Көбіктің құрамы

Көбіктер химиялық тұрғыда алғанда өзара сұйық қабаттар арқылы бөлінге газ (ауа)қуыстарынан құрылатын дисперстік жүйе. әдетте, газ дисперсті фаза болса, ал сұйықтық, үздіксіз дисперстік орта болып саналады. Көбіктегі газды қуыстардың геометриялық түрлері ондағы сұйық пен газдың көлемінің ара қатынасына байланысты болады және көпіршіктің ұяшықтары дөңгелек немесе көп қырлы (полиэдрлік) түрде болады.

Көпіршіктері дөңгелек көбіктерде сұйықтық көп болғандықтан, мұндай көбіктер тұрақсыз болады. Тұрақсыз көбіктерде Плато эффектісі байқалады: оның мәні – ауырлақ күш әсерінен газды көпіршіктер аралықтарындағы сұйықтық, ағып кетіп, коалеценция құбылысы жүреді (латын тілінен аударғанда – coalesce – бірігу деген мағынаны білдіреді) көбіктердегі коалесценция дегеніміз көршілес газды қуыстардың бірігіп, үлкен бір қуысқа айналуы.

Түзілген үлкен газды қуыс жарылып, көпіршік жойылады.

Көп қырлы көбіктерде сұйық фаза көлемі аз болып, өте тұрақты деп саналады. Бұндай көбіктерде жеке газды қуыстар бір – біріне жақын орналасып, «жұқа серпімді қабаттармен» бөлінеді. Бұл қабаттардың серпімдік күші газды қуыстардың коалесценциялануына кедергі келтіреді.

Аралық қабаттардың бірте – бірте жұқалауынан қуыстар бір – біріне жақындап, көп қырлы полиэдр формасына ие болды.

Көбіктің қасиеттеріне және әсер ететін жағдайлар

Көбік түзуші ерітіндінің құрамы:

1. Беттік активтік заттардың классы мен концентрациясы 2. Еріткіш 3. Қоспалар

Көбікті түзуші ерітіндінің қасиеттері:

1. Беттік кернелу күші 2. Тұтқырлығы 3. Ортаның қышқылдығы, рН және т.б.

Сыртқы факторлар

1. Температура 2. Қысым 3. Ортаның ылғалдылығы, құрамындағы шан және т.б.

Көбіктің қасиеттері

1. Көлемі 2. Тұтқырлығы 3. Дисперсиялық Құрылымы 4. Беріктігі

Көбікті түзілу Жағдайлары

1 . Аппараттың құрылымы 2. Процестің интенсивтілігі

Көбіктің бұзылуы

1. Көбіктегі сұйықтықтың ағуы 2. Көпіршіктер Арасындағы газ диффузиясы 3. Көбіктің аралық қабықшаның бұзылуы

Көбіктің дисперсиялығы ауа көпіршіктерінің орташа мөлшерімен сипатталады, ауа көпіршіктері неғұрлым кішкентай болса, көбіктің дисперсиялығы соғұрлым жоғары болады. Дисперсиялықтың өзгерістерінің кенетикалық диффузиялық алмасу мен коалесценция нәтижесінде көбік құрамының ішкі бұзылуы жылдамдылығы сипаттайды. Микробиологиялық, химиялық өндірістердегі көптеген технологиялық процестердің жылдамдығы, сол сияқты өрт сөндірудің тиімділігі көбіктің дисперсиялығына байланысты.

Көбіктің тұрақтылығы оның толық немесе жыртылай бұзылу уақытымен өлшенеді. Оны анықтау үшін көбік бағанасының бұзылуын немесе жеке көпіршіктердің сақталу уақытын бақылайды. әдетте көбіктің жарты көлемінің бұзылу уақытын өлшейді.

Техниканың көптеген салалары үшін көбіктің құрылымдылық – механикалық қасиеттері маңызы. Олардың ішіндегі ең маңыздылары – ығысудың кернеуінің шектелуі мәні мен тұтқырлығы.

Көбік ығысу кернеуінің шектелуі мәні көбінесе серпімділік арқылы есептеледі. Ол көбіктің түрлі механикалық қысымдарды, мысалы, жоғарыда орналасқан көбік бағанасының қысымын өзінің көлемі мен формасын өзгертпей қабылдай алу қабілеті. Көбіктердің қабықшалары сұйық болса да, оларға белгілі серпімділік тән.

Көбіктің тұтқырлығы – оның реологиялық сипатамасы (реология – ағу туралы ғылым), ол арқылы көбіктің қозғалу жылдамдығын, көбік массасының беттік таралуы қабілетін анықтауға болады.

Көбіктің барлық негізгі қасиеттері ең алдымен, оның қандай заттар арқылы алынғандығына, яғни көбік түзушінің түрі мен мөлшеріне байланысты.

«Таза», қоспасыз сұйықтар тұрақтылығы жоғары көбік түзе алмай. Беттік ауданы үлкен бір компонентті жүйелер беттік керілукүшіне тәуелді тез бұзылады. Бұндай жүйелерде көбіктерге тән тұрақтандырушы факторлар болғандықтан олардың бұзылу процестері өздігінен тез арада жүреді.

Тұрақты көбікті алу үшін сұйық фазада кем дегенде, екі компонент болуы керек, олардың бірі беттік активті зат, ал екіншісі – еріткіш. Бұндай екі компонентті жүйенің беттік керілуінің өзгеруі (d ) Гиббс теңдеуіне сәйкес адсорбцияланған еріген заттың химиялық потенциалының өзгеруінен (d ) және оның адсорбциясымен (Г₁) анықталады:

d = -

Май қышқылының натрий түздары ерітінділерінің көбік түзу қабілеті олардың көмірсутек радикалы тізбегінің ұзындығы артқан сайын жоғарылайды. Қаныққан қышқылдар тұздарының ішінде натрий олеатының ерітінділерінің көбік түзу қабілеті жоғары болады.

Линолеаттардың көбік түзу қабілеті төмендеуі. Бірінші реттік алкилусульфаттардың (АС) сулы ерітінділерінің көбік түзу қабілеті олардың көмірсутек радикалдарының тізбегі ұзарған сайын артып, додецилсульфатта ең жоғарғы мәніне жетеді. АС – дың гомологтарының малекулалық массалары артқан сайын, олардың бөлме температурасында көбік түзу қабілеті төмендейді. Бұл олардың суда ерігіштігінің нашарлауынан.

С₁₁Н_2n+1SO₃Na қатарында n = 11 – ден (С₁₁ – ден) бастап алкилсульфонаттар ерітінділерінің көбік түзуші қасиеттері жоғары болып, С₁₅ гомологында концентрациясы 0,5 г/л болғанда ең жоғары мәніне жетеді, ал одан жоғары қарай гомологтарының көбік түзгіштігі төмендейді. БАЗ ерітінділерінің көбік түзу қасиеті оның молекуласындағы гидрофильді топтың топтың орнына байланысты: ол неғұрлым молекуланың ортасына жақын болса, ерітінділерінің көбік түзу қасиеті соғұрлым жоғары болады.

Алкилбензолсульфонаттар ерітінділерінің көбік түзгіші қасиеті олардың құрамындағы алкил тізбектері С₄ – тен С₁₄ – ке ұзарғанда жоғарылап, одан соң төмендейді.

Бұл қосылыстардың көбік түзуші қасиеттерінің артуы артуы көмірсутек радикалы тізбегінің өсуіне және беттік активтілігінің жоғарлауынан. Алайда алкил тізбегі С₁₄ – тен асқанда ерітінділердің беттік керілу күшінің артуынан көбік түзу қасиеті әлсірейді.

Ионсыз, мысалы, құрамында оксиэтилен тобы (СН₂СН₂-О-) бар БАЗ ерітінділерінің көбік түзу қасиеті тізбектің ұзындығына, сол сияқты СН₂СН₂-О- тобының санына байланысты. Оксиэтил май қышқылды спирттердің көбік түзу қасиеті С₄ – тен С_10-12 – ге дейін артып, одан соң төмендейді. Қалыпты құрылыстағы спирттердің көбік түзгіштік қасиеті жоғары болып, жоғарғы молекулалы тармақталған тізбекті спирттерде ең жоғарышегіне жетеді.

БАЗ концентрациясының әсері. БАЗ – дың концентрациясы артқан сайын ерітінділердің көбік түзу қасиеті де жоғарлап, концентрациясының ең жоғарғы мәнінде максималды түрге жетіп, бұдан соң тұрақтанады.

Концентрация артуына қарай көбік түзу қасиетінің жоғарлауы мицеллалар түзілуіне байланысты, ол концентрациясының жоғарғы шегінде (МТКК – мицелла түзудің критикалық концентрациясы) көбік көлемінде де ең жоғары шегіне жетеді. МТКК аймағында механикалық жағынан берік адсорбциялық қабаттың қалыптасуы аяқталады. Концентрация бұдан ары жоғарылағанда (МТКК – дан жоғары) ерітіндіде молекулалардың диффузиялану жылдамдығы төмендеп, осыған сәйкес БАЗ – дың көбік түзу қасиеті де әлсірейді.

Бақылау сұрақтары:

1.Көбіктің алу әдістері жайлы не айтасыз?

2.Көбік тұтқырлығы дегеніміз не?

3. Көбік түзілу қабілетіне қандай әсер етуші факторларды

4. Көбік түзілу қабілетіне температураның әсері.

5. Көбік түзілу қабілетіне концентрацияның әсері

СӨЖ тапсырмалары: