48. Суспензиялардың жіктелуі

Суспензиялар бірнеше белгілері бойынша бөлінеді.  

Дисперстелген ортаның табиғаты бойынша: органикалық суспензиялар (дисперсиялық ортасы – органикалық сұйықтық) және сулы суспензиялар (дисперсиялық ортасы су болады).  

Дисперстік фаза бөлшектерінің өлшемдері бойынша: дөрекі суспензиялар (d>10-2 см); жұқа суспензиялар (-5*10-5<d<d

Дисперстік фаза бөлшектерінің концентрациясы бойынша: сұйылтылған суспензиялар және концентрленген суспензиялар (қойыртпақтар). Сұйылтылған суспензиялардың алу жолдары.

Суспензияларды, басқа да дисперстік  жүйелерді алу сияқты екі топтық  әдістермен алуға болады: дөрекі дисперстік жүйелер жағынан  –диспергациялық (ұсақтау, майдалау) әдістерімен, шын еірітінділер жағынан  – конденсациялық әдістермен. Суспензияларды алудың нақты әдістерін қарастыра отырып, суспензия дегеніміз – бұл сұйықтықта ұнтақтардың жүзгіндері екенін еске түсіру пайдалы. Ендеше сұйылтылған суспензияларларды өндірісте де, күнделікті өмірде де кең таралған және қарапайым алу әдісі әртүрлі араластыру құрылғыларының (миксерлер, араластырғыштар) және т.б. пайдаланумен үйлесімді сұйықтықта сәйкес ұнтақты араластыру болып табылады. Концентрленген суспензияларларды алу үшін сәйкес ұнтақтарды сұйықтықтың аз мөлшерімен араластырады. Суспензиялар лиозольдерден тек олардағы бөлшектері бірнеше реттілікте ірі болғандықтан ғана ерекшеленгенімен, суспензияларға лиозольдерді алу кезіндегі әдістерді қолдануға болады. Осы кезде майдалау әдіспен ұсақтау дәрежесі лиозольдерді алу кезіндегіден аз болуы керек. Конденсациялық әдіс кезінде конденсация бөлшектерінің өлшемі 10-5  -10-2 см болатындай етіп өткізу қажет. Пайда болған бөлшектердің өлшемі кристалдардың туынтектерінің пайда болу және олардың жылдамдықтарының қатынасына тәуелді болады. Аса қанықтырудың аз дәрежесі кезінде  ірі бөлшектер, ал үлкен дәрежесінде- ұсақ бөлшектер пайда болады. Жүйеге алдын ала кристаллизация туынтектерін енгізу монодисперстік суспензиялардың пайда болуына әкеледі. Дисперстілікті азайту ұсақ кристалдар ерігенде, қыздыру кезінде изотермиялық айдау нәтижесінде қол жеткізілуі мүмкін.Ол кезде майда бөлшектер ериді де, ал соның нәтижесінде ірі бөлшектер одан әрі іріленеді. Осы кезде дисперстік фаза бөлшектерінің байланысуын және айтарлықтай өсу мүмкіндігін шектейтін шарттары сақталуы тиіс. Пайда болатын суспензиялардың дисперстігін БАЗ ендірумен реттеуге болады. Суспензияларды диализбен, электрдиализбен, сүзуменен, центрифугалаумен еріген заттардың қоспаларынан тазартады. Суспензиялар лиозольдердің коагуляциясы нәтижесінде де пайда болады. Сәйкесінше коагуляцияны жүзеге асыру әдісі – бұл суспензияны алу әдісі. Жоғарыда айтылғандардың  барлығы өндірістік және күнделікті суспензияларға тиісті. Табиғи суспензиялар  (Жердің барлық су қоймалары болып табылады) аэрозольдердің бұзылуы нәтижесінде, сонымен қатар жауын-шашын кезінде тасу-тартылу құбылыстары, топырақтардың майдалануы, жағалау күшінің әсерімен тау жыныстарының суға ену салдарынан пайда болады.

49.Сұйылтылған суспензиялардың қасиеттері.

Сұйылтылған суспензияларда құрылымының жоқ болуы және концентрленген суспензияларда олардың болуы, осы жүйелердің қасиеттерінде айтарлықтай ерекшелікті көрсетеді. Сұйылтылған суспензиялардың қасиеттеріне тоқталайық. Сұйылтылған суспензиялардың лиозольдерден дисперстік фаза бөлшектерінің өлшемімен ерекшеленетінін айтып кеткен едік. d-10-5 – 10-2см d -10-7-10-5см Бұл қасиеттердің қандай сапалық өзгерістеріне алып келетін екен? Соны қарастырып көрейік.

Сұйылтылған суспензиялардағы агрегаттық тұрақтылық.

Суспензиялардың агрегаттық тұрақтылығы – бұл уақыт бойынша дисперстілік дәрежесінің, басқаша айтқанда бөлшектер өлшемі мен олардың жеке қасиеттерінің өзгеріссіз сақталу қабілеті. Сұйылтылған суспензиялардың агрегаттық тұрақтылығы лиофобтық зольдердің агрегаттық тұрақтылығына ұқсас болады. Бірақ суспензиялар агрегаттық тұрақтылығы жоғары жүйелер болып табылады, өйткені өте ірі бөлшектерге ие, соған сәйкес еркін беттің энергиясы аз болады. Суспензиядағы агрегаттық тұрақтылықтың бұзылуы кезінде коагуляция, дисперстік фаза бөлшектерінің жабысуы төмен болады. Коагуляция- бұл өз бетінше өтетін процесс, өйткені, ол фаза аралық беттің азаюы есебінен жүйенің еркін энергиясының азаюымен болады Бұл процесс лиозольдерде өтетін процеске ұқсас, онымен қоса лиозольдер коагуляциясы суспензиялардың пайда болуына әкеледі және одан ары да жүре келе тұнбаның пайда болуына әкеледі. Бұл тұнба көбінесе, концентрленген суспензия (қойыртпақ), басқаша айтқанда қасиеттері басқа бөлімде қарастырылатын құрылымдық жүйе болып табылады. Суспензияның агрегаттық тұрақтылығына қол жеткізу үшін берілген екі шарттың кем дегенде біреуін орындауы қажет: дисперсиялық ортаның дисперсті фазасының бөлшектернің беттеріне жұғуы; стабилизатордың (тұрақтандырғыштың) бар болуы Бірінші шарт. Егер суспензия бөлшектеріне дисперсиялық орта жақсы жұқса, онда олардың беттерінде серпімді қасиеттеріне ие және ірі агрегаттардағы бөлшектердің байланысуына қарсыласатын сольваттық қабат түзіледі.Бөлшектердің жақсы жұғылуы полярлы сұйықтар үшін полярлы бөлшектерде және полярлы емес сұйықтар үшін полярлы емес бөлшектерде байқалады. Сольваттық тұрақтылық механизмі бар (стабилизаторсыз) агрегаттық тұрақты суспензиялардың мысалы ретінде кварцтың судағы суспензиясын және бензолдағы күйенің суспензиясын айтуға болады. Кварц суда, ал күйе бензолда жақсы жұғады, бұл суспензиялар үшінші компонентсіз, яғни (стабилизаторсыз) агрегаттық тұрақты болады. Егер жұғуды болдырмай дисперсиялық ортаны ауыстырса, онда агрегаттық тұрақсыз жүйе алынады, яғни күйе бөлшектеріне жұғылмайды, гидраттық қабат пайда болмайды және қорғалмаған бөлшектер бір – бірімен оңай байланысады. Екінші шарт. Егер суспензия бөлшектерінде дисперсиялық орта нашар жұқса, онда стабилизаторды қолданады. Стабилизатор – бұл дисперстік жүйеге қосқанда оның агрегатты тұрақтылығын жоғарылататын , басқаша айтқанда бөлшектердің бірігуіне кедергі жасайтын зат.

Стабилизатор ретінде суспензиялар үшін

-кіші молекулалық электролиттер.

-Коллоидтық БАЗ

-ҮМҚ қолданады.

50.Эмульсия — екі сұйықтың бір-бірінде еріген микрогетерогенді системасы. Эмульсиядағы дисперсті фаза да, дисперстік орта да бірдей агрегаттық күйде, атап айтқанда сұйық коллоидты система екен. Егер мұндай системаларды бірі екінші-сінде ерімейтін сұйықтар қүрайтын болса, онда ұзақ уақыт сақталады.

Эмульсиялардың жіктелуі.Әдетте эмульсияларды екі көрсеткіші бойынша жіктеледі:  Дисперстік фазаның коцентрациясы бойынша (Cd): сұйылтылған (Cd≤0,1% ); концентрлі (0,1%)≤Cd<74%); жоғары концентрлі  (Cd>74%).  Дисперциялық ортаның және дисперстік фазаның полярлығы бойынша:                  I текті (тура) эмульсиялар – М/С;    II текті (кері) эмульсиялар – С/М; Кез - келген полярлы сұйықтықты С, ал полярсыз сұйықтықты М май деп белгілейді.Бірінші текті эмульсияларда полярсыз сұйықтық (М) тамшылары полярлы (су) сұйықтықта таралған, керісінше ІІ – текті эмульсиялардың ортасы полярсыз сұйықтық болады.

Эмульсияның дисперстілігі . Эмульсияның дисперстілігі дисперстік фаза бөлшектерінің өлшемдерімен анықталады. Егер эмульсия полидисперстік болса, онда оларды сипаттау үшін бөлшектердің өлшемдері бойынша таралуын, көбінесе гистограмма түрінде көрсету керек.

Уақыт бойынша тұрақтылығы.  Әдетте тұрақтылық екі өлшемнің біреуімен – эмульсияның бөліну жылдамдығымен және жеке тамшылардың басқалармен жанасу өмір сүру уақытымен сипатталады.  Эмульсияның бөліну жылдамдығын эмульсияны алғаннан соң белгілі бір уақыттан кейін бөлінген фазаның биіктігін (көлемін) өлшеу арқылы анықтайды. Жеке тамшылардың өмір сүру уақытын фазааралық шекараға орналастырылған тамшыларды макроскопиялық байқау жолымен анықтайды. Мысалы, май тамшысын фазааралық шекараға су жағынан жақындатады. Содан соң оның май фазасымен біріккен уақытын өлшейді. Көбінесе эмульсиялардың бірінші сипаттамасы қолданылады. 51. Эмульсияларды алу әдістері

  Екі бір-бірімен араласпайтын сұйықтықтардан құралған жүйе екі тұтас: үстіңгі (жеңіл сұйықтық) және астыңғысы (ауыр сұйықтық) қабаттардан құралса, онда ол термодинамикалық тұрақты күйде болады. Егер біз тұтас қабаттың біреуін тамшыларға бөлетін болсақ фазааралық бет өседі, сәйкесінше еркін беттік энергия да өседі және жүйе термодинамикалық тұрақсыз болады. Эмульсия түзілу үшін энергия неғұрлым көп жұмсалса, соғұрлым ол тұрақсыз болады. Эмульсияға салыстырмалы тұрақтылық беру үшін арнайы зат – эмульгаторлар деп аталатын тұрақтандырғыштар қолданылады. Негізінен барлық эмульсиялар (өздігінен түзілетін эмульсиялардан басқа) эмульгатор қатысында алынады.   Эмульгаторлардың табиғаты және әсер ету механизмі арнайы бөлімде қарастырылады. Эмульсиялар – полярлы сұйықтықтан, полярсыз сұйықтықтан және эмульгатордан құралған үш компонентті жүйе болып табылады. Сонымен қатар сұйықтықтың біреуі тамшы түрінде болады. Қажетті өлшемдегі тамшыларды 2 түрлі жолмен алуға болады:  Конденсациялық әдістер (тамшы түзгіш кішкентай орталықтарды үлкейту арқылы)  Диспергациялық әдістер (ірі тамшыларды ұсақтау арқылы). Зертханаларда да, өндірістерде де ең көп тараған әдістер – дисперациялық әдістер.

Жоғары концентрленген эмульсиялардың қасиеттері. Мұндай жүйелер үшін бөлшектердің қозғалысымен байланысты мәселелер (диффузия,седиментация) болмайды, эмульсиялар өздерінің қасиеттері бойынша қүрылымданған-коллоидтық жүйелерге, яғни гельдерге (сірнелерге) ұқсас болады. Тамшылар концентрациясы 100%-ға жақындай бастағанда, дисперсиялық орта – сұйықтықтың өте жұқа қабаты – эмульсиялық қабыршақтар түзеді. Мұндай эмульсиялар құрылымы бойынша көпіршіктерге жақын, олардың қасиеттері ең алдымен эмульгатормен тұрақтандырылған эмульсиялық қабыршақтар қасиеттерімен анықталады. 52. Дисперстік фазаның концентрациясы

Сұйылтылған эмульсияның қасиеттері. (Cd<0,1 көлемдік %). Мұндай эмульсиялар әдетте, жұқа дисперстілікті және қасиеттері бойынша лиофобтық зольдерге ұқсас болады. Мұндай эмульсияларда тамшы өлшемдерінің кішкентай болуына байланысты броундық қозғалыс, диффузия, жарық шашырату және т.б. байқалады, олар седиментациялық тұрақты болып табылады. Олардың агрегаттық тұрақтылығы лиофобтық зольдердегідей диффузиялық электрлік қабаттың болуымен анықталады. Электролиттердің әсерінен коагуляция Щульце-Гарди ережесіне бағынады. Сонымен, эмульсияларға лиофобты зольдердің тұрақтылығының теориясын қолдануға болады. Сұйылтылған эмульсияның кеңінен белгілі мысалы -  бу машинасындағы жұмсалған бу конденсаты, мұнда машина майының майда тамшылары майдаланған. Басқа мысал – шикі мұнай, мүнда судың тамшылары екінші ретті эмульсия түзеді.

Жоғары концентрленген эмульсиялардың қасиеттері.

Мұндай жүйелер үшін бөлшектердің қозғалысымен байланысты мәселелер (диффузия,седиментация) болмайды, эмульсиялар өздерінің қасиеттері бойынша қүрылымданған-коллоидтық жүйелерге, яғни гельдерге (сірнелерге) ұқсас болады. Тамшылар концентрациясы 100%-ға жақындай бастағанда, дисперсиялық орта – сұйықтықтың өте жұқа қабаты – эмульсиялық қабыршақтар түзеді. Мұндай эмульсиялар құрылымы бойынша көпіршіктерге жақын, олардың қасиеттері ең алдымен эмульгатормен тұрақтандырылған эмульсиялық қабыршақтар қасиеттерімен анықталады.

Концентрленген эмульсияның қасиеттері. Мұндай эмульсияларда тамшылар айтарлықтай ірі және оларды оптикалық микроскоппен көруге болады. Концентрленген эмульсиялар седиментациялық тұрақсыз болады. Концентрация жоғары болғандықтан тамшылар тұрақты жанасуда болады да, коалесценция оңай жүреді. Мұндай эмульсиялардың тұрақтылығы толығымен эмульгаторға тәуелді болады   Элекртрлік әдістермен эмульсиялау.

Электрлік «бөлшектеу» әдісі бұрыннан белгілі, бірақ бұдан соңғы жылдары ғана айтарлықтай көңіл аударыла бастады.  1958 жылы Наваб және Мазон электрлік майдалау арқылы монодиспектрлік эмульсия алды.        Олардың әдісінің негізі келесіден құралады. Майдаланатын сұйықтық капиллярлы құйғышпен аяқталатын ыдысқа құйылады. Соңғысы жоғары кернеу көзінен оң полюсімен қосылады. Ыдыс түбіне металды электрод қойылған үлкен дөңгелек түпті қолбаға орналастырады. Қолбаға эмульсиясы дисперсиялық орта болатын сұйықтық құйылады. Каппиллярдан аққан майда тамшылар сұйықтыққа түсіп, эмульсия түзеді. Берілген кернеу мөлшерін өзгерте және капилляр мен сұйықтық арасындағы тесікті реттей отырып, бөлшектері белгілі – бір өлшемде болатын эмульсиялар алған. Олардың өлшемі әдетте 1-10 мкм арасында болды. Эмульсия қасиеттерін жақсарту үшін қолбадағы сұйықтықты араластыра отырып эмульгатор қосуға болады. Осындай жолмен М/С және концентрациясы 30% болатын С/М типті тұрақты эмульсиялар алған.        Қазіргі уақытта майдалаудың электрлік әдісі даму және жетілдіру сатысында. Олардың айтарлықтай артықшылықтар бар, соның ішінде негізгісі – алынған эмульсияның жоғарғы монодисперстілігі. Бұл әдістер басқа әдістерге қарағанда эмульгаторлардың концентрациясы аз кезден – ақ эмульсияның екі типін де алуға мүмкіндік береді. Бірақ электрлік әдістердің кемшіліктері бар. Егер сұйықтықтың тұтқырлығы жоғары болса, онда эмульгациялау қиын болады  немесе тіпті болмауы да мүмкін. 53.Механикалық дисперглеу. Майдалауға кететін механикалық жұмыс шайқауға, араластыруға, гомогендеуге, құрамының біреуі эмульгатор болатын тұтас сұйықтықтарды қысып айдауға жұмсалады.  Үздікті шайқау әдісі: (тамшы диаметрі – 50-100 мкм) 2 сұйықтық құйылған сынауықты пәрменді шайқаса, эмульсияның түзілгенін оңай байқауға болады. 1920 жылы Бригс тербелістер арасындаға тұрақты интервалдармен үздікті шайқау, үздіксізге қарағанда өте тиімді екенін көрсетті. Мысалы: натрий олеатының 1% ерітіндісінде 60% бензол эмульсиясын дайындау үшін 7 мин бойы үздіксіз араластыру керек ( осы уақыт ішінде механикалық қондырғы 3000 тербеліс жасайды.)  Мұндай эмульсия 2 минут ішінде 5 рет қолмен шайқау арқылы дайындауға болады, екі тербеліс арасында интервал 20-30 секунд болуы керек. Екі  сұйықтық арасындағы тұтас бет әрбір тербеліс кезінде толқынды болады және деформацияланады. Бұл процесс шамамен 5 минут ішінде жүреді. Егер шайқау арасында интервалды өсірсек, онда бұл процесті жылдамдатуға болады. Қолмен араластырғанда тамшылар өлшемі 50-100 мкм болатын шар тәрізді болады.  Араластырғыштар қолдану.       Өнеркәсіп әртүрлі конструкциялы араластырғыштар шығарады: пропеллерлі және турбиналық типті араластырғыштармен, коллоидты диірмендер, гомогенизаторлар.       Гомогенизаторлар дегеніміз - жоғарғы қысым астында өте кішкентай тесіктен сұйықтарды өткізу нәтижесінде майдаланған сұйықтарды алатын қондырғы. Бұл қондырғы сүтті гомогендеу үшін кеңінен қолданылады. Бұл кезде  сүт тамшыларының диаметрі 0,2 мкм дейін төмендейді және мұндай сүт қоюланып қалмайды. Ультрадыбыс арқылы эмульсиялау. 1927 жылы ең алғаш рет Вуд және Лукис қарқынды ультрадыбыс әсерімен эмульсиялардың түзілуін байқаған болатын, олар қуаттылығы жоғары және жиілігі 200 кГц болатын кварцты генератормен жұмыс жасаған. Ультрадыбыс техникасын дамуының нәтижесінде бұл салада зерттеулердің көп түрі пайда болды.       Жиіліктің ультрадыбыс аймағы адамның есту шегінен (шамамен 15 кГц) жоғары жатады және 109  Гц дейін таралады. Эмульсиялау үшін қуаттылығы жоғары ультрадыбыс қолдануы керек, жиілігі 20-50 кГц болатын аймақ тиімді болып табылады. Өнеркәсіпте кеңінен қолданыс таппаса да, ультрадыбыспен эмульсиялаудың келешеінің зор екенін ескеру керек.

54.Өздігінен эмульгациялану.  Өздігінен эмульгациялану деп сырттан энергия жұмсамай жүретін эмульгациялануды айтады. Ол екі компонетті (эмульгаторсыз) гетерогенді жүйеде осы сұйықтықтардың өзара еруінің кризистік температурасына жақын температурада байқалады. Осы температурада беттік керілу 1-10-4 Дж/м2 шамасынан аз болады - бұл жағдайда эмульсия өздігінен түзіледі. Ол термодинамикалық тұрақты болады, себебі тамшы түзілгенде пайда болатын еркін беттік энергияның артық мөлшері энтропиялық фактормен  - заттың жүйе көлемінде бірқалыпты таралуына ұмтылуымен компенсацияланды. Бұл эмульсияның әрбір фазасы бір сұйықтықтың екіншісіндегі қаныққан ерітіндісі болып табылады.       Беттік керілудің өте аз мәнінде термодинамикалық тұрақты болатын жүйеде өздігінен түзілу мүмкіндігі барлық басқа дисперстік жүйелерде кездеспейді, ендеше бұл эмульсиялардың бірінші ерекшелігі болып табылады.  Қандай да бір эмульсияның оның ішінде кризистік эмульсияның өздігінен түзілуі үшін қажет σmin-нің кризистік мәні Ребиндер бойынша былай анықталады: σmin <     Мұнда  k – Больцман тұрақтысы.       Егер  r ~ 10-6 см және T=298K болса,   σmin мәні 0,1 эрг/см3-тан кіші болу керек. Сұйық май организммен жұтылғанда ішекте өт қышқылының тұздарымен жоғарыдисперстік майлы эмульсия күйіне дейін эмульгациялайды, сосын ішек кабырғалары арқылы сорылады. Таурохолат жүйесінің (өт тұзы) – моноглицеридолеин қышқылының 6,0<рН<8,5 болғанда шындығында беттік керілуі өте төмен, яғни 1 эрг/см3 төмен болады, сондықтан өздігінен эмульгациялану жүреді. Өздігінен түзілетін және сәйкесінше термодинамикалық тұрақты болатын эмульсиялар кейде лиофильдік эмульсиялар деп аталады.  1878 жылы өздігінен эмульгациялауды Гэд ашқаннан кейін осы құбылыс тән  болатын сұйықтардың көптеген жүйесі табылды. Алайда оның механизмі қазіргі уақытқа дейін  әртүрлі пікірталастар тудыруда Эмульгатор түрлері