Atrofimizdagi moddalarning aksariyati turli moddalarning aralashmalaridir, shuning uchun ularning xossalarini o'rganish kimyo, tibbiyot, oziq-ovqat sanoati va xalq xo'jaligining boshqa tarmoqlarini rivojlantirishda muhim rol o'ynaydi. Maqolada dispersiya darajasi nima va u tizimning xususiyatlariga qanday ta'sir qilishi masalalari muhokama qilinadi.
Dispers tizimlar nima?
Tarqoqlik darajasini muhokama qilishdan oldin, ushbu kontseptsiyani qaysi tizimlarga qo'llash mumkinligini aniqlab olish kerak.
Tasavvur qilaylik, bizda kimyoviy tarkibida bir-biridan farq qilishi mumkin bo'lgan ikki xil modda bor, masalan, osh tuzi va toza suv yoki agregat holatida, masalan, suyuq va qattiq holatda bir xil suv (muz) davlatlari. Endi siz bu ikki moddani olib, aralashtirishingiz va intensiv ravishda aralashtirishingiz kerak. Natija qanday bo'ladi? Bu kimyoviy reaksiya aralashtirish paytida sodir bo'lgan yoki yo'qligiga bog'liq. Tarqalgan tizimlar haqida gapirganda, ular qachon deb hisoblashadihosil bo'lishda hech qanday reaksiya sodir bo'lmaydi, ya'ni boshlang'ich moddalar o'z tuzilishini mikro darajada va o'ziga xos fizik xususiyatlarini, masalan, zichlik, rang, elektr o'tkazuvchanlik va boshqalarni saqlab qoladi.
Demak, dispers sistema mexanik aralashma bo’lib, buning natijasida ikki yoki undan ortiq moddalar bir-biri bilan aralashib ketadi. U shakllanganda “dispersion muhit” va “faza” tushunchalari qo`llaniladi. Birinchisi tizim ichida uzluksizlik xususiyatiga ega va qoida tariqasida unda katta nisbiy miqdorda topiladi. Ikkinchi (dispers faza) uzilish xususiyati bilan tavsiflanadi, ya'ni tizimda u kichik zarrachalar shaklida bo'lib, ularni muhitdan ajratib turuvchi sirt bilan chegaralanadi.
Bir jinsli va heterojen tizimlar
Tarqoq tizimning bu ikki komponenti fizik xossalari bilan farq qilishi aniq. Masalan, suvga qum tashlab, aralashtirsangiz, kimyoviy formulasi SiO2 bo'lgan suvda mavjud bo'lgan qum donalari farq qilmasligi aniq. suvda bo'lmaganida davlatdan har qanday tarzda. Bunday hollarda, heterojenlik haqida gapiradi. Boshqacha qilib aytganda, geterogen tizim bir necha (ikki yoki undan ortiq) fazalarning aralashmasidir. Ikkinchisi ma'lum xususiyatlar bilan tavsiflangan tizimning qandaydir cheklangan hajmi sifatida tushuniladi. Yuqoridagi misolda bizda ikkita faza bor: qum va suv.
Ammo, dispers faza zarralari har qanday muhitda eritilganda ularning o'lchamlari shunchalik kichik bo'lib qolishi mumkinki, ular o'zlarining individual xususiyatlarini ko'rsatishni to'xtatadilar. Bunday holda, kimdir gapiradibir hil yoki bir hil moddalar. Ular bir nechta komponentlarni o'z ichiga olgan bo'lsa-da, ularning barchasi tizimning butun hajmida bir fazani tashkil qiladi. Bir jinsli sistemaga NaCl ning suvdagi eritmasi misol bo`la oladi. U eriganida, H2O qutb molekulalari bilan oʻzaro taʼsiri tufayli NaCl kristali alohida kationlarga (Na+) va anionlarga (Cl) parchalanadi.-). Ular suv bilan bir hil aralashadi va bunday tizimda erigan modda va erituvchi o'rtasidagi interfeysni endi topish mumkin emas.
zarrachalar hajmi
Dispersiya darajasi qanday? Ushbu qiymatni batafsilroq ko'rib chiqish kerak. U nimani ifodalaydi? U dispers fazaning zarracha kattaligiga teskari proportsionaldir. Ko'rib chiqilayotgan barcha moddalarni tasniflashda aynan shu xususiyat yotadi.
Dispers tizimlarni o'rganishda talabalar ko'pincha ularning nomlarida chalkashib ketishadi, chunki ularning tasnifi ham agregatsiya holatiga asoslangan deb hisoblashadi. Bu haqiqat emas. Har xil agregat holatlarining aralashmalari haqiqatan ham turli nomlarga ega, masalan, emulsiyalar suv moddalari, aerozollar esa allaqachon gaz fazasi mavjudligini ko'rsatadi. Biroq, dispers tizimlarning xossalari, asosan, ularda erigan fazaning zarracha hajmiga bog'liq.
Umumiy qabul qilingan tasnif
Dispers tizimlarning disperslik darajasiga koʻra tasnifi quyida berilgan:
- Agar shartli zarracha oʻlchami 1 nm dan kichik boʻlsa, bunday tizimlar haqiqiy yoki haqiqiy yechimlar deb ataladi.
- Agar shartli zarracha oʻlchami 1 nm va orasida boʻlsa100 nm, keyin ko'rib chiqilayotgan modda kolloid eritma deb ataladi.
- Agar zarrachalar 100 nm dan katta boʻlsa, u holda biz suspenziya yoki suspenziya haqida gapiramiz.
Yuqoridagi tasnifga kelsak, ikkita fikrga aniqlik kiritamiz: birinchidan, berilgan raqamlar indikativdir, ya'ni zarracha o'lchami 3 nm bo'lgan tizim kolloid bo'lishi shart emas, u ham haqiqiy bo'lishi mumkin. yechim. Buni uning jismoniy xususiyatlarini o'rganish orqali aniqlash mumkin. Ikkinchidan, ro'yxatda "shartli o'lcham" iborasi ishlatilganligini sezishingiz mumkin. Buning sababi shundaki, tizimdagi zarrachalarning shakli butunlay o'zboshimchalik bilan bo'lishi mumkin va umumiy holatda murakkab geometriyaga ega. Shuning uchun ular oʻrtacha (shartli) kattaligi haqida gapirishadi.
Maqolaning keyingi qismida dispers tizimlarning qayd etilgan turlari haqida qisqacha ma'lumot beramiz.
Haqiqiy yechimlar
Yuqorida ta'kidlanganidek, zarrachalarning haqiqiy eritmalarda tarqalish darajasi shunchalik yuqori (ularning o'lchamlari juda kichik, < 1 nm), ular bilan erituvchi (o'rta) o'rtasida hech qanday interfeys mavjud emas, ya'ni mavjud. bir fazali bir hil sistemadir. Ma'lumotning to'liqligi uchun atomning o'lchami bir angstrom (0,1 nm) darajasida ekanligini eslaymiz. Oxirgi raqam haqiqiy eritmalardagi zarrachalar atom o'lchamiga ega ekanligini ko'rsatadi.
Haqiqiy eritmalarni kolloid va suspenziyalardan ajratib turuvchi asosiy xossalari quyidagilardir:
- Eritmaning holati oʻzboshimchalik bilan uzoq vaqt davomida oʻzgarmagan holda mavjud, yaʼni dispers faza choʻkmasi hosil boʻlmaydi.
- Eriganmoddani oddiy qog'oz orqali filtrlash orqali erituvchidan ajratib bo'lmaydi.
- Kimyoda dializ deb ataladigan g’ovak membranadan o’tish jarayoni natijasida modda ham ajralmaydi.
- Erigan moddani erituvchidan faqat uning agregatlanish holatini oʻzgartirish, masalan, bugʻlanish yoʻli bilan ajratish mumkin.
- Ideal eritmalar uchun elektroliz amalga oshirilishi mumkin, ya'ni tizimga potentsiallar farqi (ikki elektrod) qo'llanilsa, elektr tokini o'tkazish mumkin.
- Ular yorug'likni tarqatmaydi.
Haqiqiy eritmalarga misol sifatida turli tuzlarni suv bilan aralashtirish mumkin, masalan, NaCl (osh tuzi), NaHCO3 (pishirish soda), KNO 3(kaliy nitrat) va boshqalar.
Kolloid eritmalar
Bular haqiqiy yechimlar va suspenziyalar oʻrtasidagi oraliq tizimlar. Biroq, ular bir qator o'ziga xos xususiyatlarga ega. Keling, ularni sanab o'tamiz:
- Atrof-muhit sharoitlari o'zgarmasa, ular o'zboshimchalik bilan uzoq vaqt davomida mexanik jihatdan barqaror bo'ladi. Tizimni isitish yoki uning kislotaliligini (pH qiymatini) o'zgartirish kifoya, chunki kolloid koagulyatsiyalanadi (cho'kadi).
- Ular filtr qog'ozi yordamida ajratilmaydi, ammo dializ jarayoni dispers faza va muhitning ajralishiga olib keladi.
- Haqiqiy eritmalarda boʻlgani kabi ular ham elektrolizlanishi mumkin.
- Shaffof kolloid tizimlar uchun Tyndall effekti deb ataladigan xususiyat xarakterlidir: yorug'lik nurini ushbu tizim orqali o'tkazsangiz, uni ko'rishingiz mumkin. bilan bog'langanelektromagnit to'lqinlarning spektrning ko'rinadigan qismida barcha yo'nalishlarda tarqalishi.
- Boshqa moddalarni adsorbsiyalash qobiliyati.
Kolloid tizimlar sanab o'tilgan xossalari tufayli odamlar tomonidan turli faoliyat sohalarida (oziq-ovqat sanoati, kimyo) keng qo'llaniladi va tabiatda ham tez-tez uchraydi. Kolloidga sariyog ', mayonez misol bo'ladi. Tabiatda bu tumanlar, bulutlar.
Dispers tizimlarning oxirgi (uchinchi) klassi tavsifiga oʻtishdan oldin, keling, kolloidlar uchun atalgan ayrim xususiyatlarni batafsilroq tushuntirib beramiz.
Kolloid eritmalar nima?
Bu turdagi dispers tizimlar uchun muhitning turli agregat holatlarini va unda erigan fazani hisobga olgan holda tasniflash mumkin. Quyida tegishli jadval mavjud/
| Chorshanba/Bosqich | Gaz | Suyuqlik | Qattiq tana |
| gaz | barcha gazlar bir-birida cheksiz eriydi, shuning uchun ular doimo haqiqiy eritmalar hosil qiladi | aerozol (tuman, bulutlar) | aerozol (tutun) |
| suyuqlik | koʻpik (soqol olish, koʻpirtirilgan krem) | emulsiya (sut, mayonez, sous) | sol (akvarel) |
| qattiq tana | ko`pik (pomza, gazlangan shokolad) | gel (jelatin, pishloq) | sol (rubin kristalli, granit) |
Jadval kolloid moddalarning hamma joyda, ham kundalik hayotda, ham tabiatda mavjudligini ko'rsatadi. Shuni yodda tutingki, shunga o'xshash jadval suspenziyalar uchun ham berilishi mumkin, bu bilan farq borulardagi kolloidlar faqat dispers faza o'lchamida bo'ladi. Biroq, suspenziyalar mexanik jihatdan beqaror va shuning uchun kolloid tizimlarga qaraganda kamroq amaliy ahamiyatga ega.
Kolloidlarning mexanik barqarorligi sababi
Nima uchun mayonez muzlatgichda uzoq vaqt yotishi mumkin va undagi muallaq zarrachalar cho'kmaga tushmaydi? Nima uchun suvda erigan bo'yoq zarralari oxir-oqibat idish tubiga "tushimaydi"? Bu savollarga javob Braun harakati bo'ladi.
Bu turdagi harakatni 19-asrning birinchi yarmida ingliz botanigi Robert Braun mikroskop ostida kichik gulchang zarralari suvda qanday harakat qilishini kuzatgan. Fizik nuqtai nazardan, Broun harakati suyuqlik molekulalarining xaotik harakatining ko'rinishidir. Agar suyuqlikning harorati ko'tarilsa, uning intensivligi ortadi. Aynan shu harakat turi kolloid eritmalarning mayda zarralari suspenziyada bo'lishiga olib keladi.
Adsorbsiya xususiyati
Disperslik o'rtacha zarracha hajmining o'zaro nisbatidir. Kolloidlardagi bu o'lcham 1 nm dan 100 nm gacha bo'lgan oraliqda joylashganligi sababli ular juda rivojlangan sirtga ega, ya'ni S / m nisbati katta qiymat, bu erda S - ikki faza (dispersiya muhiti) orasidagi umumiy interfeys maydoni. va zarralar), m - eritmadagi zarrachalarning umumiy massasi.
Dispers faza zarralari yuzasida joylashgan atomlarda to'yinmagan kimyoviy bog'lar mavjud. Bu shuni anglatadiki, ular boshqalar bilan birikma hosil qilishi mumkinmolekulalar. Qoidaga ko'ra, bu birikmalar van der Waals kuchlari yoki vodorod aloqalari tufayli paydo bo'ladi. Ular kolloid zarrachalar yuzasida bir necha qatlamli molekulalarni ushlab turishga qodir.
Adsorbentning klassik namunasi faollashtirilgan ugleroddir. Bu kolloid bo'lib, dispersiya muhiti qattiq, fazasi esa gazdir. Uning oʻziga xos sirt maydoni 2500 m2/g.ga yetishi mumkin.
Noziklik darajasi va oʻziga xos sirt maydoni
S/m ni hisoblash oson ish emas. Gap shundaki, kolloid eritmadagi zarrachalar har xil o'lcham, shaklga ega va har bir zarrachaning yuzasi o'ziga xos relyefga ega. Shuning uchun bu muammoni hal qilishning nazariy usullari miqdoriy emas, balki sifatli natijalarga olib keladi. Shunga qaramay, dispersiya darajasidan o'ziga xos sirt maydoni formulasini berish foydalidir.
Agar sistemaning barcha zarralari sharsimon shaklga va bir xil oʻlchamga ega deb faraz qilsak, toʻgʻridan-toʻgʻri hisob-kitoblar natijasida quyidagi ifoda olinadi: Sud=6/(dr), bunda Sud - sirt maydoni (o'ziga xos), d - zarracha diametri, r - tarkibidagi moddaning zichligi. Formuladan ko'rinib turibdiki, eng kichik va eng og'ir zarralar ko'rib chiqilayotgan miqdorga eng ko'p hissa qo'shadi.
Sud ni aniqlashning eksperimental usuli - o'rganilayotgan modda tomonidan adsorbsiyalangan gaz hajmini hisoblash, shuningdek, g'ovak hajmini o'lchash (dispers faza) unda.
Muzlatib quritish valiofobik
Liofillik va liofoblik - bu xususiyatlar, aslida, dispers tizimlar tasnifi yuqorida keltirilgan shaklda mavjudligini belgilaydi. Ikkala tushuncha ham erituvchi va erigan moddaning molekulalari o'rtasidagi kuch bog'lanishini tavsiflaydi. Agar bu munosabatlar katta bo'lsa, ular liyofillik haqida gapirishadi. Demak, tuzlarning suvdagi barcha haqiqiy eritmalari liofildir, chunki ularning zarralari (ionlari) qutbli molekulalar H2O bilan elektr bog'langan. Agar bunday tizimlarni sariyog 'yoki mayonez deb hisoblasak, bular tipik hidrofobik kolloidlarning vakillaridir, chunki ulardagi yog' (lipid) molekulalari qutb molekulalarini qaytaradi H2O.
Shuni ta'kidlash kerakki, liofobik (agar erituvchi suv bo'lsa, gidrofobik) tizimlar termodinamik jihatdan beqarordir, bu ularni liyofillardan ajratib turadi.
Toʻxtatib turish xususiyatlari
Endi dispers tizimlarning oxirgi sinfini - suspenziyalarni ko'rib chiqing. Eslatib o'tamiz, ular tarkibidagi eng kichik zarracha 100 nm dan kattaroq yoki undan kattaroq bo'lishi bilan tavsiflanadi. Ular qanday xususiyatlarga ega? Tegishli ro'yxat quyida keltirilgan:
- Ular mexanik jihatdan beqaror, shuning uchun ular qisqa vaqt ichida choʻkma hosil qiladi.
- Ular bulutli va quyosh nuri tushmaydi.
- Fazani filtr qog'ozi yordamida muhitdan ajratish mumkin.
Tabiatdagi suspenziyalarga daryolardagi loyqa suv yoki vulqon kullari kiradi. Insonning suspenziyalardan foydalanishi sifatida bog'liqodatda dori bilan (dori eritmalari).
Koagulyatsiya
Dispersiya darajasi turlicha bo’lgan moddalar aralashmalari haqida nima deyish mumkin? Qisman, bu masala allaqachon maqolada yoritilgan, chunki har qanday dispers tizimda zarralar ma'lum chegaralar ichida joylashgan o'lchamga ega. Bu erda biz faqat bitta qiziq holatni ko'rib chiqamiz. Agar siz kolloid va haqiqiy elektrolit eritmasini aralashtirsangiz nima bo'ladi? Og'irlikdagi tizim buziladi va uning koagulyatsiyasi sodir bo'ladi. Buning sababi haqiqiy eritma ionlarining elektr maydonlarining kolloid zarrachalarning sirt zaryadiga ta'siridadir.
