7-mavzu. Kolloid kimyo. Dispers sistemalar. Kolloid eritmalarning olinishi va tozalash usullari. Reja

Kolloid eritmalarni tozalash usullari.
Toza kolloid eritmalar olish uchun kolloid eritmalar tarkibida hosil bo’lgan elektrolit (asos, kislota, tuz)lar va boshqa aralashmalardan tozalaniladi. Kolloid eritmalarni tozalash uchun «dializ», «elektrodializ» va «ultrafiltratsiya» usullardan foydalaniladi.
Dializ usul deb, kolloid eritmalarini molekula va ion eritmalaridan suniy membrana xaltachasi orqali tozalashga aytiladi, unda ishlatiladigan asbobga dializator deyiladi.
Kollodiy va tsellofanlardan suniy membrana tayyorlanadi.
Elektrodializ usuli deb elektr toki yordamida dializ usulini tezlashtirishga aytiladi. Buning uchun kolloid eritmadan elektr toki o’tkazilganda eritmadagi manfiy ionlar anodga, musbat ionlar esa, katodga yig’ilib, oqayotgan suv bilan yuvilib ketadi.
Kolloid eritmalarni yarim o’tkazgich membranalar orqali filtrlanishiga ultrafiltratsiya deyiladi.
Bu usulda kolloid zarrachalar filtrda qoladi, dispers muxit esa filtratda bo’ladi.
Ishlatilishi: Oltingugurtning kolloid eritmalari qishloq xo’jaligida o’simliklarning zararkunandalariga qarshi ishlatiladi. Polietilendan tayyorlangan tiniq plyonkalar qishloq xo’jaligida issiqxonalarni tashkil etishda, sug’orish inshoatlarining gidroizolyatsiyasida ishlatiladi.
Shu bilan birga yuqori molekulyar moddalar qishloq xo’jaligida tuproq strukturasini yaxshilashga va hosildorligini oshirishga yordam beradi.
Liofob va liofil kolloidlar.
Liofob (gidrofob) kolloidlar ortiqcha sirt energiyasiga ega bo’lgani uchun hosil bo’ladigan ion va molekulyar adsorbtsion qavatlar kolloid zarrachalarni agregativ barqaror qiladi. Liofob sistemalar termodinamikaning ikkinchi qonuniga ko’ra termodinamik beqaror bo’ladi. Bunday kolloidlarning yana bir o’ziga xos xususiyati shuki, ularda dispers faza molekulalari bilan dispersion muxit molekulalari orasida bog’lanish juda kuchsiz holda bo’ladi.
Dispers faza zarrachalari dispersion muxit suyuqligi bilan aktiv bog’lanishga ega bo’lgan dispers sistemalar liofil (gidrofil) kolloid sistemalar deyiladi. Liofob kolloid-lardan farqli o’laroq, eritmalarda yuqori molekulyar birikmalar ( YUMB ) chegara sirtga ega emas. Bundan tashqari, malum erituvchilarda ular o’z - o’zidan ionli stabilizatorsiz eriy oladi.
YUMBlarda chegara sirtining bo’lmasligiga sabab ular molekulalarining uzun zanjirli to’yinmagan uglevodorod yoki aminokislotalar, monosaxaridlardan iboratligidir.
YUMB ning oson eruvchanligi va ularning barqarorligi bu moddalar strukturasiga erituvchiga nisbatan moyilligi bo’lgan liofil gruppalarning mavjudligidir. Mana shu xossasiga ko’ra kolloid eritmalarni liofob va liofil kolloid sistemalarga bo’lish uchun asos bo’ladi.
YUMB molekulalari shunday katta o’lchamga ega bo’lgani uchun sust diffuziyalanadi, yarim o’tkazgich membrana orqali o’tmaydi, yetarli kontsentratsiyali eritmalarda ham osmotik bosim kam, tashqi tasirdan koagulyatsiyalanish va peptizatsiyalanish xususiyatiga ega. Bu xossalar tipik kolloid sistemalar uchun xos bo’lgani sababli YUMB kolloid sistemalar tipiga kiradi.
YUMB va ular eritmalarining xossalari faqatgina ular molekulalarining o’lchamiga va shakliga bog’liq bo’lmay, ximiyaviy tuzilishiga ham bog’liq.
Bu moddalarning mustaxkamligi, egiluvchanligi, deformatsiyaga bardosh berish xususiyati va qator boshqa texnik xossalari ular molekulalarning o’lchamiga va shakliga bog’liq.
Yuqori molekulyar birikmalar ikki sinfga bo’linadi tabiiy va sintetik yuqori molekulyar birikmalar. Tabiiy birikmalarga tabiiy kauchuk, tabiiy smolalar, tsellyuloza, oqsillar, kraxmal kiradi. Suniiy YUMB larga sintetik smolalar turli plastik massalar, tsellyuloza xosilalari, sintetik kauchuklar misol bo’la oladi.
Quyi molekulyar moddalar kabi yuqori molekulyar birikmalarning eritmalari ham elektrolit va elektrolitmaslarga bo’linadi. Elektrolit YUMB molekulalari ionlarga dissotsilanadi, elektrolitmaslari esa, dissotsilanmaydi.
Hayot uchun muxim ahamiyatga ega bo’lgan oqsillar proteinlar ham elektrolit xossalariga ega bo’lgan YUMB sinfiga taaluqli. Tirik organizm oksillarga boy, ular oddiy va murakkab sinflarga bo’linadi. Oddiy oqsil aminokislotalarning polikondensatsiya maxsuloti bo’lib, u tabiiy polimerdir. Murakkab oqsillar oddiy oqsil va oqsil bo’lmagan komponentlardan tashkil topgan.
Aminokislotalar tarkibiga asosli -NH₂ va kislotali -COOH gruppalar kiradi. Shuning uchun oqsillar ham asos, ham kislota xossalarini namoyon qiladi, ular amfoter birikmalar - amfolitlar deyiladi.
Suvdagi eritmalarda vodorod ionlarining kontsentratsiyasi malum qiymatga ega bo’lganda oqsilning ionlangan, kislotali va asosli gruppalari o’zaro teng bo’lishi mumkin. Bunday holat oqsilning izoelektrik holati deyiladi.
YUMB ning eritmalari katta qovushqoqlikka egaligi bilan ajraladi. Bunday birikmalar suyultirilgan eritmalarining oquvchanligi ham toza erituvchining oquvchanligidan kichik.
G.Shtaudinger YUMB eritmalari qovushqoqligining uning kontsentratsiyasi va molekulyar massasi bilan bog’lovchi quyidagi formulani taklif qildi:
h - ho
¾¾¾¾ = KMS
ho
K - konstanta, M - zarrachaning molekulyar massasi, S - erigan modda kontsentratsiyasi, zolning qovushqoqligi, toza dispersion muxit qovushqoqligi.
YUMB eritmalarining qovushqoqligi bu eritmalarni tayyorlash usuliga bog’liq, temperaturaga, muxit reaktsiyasiga, eritmada boshqa elektrolitlarning bor - yo’qligiga, ionlarning zaryadi va valentligiga, bosimga bog’liqdir.
Masalan, YUMB eritmalarining qovushqoqligi temperatura ortishi bilan kamayadi.
YUMB va ularning eritmalari sanoatning turli soxalarida va qishloq xo’jaligida juda katta ahamiyatga ega.
Tabiiy ipak, paxta va kanop tolalari, jun, teri, tsellyuloza hosilalari tabiiy va sintetik kauchuklar, plyonka hosil qiluvchi materiallar, sintetik tolalar, organik shishalar xalq xo’jaligida ko’p ishlatiladi.
Kolloid zarrachalarning molekulyar kuchlar tasirida o’zaro birlashib yiriklasha borish protsessi koagulyatsiya deyiladi.
Odatdagi kolloid sistemalar molekulyar eritmalardan farq qilib, zarrachalar bilan dispers muxit o’rtasida chegara sirtga ega bo’lgani uchun, geterogendir. Shu sababdan, bunday sistemalar termodinamik va agregativ beqarordir.
Kolloid sistemalarning barqarorligi va koagulyatsiyasi geologiyada, dexqonchilikda, biologiyada va texnikada muhim ahamiyatga ega.
Koagulyatsiya protsessi bazi kolloidlarda juda tez, bazilarida esa, ancha uzoq vaqt davomida sodir bo’ladi.
Kolloidlar barqarorligi ya’ni dispersligini saqlashni eng muhim fizik xossasi zarrachalarini bir biriga qo‘shilishidir. Disperslikni buzilishi, zarrachalar o‘rtasidagi bog‘lanish suyuqliklarda tez kuzatiladi va agregativ barqarorlik shu zarrachalarni bir biriga qo‘shilishi ga bog‘liq bo‘ladi. Zarrachalar orasidagi tortishish kuchi Van der Vals kuchlari tufayli hosil bo‘ladi. Bu tortishish tufayli ularda barqarorlik buziladi, shu sababli barqarorlikni ta’minlovchi kuch zarur. Barqarorlikni ta’minlash uchun elektrostatik ta’sir (juda ko‘p bir xil zaryadlangan elektik qobiqlar) va polimerlar orqali barqarorligi ta’minlanadi
B.V.Deryagin va L.D.Landau, Verveu va Overbek bir –biridan mustaqil tarzda liofob zollar uchun barqarorlik naziriyasini ishlab chiqdi. ularning koagulyatsiya nazariyasiga ko’ra broun harakati natijasida kolloid zarrachalar yaqinlashadi. Zarrachalarning harakati bilan to’qnashishlarining hammasi ham zarrachalarni yiriklashtiravermaydi. Shuning uchun ko’pgina zollar barqaror bo’ladi.
B.V.Deryagin va L.D.Landaularning koagulyatsiya nazariyasiga ko’ra broun harakati natijasida kolloid zarrachalar yaqinlashadi. Zarrachalarning harakati bilan to’qnashishlarining hammasi ham zarrachalarni yiriklashtiravermaydi. Shuning uchun ko’pgina zollar barqaror bo’ladi.
Agar kolloid zarrachalarning zaryad miqdori kamaytirilsa, bunday zarrachalar o’zaro birlashadi.
Granula zaryadi nol bo’lgan kolloid zarrachalar eng tez koagulyatsiyalanadi. Polidispers zollar monodispers zollarga qaraganda tez koagullanishi va bu protsessga zarrachalarning fomasi tasir etishi aniqlandi. Tayoqsimon zarrachalar kolloid eritmada juda tez kogulyatsiyaga uchraydi.
Yirik agregatlar og’irlik kuchi tasirida idish tubiga cho’ka boshlaydi. Bu xodisaga sedimentatsiya deyiladi.
Koagulyatsiya ikki bosqichdan iborat. Yashirin koagulyatsiya va ochiq koagulyatsiya. Yashirin koagulyatsiyada zoldagi biror o’zgarishni ko’rish asbobsiz bo’lmaydi. Ochiq koagulyatsiyada dispers faza zarrachalarining agregatlar hosil qilish protsessini vizual ko’rish mumkin.
Koagulyatsiya sodir bo’lishiga temperaturaning ortishi, uzoq davom etadigan dializ, elektrolit qo’shish, turli mexanik tasirlar, aralashtirish, kuchli sovutish, ultratsentrifugalash, kontsentrlash, elektr toki o’tkazish, zolga boshqa zol qo’shish, bazan zollarda boradigan ximiyaviy reaktsiyalar tasiri sabab bo’ladi.
Amalda ko’pincha kolloid eritmalarga turli elektrolitlar qo’shish yo’li bilan koagulyatsiyalanadi.
B.V.Deryagin va L.D.Landau nazariyasiga ko’ra dispers faza zarrachalari o’rtasidagi molekulyar tortishish kuchlari ularning o’zaro itarilish kuchlaridan ustun kelganda koagulyatsiya sodir bo’ladi.
Gidrofob zollar elektrolitlar aralashmasi tasiridan ham koagulyatsiyalanadi. Bunda uch xil holat sodir bo’lishi mumkin:
1. Qo’shilayotgan elektrolitlarning koagulyatsiyalash kobiliyati o’zaro qo’shiladi. Bu xodisa additivlik deyiladi.
2. Bir elektrolit ikkinchisining koagulyatsiyalash qobiliyatini kamaytiradi. Buni ionlarning antogonizmi deyiladi. Bu xodisa turli valentlikdagi ionlar aralashmasi uchun xosdir.
3. Bir elektrolit ikkinchisining koagulyatsiyalash qobiliyatini oshiradi. Bu xodisa ionlarning sinergizmi deyiladi.
Koagulyatsiya mexanizmi va kinetikasi. Zollar koagulyatsiyalanganda ko’pincha sinergizm va antogonizm xodisalari sodir bo’ladi. Additivlik xodisasi kam uchraydi. Kolloidlarning o’zaro koagulyatsiyasi deb, bir kolloid eritmaga qarama - qarshi zaryadli ikkinchi kolloid eritmaning malum miq-dorda qo’shilishi natijasida koagulyatsiya yuz berishiga aytiladi.
Masalan, musbat zaryadlangan Fe(OH)₃ zoli manfiy zaryadli As₂S₃ qo’shish bilan koagulyatsiyaga uchraydi.
Kolloidlarning o’zaro koagulyatsiyasidan ichiladigan suvlarni tozalashda foydalaniladi. Buning uchun suvdagi, ko’pincha, manfiy zaryadli kolloid zarrachalar suvga AI₂(SO₄)3 qo’shishdan hosil bo’ladigan musbat zaryadli AI(OH)₃ bilan o’zaro koagulyatsiyalanadi va suv filtrlanib tozalanadi.
Gidrofob kolloidlar izoelektrik holatda, yani elektroneytral holatda eng katta tezlik bilan koagulyatsiyalanadi.
Koagulyatsiya vaqtida ion almashinish adsorbtsiyasi ham sodir bo’ladi. Bunda zolga qo’shilayotgan elektrolitning ionlari adsorbtsion qavatdagi qarshi ionlar bilan o’rin almashinadi.
Katta zaryadli ionlarning kolloid eritmaga qo’shilishi natijasida granula elektroneytralgina bo’lib qolmasdan, katta zaryadlanishi mumkin.
Bunda granulalar ortiqcha adsorblangan elektrolitning ionlari zaryadiga ega bo’lib, qaytadan barqaror kolloid eritma xoliga keladi. Qo’shilayotgan katta zaryadli ionlari bo’lgan elek-trolit kontsentratsiyasi ortib borishi bilan dastavval koagulyatsiya sodir bo’ladi.
Koagulyatsiya kinetikasi koagulyatsiya protsessining sodir bo’lish tezligini ko’rsatadi.
Koagulyatsiya tezligi zarrachalarning vaqt birligi ichida o’zaro birikish soni bilan harakterlanadi.
M.Smoluxovskiy nazariyasiga ko’ra ikki zarrachaning o’zaro birikib bir agregat hosil qilish koagulyatsiyaning boshlanishi deyiladi.
Koagulyatsiya tezligi quyidagi omillarga bog’liq:
•Zarrachalarning o’zaro tortishish kuchining tasir etish radiusi.
•Broun harakatining tezligi.
•Kolloid eritmaning kontsentratsiyasi.
•Elektrolitning kontsentratsiyasi.