36. Ультрамикроскопия, турбидиметрия. Олардың коллоидтық жүйелерде не үшін қолданылатынын түсіндіріңіздер.

1903 жылы Р.Зигмонти мен Г. Зидентопф коллоидтық бөлшектерді зерттейтін- ультрамикроскоп деген құрал жасады.

Ультрамикроскоптың жай микроскоптан айырмашылығы егер кәдімгі микроскопта біз коллоидтық жүйеден өтетін жарықты көретін болсақ, ал ультрамикроскопта коллоидтық жүйеден шашыраған жарықты көреміз. Сондықтан да жай микроскопта бөлшектер жарықты жұтатын болғандықтан, қараңғы болып көрінеді де, ал ультрамикроскопта шашырататын болғандықтан, қараңғыда бөлшектер жарқылдаған нүктелер тәрізді көрінеді.

Ультрамиркоскоппен байқағанда мынадай жағдайларды сақтау керек:

1. Бөлшектер арасы қашық болу үшін, қарастырып отырған кірнеміз сұйытылған болу керек. Олай болмаған жағдайда бөлшектер бір-бірімен қоылып байқай алмаймыз.

2. Бөлшектер өте кіші немесе өте үлкен болмау керек.

3. Дисперстік фазаның сыну көрсеткіші дисперсиялық ортаның сыну көрсеткішінен әлдеқайда жоғары болу керек, олай болмаса жарықтың шашырауы аз болады да, бөлшектер жөнді байқалмайды.

Ультрамикроскоптар арқылы металдық кірнелердің шамасы 0,002-0,005 мк дейінгі бөлшектерді байқай аламыз.

Ультрамикроскоптың орнына қазіргі кезде коллоидтық жүйелерді зерттеу үшін қараңғы өрістің конденсоры деп аталатын құралдар қолданылып жүр.

Бұлар- жоғарғы жағы кесілген, бүйірі күмістелген беттен тұратын линзалар.

Ультрамикроскоп, иә қараңғы өрістің конденсоры арқылы бөлшектердің шамасын тікелей емес жанама жолымен анықтайды. Зерттеп отырған кірненің бір кішкене тікбұрышты паралеллипипед тәрізді көлемін бөліп алып, ондағы коллоидтық бөлшектердің санын есептейді.

Егер параллепипедтің биіктігін h, ал параллелепипедтің негізі болатын квадраттың жағын lдеп белгілесек, онда бөлшектерді санап отырған көлеміміз мынаған тең: V=h∙l²

Егер бөлшектер шар тәрізді болса, оның радиусы:

, егер куб тәрізді болса

Егер қараңғы өрісте бөлшектер жылтылдап тұрса, онда оларды анизодиаметрлік бөлшектер деп атайды.

Егер бөлшектер жылтылдамай тұрса жай ғана жарықтанса, олардың пішіні изодиаметрлік болады.

Жарық қарқындылығының әлсіреуі зерттелетін жүйенің қалыңдығы арқылы өтетін жарық қарқындылыңына пропорционал:

Теңдеуді интегралдау арқылы келесі теңдеу аламыз:

Мұндағы: - жүйе арқылы өткен жарық қарқындылығы.

Лайлық метрдің минус бірінші дәрежесінде сипатталатындықтан оны ұзындыққа кері шама ретінде қарастыруға болады.

Турбидиметрлік әдістің артықшылығы өлшеу әдісінің қарапайымдылығында. Турбидиметр ретінде зерттеудің әртүрлі әдістерінде қолданылатын боялған молекулалық ерітінділердің оптикалық тығыздығын өлшеуге арналған фотоэлектрколориметрді қолдануға болады.

Турбидиметрлік әдістің дәлдігі үлкен емес. Себебі, ол түскен жарықпен шағылған жарық арасындағы үлкен өзгерісті анықтайды. Әдістің қолданылуы кірнелердің лайлылығына байланысты болады және кірне түссіз болғанда ғана қолданылады.

37.Опалесценция және флуоресценцияның ұсастығы мен айырмашылығын көрсетіңіз.

Опалесценция деп коллоидтық жүйелердің жарықты шашырау туынайтады. Сырт жағынан опалесценцияға ұқсас флуоресценция деген құбылыс бар. Флуоресценция кейбір шын ерітінділерде,мысалы, флуоресцейн, эозин ерітінділерінде байқалады.

Сырт жағынан ұқсас деп отырғанымыз, опалесценцияда да, флуоресценцияда да Фарадей-Тиндаль конусын байқауға болады. Алайда, бұл құбылыстардың табиғаты әрқалай. Флуоресценция-кейбір заттардың жарық толқындарын таңдамалы түрде (іріктеп) жұтуына байланысты болатын ішкі молекулалық құбылыс. Жарық затпен жұтылады да, басқа жиілікпен тербелетін болғандықтан трансформацияланады. Флуореценция беретін заттардан шыққан кезде сәуленің толқын ұзындығы әрқашанда түскен сәуленің толқын ұзындығынан ұзын болады.

Мысалы, ақжарық фотонын hy десек, оның бірнеше спектрлердің жиынтығы екенін ескеріп, мынадай өрнек жазуға болады:hν= hν₁ + hν₂ + hν₃ + ….. (2)

Бұл теңдеуден: ν= ν₁ + ν₂ + ν₃ + .... (3)

болатыны көрініп тұр.

Ендеше: ; ;

(6.4) жәнес.с. Жарықтың толқын ұзындығы (λ) мен жиелігі ( ) бір-біріне кері пропорционал болғандықтан

(ν= ) (4)

(4) теңсіздіктерін төмендегідей етіп жазуға болады:

λ <λ₁; λ<λ₂; λ<λ₃жәнес.с. (5)

Флуоресценция құбылысы кезінде зат жарық толқын ұзындығын таңдамалы жұтатындықтан, жарық түскен сәулеге қарағанда басқа, атап айтқанда жиілігі аз, сәулемен шығады. Ендеше түскен сәулеге қарағанда әрқашанда шыққан сәуленің толқын ұзындығы көбірек болады.

Егер опалесценцияны, кез-келген ұзындықтағы жарық сәулесі беретін болса, флуоресценцияны флорестейтін затта тән белгілі бір толқын ұзындығындағы жарық сәулесі береді. Осыған байланысты опалесценцияны флуоресценциядан жарық жолына жарық сүзгілерін қою арқылы ажыратуға болады. Көбінде флуоресценцияны толқын ұзындығы кіші болатын сәуленің спектрлері беретін болғандықтан, егер сәуле жолына қызыл жарық фильтрін (жарық сүзгіш) қойсақ, онда флуоресценция болмауға тиіс, ендеше жарқылдайтын конусты көреалмаймыз. Керісіншеопалесценцияда Фарадей-Тиндаль эффектісін байқауға болады.

38.Фазааралық шекараның күштік өрісі. Беттік керілудің осы өріспен қандай байланысы бар? Беттік қабатта термодинамикалық функциялардың шоғырлануын түсіндіріңіздер. Антонов ережесі қандай жүйелерде қолданылады?

Сұйықтықтардағы беттік керілуін қарастырайық. Егер сұйықтықтың молекуласы сол сұйықтықтың көлем ішінде болса, онда оған жан-жағындағы молекулардың бірдей әрекеттесуінің әсерінен шешуші күш 0-ге тең болады. /1.1а-сурет/.

1. - сурет. Молекулалық күштер

Ал, молекула бөліну бетінен өзінің әсер ететін радиусының мөлшерінен аз қашықтықта болса, онда молекулаға жан-жақтан әсер ететін күш әртүрлі болады, сондықтан олар толық теңелмейді де, стрелкамен көрсеткендей шешуші күш пайда болады./1.1әсурет/. Бұл күшті ішкі немесе молекулалық күш деп атайды, кейде молекулалық қысым деп атайды.Бөлу бетінің 1 өлшем ұзындығына әсер етіп, сұйықтықтың беттік ауданын азайтатын күшті – беттік керілу күші немесе жай беттік керілу деп атайды. Өлшем бірлігі дин /см, ал СИ жүйесінде Н/м болады. Бұл күш әрқашанда бетке перпендикуляр бағытта болады. Егер, молекуланы көлем ішінен бетке шығаратын болсақ, онда бетті көбейту үшін ішкі қысымды жеңетіндей жұмыс істеу керек. Ыдыс ішінде белгілі бір S беттік ауданы бар сұйықтықты қарастырсақ. /2асурет/.

2. - сурет. Беттік керілу

Ыдысты қисайту арқылы сол сұйықтықтың бетін арттыруға болады. Меншікті еркін энергияның өлшем бірлігі - эрг/см², СИ жүйесі бойынша дин/м². Эрг/см²=дин/см тең екенін ескерсек, меншікті еркін энергия - беттік керілу болып табылады. Беттік керілу σ әрпімен белгіленеді.

Ендеше: (1)

Сонымен, беттік энергияның қарқындылық факторы беттік керілу болып табылады (F=S*σ).

Термодинамикалық функциялардың беттік

қабаттағы шоғырлануы.

Термодинамиканың заңдарына сәйкес конденсирленген жүйелер үшін беттің ішкі энергиясының артық мөлшерін бірлік бетке жазатын болсақ:

U_s=G_s+TS_s. (6)

Мұндағы U_s, G_s, және S_s- бірлік бетке сәйкес келетін ішкі энергия, Гиббс энергиясы және энтропия, Т- абсолюттік температура. Термодинамиканың 2-заңына сәйкес.

q_s=TS_s, (7)

Мұндағы q_s-қайтымды үдерістердегі бірлік бетті жасау жылуы. Таза сұйық үшін = G_s екендігін еске алатын болсақ, жоғарыдығы теңдеуді қайта былай жаза аламыз:

U_s=+q_s. (8)

Жаңа бет жасау барысында әр уақытта жылу сіңіріледі, яғни q_s>0. Ішкі энергияны – беттің толық энергиясы деп атайды.Термодинамиканың 1- және 2- заңдарына сәйкес Гиббс энергиясының өзгерісін бірлік бетке арнап жазайық:

dG_s=-S_sdT+Vdp+dS+_idn_i+*dq (9)

S, p, n_i, және q тұрақты болғанда:

S_s=(G_s/T)_s,p,n,q (10)

Бұл теідеуді басқаша былай жазуға болады:

U_s=-T(G_s/T)_s,p,n,=-T(/T) (11)

Бұл теңдеу – Гиббс- Гельмгольц теңдеуі деп аталады.

Ол беттің толық энергиясының Гиббс энергиясымен, беттік керілумен және температурамен байланысын өрнектейді.

Екі сұйықтық арасындағы беттік керілу

беттік керілу шамасын Г.Н. Антонов ережесі бойынша табуға болады. Өзара шамалы еритін, бір-біріне қаныққан екі сұйықтықтың арасындағы беттік керілу сол сұйықтықтардың ауа арасындағы болатын беттік керілулерінің айырмына тең болады. Бұл ережені 1907 ж. Г.Н. Антонов көрсетті. Бұл ережені теңдеу түрінде жазсақ:

σ_АВ=σ_А-σ_В (15)

Мұндағы: σ_АВ – екі А жене В сұйықтықтардың арасындағы беттік керілу.

σ_А – А сұйықтығы мен ауының аралығындағы беттік керілу.

σ_В – В сұйықтығы мен ауаның аралығындағы беттік керілу.

Егер температура өссе σ азаяды, өйткені екі сұйықтықтың өзара еруі күшейеді. Екі сұйық өзара толық еритін температурада /дағдарыстық температурасы/ σ_АВ мәні 0-ге тең болады, σ_АВ мен температура өзара түзу сызықты байланыста болады.