§4 Коллоидты ерітінділер

1. Коллоидты жүйелер

Екі немесе одан да көп заттардың өзара бірелкі араласуы нәтижесінде түзілген, өн – бойында қасиеті бірдей жүйелі ерітінділер деп аталатындығы мәлім.

Жалпы, ерітінді деген ұғымның кең ауқымдылығы соншалықты, олардың қатты, сұйық және газ күйіндегі ерітінділер деп топтайды.

Ал, күнделікті тұрмыста жиі ұшырасатын түрлі тәтті сусындар, сироп-сірнелер, айран-сүт және оның өнімдері де ерітінділер тобына жататындығына онша назар аудара бермейміз. Бұл ерітінділер коллоидты жүйелер тобын құрайды да, соңғыларға бояу-сырлардың, мұржалардан шыққан түтіндердің, ауадағы тұман, шаң-тозаң, аспандағы бұлттардың да жата беретініне көңіл бөлмейміз.

Коллоидты ерітінділердің кәдімгі өзіміз қарастырып келген ерітінділерден басты айырмашылығы – ерітілген зат бөлшектерінің ірілі-ұсақтығымен өзгешелігінде.

Кәдімгі ерітінділерде еріген зат бөлшектері молекула-ион деңгейінде, яғни 10^-9м-ден кіші болады. Коллоидты ерітінділерде еріген зат бөлшегінің ірілі-ұсақтығы 10^-9-10^-6 м аралығына жатады. Ал, еріген зат бөлшектерінің ірілігі 10^-6-10^-4 м аралығында болса, мұнда й коллоидты жүйелер жүзінді, эмульсиялар деп аталады.

Эмульсиялар дегеніміз – еріген зат пен ерігіш екеуі де сұйық күйінде ұшырасатын жүйелер. Мысалы, сүт, кілегей. Мұндағы май бөлшектері сүт, кілегей бойында біркелкі таралып эмулься түзген.

Егер, коллоидты бөлшектер газ күйіндегі зат бойында (ауада) біркедкі таралса, онда оларды аэрозольдер деп атаймыз.

Ерітілген зат бөлшектері қатты болса, олардың шаң-тозаң немесе түтін, ал сұйық молекулаларынан тұрса, тұман дейді.

Тұрмыста жиі ұшырасатын кейбір шаң-тозаң, бұлттардың бөлшектерінің ірілі-ұсақтығын төменгі 7-кестеде келтірген:

7-кесте. Аэрозоль құрамындағы бөлшектердің ірілі-ұсақтығы

Аэрозоль	Бөлшек мөлшері, м	Аэрозоль	Бөлшек мөлшері, м
Тұман Ақша бұлттар Нөсер бұлттар	5·0-7 110-6-1·10-5 1·10-5-1·10-4	Темекі түтіні Отын түтіні	1·10-7-1·10-6 1·10-7-1·10-5

Жаратылыс дүниеліктерінде жиі ұшырасатын эмульсиялар жүзінді – суспензиялар, аэрозольдер, көбіктер бәріде микрогетерогенді жүйелер тобын құрайды.

Сонымен қатар, желімдер, шайырлар, сірнелер, сүзбелер, ірімшіктер ірі молдекулалы қосылыстар ерітіндісі, бояу-сырлар бәрі де коллоидты ерітінділерге жатады.

Біз, сұйық ерітінділермен еріткіштерді жүйелі түрде қарастырып келе жатқандықтан, қатты заттардың сұйық еріткіштерде коллоидты ерітінді түзуіне тоқталамыз.

Өзіміз ескерткендей еріген зат ірілі-ұсақтығы коллоидты жүйелерде басты көрсеткіш болып табылатындықтан «дисперстілік» ұғымымен танысалық.

4.2. Коллоидты бөлшектер дисперстілігі

Кез келген заттың майда-ірілігін, ұсақ-ұнтақтығын анықтайтын шама – оның дисперстілігі деп аталады.

Дисперстілікті – ұнтақталған бөлшектердің диаметрінің немесе көлденең қимасының ұзындығының кері шамасымен анықтайды, яғни

D = 1/a, [м^-1]

мұндағы: D – дисперстілік

а – бөлшек диаметрі немесе көлденең ұзындығы.

Қарастырылып отырған заттардың дисперстілігін жүйелі түрде сипаттау үшін, сол заттардың меншікті аудан беті деген шама кіргізіледі де, формуласы төмендегіше жазылады:

S_менш.= S₀/m немесе S_менш.= S₀/V

Жалпы жағдай үшін, меншікті аудан бетін табу формуласын төмендегідей түрде жазуға болады:

S_менш.= S₀/V = K · 1/a = K · D

Мұндағы К - бөлшек формасын ескеретін есептеу коэффициенті.

Көп жағдайларда заттың меншікті аудан бетін оның масса бірлігіне шағып есептейді:

S_менш.= S₀/т = S₀/V · ρ

Мұндағы: m - қарастырылып отырған зат массасы; V, р - сол массасы m - затының көлемі және тығыздығы.

Мысал. Азотты адсорбциялау арқылы анықталған силикагельдің меншікті аудан беті 4,1·10⁵ м²/кг. Аталған заттың тығыздығы 2,2 г/см³. Осы силикагельдің бөлшектерін шар тәріздес деп қабылдап, оның диаметрін анықтаңыз.Талдау. Есеп шартын ескере отырып, мьна формуланы пайдалану дұрыс нәтиже береді деп тұжырымдаймыз:

S_менш.= S₀/V · ρ

Бөлшектер шар тәріздес деп ескертілгендіктен, мына теңдіктер орынды:

S₀=4πr²; V=4/3πr³

Енді есеп берілгендерін жазып алып шығару оңай

.

Берілгені: Шешімі:

S _менш.= 4,1·10⁵ м²/кг S_менш.= S₀/V · ρ = 4πr²/(4/3πr³)=

ρ = 2,2 г/см³= 2.2 · 10³кг/м³ =3/r ·ρ = 6 / d·ρ.

d=6/ S_менш · ρ=6/(4,1·10⁵·2.2 · 10³)=

d=? 6/2.02·10⁸=6.65·10^-9м=6.65нм.

Сонымен, коллоидты ерітінділер бойындағы коллоидты бөлшектер кәдімгі ерітіндіде еріген бөлшектерге қарағанда ірілеу болып келеді. Мұны сипаттау үшін өзіміз жоғарыда талдаған дисперстілік үғымын пайдаланамыз.

Ұнтақталған нақты бір дисперстілікке ие бөлшектер – дисперсті фаза, ал олар біркелкі таралып коллоидты ерітінді түзілетін еріткіш - дисперсионды орта деп аталынады.

Демек, коллоидты ерітінділер – дисперсті фаза – ұнтақталған ерітілген бөлшектермен, осы бөлшектер біркелкі таралған еріткіш – дисперсионды ортадан тұрады және бұларды зольдер деп те атай береді.

Жалпы, дисперсті жүйелермен химияның арнаулы саласы – коллоидты химия айналысады.