Оқулық Қазақстан Республикасының Білім және ғылым министрлігі оқулық ретінде бекіткен

 

297 

 

орналасқан ыдыстардың оптикалық бөлігіне түседі. Егер зольдерге 

бөлшектер  шамасы  бірдей  және  олардың  концентрациясы  әртүрлі 

болатын  болса,  онда  шашыраған  сәуле  қарқындылығы  бірдей 

болмайды;  яғни  окулярда  жартылай  шеңберлердің  түстерінің 

әртүрлі – бірі қараңғылау, бірі жарықтау – болатынын көреміз. 

Жарықтың  шашырау  қарқындылығы  бірлік  көлемдегі 

бөлшектер  санына,  басқаша  айтқанда  зольдің  концентрациясына 

пропорционал. Сондықтан  жартылый  шеңберлердің  жарықтылығы 

бірдей  болу  үшін,  оны  шашыратып  тұрған  бөлшектер  саны 

стандарттық және зерттеп отырған ерітінділерде бірдей болу керек. 

Егер  ерітінділер  әр  түрлі  концентрациялы  болса,  төменгі 

концентрациясы  ерітіндінің  жарықталынған  бөлігінің  биіктігі 

екінші  ерітіндідегі  биіктіктен  көп  болу  керек.  Ол  биіктікті 

нефелометрдің  арнаулы  тетігімен  реттеуге  болады.  Егер  екі 

ерітіндіден шашыраған жарық қарқындылығын бірдей етіп реттесек 

(

2

1

I

I

),  онда  жарық  түсірілген  биіктік  пен  ерітінділердің 

концентрациясы арасындағы байланысты былай көрсетуге болады:  

1

2

2

1

c

c

h

h

 

Ал стандарттық ерітіндінің концентрациясын (

1

c

) біле отырып, 

зерттеп  отырған  ерітіндідегі  бөлшектер  концентрациясын  былай 

жазуға болады: 

2

1

1

2

h

h

c

c

 

Егер  екі  ерітінділердің  концентрациясы  бірдей  болса,  онда 

зерттеп отырған ерітіндідегі бөлшектің көлемін осыған ұқсас мына 

өрнек бойынша, 

1

2

2

1

h

h

V

V

 былайша табуға болады: 

2

1

1

2

h

h

V

V

 

  Мұнда 

1

V

-  деп  отырғанымыз  стандарттық  зольдің  бөлшегінің 

көлемі. 

 

1.4

 

Электрондық микроскоптық әдіс 

Бұл әдісте электрондық микроскоп қолданылады. Электрондық 

микроскопта  кәдімгі  ультрамикраскоптағы  жарық  сәулелерінің 

орнына 40÷ 100 кВ электрлік кернеумен жылдамдатылған жылдам 

ұшатын электрондар шоғыры қолданылады. (10.5 -сурет) 

 

298 

 

Электрондық  микроскопта  электронның  екі  түрлі  табиғаты  – 

корпускалық және толқындық - пайдаланылады. Электронға сәйкес 

келетін толқын ұзындығы берілген кернеуге байланысты 0,05 нм-ге 

дейін  жетуі  мүмкін.  Сондықтан  электрондық  микроскоптың  көру 

қабілеттігі  S  0,025  нм-ге  дейін  (S=0,51λ=0,51∙0,005=0,025)  жетуі 

мүмкін.  Қазіргі  кездегі  электрондық  микроскоптың  қабілеттігі 

0,3÷0,5нм-ге  жетеді,  ендеше  коллоидтық  өлшемдей  бөлшектердің 

бейнесін  алуға  мүмкіндік  береді.  Электрондық  микроскоптағы 

электрондардың  жүрісі  кәдімгі  микроскоптағы  сәулелердің 

жүрісіндей.  Оптикалық  шыны  немесе  кварц  линзалардың  ролін 

электромагниттік 

катушкалар 

атқарады. 

Алынатын 

бейне 

флуоресценцияланатын экранда пайда болады, оны фото табақшада 

түсіріп алуға болады. 

 

 

 

10.5-сурет. Электрондық микроскоптағы электрондардың жүру 

жолдарының сұлбасы. 1. Электрон көзі. 2. Конденсорлык линза. 3. 

Зерттеу объектісі. 4. Обьективтің линзасы. 5. Аралық бейне. 6. 

Проекциялық линза. 7. Флюоресценциялық экрандағы соңғы бейне. 8. 

Фото табақша 

 

Электрондық  микроскоп  арқылы  коллоидтық  бөлшектердің 

бейнесін  және  пішінін  көруге  болады.  Мысалы,  өлшемі  1-100нм 

болатын  вирустардың  пішіні  мен  құрылысын  зерттеуге  болады, 

макромолекулаларды,  мысалы  белоктардың  молекулаларын  және 

коллоидтық 

бөлшектердің 

қалыптасу 

динамикасын, 

тоңазытпалардың  (сірнелердің)  құрылысын  және  т.б.  байқауға 

болады. 

Электрондық  микроскоптың  кемшіліктерінің  бірі  –  зерттейтін 

нысанды  өте  жұқа  қабатты  нақты  күйінде  алу.  Сонысына 

қарамастан қазіргі кезде электрондық микроскоп көп қолданылады. 

 

 

299 

 

1.5 Рентгенграфтық және электронграфтық әдістер 

Рентген  сәулелерінің  толқын  ұзындығы  молекулалардағы 

немесе 

кристалдардағы 

атомдар 

және 

иондардың 

ара 

қашықтығымен  шамалас  (~0,1  нм)  болады.  Сондықтан  кристалды 

рентген сәулесіне қатысты дифракциялық тор ретінде қарастыруға 

болады. Рентген сәулелері кристалдан өте отырып кристалдық тор 

параметрлеріне  байланысты  ауытқиды,  шағылады.  Олардың 

жолына 

фотоқабыршақты 

қоя 

отырып, 

кристалдың 

рентгенграммасын рентген құрылым үшін нүктелі детектор түрінде 

немесе талшықтық және ұнтақтық құрылымдар үшін жұқа доғалар 

ретінде алады. 

Коллоидтық  бөлшектерді  зерделеу  үшін  ұсақ  кристалды 

материалды  зерттеу  үшін  қолданылатын  Дебай-Шеррердің 

шағылған рентгендік сәулелерін пайдалану әдісі ең тиімді болады. 

Фотоқабыршаққа  түсіп  шағылған  сәулелер  жұқа  қисайған 

жолақшалар  –  дифракциялық  сызықтар  түрінде  іздер  қалдырады. 

Осы жолақшалар жақын-қашықтықтағы бөлшектердің өлшемдеріне 

тәуелді  болады.  Сондықтан,  дифракциялық  сызықтардың  көлемін 

өлшей  отырып,  коллоидтық  бөлшектердің  өлшемдерін  анықтауға 

болады.  Рентгенграфтық  әдіс  көптеген  зольдердің  табиғи 

полимерлер  мен  синтетикалық  полимерлік  материалдардың 

кристалдық  құрылымдарын  зерделеуде  үлкен  роль  атқарады  және 

олардың  элементтерінің  өзара  орналасуын  анықтауға  мүмкіндік 

береді. Осы жолмен гемоглобиннің, В

12

 витаминінің,   пенцилиннің 

құрылымдары зерттелген. 

Электронграфтық әдіс рентгенграфтық әдіске ұқсас болады. Ол 

кристалдарда 

электронның 

дифракциялануына 

негізделген. 

Электрондық  әдістің  рентгенграфтық  әдіспен  салыстырғанда 

ерекшелігі  электронның  затпен  өте  күшті  (бірнеше  реттілік) 

әрекеттесуі  және  электронның  толқын  ұзындығының  аз  болуы. 

Сондықтан  бұл  әдіс  өлшемі  1-100  нм,  яғни  коллоидтық 

дисперсиялық  бөлшектердің  құрылымын  зерттеуге  мүмкіндік 

береді.  Электронграфтық  әдіс  көптеген  коллоидтық  бөлшектердің 

беттік 

қабыршықтарды 

жұқа 

адсорбциялық 

қабаттарды 

зерделегенде табысты қолданылуда.  

 

 

 

 

300 

 

1.6 

Коллоидтық 

жүйелерде 

жарықтың 

жұтылуы 

(абсорбциясы) және коллоидтық ертінділердің түстері 

Коллоидтық  ертінділердің  түстері  басқа  да  дисперстік 

жүйелердікі 

сияқты 

жарықтың 

шашырау 

және 

жұтылу 

құбылыстарымен  байланысты  болады.  Жарықтың  жұтылуы 

таңдамалы  сипатта  болады.  Жарықтың  шашырауы  коллоидтық 

жүйеге  өткен  жарықта  қызғылттау  түс,  ал  шашыраған  жарықта 

көгілдірлеу  түс  береді.  Жалпы  алғанда  коллоидтық  жүйенің  түсі 

осы  екі  құбылыс  –  жарықтың  жұтылуы  мен  шашырауы  – 

нәтижесімен  анықталады.  Дисперстік  фазаның  дисперстілігі  мен 

бөлшектердің  пішінінің  өзгеруі  дисперстік  жүйенің  түсінің 

өзгеруіне әкеп соғады. 

Молекулалық  ертінділердегі  жарықтың  жұтылуын  Ламберт-

Бугер-Бер теңдеуімен сандық түрде анықтауға болады:  

                                               

kcl

e

J

J

0

                                        (7)  

мұндағы 

J

  және 

0

J

  ерітіндіден  өткен  және  ерітіндіге  түскен 

жарықтың қарқындылығы; с-еріген зат концентрациясы; 

l

- ерітінді 

қабатының қалыңдығы; 

k

- жұтылу коэффициенті; ол еріген заттың 

табиғаты мен жарық толқынының ұзындығына тәуелді болады. 

Жарықтың  жұтылуы  таңдамалы  сипатта  болғандықтан  (7)  – 

теңдеу  тек  монохраматтық  сәулелер  үшін  ғана  дұрыс  болады.  Бұл 

теңдеуге  сәйкес  салыстырмалы  мөлдірлік  мына  өрнекпен 

өрнектеледі: 

                                         

l

c

k

e

J

J

0

/

                                                (8)  

ал салыстырмалы жұтылу былай өрнектеледі: 

                                                

kcl

e

J

J

J

1

0

0

                                   (9) 

Бұл теңдеулер жоғарыда айтылғандай молекулалық ерітінділер 

үшін  қорытылған.  Коллоидтық  ерітінділер  үшін  (8)  теңдеуге 

жарықтың  қосымша  жұтылуына  эквивалентті  болатын  жарықтың 

шашырауын  есепке  алатын  түзетпе  енгізуі  тиіс.  Оны  еске  алатын 

(9) – теңдеудің модификациясының бірі былай жазылады: 

                                           

2

2

/

0

kclV

e

J

J

                                    (10) 

мұндағы:

V

 - коллоидтық бөлшектің көлемі. 

Металдардың  зольдері  үшін  барлық  заңдылықтар  күрделірек 

болады.  Олар  үшін  жарықтың  жұтылуында  да,  жарықтың 

шашырауында  да  аномалия  болады.  Осындай  зольдер  үшін 

 

301 

 

жарықтың  едәуір  жұтылуы  тән  болады,  ол  болса  олардың 

түстерінің  қарқындылығын  анықтайды.  Осы  екі  оптикалық 

құбылыс  үшін  де  толқын  ұзындығы  және  зольдің  дисперстілігіне 

байланысты максимум болады. Сол себептен олардың түстері «ақ» 

жарықта өзгереді. Мысалы, радиусы 20нм, пішіні сфералық алтын 

зольінде  максималдық  абсорбция  λ=530  нм  болады,  ол  жасыл 

сәулелердің  абсорбциясына  сәйкес  келеді.  Сондықтан  олар  қызыл 

түсті  болады.  Радиусы  30  нм  алтын  зольінде  максималдық 

абсорбция    λ=600 нм-де  болады.  Бұл  кезде  золь  көк  түсті  болады. 

Келтірілген  мәліметтер  Мидің  теориялық  есептеулеріне  жақсы 

сәйкес келеді. 

Бірқатар жағдайларда метал емес зольдер (берлиндік көк, темір 

(III) гидрооксиді, сүрме сульфиді зольдері) үшін ашық қою түс тән 

болады. 

Олардың 

қарқындылығы 

дисперстілік 

дәрежесі 

төмендегенде айтарлықтай азаятынын айта кеткен жөн. 

 

2 

Коллоидтық  жүйелердің  молекулалы-кинетикалық 

қасиеттері 

Коллоидтық  химияның  дамуының  басында  коллоидтық 

жүйелерде  диффузия  және  осмос  құбылыстары  болмайды  деп 

есептеді. Алайда кейінірек дәлірек әдістерді пайдалану ол пікірдің 

дұрыс еместігін көрсетті. Ультрамикроскопты жасау (1903 ж.) тіпті 

жеке  коллоидтық  бөлшектердің  қозғалысын  тікелей  бақылауға,  ол 

құбылыстың  диффузия  және  диффузия  коэффициентілігімен 

байланыстыруға  мүмкіндік  берді.  Жеке  коллоидтық  бөлшектердің 

қозғалысын 

бақылау 

молекулалық-кинетикалық 

теорияға 

негізделген есептеулерді, диффузия формуласын, седиментациялық 

тепе-теңдікті және т.б. с.с тексеруге және растауға мүмкіндік берді. 

 

2.1 Броундық қозғалыс 

Коллоидтық  жүйелердің  молекулалық-кинетикалық  қасиеттері 

шын ерітінділердікімен бірдей болады. 

Егер микроскоппен суспензияны немесе эмульсияны қарайтын 

болсақ, онда сұйықтағы бөлшектердің әртүрлі тәртіпсіз қозғалыста 

болатынын  байқаймыз.  Бұл  құбылысты  1927  ж  ағылшын  ботанигі 

Р.  Броун  гүлдің  тозаңдарының  суспензиясын  микроскоппен 

қарастыра  отырып,  бөлшектердің  үздіксіз  тәртіпсіз  қозғалыста 

болатынын  байқаған.  Содан  бастап  бұл  қозғалысты  Р.  Броунның 

құрметіне броундық қозғалыс деп атаған. Басында бұндай қозғалыс 

 

302 

 

тек  жанды  материя  бөлшектеріне  тән  деп  қарастырса,  кейін 

бейорганикалық  заттық  бөлшектерде  де  ондай  қозғалыстардың 

болатыны  белгілі  болған.  Кейінгі  зерттеулер  жеке  бөлшектердің 

бір-біріне  тәуелсіз  қозғалыста  болатынын  және  бөлшектердің 

өлшемі  азайған  сайын  олардың  қозғалыс  қарқындылығы 

күшейетінін  көрсетті.  Көптеген  зерттеулердің  нәтижесінде 

броундық  қозғалыс  заттың  табиғатына  тәуелсіз  болатыны  және 

келесі  факторлармен  –  температура,  бөлшектердің  өлшемі, 

жүзгіндегі  ортаның  тұтқырлығымен  анықталатыны  белгілі  болған. 

Температураның  артуы  мен  ортаның  тұтқырлығының  азаюы  да 

бөлшектердің қозғалысының қарқындылығын арттырады. 

Броундық қозғалыстың теориясын 1906 ж А. Эйнштейн мен М. 

Смолуховский  бір-біріне  тәуелсіз  жасады  және  оны  эксперимент 

арқылы  Ж.  Перрен,  Т.  Сверберг  және  т.б.  ғалымдар  растап  берді. 

Сұйықтықтағы  жүзгіндердің  диффузиялық  теориясын  зерттеп,  А. 

Эйнштейн мынандай формуланы қорытып шығарды: 

                                            

r

N

RT

D

6

1

                                              (11) 

 мұндағы: 

D

-  диффузия  коэффициенті; 

r

-  бөлшектердің  радиусы; 

N

- Авагадро саны;  - дисперсиялық ортаның тұтқырлығы; 

Бұл  формуладан  диффузия  коэффициенті  температураға  тура, 

ал ортаның тұтқырлығы мен коллоидтық бөлшектің өлшеміне кері 

пропорционал  болатынын  көреміз.  Коллоидтық  бөлшектердің 

қозғалысы  ортаның  молекулаларының  соқтығысуынан  болады  да, 

өздерінің  бағыттары  мен  жылдамдықтарын  өзгертіп  отырады. 

Бөлшектің бір секундтағы соқтығысуы 10

16

 – 10

20

, ал жылдамдығы 

М. Смолуховскийдің есептеуі бойынша 10

2

-10

4

 см/сек болуы тиіс. 

Коллоидтық  жүйелерді  зерттегенде  ультрамикроскоптың 

үстеліне  коллоидтық  ерітіндісі  бар  ыдысты  қойып,  бөлшектердің 

қозғалысын  байқайды.  Объективте  координаттық  тордың  болуы 

және алдын-ала оның элементтерінің шамасын сандық түрде білу   

уақытындағы  ығысу  шамасын  сандық  түрде  анықтауға  мүмкіндік 

береді. Есептеу үшін орташа квадраттық ығысуды 

2

X

 алады: 

                                        

n

x

x

x

X

n

2

.......

2

2

2

1

2

                                     (12) 

мұндағы: 

n

x

x

x

....,

,

,

2

1

-  бөлшектің  жеке  бақылаудағы  ығысуы; 

n

- 

ығысу саны.  

 

303 

 

А.Эйнштейн  диффузия  коэффициентімен  орташа  квадраттық 

ығысу шамасын байланыстыратын формуланы қорытты: 

                                         

D

X

2

                                                   (13) 

(11) – теңдеуден 

D

-нің мәнін (13) – теңдеуге қойсақ: 

                                           

r

N

RT

X

3

                                             (14) 

Перрен  осы  формуланы  пайдаланып  Авагадро  санын  мына 

өрнек бойынша есептеді: 

                                             

r

RT

x

N

3

1

2

                                               (15) 

Оның 

алған 

мәліметі 

А.Эйнштейннің 

формуласының 

дұрыстығын дәлелдеді. 

 

2.2 Коллоидтық жүйелердегі диффузия 

Броундық  қозғалысты  зерттеу  диффузия  –  еріген  затты 

ерітіндінің  бүкіл  көлемі  бойынша  таралуына  әкелетін  құбылыс  – 

шын  ерітінділерде  де,  коллоидтық  ерітінділерде  (зольдерде)  де 

болатынын көрсетті. Алайда, коллоидтық ерітінділердегі диффузия 

жылдамдығы  шын  ерітінділердікінен  бірнеше  есе  аз  болады. 

Диффузияның  себебі  –  бөлшектердің  жылулық  қозғалысы. 

Диффузия жылдамдығы А.Фик (1985 ж) заңымен анықталады: 

                                        

t

dx

dc

DS

m

                                                 (16) 

мұндағы: 

S

-  диффузия  болатын  көлденең  қима; 

m

-  сол  көлденең 

қимадан  диффузияланатын  зат  мөлшері; 

dx

dc

  -  концентрация 

градиенті; 

t

- уақыт; 

D

- диффузия коэффиценті. 

Диффузия  коэффициенті  физикалық  мәні  бірлік  уақыт 

аралығында  (1  сек),  көлденең  қима  1см

2

  болған  да,  концентрация  

градиенті  де  бірлік өлшемде  болғанда,  яғни  1  см қашықтан  бірлік 

өлшемге  азайғанда  диффузияланатын  зат  мөлшері.  Ендеше 

диффузия коэфициентінің өлшемі см

2

 сек

-1

 болады. 

(11) - теңдеуден 

D

-ның бөлшектің өлшеміне кері пропорционал 

екенін  білеміз.  Ендеше  коллоидтық  ерітіндідегі  бөлшектер  шын 

ерітінділердегі  молекулаларға  (иондарға)  қарағанда  өте  үлкен 

болғандықтан  коллоидтық  бөлшектердің  жылулық  қозғалысы  да 

молекулалардың  жылулық  қозғалысынан  көп  есе  аз  болады. 

Бөлшектің  өлшемі  неғұрлым  үлкен  болған  сайын  олардың 

диффузия жылдамдығы да соғұрлым аз болады. 

 

304 

 

2.3 Коллоидтық жүйелердің осмос қысымы 

Кез-келген  ерітіндінің  осмостық  қысымы  еріген  бөлшектердің 

санына  байланысты,  және  олардың  табиғаты  мен  өлшеміне 

байланыссыз 

болады. 

Ерітінділдердің 

тек 

сандық 

концентрациясына  –  бірлік  көлемдегі  еріген  заттық  активтік 

бөлшектерінің (молекулаларының, иондарының және т.б.) санына – 

тәуелді  қасиеттері  коллигативтік  қасиеттер  деп  аталады.  Оларға 

диффузия,  осмос  қысымы,  ерітіндінің  қайнау  температурасының 

жоғарылауы,  қату  температурасының  төмендеуі  сияқты  қасиеттер 

жатады. Сандық концентрацияны   деп белгілейді. 

Вант-Гофф формуласы бойынша осмос қысымы мына өрнекпен 

анықталады: 

                                     

RTC

P

осм

                                             (17) 

Коллоидтық  ерітінділер  үшін  молярлық  концентрацияның 

орнына сандық концентрасияны пайдаланған дұрыс болады: 

                                              

RT

P

осм

                                         (17 a) 

мұндағы: 

N

R

k

; 

R

- газ тұрақтысы; 

N

- Авагадро саны. 

Коллоидтық ерітінділердің шын ерітінділерден айырмашылығы 

– оларда осмос қысымы өте аз және тұрақсыз болады. Оның себебін 

төмендегі мысалдарға қарастырып, түсіндіруге болады. 

Екі  коллоидтық  жүйені  қарастырайық.  Бірдей  температурада 

біріншісінің осмостың қысымы 

1

осм

P

, ал екіншісінікі 

2

осм

P

 болсын.  

Ендеше:                                

kT

P

осм

1

1

                                             (18) 

                                              

kT

P

осм

2

2

 

Бұл теңдіктерді бір-біріне бөлсек: 

                                               

2

1

2

1

осм

осм

P

P

                                              (19) 

(19)  –  теңдеу  дисперстік  жүйелердің  осмостық  қысымы  тек 

сандық  концентрациямен  анықталатындығын  және  табиғаты  мен 

өлшеміне  тәуелсіз  екендігін  көрсетеді.  Коллоидтық  жүйелерде 

бөлшектің  массалары  көп  болғандықтан  бірдей  салмақтық 

концентрацияда 

олардың 

сандық 

концентрасиясы 

шын 

ерітінділердікінен  әлдеқайда  аз  болады.  Сол  себепті  олардың 

осмостық қысымдары да аз болады. 

Коллоидтық  жүйелердегі  осмостық  қысымның  тұрақсыз 

болатынын  қарастырайық.  Ол  коллоидтық  жүйелерде  болатын 

 

305 

 

агрегация  (бөлшектердің  жылулық  қозғалысының  әсерінен 

соқтығысып  өз  бетінше  бірігуі)  құбылысына  байланысты  болады. 

Салмақтық концентрациясы бірдей, бірақ бөлшектерінің өлшемі әр 

түрлі екі коллоидтық ерітінді үшін мынаны жазуға болады: 

                                     

3

1

3

2

3

1

3

2

3

2

3

1

2

1

2

1

3

/

4

3

/

4

D

D

r

r

r

c

r

c

P

P

осм

осм

                      (20) 

мұндағы: 

1

r

  және 

2

r

  –  бірінші  және  екінші  ерітінділердегі 

бөлшектің радиусы;  - дисперстік фаза тығыздығы; 

1

D

 және 

2

D

 - 

екі ерітінді де бөлшектердің дисперстілігі. 

Бұл 

теңдеуге 

байланысты 

екі 

жүйенің 

осмостық 

қысымдарының 

қатынастары 

олардың 

бөлшектерінің 

радиустарының  (немесе  дисперстілігінің)  кубтарының  қатынасына 

кері  пропорциональ.  Ендеше  радиустың  аз  ғана  өзгерісінің  өзі 

осмос  қысымының  көп  өзгеруін  болдырады.  Агрегация  және

 

дезагрегация  құбылыстары  коллоидтық  жүйелерде  әртүрлі 

факторлардың  әсерінен  болып  тұратындықтан  олардың  осмостық 

қысымдары тұрақсыз болады екен. 

 

жүктеу/скачать 3,84 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: