§2. Меншікті бет

Меншікті бет деп дисперсті фазаның көлемі не масса бірлігіне тиесілі фазааралығының ауданын айтады. Егер дисперсті фазаның түрі бірдей куб тәрізді болса, онда мұндай жүйенің меншікті беті келесі формула бойынша есептеледі:

S_м = S_б / V_б = 6а²/а³ = 6а^-1 (7)

мұндағы S_м – меншікті бет; S_б– бөлшектің беткі ауданы; V_б– бөлшектің көлемі; а– куб қабырғасының ұзындығы.

Ал енді, жүйедегі дисперсті фазаның бөлшектері бірдей сфера (шар) болса, онда меншікті бетті төмендегіше анықтайды:

S_м = S_б/V_б = 4ïr²/4/3ïr³ = 3/r = 6/d = 6d^–1 (8)

Мұндағы r- сфера радиусы, d– оның диаметрі.

Сондай-ақ, жүйедегі дисперсті фаза бірдей кез- келген формалы болса, онда меншікті бетті келесі формуламен есептеуге болады:

S_м = S_б /V_б = k 1/a = ka^-1 = kD (9)

мұндағы k- бөлшек түріне тәуелділік коэффициенті; a- бөлшек өлшемі; D- фазаның дисперстілігі.

Дисперсті жүйе арасында меншікті беті жағынан алғанда коллоидты жүйе ерекше жағдайда болады. Нағыз ерітінділерде меншікті бет болмайды. Сол сияқты аса ірі дисперсті жүйелердің де меншікті беті бола бермейді. Тек гетерогенді өте жоғары дисперсті жүйелерде ғана меншікті бет бар. Олай болса меншікті бет бөлшек өлшеміне тәуелді екен. Ол бөлшек ұсақталған сайын (мысалы, әр бөлшек екіге бөлінсе меншікті бет екі есе өседі) артады. Бұл 2- суретте өрнектелген. Онда ордината осіне меншікті беттің, ал абсцисса осіне бөлшек өлшемінің мәндерін орналастырса, онда бұл тәуелділіктің функционалды байланысы қисық сызықпен өрнектеледі және ол S_м= f(a) = k/a теңқабырғалы гиперболаны кескіндейді. Оны төрт бөлікке бөлуге болады. Әуелі бір затты алып бөлшектесе, суретте көрсетілген 1- ауданда болатын күйді алады. Мұнда оның өлшемі үлкен де үлестік беті аз. Оны аса ірі дисперсті жүйе дейді. Енді осы ірі дисперсті бөлшекті онан әрі ұсақтай түссе, әрбір бөлшек бірнеше рет кішірейіп, оның үлесті беті арта түседі. Ол 2- аудан – мұны микрогетерогенді (аса ұсақ дисперсті) жүйе деп атайды. Ал енді, осыны онан да әрі ұсақтасақ, мысалы ондағы бөлшек өлшемі 10^-5–10^-7 см аралығында болса, онда бұл 3 – бөлікті коллоидты жүйе дейді. Әрине, мұны онан да әрі ұсақтайтын болсақ, онда суретте кескінделген 4- бөліктегі нағыз ерітінді шығады. Мұндайда оның өлшемі нөлге ұмтылады да үлесті бет жоғалады.

2-сурет Меншікті беттің бөлшектердің мөлшеріне тәуелділігі

Ал осы жоғарыдағы шекаралар тек шартты ғана бөлінген. Әрбір зат өзара және өзін қоршаған ортамен әрекеттеседі. Денелер құрамын зерттегенде, олардың беткі қабаттарының жалпы және ерекше сипатын білу қажет. Ендеше коллоидты күйдің негізгі және маңызды ерекшеліктері ондағы масса мен бос энергияның басым көпшілігі осы фазааралық беткі қабатқа шоғырланғандығында екен. Фазааралық беткі қабатқа орналасқан молекулалар тек көлемдік өзгешелікте болып қана қоймай, олар өзара, бірінен-бірі бөлек мәнде болады.

Қатты заттың беттері теп-тегіс болмайды. Оның күш өрісі және оған сәйкес беткі энергияның мәні әр түрлі болады; сондықтан да құрамы мен үлесті беті бірдей болатын екі жүйені энергетикалық жағынан қарастырғанда, олардың бірдей болмауы мүмкін және кәдімгі физикалық-химиялық жүйеден коллоидты күйге ауысқанда, жүйенің қайталанбайтыны және оның өзіндік ерекшелігі пайда болады. Мысалы, бәрі бірдей болатын активті көмірдің үлгісін аса жетілген, барынша стандартты технологиялық процестердің өзінде де қайталап алу мүмкіндігі өте сирек кездеседі.

Кәдімгі аса жоғары дисперсті жүйелердегі бос энергияның артық болуы оны термодинамикалық тұрақсыз етеді. Одарға дисперстілікті азайту арқылы осы бос энергияның кемітуге бағытталған өздігінен жүретін процестер тән. Мұндайда жүйенің химиялық құрамы өзгермейді, олардың энергетикалық сипаты және бұған сәйкес коллоидты-химиялық қасиетті өзгереді. Бұл қарастырылатын жүйе, химиялық жүйемен салыстырғанда тұрақсыз өзгеріске бейім болады. Бұл – коллоидты жүйенің басты ерекшеліктерінің бірі.