Диспесті жүйелердің жіктелуі.

Дисперсті жүйелерді түрлі сипаттамаларына сәйкес жіктеуге болады. Қазіргі кезде дисперсті ортаның агрегаттық күйіне байланысты жіктеу кеңінен қолданылады.

1. Газтәрізді диперсті ортаға ие жүйелер: Қ/Г; С/Г; Г/Г.

2. Сұйық диперсті ортаға ие жүйелер: Қ/С; Г/С; С/С.

3. Қатты диперсті ортаға ие жүйелер: С/Қ; Г/Қ; Қ/Қ.

Колойдты жүйелер дисперсті фаза бөлшектердің өлшемдеріне байланысты да жіктеледі.

1. дисперсті фаза бөлшектері > 1мк жоғары болатын жүйелер, микрогетерогенді жүйелер;

2. дисперсті фаза бөлшектері 0,1-1мк аралығында болатын жүйелер, аралық дисперстілігі бар жүйелер;

3. дисперсті фаза бөлшектері < 0,1мк төмен болатын жүйелер, коллойдты-дисперсті жүйелер деп аталады.

Көптеген зерттеушілер бөлшек өлшемдері 0,1мк (10^-5) мен 1 ммк (10^-7) аралығындығы жүйелерді коллойдты жүйелер деп атауды ұсынады.

Сонымен бірге дисперсті орта мен дисперсті фаза бөлшетерінің арасындағы малекуларалық күштердің қарқындылығына байланысты коллойдты жүйелер: лирфильді және лиофрбты болып жіктеледі.

Молекула-кинетикалық теория коллойдты жүйелерді нағыз ерітіндінің жеке жағдайлары ретінде қарастырады: яғни, диперсті ортаны еріткіш ретінде, ал диперсті фазаны еріген зат ретінде. Бұл коллойдты жүйелердегі осмос, диффузия және седиментация құбылыстарын түсіндіруге мүмкіндік береді.

Нағыз ерітінділер мен коллойдты жүйелердің негізгі қасиеттері арасындағы ерекшелік, сапалық емес, тек сандық мәнге ие.

Осмос қысымы:

Ерітінділер теориясынан белгілі болғандай, сұйылтылған ерітіндідегі осмос қысымы, Вант-Гофф теңдеуімен анықталады:

π=RTс

мұндағы с- мольдік концентрация.

Егер концентрацияны төмендегідей өрнектесек:

с=n/N

онда

π=RT n/N болады

Яғни осмос қысымы молекулалық-жылулық қозғалысқа қатысатын жеке бөлшектердің санына тура пропарционалды болады.

Бақылау сұрақтары:

1. Дисперсті жүйелердің негізгі түрлері

2. Осмос қысымы, оның концентрацияға әсері

3. Диффузия құбылысы

Ұсынылатын әдебиеттер тізімі

1. Пащенко А.Л. «Физическая химия силикатов»-М.: ВШ, 1986.368с.

2. Киреев В.А. «Краткий курс физической химии».-Учебник.-М.: ВШ, 1978

3. Горшков В.С. «Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений». М.: ВШ, 1988г.336с.

5. Ратинов В.Б. Химия в строительстве. М.: Стрйиздат, 1977г.

4. ПисаренкоА.А. Курс коллоидной химий».Учебник.-М.: ВШ, 1978г.

Тақырып 12-13. Коллойдтық күйдің термодинамикасы

Дәріс жоспары:

1. Коллойдты жүйелердің классификациясы.

2. Коллойдты ерітінділерді алу және физикалық күйі.

3. Коллойдты жүйелердегі электрокинетикалық құбылыс.

4. Коллойдты жүйелердің тұрақтылығы.

5. Коагуляция. Гельдер. Тиксотропия.

6. Байланыстырғыш заттардың байланысу мен қатаюының коллойдты химиялық теориясы.

Коллойдты күйдің негізгі ерекшелігі – екі немесе бірнеше фазалардан тұратын дисперсті жүйеледің гетерогенділігі болып есептеледі. Жүйенің гетерогендігінің негізгі екі ерекшелігі болады: жүйе иеленетін кеңістіктің түрлі аймақтарындағы қасиеттерінің әр түрлі болуы және осы аймақтар арасындағы нақты беттік айырмашылықтың болуы.

Коллойдты бөлшектердің бөлшектену немесе диперстілік дәрежесі дисперсті жүйелердің негізгі қасиеттеррін анықтаушы бола отырып, бөлшектердің бөлшектенуінің сызықтық өлшемдерімен сипатталады. Бөлшектің өлшемі кіші болған сайын дисперстілік жоғары болып табылады. Демек дисперстілік – бұл бөлшектің өлшеміне қарама-қарсы шама.

Коллойдты жүйелерді диперстілігі жоғары микрогетерогенді жүйе ретінде, яғни дисперсті орта мен диперсті фаза арасындағы беттік айырмашылығы өте жоғары жүйе ретінде қарастыруға болады.

Бөлшектенген материалдың меншікті бетінің ауданы бөлшектену дәрежесіне байланысты қалай артатындығына кубты майдалау арқлы көз жеткізуге болады. Қабырғаларының ауданы 1см тең болған кубтың аданы 6см² тең. Егер оны қабырғаларының ауданы 1мм тең кубтарға майдаласақ онда пайда болған кубтардың жалпы ауданы 10 есеге артады, яғни 60см² тең болады.

Қабырғаларының ауданы	Кубиктер саны	Жалпы ауданы, см2, S
1см	1	6
1мм (10-1см)	1000	6*10
0,1мм (10-2см)	1000000	6*102
0,01мм (10-3см)	1000000000	6*103
1мк (10-4см)	1012	6*104
0,1мк(10-5см)	1015	6*105
0,01мк(10-6см)	1018	6*106
1ммк(10-7см)	1021	6*107
0,1ммк ( 1А0, 10-8см)	Беттік айырмашылық жоғалады

Жүйенің дисперстілігі меншікті беттік ауданмен сипатталады W, ол дисперсті фазаның жалпы ауданының, оның жалпы көлеміне қатнасымен анықталады:

W= S/V

Материалды майдалау бөлшектердің саны мен оның жалпы беттік ауданын ғана арттырып қана қоймастан, оның басқа да қасиеттерін де өзгертеді. Мысалы: бордың бір кесегін алып, оны келіде майдалап, алынған ұнтақты суға салсақ, онда бөлшектерінің өлшемі 1мк –нан ірі ірідиперсті жүйе пайда болады. Дисперстілік дәрежесінің төмен болуына байланысты бұндай бөлшектер, ерітіндіде ұзақ уақытқа қалмай, ауырлық күшінің әсерінен тұнбаға тұнады.

Яғни суспензиялар – кинетикалық тұрғыдан тұрақсыз жүйелер. Бөлшектердің өлшемі ірі болуына байланысты, олар өздігінен жылулық қозғалысқа түсе алмайды, диффузияланбайды және осмостық қысым түсірмейді.

Егер борды майдалауды, оның бөлшектерінің бірігуіне кедергі жасайтын заттардың қатысында арнайы диірменде жүргізетін болсақ, онда кинетикалық тұрақты жүйе алуға болады. Бұл жүйедегі бөлшектердің өлшемдері 1ммк біршама кішірейіп, 0,1 ммк шамасыны дейін жетуі мүмкін.

Дисперстілік дәрежесінің артуы жаңа қасиеттердің пайда болуына алып келеді. Мәселен өлшемдері 0,1 ммк жүйе бөлшектері өздігінен хаотикалық қозғалыста болып, диффузиялану және осмыс қысымын тудыруы мүмкін. Бұндай жүйелер коллойдты жүйелер деп аталады.

Бөлшектердің өлшемдері кішірейген сайын, олардың жалпы бетінің ауданы артатындығын байқадық, яғни, дисперсті орта мен диперсті фаза бөлшектерінің түйісу беттері де артады. Жалпы фазалар шекарасы аймағында орналасқан бөлшектер артық бос энергияға (σ) ие болатындығы анық. Беттік қабаттағы артық бос энергия беттік бос энергия деп аталады. Ол шаршы саниметрге эргпен өлшенеді.

σ = эрг * см^-2 = дина * см * см^-2 = дина * см^-1

Көрсетілген формулаға сәйкес беттік энергия ұғымымен бірге беттік кернеулілік ұғымы да қолданылады. Беттік кернеулілік деп сұйықтың бетін шекаралайтын сызықтың ұзындық бірлігіне әсе етуші күшті айтады.

Коллойдты жүйенің жалпы беттік бос энергиясы F_s , σ – беттік кернеулілік пен фазалар шекарасының жалпы ауданының көбейтіндісіне тең.

F_s = S×s.

Коллойдты жүйелердегі диперсті фаза бөлшектерінің жалпы меншікті бетінің ауданы өте үлкен болғандықтан, олар көп мөлшерде беттік бос энергияға ие болуы тиіс.ал термодинамикадан кез келген жүей беттік бос энергиясын төмендетуге тырысатындығы белгілі. Бұл процесс жүйенің жалпы ауданын төмендету арқылы немесе коллойдты бөлшектердің беттік бос энергияны төмендететін, беттік белсенді заттарды адсорбциялауы нәтижесінде жүзеге асуы мүмкін.

Коллойдты жүйелердің беттік бос энергиясының жоғары болуы, олардың жоғары адсорбциялық белсенділігі, бөлшектердің агрегациялану қабілеті, күшті байқалатын каталитикалық қасиеттерін түсіндіріп береді.

Коллойдты жүйелердің тұрақсыздық дәрежесі, олардың бөлшектерінің арсында әсерлесуші күштердің қатнасымен анықталады. Коллойдты бөлшектердің бір түрлі зарядқа ие болуы, оларды агрегациялауға тырысатын тарту күштері әсер ететін қашықтыққа дейін бөлшектердің жақындауына кедергі жасайды. Сонымен бірге коллойдты бөлщектердің айнаасында сольватты қабаттың болуы да, ол бөлшектердің бір-біріне жақындауына кедергі жасайды. Яғни коллойдты бөлшектердің бір-бірімен агрегациялануы басталғанға дейін, бұл жүйелер кинетикалық тұрақты күйде болады, ал бөлшектер жылулық қозғалыс арқлы, тұнбайды.

Сондықтан коллойдты жүйелер, термодинамикалық жағынан тұрақсыз болуына қарамастан, кинетикалық тұрақты болып табылады. Ал бөлшектердің іріленуі кинетикалық тұрақтылығын жоғалдуына алып келеді. Бұл коллойдты жүйенің бұзылып, ірі диспесті жүйеге айналуына алып келеді.

Коллойдты жүйелерді бұзылудан сақтау қажет, егер жүйеге беттік белсенді заттарды ендірсек, олар бөлшектерге адсорбциялану арқылы, олардың беттік бос энергиясын төмендетіп, оларды бір-біріне жабысудан сақтайды.

Бақылау сұрақтары:

1. Дисперстілік дәрежесі, оның беттік бос энергияға әсері

2. Коагуляция және коалеценция процестерінің мәні

3. Диперсті жүйелердің тұрақтылығын арттыру жолдары

4. Нағыз ерітінді мен коллойдты жүйелер арасындағы ерекшеліктер

Ұсынылатын әдебиеттер тізімі

1.Пащенко А.Л. «Физическая химия силикатов»-М.: ВШ, 1986.368с.

2. Киреев В.А. «Краткий курс физической химии».-Учебник.-М.: ВШ, 1978

3. Горшков В.С. «Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений». М.: ВШ, 1988г.336с.

5. Ратинов В.Б. Химия в строительстве. М.: Стрйиздат, 1977г.

6. ПисаренкоА.А. Курс коллоидной химий».Учебник.-М.: ВШ, 1978

Тақырып 14. Фазалық тепе-теңдіктер және силикатты жүйелердің күй диаграммасы.

Дәріс жоспары:

1. Негізгі ұғымдар мен олардың анықтамалары.

2. Гиббстің фазалар ережесі.

3. Фазалық ауысулардың термодинамикасы.

Жер қыртысында ең көп таралған элементтердің бірі кремний (жер массасыың шамамен 28%), сонымен бірге кремний барлық космос денелерінің құрамына енеді. Айдан алып келінген жыныстарға талдау жасау, ол жыныстардың құрамында шамамен 19% Si немесе 41% SiO₂ бар екендігін көрсетті.

Табиғатта кремний бос күйінде кездеспейді, ол 800 астам құрамында кремний бар минералдардың құрамына енеді. Негізінен литосфераның 87% құрайтын және базальтты, гранитті және шөгінді жыныстардан тұратын кремнийдің тотықтары мен силикаттары көп кездеседі.

Биосферада – топырақтағы кремнийдің үлесі 85-87% жетеді. Гидросферада кремний суда еріген кремний қышқылы түрінде кездеседі. SiO₂ табиғи сулардағы концентрациясы 5-10^-3кг/м³ құрайды.

Атмосферада кремний тау жыныстарының шаңы түрінде аздаған мөлшерде кездеседі.

Кремний жер қыртысындағы зат айналуға қатысатын, табиғаттың циклдік элементтеріне жатады. Кремнийдің биохимиялық циклі тау жыныстарының бұзылуынан, силикаттардың ыдырау мен кремнеземнің босап шығуынан тұрады. Соңғысын төменгі сатыдағы өсімдіктер (балдырлар, саңырауқұлақтар) жақсы қорытады және ол белгігілі бір түр өзгертулерден соң, табиғатқа екінші реттік минералдар түрінде қайтады, оның ішіндегі аморфты кремнеземді жоғары сатыдағы өсімдіктер жақсы қорытады. Осылайша кремний зат айналуының жаңа циклі басталады. Тірі организмдердің жоғары температураларда тіршілік етуі үшін, көміртегі мен кремнийдің қатар болуы қажет деп болжам жасауға болады. Бұның дәлелі ретінде тропикалық өсімдіктер мен ыстық бұлақтарда тіршілік ететін бактриялардағы кремний үлесінің жоғары екендігін атап өтуге болады.

Жануарлар мен адам ағзасында кремний барлық ұлпалар мен мүшелерде кездеседі және тіршілік процестерінде өте белсенді қызмет атқарады. Кремний қосылыстары эпителий және байланыстырғыш ұлпаларға беріктік, серпімділік және өткізбеушілік қасиет береді. Кремний сонымен бірге сүйек ұлпасының қалыптасуына ықпал етеді.