Kolloid kimyo

Ma`ruza №6
6-Mavzu: “Sirt hodisalari. Sirt energiyalari”


Dars maqsadi:
Ta`lim beruvchi: talabalarga erkin va solishtirma sirt energiyalari hamda suyuqlik va qattiq jismlarning sirt tarangligi haqidagi tushunchalarni har tomonlama yetkazib berish.
Rivojlantiruvchi: sirt qavatning umumiy xarakteristikasi haqidagi tasavvurni rivojlantirishni davom ettirish, sabab va natija aloqalarini topa bilish.
Tarbiyalovchi: darsda e`tiborli bo`lishlik, kuzatuvchanlik, taviatga bo`lgan ehtiyotkorlik munosabatlarni tarbiyalashni davom ettirish.
Ko`rgazmali vosita: kompyuter, ekran, proektor.
Texnologiya: o`quv texnika vositalaridan foydalanib ma`ruza o`qish (kompyuter texnologiyasi)
Dars bo`limlari: I. Tashkiliy qism
II. Asosiy qism
III. Yakiniy qism
Dars jarayonining mazmuni:
Reja.
I. Tashkiliy qism
Auditoriyani darsga tayyorlash (5+5 min)
II. Asosiy qism (60 min)
1. Asosiy tushunchalar.
2. Sirt hodisalarning sinflarga bo`linishi.
3. Sirt qavatning umumiy xarakteristikasi
4. Suyuqlikning sirt tarangligi va to`liq sirt energiya
5. Suyuqlikning sirt tarangligi hosil bo`lish animatsiyasini ko`rsatish.
6. Qattiq jismlarning sirt tarangligi.
III. Yakuniy qism (10 min)
Uyga vazifa berish. Takrorlash uchun savollar.
I. Tashkiliy qism
Auditoriyani darsga tayyorlash.
II. Asosiy qism
1. Asosiy tushunchalar

Ma`lumki, kolloid sistemalarning barcha xossalarini geterogenlik va disperslikka bog`lash mumkin. Dispers sistemalarning geterogenlik yoki ko`p fazalik belgisi kolloid kimyoda fazalararo sirtlar, sirt qavatlar mavjudligini ta`minlovchi belgi sifatida namoyon bo`ladi.

Dispers sistemalarning disperslik darajasi (D) deganda, dispers zarrachaning o`lchami a ga teskari qiymat tushuniladi. Bu o`rinda yana uchinchi termin – solishtirma sirt S_sol tushunchasi ham ishlatiladi. U quyidagicha ta`riflanadi: fazalararo sirt kattaligi S ning ayni faza hajmi V va nisbati shu fazaning solishtirma sirti deb ataladi:

Bu uch kattalikda a kichraysa, 1/a va S_sol kattalashadi.
Disperslik darajasining kattalashishi sistemada sirt hodisalar rolining ahamiyatini oshiradi. Shunday qilib, kolloid sistemalarning miqdor belgisi disperslik darajasi bo`lib, uning sifat belgisi geterogenlikdir. Bu ikkala belgi surt hodisalar bilan chambarchas bog`liqdir. Fazalararo sirtning mavjudligi sirt taranglik borligidan darak beradi. Sirt taranglik ayni sistemaning geterogenlik darajasini xarakterlaydi. Fazalararo sirt kattaligining sirt taranglik koeffitsientiga ko`paytmasi ayni sirtning erkin energiyasi qiymatini ko`rsatadi:

bu yerda: σ – sirtni 1 sm² kattalashtirish uchun sarflanadigan ish bo`lib, u sirt taranglik koeffitsienti deb ataladi.

2. Sirt hodisalarning sinflarga bo`linishi.

Sirt hodisalarni sinflarga bo`lishda sirt qavat qanday ekanligiga e`tabor beriladi. O`zaro bir-biriga tegib turgan fazalar orasidagi chegara sirt qavatlar moddalarning agregat holatiga qarab quyidagi sinflarga bo`linadi:

1. Gaz-suyuqlik; 2. Gaz-qattiq jism. 3. Suyuqlik-suyuqlik. 4. Suyuqlik-qattiq jism. 5. Qattiq jism – qattiq jism.
Sirt hodisalarni sinflarga ajratishda termodinamikaning 1- va 2-qonunlarining birlashgan tenglamasidan foydalanish ancha qulaylik tug`diradi. Darhaqiqat, bu tenglamani sirt qavat uchun quyidagi ko`rinishda ifodalash mumkin:

bu yerda ΔG – isobar potensial (Gibbs energiyasining o`zgarishi), S – entropiya, V – hajm, σ – sirt taranglik, n<sub>i</sub> – komponent i ning mol sonlari, φ – elektr potensial, S` - sirt yuzasi, q – zaryad miqdori, μi – komponent i ning kimyoviy potensiali.
Bu tenglama issiqlik, mexanik, sirt, kimyoviy va elektr energiyalar o`zgarishining algebraik yig`indisi ekanligini ko`rsatadi. Bu tenglamadan yana shuni ko`rish mumkin-ki, 1) sirt energiyasi Gibbs energiyasiga, 2) issiqlikka, 3) mexanik energiyaga, 4) kimyoviy energiyaga, 5) elektr energiyaga aylana oladi. Demak, sirtda besh tur hodisa sodir bo`lish imkoniyati mavjud. Bularning barchasida sirt energiya boshqa tur energiyaga aylanishi mumkin. Energiyaning bu aylanishlari – disperslik darajasi o`zgargan sari moddaning kimyoviy reaksiyalarga kirishish qobiliyatining adgeziya (yani turli xil shakldagi moddalarning molekulalari orasidagi o`zaro tortishuv kuchlarining namoyon bo`lishi) va kogeziya (ya`ni bunda bir tur fazaga oid modda molekulalari orasidagi o`zaro tortishish kuchlari) o`zgarishi bilan, kappilyarlik hodisalari bilan, adsirbsiya va elektr potensiallarning o`zgarishi bilan birgalikda sodir bo`ladi.
Ikki faza orasida barqaror chegara sirt mavjudligining asosiy sharti – erkin sirt energiyasining musbat ishorali bo`lishidir. Agar bu energiyaning qiymati manfiy ishorali (yoki nol) bo`lsa, chegara sirt mavjud bo`lmaydi, bunda tasodifiy fluktatsiyalar tufayli bir faza ikkinchi fazaga tarqalib ketadi.
3. Sirt qavatning umumiy xarakteristikasi

Suyuq va qattiq jismlardan iborat sistemalardagina fazalararo sirtlar mavjud bo`la oladi. Suyuq va qattiq gomogen fazalarning ichki tuzilishi o`zgarishi bilan sirt qavat shakli va xossalari o`zgaradi.

Suyuqlik molekulalari doimo harakatda bo`lganligi tufayli unda bug` bosimi paydo bo`lib, sirtida bug`lanish, kondensatlanish kabi hodisalar to`xtovsiz sodir bo`lib turadi, binobarin suyuqlik sirt doimo yangilanib turadi.
Molekulalararo kuchlar mavjud bo`lgani uchun suyuqlik ma`lum qalinlikdagi sirt hosil qilib turadi. Suyuqlik sirt qavatning ichki chegarasi sirtidan boshlab suyuqlikning hajmidagi tuzilishi boshlanadigan chuqurlikka qadar davom etadi. Sirt qavatining qalinligi bir necha molekula diametri kattaligiga teng.
Qattiq jism sirti dastlab qanday shaklda bo`lsa, uzoq vaqt o`sha shaklda qoladi. Suyuqlik – suyuqlik (2 ta suyuqlik) orasidagi sirt qavat 2 qismdan iborat: uning bir qismi 1 – suyuqlikda, ikkinchisi esa 2 – suyuqlikda bo`ladi.

4. Suyuqlikning sirt tarangligi va to`liq sirt energiya

Suyuqlikning ichki qismidagi molekulani boshqa molekulalar hamma tomondan bir xilda tortib turadi va barcha kuchlar bir-birini muvozanatlaydi. Lekin suyuqlik sirtida turgan molekulalarni suyuqlik ichidagi qo`sh molekulalar kuchliroq tortadi, gaz fazadagi molekulalar o`sha molekulani juda o`z kuch bilan tortadi. Shu sababli suyuqlik sirtida turgan molekulalar mumkin qadar suyuqlik ichiga kirishga intiladi. Boshqacha aytganda, suyuqlik o`z sirtini kattalashtirish uchun ish sarf qilishi kerak. Aksincha, suyuqlik sirti kamayganida energiya ajralib chiqadi. Demak, suyuqlik sirt qavati ma`lum energiya zahirasiga ega. U suyuqlikning sirt energiyasi deyiladi.

Suyuqlik sirtini 1 sm² ga kattalashtirish uchun sarf qilish kerak bo`lgan energiya miqdori shu suyuqlikning sirt taranglik koeffitsiyenti yoki to`g`ridan – to`g`ri sirt tarangligi deyiladi.
Sirt taranglikning kelib chiqish sababi suyuqlik molekulalari orasidagi bog`lanishdir. Ayni modda molekulalari orasidagi bog`lanish qancha kichik bo`lsa, ularning sirt tarangligi shuncha katta qiymatga ega bo`ladi. Bundan quyidagi xulosa kelib chiqadi: qutbli suyuqlikning suyuq-gaz chegarasidagi sirt tarangligi qutbsiz suyuqliklarning surt tarangligidan katta bo`ladi.
Suyuqliklar ichida simob eng katta sirt taranglikka ega, undan keyin suv va organik moddalar turadi, siqilgan gazlar eng kichik sirt taranglik namoyon qiladi.
Suyuqliklarda sirt taranglikning temperatura koeffitsiyenti t0 kritik temperaturagacha deyarli o`zgarmas qiymatga ega bo`ladi. Kritik temperaturaga yetganda suyuq va gaz fazalar orasidagi farq yo`qolib sirt taranglik nolga teng bo`ladi. Suyuqlik – suyuqlik sistemada ham, kritik erish temperaturada (yani 2 la suyuqlik bir – birida cheksiz eruvchan bo`lib qolgan temperaturadan keyin) sirt taranglik nolga teng bo`lib qoladi.

5. Suyuqlikning sirt tarangligi hosil bo`lish animatsiyasini ko`rsatish.

6. Qattiq jismlarning sirt tarangligi.

Qattiq jismlarda molekulalararo tortishish kuchlari suyuqlikdagi molekulalararo tortishish kuchlaridan ancha ortiq bo`lgani uchun qattiq jismlarning sirt tarangligi kattaroq qiymatlar bilan xarakterlanadi. U. U. Jukov ba`zi qattiq jism (kristallar) larning sirt taranglik qiymatlarini topib quyidagi jadvalga joyladi.

Jadval
Ba`zi kristall moddalarning sirt tarangligi qiymatlari

Modda	Temperatura, ^oC	σ, erg/sm^2
СaF2	30	2500
SrSO4	30	1400
BaSO4	25	1250
PbF2	25	900
AgCrO4	26	575
CaSO4^.2H2O	30	270
PbJ2	30	130

III. Yakuniy qism (10 min)

Uyga vazifa berish. Takrorlash uchun savollar.