Гельмголц ҚЭҚ теориясын талқылаңыз

Бұл теория бойынша қос қабат бір жағы қатты дене бетінде екінші жағы қарама-қарсы зарядталған сұйықтыққа толатын жазық конденсатор есебіне қарастырылады. Әрине, ол екі жақтың арасын өте жақын деп есептейді. Бұндай қос қабаттың потенциалы жазық конденсатордың потенциалына тең, осы екі жақтың арасында өте күрт өзгеретін болады да, ал беттік зарядтың мәні (q) физикаданбелгілі мына формуламен анықталады:

Мұндағы: – ортаның диэлектрлік тұрақтылығы; – дисперстік фаза мен дисперсиялық ортаның потенциалдарының айырмасы; – конденсатордың екі жағының ара қашықтығы.

4.12-суреттегі штрихталғанбөлік дисперстік фазаны, ал штрихталмағанбөлік – дисперсиялық ортаны көрсетеді. Қос электрлік қабатты түзетін потенциал анықтағыш ион мен қарсы ион (+) және (-)пен белгіленген. Бұл суретте қос электрлік қабатта ғана емес оған қоса потенциалдың жалпы мәні, қатты фаза мен ерітінді арасындағы потенциалдың мәнін суреттегі қос электрлік қабаттың құрылысының сұлбасы электркинетикалық құбылыстардың көп ерекшеліктерін түсіндіре алмайды. Осы сұлбаның негізгі кемшіліктерін айта кеткен жөн. Гельмгольц-Перрен жасаған теория бойынша қос электрлік қабаттың қалыңдығы өте аз, молекуланың шамасындай ғана. Ал гидродинамикалық зерттеулердің нәтижесінде қос электрлік қабаттың қалыңдығы одан да көп болатын белгілі болды. Егер Гельмгольц-Перрен теориясы дұрыс болса, онда электркинетикалық құбылыстар болмау керек еді, ал олардың болатыны бізге мәлім. Егер, бұрындағыдай сырғу жазықтығы қос электрлік қабаттағы екі жақтың арасында болады деп есептесек те Гельмгольц - Перрен теориясының дұрыс емес екенін көруге болады. Шындығында да егер электросмос, электрфорез құбылыстарындағы электркинетикалық потенциалдың мәнін алып қарастырсақ, егер жоғарғы теория дұрыс болатын болса электркинетикалық потенциалдың мәні, потенциал анықтағыш ион мен жалпы қарсы ионның арасындағы потенциалдар айырмасына тең болуы керек. Ал көптеген тәжірибелер электркинетикалық потенциалдың жалпы потенциалдан кем екенін және оның көптеген факторларға байланысты екенін көрсетті.

 

 

30.Гуи Чемппен. Алайда иондардың орналасу тәртібі бұл айтылғандардан күрделірек. Потенциал анықтаған иондарға таңбасы қарама-қарсы иондардың (қарсы иондардың) біраз бөлігі жылулық қозғалыстың салдарынан қатты фазаның бетінің маңайында диффузиялық иондық атмосфера түзіледі. Нәтижесінде қарсы иондардың біраз бөлігін бетінен молекулалық өлшемнен артығырақ қашықтыққа қашықтайды. (10.13 б сурет) Қос электрлік қабаттың мұндай құрылысын (оның қалыңдығы 1- ден 10 мкм-ге дейін болады) Гуи ұсынған болатын. Бұл жере термодинамикалық потенциалдың өзгеруі де күрделі болады.

 

10.13-сурет. Қос электрлік қабаттың сұлбасы. a)Гельмгольц бойынша; б) Гуи бойынша; в) Штерн бойынша; Жоғарыда иондардың орналасуы; төменде потенциалдың азаюы; φ-термодинамикалық потенциал; ζ-электрокинетикалық потенциал

31. Штерн қос электрлік қабаттың басқа бір құрылысын ұсынды. Оның пікірінше қатты фаза бетінде иондар потенциал анықтайтын және қарсы иондар арасында тек электростатикалық күштер емес, сонымен қатар адсорбциялық күштер де болады, соның нәтижесінде қарсы ионның біраз бөлігі тығыз қабатта (Гельмгольц қабатында) орналасады да, қалған бөлігі диффузиялық қабатта болады, яғни оның ҚЭҚ-тың құрылысы Гельмгольц пен Гуи ұсынған құрылыстардың аралық жағдайы болады екен.

ҚЭҚ-тың қозғалмалы (диффузиялық) және қозғалмайтын (адсорбциялық) бөліктерінің арасындағы потенциалдар айырымы электрокинетикалық немесе ζ - потенциал (дзета потенциал) деп аталынады.

Жоғарыда айтылған электрокинетикалық құбылыстар осы ζ- потенциалымен сипатталады.

Егер барлық иондар бөлшекке тәуелсіз болса, онда кәдімгі иондардың тасымалдануы болар еді. Алайда коллоидық бөлшектер өзіне адсорбцияланған бөлшектермен бірге өзіне тығыз орналасқан қарсы иондардың біраз бөлігін қосып қозғалады. Ол иондар жағында қарастырылған қос электрлік қабаттың тығыз (Гельмгольц) қабатындағы иондарға сәйкес келеді.

Сол себепті электр өрісіндегі иондардың ығысуының шекарасы бөлшектердің бетінің шекарасына сәйкес келмейді, біразы ерітінді жаққа қарай ығысқан болады.

Коллоидтық бөлшектердің электр өрісіндегі қозғалу жылдамдығы оның потенциалына пропорционал болады. Егер коллоидтық бөлшек қарсы иондарсыз қозғалса, онда өлшенетін потенциал бөлшектің беті ерітінді арасындағы потенциалдардың айырымына, яғни электрохимияда анықталатын толық немесе термодинамикалық потенциалға φ сәйкес болар еді.

Алайда, іс жүзінде қарсы иондардың біраз бөлігі бөлшекпен бірігіп қозғалатындықтан, электр өрісінде қозғалу бойынша анықталатын потенциал (дзета- потенциал) ζ жалпы потенциалдың φ тек бір бөлігі болып табылады. ζ - потенциал электрокинетикалық құбылыстарды яғни түсіндіріп қоймайды, оның коллойдтық жүйенің тұрақтылығын түсіндіруде де маңыз зор.

Коагуляция ұғымына анықтама беріңіз. Коагуляция табалдырығын қалай анықтауға болады? Шульце-Гарди ережесі мен Дерягиннің алтыншы дәрежелі ережесінің қандай ұқсастығы бар?

Барлық электролиттер коагуляцияға ұшыратады. Электролиттердің лиофобтық коллоидтарға әсерін былайша тұжырымдауға болады:

1. Коагуляция электролиттің белгілі бір критикалық концентрациясында С_к байқалады, оны коагуляция табалдырығы деп атайды;

2. Коллоидтық бөлшектің зарядына қарама-қарсы зарядталған иондар, яғни қарсы иондар коагуляцияға ұшыратады;

3. Иондардың валенттілігі артқан сайын олардың коагуляциялық қабілеттілігі күшейеді;

4. Бірдей зарядталған иондардың коагуляциялық қабілеттілігі олардың өлшемдері артқан сайын күшейеді.

Коагуляция табалдырығы қарсы иондардың валенттілігіне қатаң тәуелділік-те болады. 1 л коллоидтық ерітіндіге есептегенде бір валентті электролиттер үшін коагуляция табалдырығы 25 пен 100 миллимольдер аралығында, ал еківаленттілерде 0,5 –2 миллимоль, үшваленттілерде 0,01-0,1 миллимоль аралықтарында жататыны табылған. Бұл заңдылық Шульце-Гарди ережесі ретінде белгілі, ол иондар мен олардың коагуляциялық қабілеттіліктерінің арасындағы тура пропорционалдықты көрсетпейді. Коагуляциялық күш валенттілікке қарағанда әлдеқайда күштірек артады. Шульце As₂S₃золь үшін бір, екі және үшваленттікатиондардың мынандай қатынастарын тапты: 1: 20: 350. Басқа зерттеушілер басқа қатынастар тапты. Бұл бір зольді бірнеше рет алғанда сипаттамалық қасиеттері бірдей болмауымен түсіндіріледі. Валенттілігі бірдей иондардың коагуляциялыққабілеттіліplктері бір-біріне жақын болуы тиіс, бірақ әртүрлі әсер етеді. Бір валентті иондар үшін мынандай лиотропты қатар жазуға болады:

Li⁺<Na⁺< K⁺< NH4⁺

Шульце-Гарди ережесіне сәйкес, электролиттердің әсері тек қана коагуляция табалдырығы үшін ғана анықталмаған, сонымен бірге қос электрлік қабат (ҚЭҚ) негізгі рольді атқаратын электрокинетикалық құбылыстар және жалпы барлық құбылыстар үшін де анықталған. Электролит концентрациясы мен қарсы ион валенттілігі артқан сайын, z- потенциал шамасы азаяды. Сондықтан, көптеген бұрынғы жұмыстарда коллоидтық жүйелердің тұрақтылығын z-потенциал шамасымен байланыстырып, коагуляция табалдырығына z - потенциалдың кейбір критикалықmіn мәнінен (z~30 мВ) төмен мән сәйкес келеді деп есептеді. Бұдан төмен мәнде коагуляция басталады. Бірақ, көптеген жағдайларда коагуляцияның басталуына сәйкес келетін z-потенциал мәні 30 мВ-тан өзгешелеу болды. Сонымен бірге, z-потенциал шамасының азаюы, барлық уақытта коагуляцияны туғызбайды, керісінше дисперстік жүйенің тұрақтылығын арттырады. Бұл z-потенциал мен тұрақтылық арасындағы қарапайым байланысқа күмән келтірді. Бірақ, тұрақтылыққа баға бергенде, соның ішінде дисперстік бөлшектер арасында әсер ететін электростатикалық тебілу күшін анықтағанда ҚЭҚ параметрлері негізгі рольді атқарады. Тебілу күші тұрақтылық шекарасын анықтамайды, оны тартылу күшімен бірге қарастыру қажет. Ландаумен бірге Дерягиннің дамытқан және жалпы құптауға ие болған тұрақтылықтың қазіргі заманғы теориясы, коагуляция процесін бөлшектер арасындағы ван-дер-ваальс тартылу күші мен электростатикалық тебілу күшінің біріге әсер ету нәтижесі ретінде қарастырады. Бұл күштердің балансына тәуелді, жақын бөлшектердің арасындағы сұйықтықтың жұқа қабатшасында олардың бірігуіне қарсы не оң, не қабатша жұқарып, бөлшектер арасындағы жанасудың түзілуіне алып келетін теріс ²сыналық қысым² пайда болады.

С_к - коагуляция табалдырығының мәнін мына формула бойынша есептейді:

,

мұндағы С_эл - енгізілген электролит концентрациясы, моль/л; V - золь көлемі, мл. Коагуляция табалдырығының шамасы бойынша, C_К= const/z⁶ мәнділік ережесі мен V^І_к:V^ІІ_к:V^ІІІ_к =1:64:729 қатынасының байқалатындығын тексеру қажет.