Қ.А. ЯСАУИ АТЫНДАҒЫ ХАЛЫҚАРАЛЫҚ ҚАЗАҚ-ТҮРІК УНИВЕРСИТЕТІ

ИНЖЕНЕРЛІК- ПЕДАГОГИКАЛЫҚ ФАКУЛЬТЕТІ

ЭКОЛОГИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯ КАФЕДРАСЫ

“Бекітемін”

факультеттің оқу-әдістемелік кеңесінің төрайымы, т.ғ.к., доцент ________ Ильясова З.С

№__ “____” ________200__ж.

КОЛЛОИДТЫ ХИМИЯ ПӘНІ БОЙЫНША

ДӘРІСТЕР ЖИНАҒЫ

Дәрістер жинағы кафедраның №___ «___» _____200__ж. мәжілісінде талқыланды.

Құрастырғандар: х.ғ.к., доцент м.а. М.О. Алтынбекова

Кафедра меңгерушісі _______ х.ғ.к., доцент м.а. Р.Н. Нұрділлаева

^{қолы ғылыми атағы, аты-жөні}

№ 1 Дәріс

Дәрістің тақырыбы: Коллоидты химия пәні. Коллоидты ерітінділер.

Дәрістің жоспары:

1. Коллоидты химия пәні

2. Заттарың коллоидты күйі

3. Коллоидты ерітінділер

4. Коллоидты бөлшектер дисперстілігі

5. Дисперсті жүйелердің пайда болу термодинамикасы

Дәрістің мақсаты: Коллоидтық химия пәнінің ерекшеліктерімен, түзілу және бұзылу жолдарымен, қасиеттерімен таныстыру

Дәрістің мазмұны. Коллоидтық химия – дисперстік жүйелер мен фазалардың бөліну беттерінде болатын беттік құбылыстарды зерттейтін ғылым. Коллоидтық химия физикалық химияның күрделі бір бөлімі болып қалыптасты. 19 ғасырдың 60-шы жылдарында жеке ғылым саласына айналды. Коллоидтық химия дисперстік жүйелердің түзілу және бұзылу жолдарын, қасиеттерін, фазалардың жанасу беттеріндегі молекулааралық әрекеттесу құбылыстарын зерттейді. Сондай-ақ оның зерттеу нысандарына әртүрлі дисперстік жүйелер дисперстік фазалар мен дисперстілеу ортаның жанасу беттері, адсорбциялық қабаттар, ламинарлық және фибриллалық жүйелер, аэрозольдер, ұнтақтар, көбіктер, эмульсиялар, жүзгіндер ,әртүрлі гельдермен зольдер жатады. Қазіргі коллоидтық химия мына құбылыстар мен процестерді қарастырады:

1) беттік және кпиллярлық құбылыстар (адсорбция және жүзу құбылыстарының термодинаимкалық және кинетикалық заңдылықтары, адсорбциялық қабаттардың қасиеттері, беттік белсенді заттардың әртүрлі фазааралық беттерге әсер ету заңдылықтары мен механизмдері) ;

2) қатты дене беттерінің химиясы (қатты денелердің беттік қабаттарындағы кристалдың және электрондық құрылымдарының ерекшеліктері, оларда болатын сорбциялық құбылыстар заңдылықтары);

3) электрокинетикалық және электрокапиллярлық құбылыстар және ион алмасу құбылыстары (коллоидтық электрохимия);

4) дисперстік жүйелердің оптикалық қасиеттері (коллоидтық оптика)

5) дисперстік жүйелердің молекула –кинетикалық және тасымал құбылыстарын зерттеп, оларды дисперсиялық талдауға пайдалану;

6) лиофильдік және лиобофтық дисперстік жүйелердің пайда болу термодинаикасы мен теориялары, оларды алу және тазарту жолдары (диализ, электродиализ, ультрафильтрация );

7) лиофильдік коллоидтық жүйелер, олардың пайда болу аймақтары, екі-үш құрауышты беттік – белсенді заттары бар термодинамикалық тепе-теңдік жүйелердің құрылысн зерттеу, жұқа қабыршақтардың термодинамикасы мен физико-химиялық гидродинамикасы, қабыршақтардың жұқалану заңдылықтары;

8) дисперстік жүйелердің тұрақтылық теориясы; тұрақтылық факторлары; дисперстік фаза бөлшектерінің коагуляциясы (флокуляциясы) коалесценция және олардың заңдылықтары;

9) дисперстік жүйелердің физико-химиялық механикасы, дисперстік жүйелердегі құрылым түзілу , олардың түрлері және заңдылықтары, реологиялық зерттеулер.

Коллоидтық химия құрылыс материалдары мен силикаттар, бояу менпигменттер және қатты заттарды ұнтақтап майдалау технологиясының, флотация әдісі мен кен байыту технологиясының, жуу процестерінің негізін құрайды. Мұнайдағы өте майлы су эмульсиясын бұзу арқылы оны су мен тазарту, көбіктерді өрт сөндіруге қолдану сияқты маңызды мәселелерді коллоидтық химия шешеді.

Коллоидтыық химияның биология, геология, медицина, экология ғылымдары үшін маңызы өте зор. Коллоидтық химия саласындағы зерттеулер А.В.Думанскийдің жетекшілігімен 1942-1944 ж басталды. Қазақ ұлттық мемлекеттік университетінде үлкен молекулалы заттардың жаңа класы – полиэлектролиттер мен кіші молекулалы беттік активті заттар алынып, оларды фазаға бөлу, солюбилизация және флокуляция процестерінде қолдану әдістері табылды.

Химия ғылымдары институтында Қазақстанның минералды адсорбенттері тұтқыр заттар қатаюының физикохимиялық негіздері зерттеліп тұзды суды тұщы суға айналдыру мәселелері шешілді. Жаңа флокулянттар алынды. Пайдалы қазбаларды өте төзімді көбіктерді флотациялық жолмен байыту және иониттерді алмастыра сорбциялау әдістері зерттелді.

Заттардың коллоидты күйі

Бұл саладағы бірінші ғылыми зерттеулерді итальян ғалымы Ф. Сельми 1845 жылы жүргізді. Ол белгілі көлемдегі суда таралған хлорлы күміс, күкірт , берлин лазуры бояуы сияқты жүйелерді зерттеген. Осы заттардың суда ерімейтіні және олардың белгілі бір жағдайларда шөгінді түрінде бөлінетіні мәлім. Алайда Сельми алған жүйелер сцырт көрінісі , мөлдірлігі жағынан судағы ас тұзы мен мыс купоросының нағыз ерітінділері сияқты болып көрінетін. Бұл аса төменгі концентрациядағы көрініс еді. Сонда да Сельми хлорлы күміс, күкірт , берлин лазуры бояуы мен су системаларындағы бөлшектердің судағы ас тұзы және мыс купоросының бөлшектеріндей майда емес, олардан гөрі ірілеу екенін болжады.

Селми тәжірибесін қайталаған Н. Нагели хлорлы күміс, күкірт , берлин лазуры бояуына өздеріндей суда ерімейтін заттарды қосып, нағыз ерітінділер қатарын көбейтіп салыстырады. Нағыз ерітінділердегі әр молекула жеке-жеке жүрсе, хлорлы кұміс, кұкірттердің бірнеше молекуласы бірігіп, агрегат түрінде болғандықтан ірілеу болады және олар өз салмағын суда көтере алмай шөгінді түрінде тұнбаға түседі. Нэгели мұндай көп молекуладан тұратын агрегаттарды басқа жекеленген молекуладан ажырата білу мақсатымен оны мицелла деп, ал мицелласы бар системаны зольдер деп атады. Сонда мицелла дегеніміз бірнеше молекуланың топтасқан жиынтығы да золь осы мицелланың ерітіндісі.

1857 жылы М.Фарадей белгілі көлемдегі суда біркелкі таралған алтын золінен тұратын системаны зерттейді. Мұндай системаны ертедегі алхимиктер судағы алтын тұзының ерітінділеріне тотықсыздандыру арқылы алып, «алтын сусыны» немесе «алтын су » деп атаған. Ал Фарадей болса, алтын золінің оптикалық қасиеттерін зерттегенде, онда алтын өте ұсақ жекеленген күйінде жүретінін анықтады.

1861 жылы Томас Грэм коллоидты химияның дамуы үшін өте маңызды роль атқаратын зерттеулер жүргізді. Ол барлық заттарды диффузия жылдамдығына қарай жақсы және нашар диффузияланушы деп екі класқа бөлді. Жақсы диффузияланушыларды кристаллоидтар, ал нашар диффузияланушыларды коллоидтар деп атады. Сол сияқты Т.Грэм кристаллоид пен коллоидты бір- бірінен бөліп алу әдісін ашты және бұл әдісті диализ деп атады. Бұл әдісте табиғатта кездесетін кейбір жарғақ сияқты заттардан әзірленген жұқа пленканың өзі арқылы нағыз ерітіндіні өткізіп, коллоидты ерітінділерді сүзгіден өткізбей алып қалатын қасиеті пайдаланылған.

Т.Грэм диффузияны зерттеп, диализді қолданды. Және құрамында органикалық заттары бар системалармен жұмыс істеді. Желатин, пектин, казеин, гуммиарабиктің диффузия жылдамдығы нашар, әрі диализ кезінде жарғақты мембранадан өтпейді. Т.Грэм латынша colla ( желім ) сөзі негізінде ғылымға коллоид деген сөз енгізді.

ХХ ғасырдың басында Р: Зигмонди , Ж.Перрен, Т.Сведберг және басқа да ғалымдар жүргізген зерттеу жұмыстары коллоидты система қасиетіне онда таралған зат бөлшектерінің көлем өлшемі айтарлықтай әсер ететінін көрсетті. Бөлшек шамасы броундық қозғалыстың интенсивтілігін, салмақ әсерінен олардың шөгу қабілетін және коллоидты жүйенің оптикалық қасиетін анықтайды.

Коллоидты системаларды толық сипаттау үшін , оның қасиеті тек бөлшек өлшеміне ғана функционалды тәуелділікте болады деген пікірдің жеткіліксіздігін Н.П. Песков 1917 жылы көрсетті. Ол - бөлшек өлшемін өзгеріссіз сақтай алатын коллоидты системаның қабілетін анықтайтын факторларды ескергенде ғана мүмкін болатын жай. Бөлшек өлшемі олардың бір-біріне жабысып, бірігуі нәтижесінде өзгереді және осы құбылысты коагуляция немесе ұю дейді. Ұю процесіне қарсы тұратын қабілеттілік агрегаттық тұрақтылық болады.

Коллоид күйінің ерекшелігі. 1. Барлық коллоидты ерітінділердің сәуле шашырату қабілеті болады. Бұл құбылысты тәжірибе жүзінде жасау үшін сәуле жолына линза қойып, одан шыққан сәулені коллоидты ерітінді арқылы жіберсе, одан опалесценцияны көруге болады. Мұны Тиндаль конусы дейді.

2.Нағыз ерітінділермен салыстырғанда коллоидты ерітінділердегі диффузия жылдамдығы төмен.

3.Коллоидты ерітінділердің осмостық қысымы аз, кейде оларды байқау да қиын. Демек, коллоидты ерітінділердегі диффузия жылдамдығы мен осмостық қысымының төмен болуы ондағы еріген зат бөлшегінің нағыз ерітіндімен салыстырғанда ірі екендігін көрсетеді. Коллоидты ерітіндідегі бөлшек ірі болған сайын оның диффузия кезіндегі қозғалысы қиындап, жылдамдығы төмендейді, өйткені бөлшек іріленген сайын кедергі де арта түседі. Сондай-ақ ондағы бөлшек өлшемі осмостық қысымға әсер етеді. Берілген бірдей көлем мен тығыздықтағы екі ерітіндінің қайсысында бөлшек ірілеу болса, онда бөлшек саны аз болады. Ал осмостық қысым концентрацияға , яғни бөлшек санына тікелей тәуелді.

4. Коллоидты ерітінділер диализге бейім, яғни онымен ерітіндіде бірге еріген төменгі молекулалы заттарды жартылай өткізетін жарғақты пленкалар көмегімен тазартуға болдады. Мұндайда төменгі молекулалы заттар жарғақ арқылы өтеді де коллоидты ерітінділер қалып қояды.

5. Нағыз ерітінділер өте тұрақты, ал коллоидты ерітінділер тұрақсыз. Олай болса, коллоидты бөлшектер болмашы ғана сыртқы әсер салдарынан коагуляцияланады.

6. Коллоидты ерітінділер, әдетте электрофорез құбылысына бейім. Бұл құбылыс электр өрісіндегі коллоидты бөлшекті оң не теріс электродқа тасымалдаумен сипатталады.

Сонымен коллоидты күй дегеніміз, ол молекула емес, көптеген молекуладан жинақталған жекеленген агрегат түрінде жүретін аса майда ұнтақталған, яғни жоғары дисперстелген жүзгінді түрі.

Коллоидты химиядағы басты проблемалардың бірі- агрегаттық тұрақсыздық. Бөлшектердің тұрақсыз болуының негізгі себептері термодинамикалық және кинетикалық тұрғыдан түсіндіріледі. Коллоидты системадағы агрегаттың тұрақсыздық системадағы фазааралық жанасу бетке шоғырланған энергияның оң және айтарлықтай үлкен мәнде болуына байланысты екен. Ол бос энергияға тең болғандықтан, мұндай системалардың бәрі де тұрақсыз шоғырланғандығында. Фазааралық беткі қабатқа орналасқан молекулалар тек көлемдік өзгешелікте болып қана қоймай, олар өзара бірінен-бірі бөлек мәнде болады.