V тарау коагуляция және тұрақтандыру

§ 1 Коллоидты ерітінділердің коагуляциясы

Коллоидты системалар дисперсті фаза мен дисперсті орта арасындағы өзара әрекеттесудің әлсіз болатындығымен, тұрақсыздығымен, уақыт өткен сайын өзінің дисперстілігін кемітуге бейімділігімен сипатталады. Коллоидты бөлшектедің ірілену жылдамдығы әр түрлі. Мысалы, алтын сияқты асыл металдардың золі өте тұрақты, ал кейбір топтағылар айлап, апталап, тәуліктеп қана өзгеріссіз қалады, келесі бір топтағылар тұрақтылығы сағатпен, минутпен, тіпті секундпен өлшенеді. Коллоидты ерітінділердің термодинамикалық теңсіздігі мен олардың бұзылу жылдамдықтарының араларында белгілі бір тәуелділік жоқ. Мұндай өзгерістерді тек жекеленген коллоидты системадағы бөлшектердің ірілену механизімін нақтылы зерттеп қана сипаттауға болады.

Коллоидты ерітінділердің дисперстілігін азайтудың екі тәсілі бар. Олардың бірі қайта кристалдану кезінде кездесетін ұсақ бөлшектердің ірілерге келіп енуімен жүзеге асады. Келесісі – дисперсті фазадағы бөлшектердің бір-біріне жабысуы. Екінші тәсіл жиі кездеседі және оны коагуляция, яғни коллоидты ерітіндінің ұюы деп атайды. Коагуляция процесі кезіндегі дисперстіліктің өзгерісін система лайлығының көбеюінен байқауға болады. Ал жоғары дисперсті металл золіндегі ұю құбылысы бояу түрінің өзгеруі арқылы жүреді, мысалы, алтын золі ұйығанда, оның реңі қызыл түстен көгілдірге түрленеді. Ұю процесінің бірде жылдам, бірде баяу жүруінің мәні қолданбалы жағдайлар үшін өте қажетті болғандықтан, оны зерттеудің орны ерекше. Ендеше коллоидты ерітінділерді ұйыту құбылыстарының бірден-бір көп таралған түрлерін қарастырайық.

Электролиттер арқылы ұйытқандағы негізгі заңдылықтар. Коллоидты системаларды алғаш зерттеген ғалымдарға электролит мөлшерінің өзгерісіне сәйкес зольдер тұрақтылығының да өзгеретіні сол кездің өзінде-ақ белгілі болған ( Ф. Сельми, Т. Грэм, М. Фарадей, Н. Борщов) . Бертін келе нақтылы мәліметтер жинақталып, негізгі теориялық қорытындылар жасалды. Бұл ретте, әсіресе, электролит арқылы коллоидты ерітінділердің ұю теориясына әйгілі совет ғалымдары Б. В. Дерягин шәкірттерімен, Г. А. Ребиндер және оның ғылыми мектебі, Ю. М. Глазман және басқалар үлкен үлес қосты. Сонымен тәжірибе кезіндегі мәліметтер мен теориялық ерітінділерді электролит көмегімен ұйыту заңдылықтарын ұю ережелері деген атпен былай топтастыруға болады: 1) ұюды (коагуляцияны) кез келген электролит тудырады, бірақ оның жылдамдығы электролит концентрациясы белгілі бір мәнге жеткенде ғана байқалады; осы мәннен асқанда коллоидты ерітіндінің ұюы байқалатын ең кіші концентрацияны «ұю табалдырығы» дейді; 2) коллоидты бөлшек зарядына, тек электролиттегі кері зарядталған ионның ғана ұйыту қабілеті байқалады және мұндай электролиттің валенттілігі көбейген сайын оның ұйыту қабілеті де артады; мұны күкіртті мышьяк гидрозолінің ұюын зерттегенде 1882 жылы Шульц пен 1900 жылы Гарди бірінші болып анықтағандықтан, Шульц-Гарди ережесі деп атайды; 3) органикалық қатардағы иондардың ұйыту әсері, олардың адсорбциялық қабілетіне орай өседі; 4) бейорганикалық иондар қатарында, олардың гидротациялану активтілігі валенттілік төмендеген сайын ұйытушылығы артады; мысалы, бір валенттті катиондар мен аниондар қатарындағы олардың гидротациялану және ұйыту активтіліктері келесі жүйе бойынша өзгереді:

ұйыту активтілігінің өсуі

L i⁺ Na⁺ R⁺ Rb⁺

г идротация дәрежесінің өсуі

ұ йыту активтілігінің өсуі

CI^- Br^- I^- CNS^-

гидротация дәрежесінің өсуі

Мұндай бір валенттіліктегі гидротация дәрежесінің кему ретіне орай орналасқан қатарларды лиотропты немесе Гофмейстер қатары деп те атайды; 5) көбінесе ұю процесі басталған уақытта дзета-потенциал төмендеп, өз шегіне (шамамен 0,036) жетеді; 6) электролит қосып ұйытылған коллоидты ерітіндідегі тұнбаға ұйып түскен шөгінді де, әрқашан оны осы күйге жеткізген иондар бірге болады; мысалы, барий хлоридінің көмегімен күкіртті мышьяктің золін ұйытқанда тұнбаға түскен теріс зарядталған бөлшектерден тұратын шөгіндімен бірге барий катионының едәуір саны кездеседі.

Ұю процесін теориялық тұрғыдан зерттеудің екі түрлі мақсаты бар: зольдердің агрегаттық тұрақтылығын қамтамассыз ететін жағдайды анықтау; толық не жартылай тұрақтылығынан айырылған системалардың ұю жылдамдығын зерттеу. Мұндағы екінші мәселенің шешлуі біршама жеңілдеу. Смолуховский тәжірибе нәтижесінде алынған деректерге қайшы келе бермейтін ұю құбылысының кинетикалық теориясын ұсынды.