8-маъруза. Сувни коллоид ва дағал заррачалардан тозалаш

Коллоид заррачаларнинг хоссалари


Табиий сувларда учрайдиган бир хил моддаларнинг коллоид дисперс заррачалари бир хил қутбда зарядланган бўлиб, бундай заррачалар бир-бирини электростатик куч таъсирида итариб туради. Шу сабабли сувдаги бундай заррачалар эркин ҳолатда чўкишга қарши агрегат барқарорликка эга бўлган заррачалар ҳисобланади. Агрегат барқарорликка эга бўлган моддалар деб, узоқ вақт давомида ўзининг дисперс ҳолатини сақлаб турадиган моддаларга айтилади. Коллоид зарраларнинг ўлчами анча кичик бўлганлиги учун бу заррачалар сувда тартибсиз ва тўхтовсиз ҳаракатда бўлади. Бундай ҳолатни таркибида коллоид заррачалар бўлган сувни ультрамикроскоп орқали текшириб, ишонч ҳосил қилиш мумкин. Чунки сувдаги коллоид заррачаларни оддий микроскоп билан кўриб бўлмайди. Улар фильтр қоғоз тешикларидан ўтиб кетади, лекин ўсимлик ёки ҳайвон организмидаги мембраналардан ўтмайди. Коллоид системаларнинг дисперс фазалари дисперсион муҳитдан маълум сиртлар билан ажралган мустақил фазани ташкил этади. Шунинг учун коллоид системалар микрогетероген системалар дейилади.
Сувдаги ҳар қандай моддаларнинг коллоид заррачалари барқарор бўлади. Уларнинг барқарорлиги кимё курсидан маълум бўлишича, коллоид заррача сирти катта моддадан ташкил топган ядро бўлганлиги учун бундай заррачаларда адсорбция хусусияти катта бўлади. Шунинг учун бундай ядрога сувдаги ионлар осон ёпишади, яъни ядро атрофига адсорбцияланади. Натижада коллоид заррачаларнинг ядроси жуда кўп атом ёки молекулалардан иборат бетараф моддага айланади ва унинг атрофини адсорбцияланган ионлар қуршаб олади, бу адсорбцияланган ионлар коллоид заррачаларнинг барқарор – мустаҳқамлигини таъминлайади.
Ядро ва адсорбцияланган ионлар биргаликда гранула деб аталади. Гранула адсорбцияланган ионлар ҳисобига маълум зарядга эга бўлгани учун унинг атрофига қарама-қарши зарядли ионлар йиғилади: лекин бу ионлар ядрога заифроқ тортилиб туради ва дисперсион муҳитнинг бир қисмини ташкил қилиб, коллоид заррачаларнинг диффузион қаватини ташкил қилади. Гранула ва унинг атрофига тортилиб турган қарама-қарши ионлардан иборат бўлган система мицелла деб аталади. Коллоид заррачаларнинг заряди ҳар доим гранула заряди билан ифодаланади.
Мисол тариқасида Fe(OH)₃ коллоид заррачанинг сувдаги мицелла кўришини кўриб чиқайлик. Бундай коллоид заррачалар FeCl₃, Fe(HCO₃)₃ каби сувда эрувчан бирикмаларнинг гидролизланиши натижасида ҳосил бўлади:
FeCl₃ + 3H₂O = Fe(OH)₃ + 3HCl


Ҳосил бўлган Fe(OH)₃ сувдаги НСl билан реакцияга киришиб, FeOCl бирикмасини ҳосил қилади:


Fe(OH)₃ + HCl FeOCl + 2H₂O
Ҳосил бўлган FeOCl молекулари сувда FeO ва Cl ионларига диссоцилланади:
FeOCl + FeO⁺ + Cl^-


Натижада бир неча Fe(OH)₃ молекулалардан ташкил топган ядро атрофида FeO ва қисман Cl^- ионларидан ташкил топган – адсорбцияланган мусбат қават /гранула/ ва бу қаватни қуршаб олган Cl^- ионларидан иборат диффузион қават ҳосил бўлиб, мицелланинг барқарорлигини таъминлайди. Бундай холатда Fe(OH)₃ нинг мицелласи қуйидаги кўринишда бўлади:





Гранула


ядро адсорбцион қават диф. қават



мицелла
Бу системада Fe(OH)₃ нинг коллоид заррачаси гранула заряди билан характерланиб, мусбат ҳолатда бўлади. Яна бир мисол тариқасида кремний кислотаси коллоид заррачасининг сувдаги мицелла тузилишини кўриб чиқайлик. Табиий сувларда кремний бирикмалари SiO₂ ва H₂SiO₃ ҳолатда бўлади, деб фараз қилсак, H₂SiO₃ молекуласи сувда қуйидагича қисман диссоциацияланади:


nH₂SiO₃ ↔nHSiO^-₃+nH^-


Бу системада коллоид заррачанинг ядроси SiO₂ молекулаларидан ташкил топади ва унинг мицелласи қуйидагича кўринишда бўлади:


{n[SiO₂]^. mHSiO^-₃ ^. 2(n-x)H⁺}^-xH⁺

ядро адсорбцион қават диффузион қават.


Сувда бундай коллид заррачалар манфий зарядланган бўлади. Зарядланган коллид заррача сирти эритмадан қарама-қарши зарядни тортиб олишга интилгани учун заррача билан фиддузион қавати, яъни иккиламчи қўш электр қавати вужудга келади. Иккиламчи электр қавати ҳосил бўлишини қуйдагича тушунтириш мумкин: яъни суюқликдаги қарама-қарши зарядли ионлар икки куч таъсирида туради; бу кучлардан бири электростатик куч бўлиб, коллид заррачалар ионлирни айнан шу куч билан тортади, иккинчиси эса суюқлик заррачаларининг иссиқлик ҳаракат кучи, бу куч ионларнинг диффузияланиши натижасида ҳосил бўлади ва қарама- қарши зарядларни тарқатиб юборишга интилади. Бунинг натижасида бир-бирига қарама-қарши зарядли ионларнинг диффузион атмосфераси ҳосил бўлади. Заррача сиртидан узоқлашган сари қарама-қарши зарядли ионлар концентрацияси камая боради. Коллоид заррача суюқликка нисбатан ҳаракат қилганда, иккиламчи электр қаватнинг адсорбцион ва диффузион қаватлари чегарасида потенциал ҳосил бўлади, ҳосил бўлган потенциал электростатик потенциал дейилади ва  ҳарфи билан белгиланиб, дзета потенциал деб юритилади.


Қўйидаги 3.1 – расмда иккиламчи электр қуввати оралиғида ҳосил бўлган потенциалнинг диффузион қават қалинлигига қараб қандай ўзгариши кўрсатилади.

Потенциал. Валб ҳисоби

РАСМ 3.1 Иккиламчи электр қаватлар оралиғидаги потенцал энергиянинг камайиши.
Бу рамсда абциссалар ўқига оралиқ масофа (заррача сиртидан то диффузион қават томон бўлгунча), ординаталар ўқига эса потенциаллар айирманинг катталиклари қўйилган.
Расмдан кўринадики, масофа ортиб борган сари потенциаллар айирмаси камайиб боради. Коллонд заррага сиртида потенциал энг катта қийматга эга:-нинг қиймати М-га тенг; бу қиймат е ҳарфи билан кўрсатилган. Адсорбцион қават билан диффузион қават чегарасида потенциал катталиги ПК-га тенг: бу  ҳарфи билан кўрсатилган, масофанинг С нуқтасида потенциаллар айирмаси О га тенг, чунки бу ерда қўш электр қувват тугайди.
Тажрибада  қийматини электрофарез усули билан аниқлаш мумкин. Бу усулда коллид эритмасига ташқаридан электр токи юборилганда, коллоид зарядлар маълум зарядга эга бўлганлиги учун улар бирор электрод тамон ҳаракат қилади: манфий заррачалар мусбат электродга, мусбат коллоид заррачалар манфий электрод томон боради. Бундай ходиса яъни, коллоид заррачаларнинг ташқи электр майдон таъсирида ҳаракат қилиши ходисаси электрофарез дейилади. Электрофариз усули билан  қийматини қўйидаги ифода ёрдамида топиш мумкин.
бу ерда: η суюқликнинг қовушқоқлиги,
U- коллоид заррачанинг электрофарез тезлиги, Е- берилган потенциаллар айирмаси, λ- икки электрод оралиғи, D- суюқликнинг диэлектрик константаси. Бу ифода Гельмогольц – Смолуховский номи билан юритилади. Электрофарез усули билан кўпгина коллоид заррачаларнинг мицеллалари зарядини ҳам аниқлаш мумкин. Бу усул ёрдамида кўпгина металл оксидлари ва гидрооксидларининг мицеллари мусбат зарядли, кумуш, олтин, пластина, олтингугурт, металл сульфид ва силикат кислотси мицеллари манфии зарядли эканлиги тажрибада аниқланган. Сувни электрофарез қилиш натижасида  потенциал қиймати 0,03 В гача камайгандан сўнг когуляция тезлиги  потенциал камайиши билан мутоносиб равшда ошиб бориб, коагуляция тезлигининг максимал кўтарилиши  потенциал қиймати 0 га тенг бўлганда содир бўлади. Сув тозалаш техникасида сувни электрофарез усули билан коагулция қилиш сувга коагулянт қўшиб тозалашга нисбатан юқори натижа бермайди. Шунинг учун ҳам сувни коллоид заррачалардан тозалашда сувга реагент қўшиб коагуляциялаш сув тозалаш техникаси соҳасида кенг қўлланадиган усул ҳисобланади.