Конденсациялық әдіс арқылы дисперстік жүйелерді алу

Конденсациялық әдістің өзі екіге бөлінеді: физикалық және химиялық болып. Физикалық конденсация кезінде температураның, ерітінді құрамының немесе жүйенің қасиетінің өзгеруі барысында заттың ерігіштігі төмендейді де, нәтижесінде еріген зат молекулалары өзара бірігіп дисперстік бөлшектер түзеді. Мысалы, канифольдің спирттегі ерітіндісіне су құйғанда канифоль суда нашар еритіндіктен оның молекулалары өзара бірігеді де, нәтижесінде канифольдің гидрозолі түзіледі. Тұрақты атмосфералық қысым жағдайында температура күрт төмендегенде ауадағы су буы конденсацияланады да, нәтижесінде тұман пайда болады. Физикалық конденсацияға десублимация мен кристаллизация да жатады.

Химиялық конденсация кезінде дисперстік ортада (суда) нашар еритін зат түзіледі де, оның молекулалары өзара бірігіп дисперстік бөлшектер түзіледі.

Жалпы конденсация әдісі барысында жаңа фаза пайда болады. Конденсацияның алғы шартына мыналар жатады: аса қаныққан ерітінді түзілу және еріген заттың дисперстік ортада біркелкі емес таралуы, сонымен бірге конденсация орталықтары немесе түйіршіктері болуы тиіс.

Ерітінді мен будың қанығу дәрежесі ( ) мына теңдеулер арқылы анықталады:

(7)

Мұндағы С - белгілі бір температурадағы аса қаныққан ерітіндінің концентрациясы; Р - аса қаныққан будың қысымы; пен - сол температурадағы қаныққан ерітіндінің концентрациясы мен жазық бет үстіндегі қаныққан будың қысымы.

Аса қаныққан ерітіндіден немесе будан бөлшектер түзілу барысында заттың химиялық потенциалы өзгереді және жаңа бөлу беті пайда болады. Жаңа бөлу бетінің пайда болуы нәтижесінде жүйенің беттік энергиясы артады. Ал жаңа бет жасау жұмысы (шар тәріздес бөлшектер үшін) мынаған тең:

(8)

Сонда заттың химиялық потенциалы былай өзгереді:

; . (9)

Мұндағы - заттың гомогенді фазадағы химиялық потенциалы; - заттың гетерогенді фазадағы химиялық потенциалы. Заттың бір фазадан екінші фазаға өтуі (мысалы, конденсациялануы) оның фазалардағы химиялық потенциалдарының өзгешелігіне байланысты. Сондағы заттың бір фазадан екінші фазаға тасымалданған мөлшері мынаған тең болады:

(10)

Мұндағы - заттың мольдік көлемі; - бөлшектің радиусы. Сонда конденсация арқылы жаңа беттің түзілуі барысында атқарылатын жалпы жұмыстың шамасы мынаған тең болады:

(11)

Мұндағы - конденсация жұмысы; - жаңа бөлу бетін жасау жұмысы; - зат тасымалдау жұмысы.

Демек, жаңа фаза түзілу үшін компоненттің гомогенді фазадағы химиялық потенциалы оның гетерогенді фазадағы мәнінен үлкен болуы тиіс. Сол кезде ғана фазалық өзгеріс құбылысы жүреді.

Химиялық конденсация

Химиялық конденсацияға мысалдар келтірейік. Темір (III) гидроксиді гидрозолінің түзілуі төмендегі реакция бойынша жүзеге асады:

ҒеС1₃+ЗН₂О = Ғе(ОН)₃ + ЗНСІ. (12)

Реакция нәтижесінде суда нашар еритін зат - Ғе(ОН)₃ түзіледі. Гидроксидтің бірнеше молекулалары өзара бірігіп агрегат түзеді. Реакция барысында тұз қышқылы түзіледі, сондықтан қышқыл молекуласы агрегат бетіндегі гидроксид топтарымен әрекеттесіп нәтижесінде агрегат беті зарядталады. Сонда беттің зарядталу процесі мына үш жағдайдың біреуі арқылы жүруі мүмкін:

Ғе(ОН)₃+ НСl = Ғе(ОН)⁺₂ + + Н₂О (13)

Ғе(ОН)₃ + 2НСl = Ғе(ОН)²⁺ + 2 + 2Н₂О (14)

Ғе(ОН)₃ + ЗНСl = Ғе³⁺ +3 + 3Н₂О . (15)

Сонда бірінші жагдайда пайда болатын мицелланың құрылысы мынадай болады:

Екінші жағдайда пайда болатын мицелланың құрылысы мынадай болады:

Ал үшінші жағдайда пайда болатын мицелланың құрылысы мынадай болады:

Демек, коллоидтық бөлшектер зарядталған, ал мицелланың заряды болмайды. Заряд коллоидтық бөлшектерге тұрақтылық береді.

Енді күміс бромиді гидрозолінің түзілуін қарастырайық. Оны күміс нитраты ерітіндісіне натрий бромиді ерітіндісін қосу арқылы алады:

Нәтижесінде суда нашар еритін күміс бромиді түзіледі. Реакция барысында пайда болатын мицелланың құрылысы бастапқы заттардың қайсысы артық мөлшерде болуына байланысты болады. Егерде реакциялық ортада артық мөлшерде болса, онда Панет-Фаянс ережесіне сәйкес, агрегаттың бетіне оның құрамына кіретін ион - күміс катионы - бірінші болып адсорбцияланады. Соның нәтижесінде қатты дене беті оң зарядталады. Ал түзілетін мицелланың құрылысы мынадай болады:

Егерде реакциялық ортада артық мөлшерде болса, онда Панет-Фаянс ережесіне сәйкес, агрегаттың бетіне оның құрамына кіретін ион - бромид анионы бірінші болып адсорбцияланады. Соның нәтижесінде бет теріс зарядталады. Ал түзілетін мицелланың құрылысы мынадай болады: