39.Жұгу деп қандай құбылысты айтады? Жұғудың шеткі бұрыш

Жұғу дегеніміз сұйықтықтың қатты дененің бетімен әрекеттесуінде жүретін физика-химиялық құбылыс. Жұғуда негізгі роль атқаратын сұйықтық пен қатты дененің беттік қасиеттері. Осы қасиеттерге байланысты жұғу дәрежесінің айырмашылығы айтарлықтай болуы мүмкін.

Жұғудың негізгі ерекшелігі – бұл үрдіске табиғаты әртүрлі үш фазаның қатысуында. Біреуі - қатты дене, екіншісі - жұғатын сұйықтық және үшіншісі – ауа не газ. Техника мен табиғатта үшінші фаза ретінде жұғатын сұйықтықпен аралас-пайтын басқа сұйықтық та болатын жағдай жиі кездеседі. Мұндай жағдайды таңдамалы жұғу деп атайды. Таңдамалы жұғудың мысалы ретінде қатты дене бетімен полярлы және полярсыз сұйықтықтардың әрекеттесуін келтіруге болады. Жұғудың көрсеткіші – оның шеткі бұрышы (θ). Ол үш фазаның жанасу нүктесінен тамшының бетіне жүргізілген жанаманың бұрышымен анықталады (6-сурет). Тамшының беттегі шекара-сын үш фазалық периметр, жұғу сызығы немесе үш фазалық контакт сызығы деп атайды.

6-сурет. Қатты беттегі сұйықтық тамшысының шеткі бұрышы (θ)

Шеткі бұрышыты сұйық фазаға қарай, ал таңдамалы жұғу жағдайында полярлығы үлкен сұйыққа қарай өлшейді.θ шеткі бұрышы Юнг заңымен (1804) анықталады. Қатты дене/сұйық/газ үш фазалық жүйе үшін Юнг заңы келесі теңдеу-мен өрнектеледі:

. (7.9)

Бұл теңдеу жұғу сызығындағы термодинамикалық тепе-теңдік жағдайынан шығады. Теңдеудің оң жағына сұйықтық (σ_қс) пен газ (σ_қг) шекарасындағы қатты дененің беттік энер-гиялары мен сұйықтық пен газ арасындағы шекараның беттік керілуі (σ_сг) кіреді. Үшеуі де термодинамикалық параметр болғандықтан, белгілі температурада әр үш фазалық жүйе үшін тепе-теңдікті шеткі бұрыштың бір ғана шамасына ие болады.Сұйықтық/газ шекарасындағы беттік энергия 2πrσ_cгcosθdr шамасына ұлғаяды. Яғни термодинамикалық тепе-теңдіктің шарты келесі теңдеумен анықталады:

(σ_қг – σ_қc)2πrdr +2πrσ_cгcosθd = 0. Осы теңдеуден Юнг теңдеуі шығады. Юнг заңына сүйене отырып, қатты бет пен сұйықтық арасындағы әрекеттесулерді жіктеуге болады.

Жұқпау (θ>90°). Бұл жағдайда қатты дене мен газ шекарасындағы беттік керілуге (σ_қг) қарағанда қарағанда, қатты дене мен сұйықтықтың шекарасының меншікті беттік энергиясы (σ_қс) артық болады. Юнг заңынан жұқпаудың шарттары шығады:σ_қс > σ_қг, cosθ < 0, θ > 90º.

Сұйықтықтар жұқпайтын беттерді жалпы лиофобты беттер деп, ал су жұқпайтын беттерді гидрофобты беттер деп атайды.

Жұғу (Ө<90°). Бұл жағдайда қатты дененің газбен шекарасындағы беттік керілуге (σ_қг) қарағанда, қатты дене мен сұйықтық шекарасының меншікті беттік бос энергиясы (σ_қс) аз болады. Юнг заңы бойынша жұғуға сәйкес шарттар:σ_қс < σ_кг, соsθ > 0, θ < 90°.

Сұйықтықтар жұғатын беттерді лиофильді деп, ал су жұғатын беттерді гидрофильді беттер деп атайды.

Толық жұғу немесе жайылу (θ = 0). Бұл жағдай Юнг заңы бойынша, σ_кг > σ_қс + σ_сг , яғни (σ_қг - σ_кс / σ_сг > 1) шарты орындалғанда іске асады. Мұндай кезде тепе-теңдікті жұғу бұрышы рыш түзіле алмайды, тамшы бетке жайылып, жұқа қабыршық пайда болады. Мұндай қабыршықтардың қалыңдығы 1-10 нм-ді құрайды.

4 0-50.Беттік активті заттар олардың жіктелуі. БАЗ ерітінділерінде миуелла түзілуі

Беттік - активті заттар (БАЗ) дегеніміз бөліну шекарасында өздігінен адсорбцияланып, еріткіштің беттік керілуін азайтатын заттар. БАЗ - дар класына (сулы ерітінділер үшін) суда еритін органикалық қосылыстар жатады: қышқылдар мен олардың тұздары, спирттер, эфирлер, аминдер, аминқышқылдар, белоктар және т.б. Олар үшін концентрацияның артуымен беттік керілу кемиді, яғни dσ/dс <0, мұндай жағдайда Гиббс теңдеуіне сәйкес Г₂ > 0, адсорбция оң, яғни көлемдік фазаға қарағанда беттік қабаттағы заттың концентрациясы артық болады.

Әртүрлі беттік - активті заттардың тиімділігін бағалап, салыстыру үшін арнайы сандық сипаттама ретінде беттік активтілікті қолданады, Гиббстің құрметіне g деп белгілеп, келесі математикалық өрнекпен анықтайды:

Беттік - активті заттардың қатарларында беттік активтілік жоғары қарай артады. Сонымен қатар келесі заңдылық орындалады: беттік - активті заттың молекуласындағы көмірсутекті радикалдың бір - СН₂ - тобына ұзаруы гомологтың беттік активтілігінің 3-3,5 есе артуына әкеледі. Бұл заңдылық тәжірибелік жолмен ашылып, Дюкло - Траубе ережесі деп аталады.

Мицелла түзілу кезінде, БАЗ ерітінділерінің барлық қасиеттерінің өзгерісі жүреді, әсіресе агрегация молекулалар саны көп болған сайын күрт өзгереді. Нефелометрлік әдіспен, мицеллалардың түзілуі, оның гетерогенді болуынан, БАЗ ерітінділерімен жарық шашырауының күрт өсуіне алып келетіндігі дәлелденді. Мак-Бен, сабын ерітінділеріне осмотикалық коэффициенттің концентрациялық тәуелділігі, мына суреттегі қисықпен анықталатынын көрсетті.

1-сурет. (G) осмотикалық коэффициенттің, (C) сабын ерітіндісінің концентрациясына тәуелділігі.

Бұл қисық, мицеллалар түзбейтін әлсіз электролиттерге арналған монотонды қисыққа қарағанда үш бөліктен тұрады: кризистік аймаққа дейінгі, концентрациямен осмотикалық коэффициент күрт өзгеретін облыс және кризистік аймақтан кейінгі облыс, онда қисық концентрация осімен параллель жүреді. Бірінші бөлік қисығының сипаты, МТДК жауап беретін, сфералық мицеллалар түзілуінен пайда болатын осмостық активті ерітінділердің азаюына сәйкес келетін нүктеде өзгереді. Осы қисыққа сәйкес концентрациямен бірге БАЗ ерітіндісінің эквиваленттік электрөткізгіштігі өзгереді.

МТДК-ны анықтау үшін БАЗ-дың басқа да физика-химиялық қасиеттерінің өзгерісін пайдалануға болады. Мына суретте БАЗ-дың кейбір тәуелділігі көрсетілген. Одан МТДК аймағында осы айтылған кез-келген физика-химиялық қасиеттерінің күрт өзгеретінін байқауға болады және сол арқылы БАЗ-дың МТДК анықтауға болады.

БАЗ-дың кейбір физика-химиялық қасиеттерінің концентрацияға тәуелділігі. 1-осмостық қысым; 2-ылайлық; 3-солюбилизациялануы; 4-магниттік резонанс; 5-беттік керілу; 6-эквиваленттік электрөткізгіштік; 7-өзіндік диффузия.

Мицеллалар коллоидтық БАЗ-дың сулы ерітінділерінде ғана емес, сонымен қатар көмірсутектегі БАЗ ерітінділерінде де түзілуі мүмкін. Мицеллада БАЗ молекулалары мицелланың ішіне қарай полярлы топтармен орналасқан, ал көмірсутекті аяқтарымен еріткішке қарай бағытталған. Спиртте БАЗ молекулярлы ерітінділер береді. Бұл спирт полярлығы бойынша су мен көмірсутегінің арасында орналасқан, ол БАЗ молекулаларының полярлы да, және полярлы емес те бөліктерінің еріткіші болып табылады.