Оқулық Қазақстан Республикасының Білім және ғылым министрлігі оқулық ретінде бекіткен

 

354 

 

катиондарын  алмастырса,  басқа  бір  жағдайда  аниондарын  ғана 

алмастырады.  Алмасу  адсорбциясының  осы  ерекшеліктері 

табиғаты жағынан химиялық құбылысқа (реакцияға) жақын екенін 

көрсетеді.  Екіншіден:  алмасу  адсорбциясы  барлық  жағдайда 

қайтымды 

болмайды. 

Үшіншіден: 

алмасу 

адсорбциясы 

молекулалық  адсорбциядан  баяу  жүреді.  Егер  адсорбенттің 

бетіндегі емес көлем ішіндегі иондары алмасуға түссе, онда алмасу 

адсорбциясы  одан  да  баяу  жүреді.  Төртіншіден:  алмасу 

адсорбциясы кезінде ортаның рН-ы өзгеруі мүмкін. 

Әрине  бұл,  егер  адсорбенттің  иондарымен  алмасатын  иондар 

сутек,  иә  гидроксил  иондары  болған  жағдайда  болады.  Егер 

адсорбент  басқа  катионға  сутек  ионын  алмастырса,  ортаның  рН-ы 

азаяды,  керісінше  басқа  анионға  гидроксил  ионын  алмастырса 

ортаның  рН-ы  көбейеді.  Бұларды  схемалық  түрде  былайша 

көрсетуге болады: 

 

 

Алмасу  адсорбциясы  кезінде  қатты  дене  бетіндегі  алмасатын 

иондарды  (1және  2  ион)  сан  жағынан  Б.  П.  Никольский  (1939) 

теңдеуімен сипаттауға болады:  

                    

2

1

2

1

1

2

1

1

1

2

1

1

z

z

z

z

a

a

K

g

g

                

 

Бұндағы  g

1

  және  g

2

  адсорбенттегі  алмасатын  иондардың 

мөлшері,  а

1

 

және  а

2

 

ерітіндідегі  алмасатын  иондардың 

активтіліктері,  z

1

,  z

2

  -  иондардың  валенттілігі.  К-тұрақты  шама. 

Егер z

1

=z

2

 онда бұл теңдеуді былайша жазамыз: 

                                                    g

1

/g

2

=K

1

(а

1

/а

2

)                                 (34) 

Егер  электролиттің  концентрациясы  аз  болса,  онда  активтілік 

(а) орнына электролиттің концентрациясын қоюға болады. 

                                                   g

1

/g

2

=K

1

(С

1

/С

2

)                                 (35) 

 

Алмасу  адсорбциясының  егін  шаруашылығы  мен  биология 

және  техникада  маңызы  зор.  Топырақ  өзінің  бойына  белгілі  бір 

иондарды  ғана  жұтып  ұстай  алады.  Өсімдіктерге  қажет 

тыңайтқыштардың құрамында болатын К

+

 және NH

4

+

 катиондарын 

 

355 

 

топырақ  өз  бойында  жақсы  ұстайды.  Бұл  иондардың  орнына 

топырақ өз бойынан Са

++

және Mg

++

 катиондарын бөледі. Кейбір Cl

-

, 

NO

3

-

,  SO

4

-

²  сияқты  иондар  топырақта  тіпті  жұтылмайды.  Бұл 

жөнінде толық мәліметтер К. К. Гедроцудың (1933 ж.) еңбектеріңде 

көрсетілген. Техникада да алмасу адсорбциялары көп жағдайларда 

қолданылады.  Мысалы  мақта  маталарын  бояу  үшін  қолданылады. 

Бояу  кезінде  олар  бояулардың  түсті  катиондарын  сіңіріп  алып, 

техникалық  процесстер  кезінде  өздерінің  бойында  болатын  Са

++

 

катионын бөліп шығарады. 

Алмасу  адсорбциясы  кермек  суларды  жұмсату  мақсатына 

кеңінен қолданылады. Кермек  сулардың  құрамында  болатын  Мg

++

 

және  Ca

++

  иондары  суды  техникада  қолдануды  зиянды  ететінін 

бізге белгілі. Сабындар кермек суда Са

+

  мен  Mg

++

  қосылыстарына 

айналып  суда  ерімейді  де,  оның  үстіне  өздерінің  жуғыштық 

қасиетін  жоғалтады.  Кермек  суда  пісірілген  тамақ  дәмсіз  және 

қатты  болады,  т.  б.  кермек  судың  тұрмыста  зиянды  болатынын 

көрсететін мысалдар көп. Міне осындай кермек суларды жұмсарту 

үшін  Ганс  алюмисиликатты  сорбентті  пайдалануды  ұсынды.  Оны 

Ганс  пермутут  деп  атады.  Пермутиттің  формуласын  былайша 

көрсетуге болады:  

Na

2

О∙Al

2

О

3

∙3SiO

2

∙H

2

O.  Кермек  суды  пермутит  арқылы 

жұмсартуды схемалық түрде былай жазуға болады.  

 

 

 

Соңғы  кездерде  суды  жұмсарту  үшін  пермутиттің  орнына 

табиғи  минералдар  глаукониттер  және  жасанды  түрде  алынатын 

ионалмастырғыш  шайырлар  қолданылады.  Ионалмастырғыш 

шайырлар  жөнінде  ҮМҚ  химиясында  толығырақ  айтылады. 

Ионалмастырғыш  щайырларды  иониттер  деп  те  атайды.  Егер 

адсорбент шайыр катиондарын алмастыратын болса, катиониттер 

мен аниондарын алмастырса аниониттер деп аталады. Кәдімгі суда 

катиониттер  мен  аниониттер  салынған  ерекше  сүзгілер  арқылы 

өткізіп  оларды  еріген  электролиттерден  тазартып,  тазалығы 

жағынан диссоциацияланған судай су алуға болады. Оны схемалық 

түрде төмендегідей көрсетуге болады: 

 

356 

 

 

 

Бұл 

процесс 

кезінде 

иониттеріміз 

өздігінен 

регенарацияланатын  болғандықтан  суды  осылай  тазарту  өте 

қолайлы,  тиімді,  әрі  арзанға  түседі.  Алмасу  адсорбциясы  басқа 

жолмен алу қиын болатын өте сұйылтылған ерітінділерден керекті 

затымызды жиып алуға қолданылады. Осы жолмен мысалы, күмісті 

және  көптеген  радиактивті  металдарды  ерітінділерден  шығарып 

алуға  болады.  Алмасу  адсорбциясы  аналитикалық  химияда 

ерітінділерді  титрлеу  кезінде  эквиваленттік  нүктені  табу  үшін  

қолданылады.  Алмасу  адсорбциясының  өмірде  қолдануы  тек 

жоғары  айтылған  мысалдар  мен  шектеліп  қоймайды,  оларды 

практикада қолдану жылдан жылға көбейе түсуде.  

 

Қайталауға  және  өзін-өзі  бақылауға  арналған  сұрақтар  мен 

есептер: 

1.

 

Сорбция  дегеніміз  не?  Адсорбция,  абсорбция  жете  капиллярлық 

конденсация құбылыстарының ерекшеліктері қандай? 

2.

 

Адсорбция  неге  өздігінен  жүреді?  Физикалық  адсорбция  мен 

химиялық  адсорбцияның  қандай  айырмашылықтары  бар?  Адсорбцияның 

өзіне  тән  ерекшеліктері  қандай?  Адсорбияның  жалпы  термодинамикалық 

теңдеуін  көрсетіп,дербес  жағдайлар  үшін  адсорбция  изотермасының, 

адсорбция  изобарасының,  адсорбция    изопикнасының  және  адсорбция 

изостерасының теңдеулерін жазыңыз. 

3.

 

Ерітіндінің беттік керілуі қандай факторларға тәуелді болады? 

4.

 

Беттік активті заттар (БАЗ) , беттік активтік емес заттар (БАЕЗ) және 

беттік  индифферентік  заттар  (БИЗ)  дегеніміз  не?  Олардың  беттік  керілуі 

концентрацияларының артуына байланысты қалай өзгереді? 

5.

 

Гиббс теңдеуін қорытып шығарыңыз. 

6.

 

Гиббс  теңдеуін  пайдаланып  адсорбция  изотермасын  қалай  салуға 

болады? 

7.

 

Шишковский  теңдеуін  жазыңыз.  Ондағы  тұрақты  шамалардың  (В 

және 

1

/

A

) мәндері неге тәуелді? 

8.

 

Траубе  –  Дюкло  ережесін  тұжырымдаңыз.  Ол  қандай  жағдайларда 

орындалады? 

 

357 

 

9.

 

Қатты  дене  –  газ  жанасу  бетіндегі  адсорбцияның  әртүрлі 

изотермаларын  көрсетіңіз.  Олардың  қайсысын  қандай  жағдайда  алуға 

болады? 

10.

 

Температураның  адсорбцияға  әсерін  адсорбция  изотермасы  арқылы 

көрсетіңіз. 

11.

 

Фреиндлих теңдеуіндегі тұрақты шамаларды (К,

1

/

n

) тәжірибе арқылы 

қалай табуға болады? 

12.

 

Мономолекулалық  адсорбциясының  (Г

∞

)  мәнін  қалай    табуға 

болады? 

13.

 

Адсорбенттің меншікті ауданын қалай анықтайды? 

14.

 

Молекулалық адсорбцияны қандай формула арқылы анықтайды? 

15.

 

Молекулалық адсорбцияға қандай факторлар қалай әсер етеді? 

16.

 

Ребиндердің  полярлықты    теңгеру  ережесі  қалай  аталады?  Оны 

қандай теңсіздіктер арқылы өрнектеуге болады? 

17.

 

Электролиттің  қатты  дене  бетіндегі  адсорбциясының  қандай 

ерекшеліктері бар? 

18.

 

Гофмейстердің  лиотроптық  қатары  дегеніміз  не?  Оны  бір  валентті 

катиондар және аниондар үшін қалай жазуға болады? 

19.

 

Иондардың алмасу адсорбциясының ерекшеліктері қандай болады?   

20.

 

Иондардың  алмасуын  сандық  түрде  қалай  сипаттауға  болады? 

Б.П.Никольский теңдеуін жазыңыз. 

21.

 

Кермек суларды қалай жұмсартуға болады? 

22.

 

Ионалмастырғыш  шайырлар  (иониттер)  дегеніміз  не?  Оларды  не 

үшін қолдануға болады? 

23.

 

Лэнгмюр теңдеуіндегі константаларды қалай анықтайды? 

24.

 

20

0

С  пропан  қышқылының  беттік  керілуін  өлшегенде  мына 

мәліметтер алынды: С,кмоль/м

3

  0,1  0,233  0,952  2,0  σ*10

-3

Н/м 65,6 60,0 45,66 

38,75 σ = f(c) Г = f(c),  = f(c) графиктерін сызып, Г

max

 және S-ті есептеңіз.  

25.

 

Май  қышқылының  бір  молекуласының  алатын  бетінің  ауданы  S  = 

3,2*10

-19 

м

2

, тығыздығы      d =  0,978 кг/м

3

 және молекулалық салмағы М  = 

88. Май қышқылы молекуласының ұзындығын  (l) есептеңіз. 

26.

 

Лэнгмюр  теңдеуі  бойынша  292  К  изоамил  спиртінің  мына 

концентрациядағы ерітінділері үшін Г мәнін есептеңіз. С, кмоль/м

3

 0,02; 0,3; 

0,4; 0,5; 0,6; 0,7; Г

max 

= 8,7*10

-9

 кмоль/м

2

; К = 42. 

27.

 

Судың беттік керілуі σ = 73,05*10

-3

 Н/м, ал 20% H

2 

SO

4 

 ерітіндісінің 

 

(d = 1,143 г см

3

) σ =72,7*10

-3

 Н/м Г шамасын есептеңіз.  

28.

 

Егер  мономолекулалық  қабат  түзілетін  болса  273

0

К  және  1атм 

қысымда 

аммиактың 

қанша 

литрі 

25г 

активтелген 

мөлшерде 

 

358 

 

адсорбцияланады? Көмірдің бетін 950 м

2

, ал молекулалық диаметрін 3А

0

 деп 

алыңыз. 

29.

 

Катализатордың  1  грамы  моноқабат  түзілгенде  қалыпты  жағдайда 

83г  азотты  адсорбциялайтын  болса,  онда  оның  бетінің  ауданы  қандай 

болғаны? Азот молекуласының алатын ауданын 16,2*10

-20   

м

 2 

деп алыңыз. 

30.

 

Активтелген  көмірдің  меншікті  ауданы  400м

2 

/г.  Метанолдың 

тығыздығы 288К-де 0,7958 г см

  -3 

. 1г көмірдің моноқабат түзілгенде 288К-де 

адсорбциялайтын максималды көлемін анықтаңыз. 

 

 

ХІ-тарауды зерделеуді бітіргенде сіз мыналарды: 

Сорбциялық  құбылыстарды,  олардың  түрлерін;  физикалық  және 

химиялық  адсорбцияны;  ерітінді  және  газ  жанасу  бетіндегі  адсорбцияны; 

беттік  –  активтік  заттарды  (БАЗ),  беттік  –  активтік  емес  заттарды  (БАЕЗ); 

Гиббс  теңдеуін  және  оны  қорытып  шығаруды,  Гиббс  теңдеуі  бойынша 

адсорбция  изотермасын  салуды;  Шишковский  теңдеуін,  Траубе  –  Дюкло 

ережесін;  қатты  дене  мен  газ  жанасу  бетіндегі  адсорбцияны,  әртүрлі 

адсорбциялық  изотермаларды;  Фрейндлих  теңдеуін  және  ол  теңдеудегі 

константаларды  анықтауды;  қатты  дене  бетінің  ауданын  анықтауды; 

Ленгмюр  теңдеуін,  шектік  адсорбцияны  (Г )  анықтауды;  қатты  дене  – 

ерітінді жанасу бетіндегі адсорбцияны; молекулалық адсорбцияны және оған 

әсер  ететін  факторларды;  электролиттердің  адсорбциясының  ерекшеліктері 

мен  заңдылықтарын;  алмасу  адсорбциясын;  адсорбцияның  қолдану 

аймақтарын білуге тистісіз. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

359 

 

                                                       ХІІ-тарау 

КОЛЛОИДТЫҚ ЕРІТІНДІЛЕРДІҢ ТҰРАҚТЫЛЫҒЫ ЖӘНЕ 

КОАГУЛЯЦИЯСЫ 

 

1 Жалпы мағлұматтар 

Коллоидық  ерітінділердің  тұрақтылығы  мен  коагуляциясы 

туралы  мәселе  коллоидтық  химияның  басты  мәселелерінің  бірі 

болып табылады. 

Коллоидтық  жүйелер,  ҮМҚ  ерітінділерінен  басқалары, 

термодинамикалық  тұрақсыз  жүйелер  болып  табылады.  Мұндай 

ерітінділер (жүйелер) өздігінен түзілуі мүмкін емес, өйткені, қатты 

дененің  диспергіленуі  беттік  энергияны  арттырады.  Қатты  дене 

бөлшектерінде  ішкі  энергияның  өзгеруі  нөлден  үлкен:  ∆U

1

>0,  ал 

ішкі  энергияның  сольватациялануға  байланысты  өзгерісі  U

2

  теріс 

болады:  ∆U

2

<0.  Коллоидтар  үшін  ∆U

2

  шамасы  өте  аз  болады, 

өйткені,  коллоидтардың  еріткішпен  әрекеттесуі  нашар  болады. 

Сондықтан энергияның жалпы өзгерісі мынадай болады: 

∆U = ∆U

1

 + ∆U

2

 > 0. 

Ал  Гиббс  энергиясының  Ғ  жалпы  өзгерісі  былайша 

анықталады:  

∆F  =  ∆U  -  T∆S.  Энергияның  артуы  ∆U  дисперстік  фазаның 

бірқалыпты  тартылуына  байланысты  энтропияның  артуымен 

(∆S

араластыру

>0) теңгерілмейді (компенсацияланбайды). Нәтижесінде 

Гельмгольц  энергиясының  өзгерісі  ∆F  >  0,  ол  коллоидтық 

ерітіндінің  өздігінен  түзілуінің  болмайтындығын  көрсетеді.  Бұдан 

коллоидтық  ерітінділердің  термодинамикалық  тұрақсыздығы 

шығады.  ҮМҚ  ерітінділері  түзілгенде  макромолекулалармен 

еріткіштің  күшті  әрекеттесуінің  салдарынан  ішкі  энергия  өзгерісі 

∆U < 0 болады. Оған сәйкес Гельмгольц энергиясының өзгерісі ∆Ғ 

<  0  болады,  сондықтан  ондай  ерітінділердің  түзілуі  өздігінен 

жүреді. 

Н.П.  Песков  1922  жылы  ғылымға  кинетикалық    және 

агрегаттық тұрақтылықтар деген ұғымдар енгізді. 

Кинетикалық  тұрақтылық-ол  дисперстік  жүйенің  салмақ 

күштеріне қарсы тұрақтылығы. Тұрақтылықтың бұл түрі броундық 

қозғалыстың 

болуымен 

түсіндіріледі. 

Өйткені, 

броундық 

қозғалыстың  салдарынан  бөлшектің  салмақ  күштеріне  қарсы 

тұрақты қабілеттілік көрсетеді. 

 

360 

 

Кинетикалық  тұрақтылық  факторлары  броундық  қозғалыстан 

басқа  дисперстілік,  дисперсиялық  ортаның  тұтқырлығы  және  т.б 

болады.  Бөлшектердің  өлшемі  азайған  (дисперстілігі  көбейген) 

сайын  суспензиялардың  тұрақтылығы  жылдам  артады.  Дөрекі 

дисперстік  жүйелердің  кинетикалық  тұрақтылығы  өте  аз,  ал 

коллоидық  жүйелердікі  көп  болады.  Салмақ  күштерінің  әсерінен 

жүзгін  бөлшектердің  шөгу  жылдамдығы  өте  аз  жүйелер 

кинетикалық  тұрақты  жүйелер  деп  аталады.  Мысалы,  кейбір 

зольдер тұнбаға түспей бірнеше жылдар бойы сақталуы мүмкін. 

Агрегаттық  тұрақтылық-ол  берілген  жүйенің  өзінің 

дисперстілік  дәрежесін  сақтау  қабілеттілігі.  Тұрақтылықтың  бұл 

түрі  бір  жағынан,  коллоидтық  бөлшектердің  бірдей  зарядтарының 

болуымен  түсіндіріледі,  ол  бөлшектердің  үлкен  агрегаттарға 

бірігуіне  кедергі  жасайды.  Екінші  жағынан,  коллоидтық 

бөлшектердің  маңында  еріткіш  молекулаларынан  тұратын 

сольваттық (гидраттық) қабаттардың болуымен де түсіндіріледі. 

Б.В.Дерягиннің 

зерттеулері 

сольваттық 

қабаттардың 

серпімділігі  мен  тұрақтылығынан  жоғары  болып,  бөлшектердің 

бірігуіне  кедергі  жасайтын  «сыналық  қысым»тудыратынын 

көрсетті. 

Сонымен,  агрегаттық  тұрақтылық  факторлары  кинетикалық 

тұрақтылықтың 

факторларынан 

ерекше 

екен. 

Мысалы, 

температураны  жоғарылату  бөлшектердің  шөгуіне  кедергі  жасаса, 

керісінше  броундық  қозғалыстың  арту  салдарынан  бөлшектердің 

соқтығысуынан олардың бірігуі де артады екен. 

 

2 

Коагуляция 

және 

электролиттік 

коагуляцияның 

ережелері мен ерекшеліктері 

Коагуляция 

деп 

коллоидтық 

бөлшектердің 

әртүрлі 

факторлардың әсерінен бірігіп іріленуін айтады. Коагуляцияны екі 

сатыдан тұратын процесс ретінде қарастыруға болады: 

1.

 

Жасырын  коагуляция,  оны  көзбен  көре  алмаймыз,  тек 

ультрамикроскоппен  байқауға болады. 

2.

 

Айқын  коагуляция,  ол  кезде  оны  қарапайым  көзбен  көруге 

болады. 

Өйткені,  бөлшектердің  бірігуінің  нәтижесінде  олардың 

мөлшері  ½  λ-дан  үлкен  болады  да,  жарық  оларға  түскенде 

шашырамай,  шағылады,  яғни,  өзімізге  белгілі  опалесценция 

құбылысын  байқаймыз.  Мысалы,  алтын  зольі  коагуляция  кезінде 

 

361 

 

түсін қызғылт түстен күлгін түске дейін өзгертеді. Сонымен айқын 

коагуляция 

кезінде 

алдымен 

ерітінді 

ылайланып, 

одан 

опалесценция күшейіп, ақыр аяғы ірі бөлшектер тұнбаға түседі. 

Лиофобтық  зольдерде  жасырын  коагуляция  өте  аз  жүреді,  ол 

өте жылдам айқын коагуляцияға ауысады. 

Ал ҮМЗ ерітінділерінде жасырын коагуляция өте ұзақ жүреді, 

тек  коагуляция  процессі  аяқталғанда  ғана  тоңазытпа  (сірне), 

(кілегей массаның) пайда болғанын байқауға болады. 

Коагуляцияға 

әсер 

ететін 

факторлар: 

температура, 

механикалық  әсерлер,  ультрацентрафугалау,  жоғары  тиімділікті 

тербелістер,  сәуле,  электр  өрісі,  жүйеге  басқа  заттың  енуі  (әсіресе 

электролиттің) және т.б.. 

Олардың  ең  маңыздысы  және  көбірек  зерттелген  фактор-

электролит. 

Енді электролит әсерінен болатын коагуляцияға тоқталайық. 

Электролиттік  коагуляция.  Зольдердің  тұрақтылығының 

электролит  әсерінен  өзгеруі  коллоидтық  жүйелерді  алғашқы 

зерттеушілердің  (Ф.Сельми,  Т.Грэм,  М.Фарадей,  Г.И.Борщев) 

жұмыстарынан-ақ белгілі болатын. Кейін келе Г.Шульце, У.Гарди, 

Г.Пиктон, 

О.Линдер, 

Г.Френдлих, 

В.Паули, 

Н.Песков, 

А.В.Думанский  т.б  зерттеушілердің  жұмыстарының  нәтижесінде 

көптеген 

мәліметтер 

жиналып 

және 

теориялық 

негізгі 

қорытындылар 

да 

жасалды. 

Электролиттік 

коагуляция 

теориясының  дамуына  В.Б.Дерягин,  Г.А.Ребиндер  және  оның 

мектебі,  Ю.М.Глазман  т.б  үлкен  үлес  қосты.  Электролиттік 

коагуляцияның  ережелері  деп  аталатын,  тәжірибе  жүзінде 

көрсетілген олардың негізгі заңдылықтарын қарастырайық. 

 

1.

 

Коагуляция табалдырығы 

Коагуляцияны  кез-келген  электролит  тудыра  алады,  тек  оның 

айқын 

жылдамдықта 

жүруі 

электролиттің 

белгілі 

бір 

концентрациясында  болады.  Электролиттің  айқын  коагуляцияны 

тудыратын ең аз концентрациясын «коагуляция табалдырығы» деп 

атайды. Оны көбінде 1 литр зольдегі милимоль, иә милиграмм.экв 

көрсетеді  (γ

с

).  Коагуляция  табалдырығына    кері  шаманы 

электролиттің коагуляциялық қабілеттілігі деп аталады (кейде оны 

коагуляция  күші  (Р)  деп  те  атайды).  Әрине  бұл  айтылған  шамалар 

бірдей электролиттер үшін әртүрлі зольдерде әртүрлі болады. 

                                                                                         

 

362 

 

c

p

1

 немесе 

p

c

1

 

                                           

                      

                                

2.

 

жүктеу/скачать 3,84 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: