Коллоидты мицелла құрылысы. Мицелла теориясы

Мицелла теориясы бойынша золь екі бөліктен тұрады: мицелла және интермицеллярлы сұйықтық. Мицелла - бұл дисперсті фаза бөлшегі. Интермицеллярлы сұйықтық - бұл дисперсті орта. Мысалы: AgI гидрозолінің конденсация әдісі бойынша түзілуі: егер AgI AgNO₃ ертіндісінде болса, онда потенциаланықтаушы ион Ag⁺ болады, ал қарама-қарсы ион NO₃^-. Яғни, коллоидты бөлшек заряды ылғида кристалдық торды жалғастырып тұрғызушы немесе бөлшек беттінде адсорбцияланатын стабилизатордың аттас ионымен анықталады .

агрегат

бөлшек немесе гранула

мицелла

m n

n Ag⁺– потенциаланықтаушы ион саны;

(n-x) NO₃^- - адсорбциялық қабаттағы қарама – қарсы ион саны;

х NO₃^- – диффузиялық қабаттағы қарама – қарсы ион саны

1. ҚЭҚ қабат қалай пайда болады?

2. ҚЭҚ қабаттың құрылысы қандай?

3. Адсорбциялық және диффузиялық қабаттың түзілудің қандай теориясын білесіз?

4. ҚЭҚ – тың түзілуіне мысалдар келтіріңіз.

5. Мицелла құрылысын түсіндіріңіз.

1. 
   Беттік құбылыстардың жіктелуі.
   
2. 
   Адсорбция туралы ұғым. Адсорбция түрлері.
   
3. 
   Фрейндлих тендеуі. Лэнгмюрдің мономолекулалық теориясы.
   
4. 
   Беттік активті заттар. Гиббс теңдеуі. Шишковский теңдеуі
   

Беттік құбылыстарды термодинамиканың 1ші және 2ші заңдарының біріккен теңдеулеріне сәйкес жіктеу қолайлы. Кез-келген гетерогендік жүйе үшін оны келесідей түрде жазуға болады:

dG=-SdT+Vdp+ds+_idn_i+ dq (15.1)

G – Гиббс энергиясы, S – энтропия, T – температура, V – көлем,  - беттік керілу, p– қысым, s – беттік аудан, _i – i компенентің химиялық потенциалы, n_i – i компонентінің моль саны,  - электрлік потенциал, q–электрлік саны. 1-теңдеу жүйенің Гиббс энергиясының өзгеруін басқа энергия түріне өзгеруінің алгебралық қосындысы арқылы көрсетеді. Бағыттаушылар беттік энергияның бес мүмкін өзгеру процесін көрсетеді: 1- Гиббс энергиясына, 2 – жылуға, 3–химиялық энергияға, 4–механикалық энергияға, 5–электр энергиясына. Беттік энергияның көрсетілген энергия түрлерінің біріне өзгеруі беттік құбылысқа жауап береді. Мысалы, диспертіліктің өзгеруімен реакциялық қабілетілігің өзгеруі, адгезия және жұғу, адсорбция, электрлік құбылыстар.

Берілген дененің(заттың) дисперстілік дәрежесі жоғарылыған сайын, ол өзінің көбейген бетіне басқа дененің көп бөлшегін сіңіреді. Еріген немесе газ қалпындағы заттардың қатты дене немесе сұйықтың бетіне өздігінен жиналып, шоғырлана келіп, қоюлану құбылысын сорбция деп атайды. Әдетте өзінен басқа сіңіруші затты сорбент, ал оғен сіңірілетін затты сорбтив деп атайды. Ал сорбцияға кері құбылысты десорбция дейді. Сорбтив бөлшектері сорбентке қаншалықты терең сіңуіне байланысты және ондағы пайда болатын өзара әсер мен байланыс күшіне, табиғаты сәйкес сорбция күшін қарастырады. Егер сіңіру дененің тек беткі қабатында ғана жүретін болса, онда оны адсорбция деп атайды. Мұнда да сіңіруші затты адсорбент, ал сіңірілетін затты адсорбтив деп атайды.

Адсорбция мөлшері адсорбенттің қасиетіне, сіңіретін заттың табиғатына, температураға байланысты. Қатты адсорбент ретінде активтелген көмір, силикагель, алюмогель, ал сұйық адсорбент ретінде су, көмірсутектер т.б. органикалық сұйықтық қосылыстары. Адсорбция газдар мен сұйықтар қоспаларын бір бірінен бөлу, оларды кептіру, тазарту үшін противогаздарда қолданады. Бөлу жоспарында, көптеген биологиялық процестерде адсорбцияның маңызы үлкен.

Сорбент пен сорбтив бөлшектерінің табиғаты мен өзара әрекеттесу сипатына орай, сорбция құбылысын физикалық және химиялық деп бөледі. Физикалық сорбция әлсіз және қайтымды. Ол тек молекуааралық, яғни ван дер вальстік күш әсерімен жүзеге асады. Ал химиялық сорбцияны хемосорбция деп те атайды және ол қайтымсыз, өйткені ол артық не бос валенттілік арқылы іске асады. Хемосорбция одан әрі жіктеле келіп абсорбциялы және адсорбциялы болып бөлінеді. Хемосорбцияны да физикалық сорбция мен абсорбциядан осы құбылыстар кезінде бөлінетін жылу шамасымен өлшеп, ажырытуға болады.

Адсорбент бетінің 1см²-на сіңген заттың мөлшерін меншікті (үлесті) адсорбция (Г) деп атайды. Іс жүзінде кез келген адсорбент бетін өлшеу мүмкіедігі бола бермейтіндіктен, 1кг адсорбентке адсорбцияланған мольмен өлшеп, А әріпімен белгілейді:

Адсорбция (А) мен меншікті адсорбция арасындағы байланыс былайша өрнектеледі:

Берілген адсорбент пен адсорбтив үшін адсорбцияның шамасы адсорбтив газ күйінде болса темпиратура (Т) мен қысымға (Р), ал ерітінді болса темпиратура(Т) мен концентрацияға (С) тәуелді.

Көптеген зерттеулерде көрсеткендей адсорбция қайтымды процесс. Адсорбция жүретін беткі қабаттарда оргаласқан молекулалар аса мықты бекітілмеген. Олардың кейбіреулері адсорбенттің тартылыс күші әсер ететін шектен шығып кетуі мүмкін, яғни адсорбенттің бетінен бөлініп, өзі қоршаған ортаға кетуі мүмкін. Мұны десорбция дейді.Бұл екі құбылыс белгілі бір жағдайларда адсорбциялық системада тепе теңдік жағдайын тудырады:

адсорбция ↔ десорбция

Мұндай тепе теңдік жағдайда белгілі мерзім аралығында адсорбент бетінен бөлініп, басқа жаққа кеткен, яғни десорбцияланған бөлешктер санысы уақыт аралығында екінші ортадан бөлініп, адсорбцияланған бөлшкетер санына тең болады.

Адсорбция түрлері мен теориясы.

Қатты дене‑сұйық зат жанасу шегіндегі адсорбция түрінің біріне жататын ион алмастырғыш адсорбцияның маңызы аса зор. Ол жан –жақты зерттелген.

Адсорбент бетінің бірлік ауданына сіңген заттың мөлшерін меншікті адсорбция (Г) дейді: Г=x/S. Ал бірлік массасына адсорбцияланған адсорбцияны мольмен өлшеп, А әрпімен белгілейміз: A=x/m.

Тұрақты температурада адсорбция шамасының қысымға н/е концентрацияға тәуелділігін көрсететін, қисықты адсорбция изотермалары деп атайды.

Адсорбция изотермасын аналитикалық өрнектеу үшін Бедекер, кейін Фрейндлих мынадай эмпирикалық теңдеу ұсынды.

мұндағы х – адсорбцияланған зат мөлшері, m – адсорбент массасы, р – жүйедегі газдың тепе-теңдік қысымы, К және 1/n – константалар.

мұндағы β – алдыңғы теңдеудегі К-ға сәйкес келетін константа, с – тепе-теңдік концентрация, Т-Т – тепе-теңдік (равновесный). β және n константаларын Фрейндлих теңдеуінің логарифмдік түрін графикалық құрғанда табады:

Тәжірибелік жолмен анықталған Г және С мәндерін логарифмдей отырып, lgГ=f(lgC) графигін тұрғызады. Сонда АВ түзуі шығады. Осы түзу ординаталар осінде кескен ОА кесіндісі lgβ-ға тең, ал осы кесіндінің абсцисса осіне көлбеу бұрышының тангенсі 1/n ға тең (tgα=1/n).

β константасының физикалық мәні с=1 деп алғанда түсінікті болады, сонда ол адсорбтивтің тепе-теңдік концентрациясы 1моль/л-ге тең болған кездегі адсорбция шамасын білдіреді.

Адсорбцияның мынадай түрлері бар: газдың қатты денедегі, еріген заттың ерітінді-газ шекарасында,еріген заттың қатты дене-ерітінді шекарасында адсорбциялануы.

Осы қағидаларға сәйкес Ленгмюр газдар мен еріген заттардың тұрақталған адсорбция изотермасының жалпы теңдеуін қорытып шығарды.

Егер С Г=Г_ Егер СВ Г=Г_ Егер СВ Г=1/В Г_ С

Ленгмюр өз теңдеуін қортындылар кезде адсорбциялық қабатты бір молекулалық н/е мономолекулалық қабаттан тұрады деді.

Мұндағы b=k_a/k_д, адсорбциялық активтілік шамасы, k_a және k_д – белгілі бір температурадағы сәйкесінше адсорбция және десорбция константалары.

Бұл Ленгмюрдің адсорбция изотермасы теңдеуі.

Барлық еритін заттар өздерінің сұйықтық-газ жанасу шегіндегі адсорбциялану қабілетіне орай 2 топқа бөлінеді: беттік активті заттар, беттік активті емес заттар.

БАЗ бетте жиналатын болғандықтан, оң адсорбция болады, яғни Г0.

Заттардың беттік активтілігі және соған орай адсорбциялау қабілеті полюсті топтың табиғатына, молекула құрылысы мен көмірсутекті тізбектің ұзындығына тәуелді болады. Қосылыс құрамына енетін көмірсутекті тізбек ұзындығы артқанда (органикалық карбон қышқылдары), олардың судағы ерігіштігі нашарлай береді, яғни қышқыл құрамындағы көмірсутекті тізбек әрбір –СН₂- тобына көбейген сайын, олардың адсорбциялау қабілеті шамамен 2-3 есе артады екен. Бұл Траубе-Дюкло ережесі деп аталады. Траубе-Дюкло ережесі тек аса сұйық, төменгі концентрациядағы ерітінділер үшін ғана қолданылады. Бұл ереже тек органикалық қосылыс емес спирттер, аминдер т.б. гомолықтық қатарда сақталады.

d/dC — беттік активтілік. ( эрг/см²*моль н/е Дж/м²*моль)

С- заттың молярлық концентрациясы

R- универсал газ тұрақтысы

Т- температура