын көрген. Әуелде Броун бұл козғалыстарды өсімдік тозаңы сияқ-ты тірі организмдерге тән құбылыс деп тұжырымдады. Қейіннен органикалық, бейорганикалық заттан әзірленген жүзгіндер мен эмульсиялардағы бөлшектердің өлшемі 1—5 мк болса, олар ретсіз қозғалыста болатынын байқады.

1888 жылы Гуи, 1900 жылы Экснер броундық қозғалыстың та-биғаты молекулалық-кинетикалық теорияға, яғни жылу әсерінен пайда болатын қозғалысқа негізделуі мүмкін деген пікір айтты. Бұл пікір Эйнштейн және Смолуховский есептеулері арқылы дә-лелденіп, Перрен және Сведберг зерттеулеріндегі асқан дәлдікпен жүргізілген тәжірибелер кезінде нақтылы деректермен толықты-рылды. Көптеген тәжірибелер броундық қозғалыс зат табиғатына тәуелсіз, ал бөлшектің өлшеміне, ол орналаскан ортаның темпе-ратурасы мен тұтқырлығына тәуелді екенін көрсетті. Еріткіш мо-лекулаларының тынымсыз соққылауы салдарынан да дисперсті фазаның бөлшектері ретсіз қозғалысқа түседі. Әрбір бөлшектің қозғалысы немесе белгілі мерзімдегі орын ауысып жылжуы қақ-тығысудың орташа мәні ретінде қабылданды. Мысалы, бір бөлшек бір секундта шамамен 10²⁰ кақтығысуға душар болады екен. Бөл-шек өте кішкене болса, оның жан-жағынан немесе әр тұсынан тиетін соққы саны бірдей бола бермейді және кеңістіктегі мұндай бөлшек өте күрделі ізбен (траекториямен) жылжиды. Егер дис-персті фазадағы бөлшектің өлшемі мен массасы белгілі бір шектен асып кететін болса, онда қақтығысулардың бірін-бірі жою мүмкін-дігі арта түседі. Сондықтан да өлшем 4—5 ммк болатын бөлшектер өте жай тңрбелмелі қозғалыста болады. Ал бөлшек мұнан ірі болса, броундық қозғалыс байқалмайды.

Коллоидты системаны микроскоп арқылы бақылағанда, ондағы белгілі бір бөлшекті х деп белгілеп, оның траекториясын анықта-сақ, ол 59-суретте көрсетілгендей болады да белгілі мерзімдегі

орташа жылжуы ке теңеледі. Бұл түрлі бағыттағы көптеген қозғалыстың статистикалык нәтижесі немесе көлеңке іспеттес про-екциясы. Ал броундык қозғалыстағы бөлшектің шын мәніндегі траекториясын молекулалардікіндей дәл көріп бақылау мүмкін емес, өйткені олар өте көп. Ондағы әрбір бөлшек тек бір секундтың өзінде есепсіз соқтығысып, өз бағытын есепсіз өзгертеді. Ал адам өте үлкейтілген бөлшектің бір секундтағы тек 10 шақты қозғалы-сын көре алады екен. Сондықтан броундық қозғалыс теориясына газ молекуласына қолданылып келген орташа квадраттық жыл-дамдык, орнына орташа квадраттық жылжу деген ұғым енгізілді. Ол — көрсетілгендегідей бөлшектің t уақытта А мен В жағдайға өзгеруі. Кейде оны орташа проекция деп те атайды. Бөлшектін. орташа жылжуының (х) уақыт пен диффузия коэффициентіне тәуелділігі Эйнштейн теңдеуімен өрнектеледі:

186)

мұндағы — орташа жылжу; х² — орташа квадраттық жылжу; t — жылжуға кеткен уақыт; D — диффузия коэффициенті. Дис-персті ортадағы молекуладан үлкен өлшемде болатын дисперсті шар тәрізді бөлшектің диффузия коэффициентінің мәні былай анықталады:

(187) \ '

Соңғы екі теқдеудің коллоидты химиядағы мәні ерекше. Онда диффузия коэффициентін анықтау арқылы шар тәрізді коллоидты бөлшектің радиусын есептеуге және сол сияқты жоғарғы молеку-лалық қосылыстардың шамасын өлшеуге болады. Ал бөлшек күр-делі пішінді болса, соңғы теңдеудің оң жақтағы соңғы мүшесі () біршама күрделенеді. Ол үшін (187) теңдеудегі диффузия коэффициентінің мәнін оның алдындағы (186) теңдеуге қойып, бөл-шектің орташа жылжуын есептейді:

Броундық қозғалысты жан-жақты зерттеген Перрен өз тәжіри-бесінде алған мәліметтерге сүйеніп және математик Ланжевеннің көмегімен Авогадро саныныд (Na ) мәнін дәл анықтайды. Броун-дық қозғалыс тек коллоидты химияны, табиғаттану ілімдерін да-мытып қана қоймастан, жалпы диалектикалык, материалистік көз-қарастың дұрыстығын, ғылымилығын дәлелдеді.