Тақырып бойынша бақылау сұрақтары



1. Металл – ерітінді шекарасында қос электрлік қабаттың пайда болуын түсіндіріп, схемасын сызыңыз. Қос электрлік қабаттың пайда болуында еріткіш молекулаларының ролі қандай?

2. Сутектік электродтың құрылысын түсіндіріңіз. Электродтың қолдануы.

2. Каломельді электродтың құрылысын түсіндіріңіз. Электродтың қолдануы.

3. Хингидронды электродтың құрылысын түсіндіріңіз. Электродтың қолдануы.

4. Қалыпты тотығу-тотықсыздану редокс потенциал дегеніміз не? Редокс-потенциалдың шамасы қандай факторларға тәуелді?

5. Ерітіндінің қышқылдығын анықтау үшін қандай индикаторлық электродтарды қолдануға болады? Электрометрлік әдіспен рН шамасын анықтау үшін қандай гальваникалық тізбектерді қолдануға болады?

Дәріс № 8

Беттік құбылыстар. Сорбция процестері

Беттік құбылыстар – шекаралық қабатта артық еркін энергияның (беттік энергияның) болуынан, беттік қабат молекулаларының белсенділігінің жоғарылығынан олардың құрылымы мен құрам ерекшеліктерінен туындайтын құбылыстар. Денелердің физикалық және химиялық әсерлері ең алдымен осы беттік қабатта өтеді. Негізгі беттік құбылыстар бет ауданына пропорционал беттік энергияның кемуіне байланысты болып келеді. Әртүрлі беттер әртүрлі беттік энергияға ие болады, сондықтан оларды өзара салыстыру үшін меншікті беттік энергия шамасы қолданады:

(мұндағы F – беттің жалпы энергиясын сипаттайтын изохоро-изотермиялық потенциал, S – беттің ауданы,  – 1м² ауданға сәйкес келетін меншікті беттік энергия). Термодинамиканың 2-і заңына сәйкес өздігіне процестер өтеді, егер F<0. Сонда гетерогенді жүйелерде F потенциалды меншікті беттік энергияны () төмендету арқылы азайтуға болады, ал беттік аудан тұрақты шама болғандықтан, ол өздігінен өзгере алмайды.

Сұйықтық тамшыларының немесе газ көпіршіктерінің, т.б. тепе-тең пішіндерінің түзілуі тұрақты көлемдегі еркін энергияның минимум шамасымен анықталады. Молекулалық күштер (беттік керілу және жұғу) мен сыртқы күштердің (ауырлық күшінің) біріге әсер етуінен пайда болатын және сұйықтықтың бөліну бетін қисайтатын беттік құбылыстарды капиллярлық құбылыстар дейді. Оларға:

1. кеуекті денелерге сұйықтардың капилярлық сіңірлуі,

2. капилярлық конденсация, тамшының тепе-теңдік пішінің орнатуы,

3. газ көпіршіктердің орнатуы,

4. менисктердің орнатуы.

Қатты денелерде беттік құбылыстар ең алдымен олардың сыртқы бетінде байқалады. Мұндай құбылыстарға тістесу (когезия), жабысу (адгезия), жұғу және үйкеліс жатады. Беттік құбылыстар дененің ішкі беттерінде де болады. Олар кристалдық тор ақауынан туындайды. Қатты денені кез келген пішінде бұзу да беттік құбылыстарға жатады. Өйткені бұл кезде денеде жаңа бөліну беттері түзіледі. Беттік құбылыстардың едәуір тобын беттік қабаттың химиялық құрамын өзгертетін адсорбция құбылыстары құрайды. Беттік қабаттардағы жылулық қозғалыстың ерекшелігі салдарынан беттерден жарықтың молекулалық шашырау құбылысы болады.

Беттік құбылыстардың басқа бір тобына термоэлектрондық эмиссия құбылысы, фазалардың бөліну бетінде потенциал секірмесінің пайда болуы және қос электр қабатының түзілуі жатады. Бұл құбылыстар иондар мен дипольді молекулалардың адсорбтануына байланысты. Жылу алмасу және масса алмасу процестерінің (еру, булану, қоюлану, кристалдану, коррозия, т.б.) жылдамдығы бөліну бетінің шамасы мен қасиетіне байланысты анықталады. Сондықтан ол осы беттегі молекулалардың табиғатына және сол беттің құрылысына ерекше тәуелді болады. Адсорбция қабаты фазааралық алмасу процестерін тежеп, елеулі өзгерістер енгізе алады. Беттік құбылыстар берілген ортадағы материалдар мен құралымдардың ұзақ уақытқа төзімділігін анықтайды. Бөліну бетінде бір молекулалы қабат түзетін адсорбтаушы заттардың аз мөлшерінің өзі материалдардың көптеген қасиетін өзгертуге мүмкіндік береді. Бір молекулалы беттік қабаттарды зерттеп білу молекулаларды зерттеудің және олардың мөлшерін анықтаудың жаңа тәсілін береді. Беттік құбылыстар тау-кен жыныстарын желдету және топырақ түзілу, ылғалдың булану және қоюлану процестерін, сондай-ақ, тірі организмдерде өтетін көптеген процестерді түсіндіруге көмектеседі. Бірсыпыра технологиялық процестер (майлау, жұғу, т.б.) беттік құбылыстарын пайдалануға негізделген.

Жұғу – сұйықтықтың қатты денемен немесе басқа сұйықтықпен жанасуы кезінде пайда болатын беттік құбылыс. Жұғудың әсерінен қылтүтікте (капилляр түтікте) менискі (дөңес не ойыс бет) түзіледі. Қатты дене бетіндегі тамшының немесе сұйықтыққа батырылған дене бетіндегі газ көпіршігінің пішіні жұғу процесіне тәуелді. Жұғу құбылысы, көбінесе, үш фазаның жанасу аймағындағы молекулааралық өзара әсерлесу нәтижесі деп қарастырылады.

Әркім-ақ жапырақ бетіне, парафин жағылған қағаз бетіне тамған су тамшысы шар пішінін алатынын, ал таза әйнек бетіне жұқа қабат жасай жайылып кететінін біледі. Ағаш бетіне тамызған қорғасынның балқытылған тамшысы шар пішінін алады, ал су тамшысы таза мыс пластина бетіне шыны бетіндегі тәрізді жайылып кетеді. Серіппеге жалпақтау шыны пластинқаны ілейік. Серіппе, әрине, ауырлық күшінің әрекетінен ұзарады. Шыныны суы бар ыдыс бетіне түсіріп, одан кейін оны қайтадан баяу жоғары көтерейік. Шыны судан бірден ажырап кетпейді, суға жабысып қалғандай болады. Серіппе болса, бұрынғыдан да көбірек созылады. Серіппенің созылу шамасы бойынша шыныны су бетінде ұстап тұрған молекулалардың арасындағы тартылыс күші туралы айтуымызға болады. Серіппенің серпімділік күші молекулалардың тартылыс күшінен басым болған кезде, әйнек су бетінен ажырайды. Шыны астындағы су қабатына екі күш әрекет етеді: F₁ – шыны бөлшектері тарапынан жоғары қарай бағытталған күш, F₂ – судың төменгі қабаттарындағы молекулалары тарапынан төмен қарай бағытталған күш. Шыныны жоғары көтергенімізде, судың осы жоғары қабаты төменгі қабатынан ажырайды да, су пластинаға жұғып, онымен ілесе жоғары көтеріледі. Бұл беттік қабаттағы су молекулаларының әйнекке тартылысы су молекулаларының бір-біріне тартылысынан басым екенін көрсетеді. Басқаша айтқанда, су шыныға жұғады. Осы тәжірибеде байқалған құбылыстар жұғу деп аталады. Тәжірибелер осындай шыныны сынап бетіне түсірген кезде оның бетінің сол таза калпында қалатынын көрсетеді. Бұдан сынаптың беттік қабатындағы молекулалардың төменгі қабат молекулаларына тартылысы олардың әйнекке тартылысынан күштірек екенін көрсетеді. Бұл жағдайда сынап шыныға жұқпайды дейді. Жұғатын сұйықты жұқпайтын сұйықтан оп-оңай ажыратуға болады. Ол үшін катты дене бетіне сұйықтың бір тамшысын тамызса жеткілікті. Сұйық қатты дене бетіне жұғатын болса, онда сұйық тамшысы оған жайылады, ал жұқпайтын сұйық жайылмайды.

Жұғу құбылысының өндірісте де, күнделікті өмірде де айтарлықтай маңызы бар. Сабындардың және синтетикалық ұнтақтардың жуғыштық касиеті де осы жұғу құбылысына негізделген. Ағаш, былғары, резеңке және т.б. материалдарды желімдеу жұғу құбылысын қолданудың мысалы бола алады. Суда жүзетін кұстардың (аққу, қаз, үйрек, т.б.) терілері мен қауырсындарына су жұқпайтын зат сіңген, сондықтан да ол құстарға су жұқпайды, ал басқа үй хайуанаттары туралы біз олай деп айта алмаймыз.