Kolloid zarrachaning tuzilishi

Kolloid zarrachaning tuzilishi

15. ma'ruza. Kolloid eritmalarning tuzilishi. Elektrokinetik hodisalar. Kolloid

    
    eritmalarning barqarorligi va koagulyatsiya. Shultse-Gardi qoidasi
    

Reja:

1. Kolloid zarrachaning tuzilishi.
   

2. Kolloid eritmaning elektrokinetik xossalari.

   
   

3. Kolloid eritmalarning turg'unligi.

   
   

4. Kolloidlarning koagulyatsiyasi.

   
   

5. Koagulyatsiya nazariyalari

   
   

6. Kolloid himoya.

   
   

Ma'ruzaning maqsadi: Kolloid eritmalarning tuzilishi va elektrokinetik xossalari, qo'sh elektr qavatni hosil bo'lish nazariyalari bilan tanishtirish. Kolloid eritmalarning barqarorligi va koagulyatsiya farmatsiyadagi ahamiyatini tushuntirish.

Tayanch iboralar: Diffuziya, osmotik bosim, broun xarakati, sedimentattsiya, elektroforez, elektroosmos, cho'kish va oqib chiqish potentsiallari, qo'sh elektr qavat nazariyasi.
Qo'sh elektr qavatning tuzilishi. Qattiq faza va dispers muhit chegarasidagi qo'sh elektr qavati tushunchasini ko'rsak: Olaylik AgJ kristallarini KJ eritmasiga tushursak, AgJ kristallarida J-ni adsorbtsiyasi sodir bo'ladi (Peskov,
Fayans qonuni bo'yicha).

To'g'ridan-to'g'ri qattiq fazaga adsorbtsiyalanuvchi ion-potentsial aniqlovchi ion, buning natijasida vujudga keladigan potentsial termodinamik potentsial deyiladi va u ( bilan belgilanadi. Qarama-qarshi zaryadli (kaliy) ionlari qo'sh elektr qavatni tashqi qobig'ini tashkil etadi. Shtern nazariyasiga ko'ra, 1 yoki xatto bir necha birlamchi qarshi ionlar qavati

15.1 -rasm. elektr maydoni xamda adsorbtsiya kuchlari tufayli boshqarilib, qarshi ionlar adsorbtsion qatlamini tashkil etadi (adsorbtsion qatlamini shuningdek zich, gelmgolts, shtern qatlamlari deb xam atashadi). Qarshi ionlar adsorbtsion qatlami zarracha sathi bilan mustaxkam bog'langan (15.1 -rasm). Qarshi ionlarning boshqa qismi issiqlik xarakati tufayli diffuziya qatlamining tarqoq strukturasini tashkil etadi.
Yuqorida aytib o'tilganidek kollid zarracha sirtida qo'sh elektr qavat hosil bo'ladi. Qo'sh elektr qavat zarracha yuzasiga bir xil zaryadli ionlarning adsorbtsiyalanishi tufayli yuzaga keladi. Bu potentsial aniqlovchi ionlarning zichligi etarli darajada yuqori bo'lib, elektrostatik kuchlar ta'sirida qarshi ionlarni o'ziga tortadi va qo'sh elektr qavat hisoblanadi. Buning natijasida potentsiallar farqi (
yuzaga keladi. Birinchi adsorbtsiyalangan ya'ni potentsial aniqlovchi ionning zaryadi kolloid zarrachaning zaryadini va yuzaga kelgan potentsiallar farqining zaryadini va qiymatini belgilaydi (
qo'sh elektr qavatni xarakterlaydigan ikkinchi potentsial elektrokinetik potentsial уоки potentsial deb ataladi. U zarracha sirtibilan suyuqlik chegarasida yuzaga keladi. Shuning uchun sirg'alish potentsial deb ham yuritiladi. Zarr acha adsorbtsion qavat bilan birga harakatlanadi. Demak, £-potentsial adsorbtsion va diffuzion qavat orasida yuzaga keladi.
Gelmgolts fikricha. Dastlab qattiq faza sirtiga musbat va manfiy ionlar adsorbtstyalanadi; ular sirtda plyus yoki minus ishorali ionlar qavati hosil qiladi. Bu qavat potentsial aniqlovchi qavat deb ataladi. Eritmadagi qarama-qarshi ishorali ionlar qattiq faza sirtidagi avval adsorbtsiyalanib olgan ionlarga mumkin qadar yaqin joylanishga intiladi. Natijada oralig'i 1-2 molekula radiusiga teng bo'lgan qarama qarshi zaryadli ionlardan iborat qo'sh elekr qavat paydo bo'ladi. U xuddi yassi kondensatorga o'xshaydi.
Gui va Chepmen nazariyasiga ko'ra qo'sh elektr qavat hosil bo'lishida bir tomondan qarama-qarshi zaryadlarni ikki qavat shaklida yig'ishga intilgan
elektrostatik tortishuv kuchi va ikkinchi tomondan

В

ionlarni suyuqlik ichida tarqatuvchi issiqlik harakati (Broun) kuchi ham ta'sir etadi. Qo'sh elektr qavat tarkibidagi qarshi ionlar qavati diffuz tuzilishga ega deb faraz qiladi. Gui va Chepmen nazariyasiga mofiq, qattiq faza sirtidagi elektr qavat o'ziga ekvivalent miqdorda eritmadan qarama-qarshi zaryadlarni tortib olib, mono

2. -rasm. ion qavat hosil qilishga intiladi, lekin

   
   

suyuqlik ichidagi issiqlik xarakati bu ionlarni eritma xajmiga tarqatib turadi. Shu sababli qattiq faza bevosita yaqin joyda qarama-qarshi ionlar kontsentratsiyasieng yuqori qiymatga ega bo'ladi, qattiq fazadan uzoqlashgan sari qarshi ionlar kontsentratsiyasi kamaya boradi. Eritma bilan qattiq faza chegarasida qattiq fazadagi zaryadlar qavatining elekt maydoni nihoyatda kuchli bo'ladi. qattiq faza sirtidan uzoqlashgan sari bu elektr maydonining kuchi kamaya boradi. Shu tariqa qattiq qaza bilan bog'langan qarshi ionlarning muvozanat holatda turuvchi dinamik diffuz yoyiq qavati vujudga keladi (15.2 -rasm).

O. Shtern nazariyasi Gelmgolts, Gui va Chepmen nazariyalarini umulashtiradi Shtern quyidagi ikki farazyani oldinga surdi. Birinchidan, har qanday ion o'ziga xos aniq o'lchamga ega. Ikkinchidan, ionlar Van-der-Vaals kuchlari ta'sirida o'ziga hos ravishda qattiq faza sirtiga adsorbtsiyalana oladi. Lekin qarshi ionlar qattiq faza sirtiga ion radiusidan kattaroq masofaga qadar yaqinlasha olmaydi, chunki Van-der-Vaals kuchlari elektrik tabiatga ega bo'lmaganidan ularning ta'siri masofa kattalashishi bilan tezda susayib ketadi. Bu kuchlar tahminan sirtdan taxminan 0,1- 0,3 nm uzoq masofalarga qadargina o'z ta'sirini ko'rsata oladi. Shtern nazariyasi bo'yicha qarshi ionlarning faqat bir qismi qattiq faza yuzasidan 1-2 molekula radiusiga teng masofada joylashadi. Sirtdagi ionlar zaryadini batamom kompensatsiyalash uchun zarur bo'lgan qarshi ionlarning qolgan qismi diffuziyalangan holatda bo'ladi.
Qo'sh elektr qavatning hozirgi zamonda qabul qilingan sxemasi.
Qo'sh elektr qavat tuzilishi haqidagi nazariyalarni rus olimlari A.N.Frumkin va

2. V. Deryaginlar rivojlantirdilar. Ular fikricha qattiq va suyuq fazalarning bir - biriga nisbatan harakatlanish sirti (siyqalish tekisligi) qattiq fazadan ma'lum masofada uzoqda joylashgan bo'ladi (15.3 -rasm).

   
   



Kolloid sistemalarning elektro-kinetik xossalari.

Kolloid sistemalarni hosil bo'lishi, odatda elektrolit bor bo'lgan muhitda sodir bo'ladi. Peskov - Fayanskini tanlab adsortsiyalanish qonuniga binoan yadro sathiga qandaydir ion adsorbtsiyalanadi. Natijada dispers faza ma'lum elektr zaryadiga ega bo'ladi. Shu tufayli tashqi elektr maydoni berilsa faza va muhitni xarakati qarama-qarshi elekrodlarda ro'y beradi (15.4 -rasm). Kolloid zarrachalami elektr maydoni ta'sirida xarakati elektroforezdir. Kolloid sistemaning suyuqligini tashqi elektr maydoni ta'sirida xarakati elektroosmos deyiladi.

"i r£T



15.4 -rasm

Elekroforez va elektroosmos 1808 yili Moskva universitetining professori F.F. Reyss tomonidan kashf etildi. So'ngra yana ikkita xodisa aniqlandi.xarakatlanganda potentsiallar farqini vujudga kelishi - Dorn effekti yoki cho'kish potentsiali va Zarrachalar suyuqlik xarakati natijasida potentsiallar farqini vujudgakelishi - (potentsial techeniya) - oqish potentsiali. 1859 yilda Kvinke suyuqlik bosim ostida g'ovak diafrgmadan oqib o'tishi natijasida potentsial farqi yuzaga kelishini aniqladi va uni oqib chiqish potentsiali deb atadi. Bu hodisa elektroosmosga teskari hodisadir. Barcha 4 ta hodisa elektrokinetik xodisalar deb yuritiladi.
Izoelektrik holatga yaqinlashgan sari zollarning turg'unligi kamayib boradi. Shuning uchun izoelektrik holatda koagulyatsiya tezligi eng katta bo'ladi. E,-potentsialni olinishi, yadro sathidan zaryad olindi emas, chunki potentsial aniqlovchi ion mavjud. Elektrolit qo'shishni davom ettirilsa, kolloid zarracha qayta zaryadlanishi mumkin. Unda ^-potentsial tennodinamik potentsialga qarama- qarshi zaryad oladi va sistema barqarorligi ortadi.
Elektrofarezga teskari bo'lgan, cho'kish potentsialini Dorn (1878 yil) kashf etadi. Uning tekshirishicha kvarts suspenziyasi zarrachalari og'irlik kuchi ta'sirida cho'kkanida idishning har xil balandliklari orasida potentsi allar farqi hisoblanadi.
Kolloid sistemalarning barqarorligi va koagulyatsiyasi.
Kolloid eritma dispers fazasining solishtirma sirti katta bo'lganligi sababli sistemadan erkin sirt energiya ham katta bo'ladi. Shuning uchun kolloid sistemalar termodinamik jihatdan barqaror bo'lmaydi. Termodinamikaning ikkinchi qonuniga muvofiq erkin energiya minimumga intilishi kerak. Kolloid zarrachalar bilan suyuqlik orasidagi chegara sirt kamaygandagina erkin energiya minimumga erishadi.
Dispers sistemalarning barqarorligi deganda o'zining dastlabki holatini va asosiy xossalari: disperslik darajasi, dispers faza zarrachalarining bir tekis tarqalishini va faza bilan muhit orasidagi bog'liq xarakatlarini vaqt o'tishi bilan doimiyligi tushuniladi.
Dispers fazasi bilan dispers muhiti orasida bog'lanish kuchsiz bo'lgan liofob zollar ayniqsa beqaror bo'ladi. Vaqt o'tishi bilan ularning disperslik darajasi o'zgarib, zarrachalari yiriklashadi. Yiriklashish jarayoni turli kolloid sistemalardan turlicha bo'ladi. Disperslik darajasi 20-30 yil davomida o'zgarmaydigan oltin zollarini va biror modda qo'shilganda bir necha sekund davomida emirilib kolloid holatini yo'qotadigan, koagulyatsiyaga uchraydigan sistemalami misol qilish mumkin.
Kolloid sistemalarning barqarorligi oshirish stabillanishning maxsus usullarining qo'llashni talab qiladi.
N.P. Peskov fikricha dispers sistemalarda barqarorlik:

• agregativ

  
  

• sedimentatsion yoki kinetik bo'ladi.

  
  

Agregativ barqarorlik - dispers sistemalarning o'zining disperslik darajasining saqlash, ya'ni koagulyatsiyaga uchramaslik xususiyati.

Agregativ barqarorlikning sababi ikkita:

• kolloid zarrachalarning bir xil zaryadga ega bo'lmaydi;

  
  

• kolloid zarrachaning erituvchi mollarini qurshab olib, zarracha atrofida solvat qobiqlar hosil qiladi.

  
  

Agregativ barqarorlik zolning tarkibiga, uning zarrchalari tuzilishiga va kolloid eritma qanday holatda ekanligiga bog'liq.

Sedimentatsion barqarorlik - dispers faza zarrachalarining og'irlik kuchi ta'sirida cho'kmaslik qobiliyati. Buning sababi broun harakati va diffuziyadir. Zarrachalarning dispersion muhitdan ajralib chiqishi broun harakati tezligiga va solishtirma og'irligiga bog'liq.
Kolloid eritmalarda disperslik darajasi yuqori. Mitsellalar o'z - o'zicha harakat qiladi, ularda diffuziya sodir bo'ladi. Shuning uchun ular idimentatsion barqaror sistemalar. Lekin kolloidlar zarrachalar har xil ta'sirlar natijasida bir - biri bilan birikib yiriklasha oladi. Natijada sistema o'z barqarorligini yo'qotadi. Shuning uchun kolloid sistemalar agregativ barqaror bo'lmagan sistemalardir.

• zolga elektrolit qo'shish;

  
  

• zolga zol qo'shish;

  
  

• qizdirish yo'li bilan tezlashtiriladi.

  
  

Elektrolit tasiridagi koagulyatsiya

Kolloid ximiya sohasidan dastlab ishlagan olimlar Selmi, Grem va faradey metallarning gidrozollarini elektrolit qo'shilganda koagulyatsiya ro'y berishini kuzatishganlar. Faradey bu hodisaning oltin gidrozolida kuzatdi. Elektrolit ta'sirida vujudga keladigan koagulyatsiyani o'rganish quyidagi xulosalarga olib keldi:

• Agar kolloid eritmaga har qanday elektrolitdan etarli miqdorda qo' shilsa, koagulyatsiya sodir bo'ladi. Koagulyatsiya sodir bo'lganligini bevosita ko'rish mumkin bo'lsa, u ochiq koagulyatsiya, ko'rish mumkin bo'lmasa yashirin koagulyatsiya deyiladi.

  
  

• Ochiq koagulyatsiya sodir bo'lishi uchun elektrolit kontsentratsiyasi kogulyatsiya kontsentratsiyasidan ortiq bo'lishi kerak.

  
  

• Koagulyatsiyaga elektrolitning faqat bir ioni, kolloid zarracha zaryadiga qarama - qarshi zaryad sabab bo'ladi. Musbat zaryadli kolloidlar anionlar ta'sirida, manfiy zaryadli kolloidlar esa kationlar ta'sirda koagulyatsiyalanadi.

  
  

• Ayni kolloidning koagulyatsiya chegarasi koagulyatsiyalayotgan ion valentligiga bog'liq bo'ladi. Koagulyatsiyalovchi ionning valentligi qancha katta bo'lsa, uning koagulyatsiyalash xususiyati ham shuncha kuchli bo'ladi.

  
  

Elektrolitning koagulyatsiyasi koagulyatsiya chegarasi 1 l zolga qo'shilgan elektrolitning millimol miqdorlari bilan ifodalanadi.

Elektrolitlar qo'sh elektr qavati qalinligiga va £,-potentsialga ta’sir qo'rsatadi. 1900 yilda Gardi tomonidan zarracha zaryadiga qarama-qarshi zaryadli ion koagulyatsiya chaqira oladi degan xulosaga keldi. potentsial 0 bo'lishi shart emas 30-40 mv bo'lganda xam koagulyatsiya sodir bo'laveradi.
1882 yilda Shultse ionning valentligi qancha katta bo'lsa, uning koogulya tsiya chiqarish qobiliyati shuncha katta bo'ladi degan fikrni aytdi. 1900 yil Gardi Shultse tushunchasini tasdiqladi va quyidagi qonunni aytdi: