Termiz davlat universiteti
Download 0.49 Mb.
|
Kolloid sistemalarning elektr xossalari Top-1.m
- Bu sahifa navigatsiya:
- FANIDAN KOLLOID SISTEMALARNING ELEKTR XOSSALARI MAVZUSI BO`YICHA REFERATI
- Termiz 2020-yil
- Foydalanilgan a dabiyotlar
|
O`ZBEKISTON RESPUBLIKASI OLIY VA O`RTA MAXSUS TA`LIM VAZIRLIGI TERMIZ DAVLAT UNIVERSITETI KIMYO VA TEXNOLOGIYA FAKULTETI KIMYO TA`LIM YO`NALISHI 4-BOSQICH 407-GURUH TALABASI ALIMARDONOV G`ULOMNING KOLLOID VA NANOKIMYO FANIDAN KOLLOID SISTEMALARNING ELEKTR XOSSALARI MAVZUSI BO`YICHA REFERATI 
Termiz 2020-yil Mavzu: Kolloid sistemalarning elektr xossalari Gelmgolts, S.O.Shtern va V. Gui va Chepmenning qo`sh elektr qavati tuzilishi xaqidagi nazariyalari Qo`sh elektr qavatning xozirgi zamonda qabul qilingan sxemasi va Elektr-kinetik potentsial. Elektroforez va elektroosmos. Elektr-kinetik xodisalarning tabiatda va texnikadagi axamiyati. Kolloid zarrachalarning tuzilishi xaqidagi mitsellyar nazariya. Qo`sh elektr qavat xosil bo`lishi xaqidagi tasavvurni dastlab Kvinke ilgari surdi. Qo`sh elektr qavatning tuzilishini esa birinchi marta Gel’mgol’ts va Perren tushuntirib berdilar. Ularning fikricha, qo`sh elektron qavat xuddi yassi kondensator kabi tuzilgan bo`lib zaryadlar fazalar chegarasida ikkita qarama-qarshi ionlar qatori shaklida joylashadi. Ikki qavatning biri qattiq jism sirtiga bevosita yopishib turadi, ikkinchisi esa suyuqlik muxitida bo`ladi. Qavatlar orasidagi masofa juda kichik bo`lib, molekulalar radiuslari kattaligiga yaqin bo`ladi. Gel’mgol’ts fikricha, qo`sh eletron qavat quyidagi tartibda kelib chiqadi. Dastlab qattiq faza sirtiga musbat yoki manfiy ionlar adsorbilanadi. Ular sirtida plyus yoki minus ishorali ionlar qavati xosil bo`ladi. Bu qavat potentsial belgilovchi deb ataladi. eritmadagi qarama-qarshi ishorali ionlar qattiq faza sirtidagi avval adsorbilanib olgan ionlarga mumkin qadar yaqin joylashishga intiladi. Natijada oralig’i 1-2 molekula radiusiga teng bo`lgan qarama-qarshi zaryadli ionlardan iborat qo`sh elektron qavat paydo bo`ladi. Ularning biri qattiq faza sirtidan, ikkinchisi eritma muxitidan joy oladi.
Gelmgoltsning qo`sh elektr qavati. 0-termodinamik potentsial: d-adsorbtsion qavat qalinligi Bundan qo`sh elektr potentsiallarning qiymati xuddi kondensatordagi kabi (to`g’ri chiziq bo`ylab) keskin o`zgarishi lozim. Qo`sh elektr qavat sirtidagi elektr qiymati s ning kattaligi yassi kondensator nazariyasiga muvofiq ushbu tenglama: sq  asosida aniqlanishi mumkin. Bu tenglamada E- muxitning dielektrik konstantasi, L- qarama-qarshi zaryadni qavatlar orasidagi masofasi, 0 - qattiq faza bilan eritma orasidagi potentsiallar ayirmasi.
Gel’mgol’ts va Perren nazariyasi zamonaviy kolloid kimyoda faqat tarixiy axamiyatga ega, chunki bu nazariyada qavatlar orasidagi masofani juda kichik (molekula radiusiga teng) deb faraz qilganlar. Natijada, qattiq faza va eritma orasidagi umumiy potentsial bilan elektrokinetik potentsialning bir-biridan farqini tushuntirib bera olmadi. Gidrodinamik tekshirishlar qattiq faza sirtiga yopishgan suyuqlik qavatining qalinligi Gel’mgol’ts nazariyasidagiga qaraganda bir qancha marta katta ekanligini ko`rsatdi. Bu kamchilik qisman Gui va CHepmen tarafidan taklif etilgan nazariyada tuzatishga xarakat qilindi. Gui va CHepmen bir-biridan bexabar xolda 1910 yilda Gui va 1913 yilda CHepmen qo`sh elektr qavat tuzilishi xaqida o`zlarini nazariyalarini taklif qildilar. Bu nazariyaga ko`ra, qo`sh elektr qavat tarkibidagi qarshi ionlar qavati diffuz (yoyiq) tuzilishiga ega deb faraz qildilar
V. Gui va CHepmenning qo`sh elektr qavat sxemasi: d-adsorbtsion qavat qalinligi. AV-siyqalanish tekisligi. x- masofa, 0 - potentsiallar ayirmasi. Bu nazariya Gel’mgol’ts va Perren taklif etgan fikrlardagi bir qancha kamchiliklarni bartaraf qilishga muvaffaq bo`ladi. Gui va CHepmen nazariyasiga muvofiq, qattiq faza sirtidagi elektr qavat o`ziga ekvivalent miqdorda eritmadagi qarama-qarshi ishorali zaryadlarni tortib olib, monoion diffuz qavat xosil qilishga intiladi, lekin suyuqlik ichidagi issiqlik (Broun) xarakati bu ionlarni eritma xajmiga tarqatib turadi. SHu sababli qattiq fazaga bevosita yaqin joyda qarama-qarshi ionlar kontsentratsiyasi kamaya boradi. eritma bilan qattiq faza chegarasida qattiq fazadagi zaryadlar qavatining elektr maydoni nixoyatda kuchli bo`ladi; qattiq faza sirtdan uzoqlashgan sari bu elektr maydonning kuchi asta-sekin zaiflasha boradi, qo`sh qavatning qarshi ionlari issiqlik xarakati ta`siridan ko`proq yoyila boshlaydi va nixoyat, ularning kontsentratsiyasi eritma ichidagi kontsentratsiyaga tenglashib qoladi. SHu tariqa qattiq faza bilan bog’langan qarshi ionlarning muvozanat xolatida turuvchi dinamik diffuz yoyiq qavati vujudga keladi. Gui va CHepmen ionlarning diffuz qavatda qattiq fazaning potentsial maydoni va Broun xarakati ta`sirida tarqalishi Bol’tsman qonuniga bo`ysunadi, deb faraz qildilar. SHunga asoslanib, qattiq fazadan x masofada qarshi ionlar kontsentratsiyasi Bol’tsman tenglamasi asosida quyidagicha topiladi: 
Bu erda W=ZF -bir mol’ ionni eritma ichida qattiq faza sirtidan x masofaga ko`chirish uchun zarur bo`lgan ish, F- Faradey soni, Z-ion zaryadi, - masofa x bo`lgan joydagi potentsial. Gui-CHepmen nazariyasi elektrokinetik xodisalarni yaxshi izox qilishga imkon berdi. Lekin u kolloidlarning qayta zaryadlanish xodisasini, valentligi bir xil bo`lsada, tabiatlari boshqa-boshqa bo`lgan ionlar ta`sirini tushuntirib berolmadi; u suyultirilgan kolloid eritmalar uchungina qo`llanila oldi; Gui-CHepmen tenglamasini kontsentrlangan kolloid eritmalar uchun butunlay qo`llab bo`lmadi. Bu qiyinchiliklarning xammasi O.SHtern nazariyasida bartaraf kilindi. Qo`sh elektr qavatning tuzilishi xaqidagi 1924 yilda SHtern taklif qilgan nazariyada Gel’mgol’ts-Perren va Gui-CHepmen nazariyalari birlashtirildi va ikki farazni ilgari surdi. Birinchidan, xar qanday ion o`ziga xos aniq o`lchamga ega. Ikkinchidan, ionlar Van-der-Vaal’s kuchlari ta`sirida o`ziga xos ravishda qattiq faza sirtiga adsorbilana oladi. Lekin qarshi ionlar qattiq faza sirtiga ion radiusidan kattaroq masofaga qadar yaqinlasha olmaydi, chunki Van-der-Vaal’s kuchlari elektrik tabiatga ega bo`lmaganidan ularning ta`siri masofa kattalashishi bilan tezda susayib ketadi: bu kuchlar sirtdan taxminan 0,1-0,3 nm uzoq masofadagina o`z ta`sirini ko`rsata oladi. SHtern nazariyasini miqdoriy jixatdan quyidagicha ifodalash mumkin, ya`ni qattiq faza sirtidagi elektr zaryadining absolyut qiymati adsorbtsion 1 va diffuzion 2 qavatlardagi zaryadlarning absolyut qiymatlari yig’indisiga teng: SHtern taklif etgan qo`sh elektr qavatining tuzilish sxemasi rasm S.da keltirilgan. 
S. O. SHtern qo`sh elektr qavat sxemasi. AV-siyqalanish tekisligi Qo`sh elektr qavat tuzilishi xaqidagi nazariyani A. N. Frumkin va B.V.Deryagin yanada rivojlantirib, mukammallashtirilgan nazariya taklif etdilar. Ularning nazariyasiga ko`ra suyuq va qattiq fazalarning bir-biriga nisbatan xarakatlanish sirti (siljish tekisligi) qattiq fazadan ma`lum masofa uzoqda joylashgan bo`ladi. Kolloid zarrachalarning sirti katta bo`lgani uchun ionlarni adsorbtsiyalash qobilyati yuqori bo`ladi. Adsorbilangan shu ionlar kolloid eritmalarning barqarorligiga ma`lum ta`sir ko`rsatadi. CHunki suyuqlik qattiq zarrachaga nisbatan (yoki zarracha suyuqlikka nisbatan) xarakat qilganda qo`sh elektr qavatning adsorbtsion va diffuzion qavatlari chegarasida xosil bo`ladigan potentsial-elektrokinetik potentsial vujudga keladi. U dzeta ()xarfi bilan belgilanadi va dzeta-potentsial deb yuritiladi. Elektrokinetik potentsialdan tashkari yana termodinamik potentsial xam mavjud. Termodinamik potentsial qattiq zarracha sirti bilan suyuqlik ichidagi umumiy potentsiallar ayirmasini ko`rsatadi. rasmga qarab elektrokinetik va termodinamik potentsiallar bir-biridan nima bilan farq qilishini tushinib olish qiyin emas. 
Qo`sh elektr qavatning xozirgi zamonda qabul qilingan sxemasi. Demak, elektrokinetik potentsial termodinamik potentsialning faqat ma`lum qismini tashkil etadi, ya`ni adsorbtsion qavat bilan diffuzion qavat chegarasidagi potentsial kattaligi (-potentsial) elektrokinetik potentsialni ko`rsatadi. Elektrokinetik potentsial dispers sistemalarning barqarorligini aniqlovchi belgilardan biri bo`lib, unga tashki sharoitning ta`siri barqarorlikni kamayishiga yoki oshishiga sababchi bo`ladi. 4. Elektroforez va elektro osmos. Elektrokinetik xodisalarning axamiyati Kolloid zarrachalar ma`lum bir zaryadga ega bo`lganligi uchun kolloid eritmaga tashkaridan elektr toki berilganda zarrachalar biror elektrodga tomon xarakat qiladi:manfiy zarracha musbat elektrodga, musbat zarracha manfiy elektrodga tomon boradi. Kolloid zarrachalarning tashki elektr maydon ta`sirida xarakat qilish xodisasi elektroforez yoki katoforez deyiladi. Bu xodisani 1807 yilda Moskva universitetining professori Reyss birinchi bo`lib kashf etgan. Reyss bir parcha loyga ikki nayni o`rnatib, bu naylarga tozalab yuvilgan qum soldi va ikkala nayga bir xil balandlikda suv quydi. So`ngra bu suvga o`sha vaqtda elektrning birdan bir manbai bo`lgan Vol’t ustuni elektrodlarini tushirdi. Tok yuborilgandan bir oz vaqt o`tgach, musbat elektrod tushirilgan naydagi suv loyqalanadi: loy zarrachalari sekin asta ko`tarilib, suvda suspenziya xosil qila boshladi. Lekin shu bilan bir vaqtda bu naydagi suv kamaya bordi, manfiy elektrod tushirilgan nayda esa suv ko`tarila boshladi. Reyss bu tajribasi bilan loy zarrachalri manfiy zaryadli ekanligini isbotladi. SHu yo`l bilan elektroforez usulida zarrachalarning zaryadlarini aniqlash mumkin bo`ldi. 
Reyss tajribasining sxemasi. Reyss tajribasida biz ikki xodisani ko`ramiz: bulardan biri loy zarrachalarining musbat elektrod tomon xarakati bo`lsa, ikkinchisi suyuqlikning manfiy elektrod tomon xarakatlanishidir. Suyuqlikning elektr maydonida g’ovak jism orqali elektrodlar tomon xarakat qilishi elektroosmos deyiladi. elektroosmos yunalishiga qarab suyuqlik zaryadi ishorasini aniqlash mumkin. Rus olimlari I. Jukov va B. Nikol’skiy elektroosmos xodisasidan foydalanib suvni tozalash usulini topdilar. Elektroforez usulidan foydalanib, kolloid sistemalarning dzeta potentsialini aniqlash mumkin. Dzeta potentsialni xisoblab topish uchun quyidagi formuladan foydalansa bo`ladi: Gel’mgol’ts-Smoluxovskiy tenglamasi 
Bu erda - dzeta potentsial -suyuqlikning qovushqoqligi u-kolloid zarrachaning elektroforezdagi chiziqli tezligi E-potentsiallar ayirmasi, L-ikki elektrod oralig’i (kapillyar uzunligi K=4, tsilindr zarrachalar uchun; K=6 sferik zarrachalar uchun -suyuqlikning dielektrik konstantasi). Dispers sistemalarda uchraydigan elektrokinetik xodisalar jumlasiga elektroforez va elektroosmosdan tashqari "cho`kish potentsiali" ya`ni (Dorn effekti) va "oqib chiqish potentsiali" yoki Kvinke effekti xam kiradi. Bu to`rtta elektrokinetik xodisalar kolloid kimyoning o`zida xam katta nazariy va amaliy axamiyatga ega. Kolloid sistemaning dzeta-potentsiali kattaligi ayni sistemaning agregativ barqarorligi uchun xarakteristika bo`la oladi. Elektrokinetik xodisalar geologiya, tuproqshunoslik, agrotexnika va texnikaning turli soxalarida keng qo`llaniladi. Masalan, ular suspenziyalarni suvdan tozalashda, yog’och va torfni quritishda, toza kaolin xosil qilishda, mashinalar detallarini bo`yashda katta axamiyatga ega. Rus olimlari A.V.Dumanskiy, N.P.Peskov. S.M.Lipatov., A.N.Frumkin xamda chet ellik olimlar Fayans, Kroyt va boshqalar qo`sh elektron qavat nazariyalari asosida kolloid zarrachalarning tuzilishi xaqidagi mitsellyar nazariyalar yaratishga muvaffaq bo`ldilar. Dastlab bu nazariyani kolloid kimyoda o`rganiladigan barcha ob`ektlar uchun tadbik etish mumkin, deb faraz kilindi. Lekin keyinchalik olib borilgan tekshirishlar nazariyaning faqat liofob kolloidlarga taalluqli ekanligini aniq ko`rsatdi. Liofil zollar, ya`ni yuqori molekulyar va polimer moddalarning eritmalari tamomila boshqa tuzilishda ekanligi aniqlandi. Mitsellyar nazariyaga muvofiq xar qanday liofob (gidrofob) kolloid eritma ikki qismdan iborat bo`lib, ularning biri - mitsellalar bo`lib, ikkinchisi intermitsellyar suyuqlikdir. Mitsellalar aloxida kolloid zarrachalar bo`lib, ular zolning dispers fazasini tashkil etadi. Intermitsellyar suyuqlik esa o`sha zolning dispersion muxitidan iborat. Uning tarkibida erituvchidan tashkari yana boshqa erigan moddalar (elektrolit va elektrolitmaslar) mitsella tarkibiga kirmaydigan yoki o`zgarmaydigan birikmalar bo`ladi. Mitsella-oddiy molekulalarga qaraganda ancha murakkab tuzilishga ega. Unda ikki qism - neytral modda - yadro va qo`sh qavatdan iborat sirtqi ionogen qism mavjud. Mitsellaning yadrosi juda ko`p atom yoki molekulalardan tarkib topgan neytral modda bo`lib, uni ionlar qurshab turadi. Liofob kolloid eritma tarkibida bo`lgan elektrolit ionlari zolni barqaror qilib turadi, shuning uchun xam ular ionli stabilizatorlar deb ataladi. Mitsella yadrosini qarama-qarshi ishoraga ega bo`lgan ionlar qurshab turadi. Bu ionlar ikki yoki bir necha qochiqlikda joylashgan bo`lib, yaqin joylashgan qismi bilan mitsella yadrosi birgalikda kolloid zarracha yoki granulani tashkil qiladi. Granula (kolloid zarracha) ma`lum zaryadga ega bo`ladi, uning ishorasi adsorbtsion qavatda joylashgan ion ishorasi bilan belgilanadi. Granula atrofida qarama-qarshi zaryadli ionlar yig’iladi. Lekin bu ionlar zarrachaga zaifroq totilib turadi va dispertsion muxitning bir qismini tashkil etadi. SHunday qilib, mitsella-granuladan va uning atrofidagi qarama-qarshi zaryadli ionlardan iborat sistemadir. Mitsella elektr maydon ta`sir etmagan sharoitda elektroneytral bo`ladi. Uni intermitsellyar suyuqlik qurshab turadi. Bularni quyidagicha sxema shaklida yozish mumkin: granula, ya`ni kolloid zarrachaqyadro+qo`sh adsorbtsion qavat, mitsellaqgranula+qarama-qarshi zaryadli ionlarning diffuz qavati, zol’qmitsella+intermitsellyar suyuqlik;granula (kolloid zarracha) va mitsellani quyidagi sxema shaklida tasvirlash mumkin:
Mitsella={agregat, adsorbtsion qavat, qarama-qarshi ionlar, (diffuzion qavat)} YUqoridagi nazariya asosida Fe(ON)3 zolini xosil qilamiz Bu zolni xosil qilish uchun temir (III)-xlorid eritmasi issiq xolatda gidroliz kilinadi. Reaktsiyani olib borishda ikki shartga rioya qilish kerak: 1-mayda kristallar xosil bo`lishi uchun reaktsiya suyultirilgan eritmalarda o`tkaziladi, II-qo`sh elektr qavat xosil bo`lishi uchun rektsiyaga kirishuvchi moddalardan biri mo`l mikdorda olinadi. Gidroliz reaktsiyasi quyidagi tenglama bilan ifodalanadi: FeCl3+3H2OFe(OH)3+3HCl Fe(OH)3 ning sirtdagi molekulalari HCl bilan reaktsiyaga kirishib, ionli stabilizator FeOCl molekulalarini xosil qiladi: Fe(OH)3+HCl FeOCl+2H2O FeOCl molekulalari dissotsilanib, FeO+ va Cl- ionlarni xosil qiladi: FeOCl FeO+ + Cl- Tarkibi jixatidan kolloid yadro tarkibiga yaqin bo`lgan ionlar kolloid zarrachalar sirtiga adsorbilanadi degan empirik qoidadan foydalanib temir (III) -gidroksid zolining tuzilishini quyidagi shaklda yozish mumkin:
Temir (III)-gidroksid zolidagi yadro Fe(OH)3 dan granula Fe(OH)3 va uning sirtiga adsorbilangan FeO+ va qisman Cl- ionlaridan iborat bo`lib, bu zarracha musbat zaryadga ega ekanligi sxemada ko`rinib turibdi. Grunalada musbat zaryadlar Cl- ionlari bilan neytrallangan emas, shuning uchun Cl- ionlar granulani qurshab oladi, natijada tamomila neytral mitsella xosil bo`ladi: {[mFe(OH)3nFeO+]n-xCl-}+xCl - Kolloid zarracha yadrosiga qaysi ionni birinchi bo`lib adsorbilanishini bilish uchun qaysi moddadan ortiqcha mikdorda olinganligini bilish lozim. Buni aniqlash uchun quyidagi misolni ko`rib chiqamiz. 1) Agar AgBr ning suyultirilgan eritmasiga ortiqcha mikdorda KBr qo`shilsa, ionli stabilizator vazifasini KBr o`taydi va granula manfiy zaryadlanadi, chunki bu vaqtda Br- ionlari adsorbilanadi: AgNO3 + KBr AgBr + KNO3 ortiqcha KBr K+ + Br- ionlari bo`ladi. ko`p Kolloid zarracha yadrosida bor bo`lgan ortiqcha ion birinchi adsorbilanadi: 
Metsella
Agar AgBr zolini xosil qilishda AgNO3 dan ortiqsa olingan bo`lsa, granula (kolloid zarracha) musbat zaryadlanadi: AgNO3 + KBr AgBr + KNO3 AgNO3 Ag+ + NO-3 ko`p  - mitselladir.
Mitsellani sferik shakldagi sxemasini xam yozish mumkin. 
1-YAdro
2-Kalloid zarracha 3-Mitsella AgBr mitsellasining sxematik tasviri.
Kristallanish jarayoni turli kolloid sistemalarda turlicha tezlik bilan boradi. V.A.Kargin va Z.YA.Berestneva olgan natijalarga ko`ra, kristallanish jarayoni oltin zolida (xona temperaturasida) zol’ tayyorlanganidan 5 minutdan keyin, vanadiy (V)-oksid zolida 1 soatdan keyin, alyuminiy gidroksid zolida taxminan 1 sutkadan keyin, silikat kislota zolida taxminan 2 yildan keyin tamom bo`ladi. Kolloid elektrolitlar oddiy elektrolitlar kabi elektr o`tkazuvchanlik qobilyatiga ega. Ularning elektr o`tkazuvchanligi ikkita tarkibiy qismdan tashkil topadi. Biri-kolloid zarrachalarning xarakatidan kelib chiqqan elektr o`tkazuvchanlik, ikkinchisi-dispers sistemalardagi elektrolitlar tufayli vujudga keladigan elektr o`tkazuvchanlikdir. Nazorat sovollari: Mitsellalarning yadrolari kristall moddalardan tuzilgan bo`ladi. Bu nazariyani kim aniqlagan? Mitsellyar nazariyaga muvofiq xar qanday liofob (gidrofob) kolloid eritma ikki qismdan iborat bo`lib, ularning biri – mitsellalar ikkinchisi esa nima? Termodinamik va elektrokinetik potentsiallar bir-biridan nima bilan farq qiladi? "Dzeta" potentsial nima? Elektrokinetik xodisalar texnikada qanday maqsadlar uchun qo`llaniladi? Qo`sh elektr qavatning xozirgi zamonda qabul qilingan sxemasini tushuntirib bering? Gui, CHepmen, Gel’mgol’ts va Perren nazariyalarining kamchiliklarini tushuntirib bering? Elektroforez va elektroosmos nima? Kolloid zarracha, mitsella va zol’ qanday tuzilgan? Kolloid eritmalarning elektr o`tkazuvchanligi qanday sodir bo`ladi? Foydalanilgan adabiyotlar: Axmedov K. S., Raximov X. R. "Kolloid ximiya". T. 1992. 104-128 betlar. Voyutskiy S. S. "Kurs kolloidnoy ximii" M. 1976g. 190-250 betlar. Pasinskiy A. G. "Kolloidnaya ximiya" M. 1973g. 113-133 betlar. Fridrixsberg D. A. "Kurs kolloidnoy ximii" L. 1974 1984g. 300 bet. Balezin. S. A. "Praktikum po fizicheskoy i kolloidnoy ximii" M. 1972. 242-248 betlar. Baranova V. I. i dr. "Praktikum po kolloidnoy ximii" M. 1983g 86-112 betlar. Malaxova A. YA. "Praktikum po fizicheskoy i kolloidnoy ximii". Minsk. 1974g. 262-267 betlar. Ziyonet.kutubxona Referat.arxiv.uz Download 0.49 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
| |||||||||||||||||||||||||||
