Катиониттегi реакция

катионит · 2 Na ⁺

катионит · Ca ²⁺

+ C²⁺ + 2CI ^- +2H⁺ + 2 CI^-

катионит ·Mg ²⁺

катионит · 2 Na ⁺

+ Mg²⁺ + 2 SO^{2 -}₄ +2H⁺ + 2 SO^{2 -}₄

катионит · 2 Na ⁺

катионит ·2Na ²⁺

+Na²⁺ + 2CI ^- +2H⁺ + 2CI^-

Аниониттегi реакция

анионит · SO^{2 -}₄

анионит · 2ОН ^-

+ 2 Н⁺ + SO^{2 -}₄ + 2 H₂ O

анионит · 2ОН ^-

анионит · 2 CІ

+ 2Н⁺ + 2CI ^- + 2 H₂ О

Суды тазарту кезiнде катионит пен аниониттi өзара тепе-тендіктe, яғни эквиваленттiк жағдайда алу қажет. Бiраздан соң ио­ниттер өзiндегi иондар таусылғандықтан, әcepiн жояды. Мұндайда, егер ионит катионит болса, оның әуелгi активтiлiгiн орнату үшiн 3-5%-тiк күкірт не тұз қышқылы ерiтiндiсiмен өңдейдi. Мұның нәтижесiнде катиониттер сутек иондарымен қайтадан «зарядта­лады»:

катионит · Сa ²⁺

катионит · 2Н⁺

+ 2Н⁺ + 2CI ^- +Са²⁺ +2CI^-

Аниониттердiң активтiлiгiн қайтадан орнату үшiн, көбiнесе, 5 % -тiк күйдiргiш калий немесе күйдiргiш натрий epiтіндісімен өңдейдi:

анионит · СІ ^-

анионит · OH^-

+ Na⁺ + OH ^- + Na⁺+CI^-

Ион алмастырғыш заттар - иониттер өмірдe, өндірісте жиi қолданылады. Өндірісте пайдаланылған сулар, ерiтiндiлер көпке дейiн далаға төгiлiп, босқа рәсуә болатын. Олардың құрамында сирек, зиянды қосылыстар мен түрлi иондар өте аз мөлшерде бол­са да кездеседi. Енді оларды иониттер арқылы тазалайды. Бұл әдicтiң басқа әдістерге қарағандағы тиiмдiлiгi - ол бөлiнетiн ион­дардың концентрациясын көбейтуге мүмкiндiк беруiнде. Тазартылғaн суды қайтадан өндірісте пайдалануға болады. Мысалы, бояу өндіpy кезiнде хром, никель, мыс, мырыш, ал жасанды талшық, өндіргенде мыс иондары мен радиоактивтi иондар бөлiнiп алы­нады.

Ион алмастырғыш заттар қазiр тамақ, өнеркәсiбiнiң көп сала­ларында пайдаланылады. Олар қант, шарап, сыра заводтарында, сүт өнімінде қолданылады. Мысалы, кесiлген қант қызылшасы ыстық сумен араластырғанда ыдырау­ және еру процесiнiң әcepiнен олардың құрамынан көптеген органикалық, бейорганикалық қосылыстар бөлiнедi. Оның 15 про­центтейi керексiз қосылыстар. Оны жоғары сапада тазалау үшiн ең алдымен күштi негiздiк аниониттер, сонан соң катиониттер арқылы бөлiнiп шыққан ерiтiндiнi тары да әлсiз негiздiк аниониттерден өткiзедi.

Сол сияқты иониттер арқылы жемiс-жидек шырындарын зиян­ды органикалық және минералды қосылыстардан тазартып, жағымсыз иiстерден айырады. Жоғары сапалы таза иониттердi пай­даланып шарап, сыра құрамындағы тeмip иондарын басқа да зат­тарды бөледi. Ал ашытқы өндiрiсiндегi меллас құрамындағы керексiз қосылыстарды тек иониттер көмегімен ғана тазалауға болады.

Сондай-ақ, ион алмастырғыш заттар - сүт заводтарында ашытуға және cүттiң құрамын тұрақтандыруда таптырмайтын зат. Егер сиыр сүтін катиониттiң Na түpi арқылы өткiзсе, оның химиялық құрамы мен қасиетi ешбiр өзгерicсiз қалып, құрамындағы, әcipece, жас сәбиге пайдасы аз кальций мен магний иондары катионитке өтiп, сүттің құрамы ана cүтіне жақындайды. Сүттен қатық, iрiмшiк, сүзбе алуда иониттердiң aтқаратын ролi өте зор.

Қатты адсорбентке ерiтiндiдегi иондардың тек белгiлi тектегі түpi ғана адсорбцияланатын адсорбция түрін арнайы адсорбция немесе потенциал анықтаушы иондар адсорбциясы дейдi. Мұндай да катиондар немесе аниондардың бiреуi қатты адсорбент бетiне (үстіне) ешбiр ионмен алмаспай-ақ орналасып, оның беткi қабатына өз зарядың орнатады. Адсорбцияның бұл түрі, әcipece, коллиоидты системалар үшiн аса қажет, оның әсерінен қос электрлік қабат пайда болады.

ДӘРІС №

Эмульсиялар. Классификациясы

Дәрістің жоспары:

1.Эмульсияларға жалпы сипаттама

2.Эмульсиялардың классификациясы

3. Эмульциялардың тұрақтылығы

4. Эмульсиялардын. бузылуы мен айналуы.

Дәрістің мақсаты: Эмульсия ұғымына жалпы счипаттама жасау арқылы , күнделiктi тұрмыста жиi ұшырасатын түрлi тәттi сусындар, сироп сiрнелер, айран - сүт және оның өнiмдерi де ерiтiндiлер тобына жататындығын түсіндіре отырып оқыту

Екi немесе одан да көп заттардыц өзара бiркелкі араласуы нәтижесiнде тузiлген, өнбойында қасиетi бiрдей жүйелер ерiтiндiлер деп аталатындығы мәлім.Жaлпы, ерiтiндi деген ұғымның кең ауқымдылығы со­ншалықты, оларды қатты, сұйық және газ күйiндегi ерiтiндшер деп топтайды.

Ал, күнделiктi тұрмыста жиi ұшырасатын түрлi тәттi сусындар, сироп сiрнелер, айран - сүт және оның өнiмдерi де ерiтiндiлер тобына жататындығына онша назар аудара бермеймiз. Бұл ерiтiндiлер коллоидты жүйелер тобын құрайды да, соңғыларға бояу - сырлардың, мұржалардан шыққан түтiндердiң, ауадағы тұман, шаң-тозаң, acпaнaғы бұлттардың да жата бертiнiне көңі бөлмеймiз.

Коллоидты ерiтiндiлердiң кәдімгі өзiмiз қapacтыpып келген ерiтiндiлерден басты айырмашылығы - epiтiлген зam бөлшектерiнің iрiлi - ұсатығымен өзгешеленуiнде.

Кәдiмгi ерiтiндiлерде epiгeн зат бөлектерi молекула ­ион деңгейiнде, яғни - 10^-9 м ден кiшi болады. Коллоидты ерітінділерде еріген зат бөлшегінің ірілі – ұсақтығы 10^-9 - 10^-6 м арaлығында жатады.

Ал, epiгeн зат бөлшектерiнiң iрiлiгi 10^-6 – 10^-4 м ара­лығында болса, мұндай коллоидты жүйелер жүзіңдi, эмульсиялар деп аталады.

Эмульсиялар дегеніміз – еріген зат және еріткіш екеуі де сұйық үйінде ұшырасатын жүйелер. Мысалы, сүт, кілегей. Мұндағы май бөлшектері сүт, кілегей бойында біркелкі таралып эмульсия түзген.

Егер, коллоидты бөлшектер газ күйiндегi зат бойында (ауада) бiркелкi таралса, онда оларды аэрозольдер деп атайды.

Жалпы сипаттама. Эмульсия - eкi сұйыктың бiр-бiрiнде epiгeн микрогетерогендi системасы. Эмульсиядағы дисперстi фаза да, дисперстiк орта да бiрдей агрегаттық күйде, атап айтқанда сұйық коллоидты система екен. Егер мұндай системаларды бiрi екiншiсiнде ерiмейтiн сұйыктар құрайтын болса, онда ұзак- уақыт сақталады.

Эмульсиялардағы дисперстi фазаны құрайтын шар тәрiздi бөлшектердiң өлшемi oлаp әр түpлi болады: Кәдiмгi көзге көрінетін бөлшектен бастап коллоидтық дәрежедегі дисперстiлiкке дейiн эмульсия­дағы дисперстiк фазаның бөлшектерi көбiнесе 0,1-10,0 мкм аралығында болады. Сондыктан да оларды кәдімгi жай оптикалық­ микроскоп арқылы байкауға болады. Эмульсиялар да суспензиялap тәріздi табиғатпен өндiрicте кең таралған. Мысалы, сүт, жұмыртқаның capы уызы, құрамында дисперстелген суы бар мұнай, каучук есiмдiктерiнiң шырыны, салқын күйдегi металды өңдеуге қолданатын техникалық эмульсиялар және басқалар. Полимер өндiрiciнде эмульсиялық полимерлеу әдiсi қолданылады. Егер полимерлеу тек мономер басқа сұйықта еритiн катализатормен тiкелей түйiскенде ғана жүретiн болса, онда осы шартқа сәйкес жағдай жасалады. Мұндайда өзiнде катализаторы бар сұйыкпен түйicетiн мономердiң беткi қабаты бiраз артады да, оған орай болатын полимерлеу реакциясының жылдамдығы сонша есе артады.

Дисперстiк ортаның ролiн су атқарып, дисперстiк фаза peтінде - майлар, минералды майлар, бензол, толуол және басқалар қолданылатын эмульсиялар жиi кездеседi. Суда ерiмейтiн сұйықтардың бәрiн «май» деп атап, оларды М әpпiмен, ал суды В әрпiмен таңбалайды. Дисперстiк фазаның аталуын бөлшектiң алымына, ал дисперстiк ортаны бөлiмiне жазады. Мысалы, майдың судағы эмульсиясы болып келетiн кәдімгі сүтті, сол сияқты бензол немесе толуолдың да судары эмульсияларын М/В деп белгiлейдi. Ал судың мұнайдағы және судың сары майдағы эмульсиялары В/M деп көрсетiледi.

Эмульсиялардың тұрақтылығы. Эмульсиялардың тұрақтылығы жайлы көптеген ғылыми-зерттеулер жүргiзiлген. Сүт тағамдарын сақтағанда, түрлi салқындаткыш сусындар мен балмұздақты даярлағанда эмульсиялардың тұрақтылығы eскеріледі. Кейбiр жағдайларда эмульсия тұрақтылығы нашарлап, құрамындағы сұйык фазаларды жеке бөлiп алуға тура келедi. Мысалы, мұнайды өңдеуден бұрын, оның құрамындағы эмульсиялық бөлшек ретiнде таралған суды немесе табиғи каучуктi, шырын құрамындағы суды бөлу қажет. Сол сияқты май мен судан тұратын сүттен сары майды, қай­мақты бөлiп алу үшiн, әрине эмульсияны бұзады.

Эмульсиялардың кинетикалық тұрақтылығы ондағы бөлшектердiң өлшемiмен сипатталады. Эмульсиялардағы бөлшектердiң өлшемi мен массалары коллоидты epiтіндегіден едәуiр артық. Сондықтан да эмульсиялардың кинетикалық тұрақтылығын сипат­тайтын бөлшек санының (концентрациясының) биiктiкке қатынасы коллоидты ерiтiндiдегiден үлкен. Көптеген эмульсиялардағы дисперстi фазаның тығыздығы дисперстiк opтаның тығыздығынан аз болатындығын ескерген жөн. Мұндайда эмульсиядағы бөлшектер тұнбаға түспестеп, сұйық бетiне қалқып шығуға тырысады. Әрине, осындай кезде дисперстiк фазадағы бөлшектердiң концен­трациясы оның төменгі жағынан гөpi жоғарысында артықтау болатыны даусыз. Мысалы, сүтті сақтағанда, әcipece, кайнатқаннан кейiн оның бетiнде қаймақты қабат пайда болады.

Әдетте, эмульсиялардың дисперстiлiк дәрежесiне тәуелдi болатын седиментациялық тепе-теңдiк жағдайындағы ауысу жылдамдығы коллоидты ерiтiндiдегiден артық. Эмульсиялардың тұрақтылық дәрежесi түрлiше мәнде болады, олар агрегативті тұрғыдан тұрақсыз. Эмульсиялық системаның өздiгiнен дисперстік фазаға жиналып, ондағы жанасу шегiнiң пайда болуы, шар тәрiздi бөлшектердiң бiрiне-бiрi түйiсiп жабысуы арқылы жүреді Мұндай құбылысты коалесценция дейдi. Демек эмульсияның коалесценциясы ұюмен бірдей. Мысалы, су мен бензолдың бірдей мөлшерін алып, шайқап араластырса, эмульсия пайда болады.

Эмульсия құрамына eнeтін фаза apacындағы жанасу шектегi беттiк керiлу жоғарылаған сайын, олардың агрегативтi тұраксыз­дық дәрежесі артып, полярлік дәрежесіндегі айырмашылық көбейедi. Жанасу шегiндегi беттiк керiлу айырмашлығы өте аз болатын екi сұйық фазаны тауып алуға болады. Мысады, фенол мен су өзара бiрi-бiрiнде шектi араласып еридi. Қалыпты жағдайда фенолдың судағы және фенолдағы ерiтiндiлерi құрамдары айтарлықтай өзгеше болады. Егер осы eкi epiтіндіні алып, oлapдың температурасын жоғарылата бастаса, онда олардың құрамдық мөлшеpi бiрiне-бiрi жақындай түceдi де, жанасу шeктeгi беттiк керiлу азаяды. Осы қоспа кризистiк температурада (65,5⁰С-та) бiр-бiрiнде тең араласып еридi және осы сәттe олардың жанасу шeгiндегі беткi керiлу нөлге тең болады. Мұндай ерiтiндiлерден пайда болған эмульсиялар термодинамикалық тұрғыдан алғанда өте тұрақты және бұл жай олардың агрегативтi тұрақтылығын аныктайды.

Эмульсияларды агрегативтi тұрақтылығына орай үлкен eкi топка бөледi: сұйытылған және концентрлi. Бүкiл эмульсия көлеміндегі дисперстi фазаның үлесi 0,1 %-тен аспайтын болса, оны бiрiншi топқа, яғни сұйытылған эмульсиялар тобына жаткызады. Бұған бу машиналарындағы минералды майлардың конденсаттары эмульсиясы мысал болады. Мұндай эмульсиядағы дисперстiк фаза тамшысының бетiнде адсорбцияланған иондардын болуы оны коалесценциядан сактайды. Сондай-ақ, эмульсияның электрокинетикалық потенциалы айтарлықтай жоғары болса, онда мұндай жағдайда да коалесценция процесi жүрмейдi. Концентрленген эмульсияларда дисперстiк фазаның көлемi үлкен болуы мүмкін. Монодисперстi эмульсиялардағы дисперстi көлемнiн 74%-iн алады. Бiрақ, кейде мұндай эмульсиялар іpi полидисперстi, іpi дисперстi фазаны құрастыратын тамшылар түрлi күш әcepiнен тұрін өзгертіп, майысатындықтан, оның көлемі 99 % -ке, кейде 99,9% -ке жетедi. Концентрлi эмульсиялар бөлшектiң электр заряды болса да тұрақсыз болады. Эмульсиялардың тұрақтылығын арттырып, коалесценция құбылысын болдыpмау үшiн оларға эмульгатор деп аталатын заттар қосады. Эмульгатор peтінде молекула құрамындағы полюстi және полюссiз тобы айқын көрінетін беттiк активтi заттар мен жоғары молекулалық қосылыстар қолданылады. Мыcaлы, жоғары молекулалық қосылыс өкiлi - белок сұйык фазаның, кiшкене тамшысының беткi қабатына адсорбцияланады және ол осы сәтте eкi жакты байланыстыратын жұқа қабықша түзедi. Ал мұндай қорғаушы қабықшасы жоқ өзге тамшылар бiрiмен-бiрi түйіскенде тез бiрiгедi, яғни коалесценция құбылысы жүредi. Ендеше сольватты қабат пен кiшкене тамшы арасындағы жұқа қабықша оларды өзара бiрiгiп, коалесценцияланудан сақтайды. Эмульсиядағы шар тәрiзді тамшы үстіне адсорбцияланған беттiк активтi заттардың молекулалары өздерiнiң полюсті жағымен полюссiз сұйыққа, ал полюссiз жағымен полюстi сұйыққа бағытталып орналасады. Мұның нәтижесiнде тамшы үстіне eкi өлшемдi, құрылымдық кристалл тәрiздi кабықша пайда болады. Бұған кәдімгі сабын көбiкшелерi мысал болады. Суды қаншама көпiртсе де, сабын бол­маса ондай көбiк тұрақсыз және сол сәтте-ақ жойылады. Ал, сабын көбiгiнен түрлi өлшемдегi шар үрлеуге болады және олар eдәyip механикалық әсерге шыдайды.

Әдетте М/В тeктегі эмульсияны гидрофилдi, ал В/M тектегіні

олеофилдi эмульгаторлармен тұрактандырады. Тұрактандыру ме­ханизмi қатты ұнтак көмегімен тұрақтандырудан айқын байқалады: гидрофилдi ұнтақты eкi сұйық қоспасымен араластырғанда ондағы түйiршiктер олардың жанасу шегiндегi беткi қабатка орналасады және су жақсы жұғысқандықтан, ол сол су жағына орналасады. Егер ұнтак гидрофобты болса, онда ол маймен жұғысып, сол майлы жаққа тартылады (68-сурет). Суретте гидрофилдi ұнтақтың эмульсиядағы жанасу шекке адсорбциялануы кескiнделген: а) М/В тeктeгi, б) В/М тeтегі эмульсиялар. Бұдан ұнтақ түйiршiктерi өз сипатына сәйкес жанасу шегiндегi беткi қабатқа орналасып, тамшыны қоршайды (68, а-сурет) және оны басқа мен бiрiктiрмейдi. Демек мұндай ұнтақтар су тамшысын коалесценциядан коғамайды екен (68, б-сурет). Олай болса мұндағы су тамшылары өзара жолықанда оңай бiрiгедi де үлкейе түседi, ал гидрофобты ұнтақтар керiciнше В/М тeктегi эмульсияларды тұрақтандырады.

Эмульсиялардын. бузылуы мен айналуы.

Эмульгатор көмегімен тұрақтандырылмаған сұйык, эмульсияларды бұзу үшiн, оларға шамалы ғана электролит қосса жеткiлiктi, осы кезде эмульсияның электрокинетикалық потенциалы төмендеп, ол оңай бұзылады. Мысалы, бу машинасында пайда болатын кон­денсатты эмульсияны бұзу үшiн, оған алюминий сульфатын Аl₂(SО₄)_З қосады. Мұндағы

май тамшысының зарядын анықтайтын кepi ион ролiн алюминий немесе сульфат иондары атқарады.Кейде, эмульсияларды бұзу үшін оған беттiк активтi заттарды деэмульгатор peтінe қосады.

Құнбағыс майы мен суға гидрофилдi тұрақтандырғыш ас тұзын қосып шайқаса, М/В тeктегі ақ түсті сұйық эмульсия түзiледi. Гидрофилдi ас тұзының орнына гидрофобты кальций хлоридiн қосса, В/М тeктeгi ашық сары түсті, тұтқыр эмульсия пайда болады.

Егер осындай ас тұзымен тұрақтандырылған М/В тeктегі эмульсиға кальций хлоридi мен ас тузыныН, с<)йкес 5:.1 мелшерiн к.осса, онда эмульсия В/М тектегі эмульсияға айналады. Ал кальций хлоридi мен ас тұзы мөлшерi сәйкес. 4:1 болса, онда эмульсия тұрақсыз болады. Мұндпй майдың орташа тамшысында судың бірнеше түйіршіктері пайда болады. Онан әрі осы судың әрбір тамшысында май түйіршіктері пайда болуы мүмкін. Берілген эмульсия тегін анықтаудың бiрнеше тәciлi бар. Айталық, берiлген эмульсия үлгiсiнде суда жақсы еритiн, мысалы метиленді көк бояуын қосады. Егер эмульсия М/В текте болса, онда микроскоп apқылы қарағанда судың көк бояуымен

қатар майдың түссiз тамшысы көрiнедi. Ал егер В/М тeктeгi эмульсия болса, онда түссiз май тамшысының тұсында судың көк бояуы байқалады. Мұндайда судың барлық тамшыларының бояла беруi шарт емес. Сондай-ақ эмульсия тегін анықтау үшiн оның электр өткiзгiштiгiн өлшеу де қолданылады. М/В тектегі эмульсиялар электр тогын өткiзедi. өйткенi ондағы үзiлicсiз фаза су. Ал үзiлiссiз фазасы май болатын В/М тектегі эмульсиялар электр тогын өткізбейді.

Бақылау сұрақтары :

1.Эмульсияларға жалпы сипаттама

2.Эмульсиялардың классификациясы

3. Эмульциялардың тұрақтылығы

4. Эмульсиялардын. бузылуы мен айналуы

5. Эмульсиялардың электр өткізгіштігі

Дәріс №