Ətrafımızdakı maddələrin çoxu müxtəlif maddələrin qarışığıdır, ona görə də onların xassələrinin öyrənilməsi kimya, tibb, qida sənayesi və iqtisadiyyatın digər sahələrinin inkişafında mühüm rol oynayır. Məqalədə dispersiya dərəcəsinin nə olduğu və sistemin xüsusiyyətlərinə necə təsir etdiyi ilə bağlı məsələlər müzakirə olunur.
Dispers sistemlər nədir?
Dağılma dərəcəsini müzakirə etməzdən əvvəl bu konsepsiyanın hansı sistemlərə tətbiq oluna biləcəyini aydınlaşdırmaq lazımdır.
Təsəvvür edək ki, kimyəvi tərkibinə görə bir-birindən fərqlənə bilən iki fərqli maddə var, məsələn, xörək duzu və təmiz su və ya aqreqasiya vəziyyətində, məsələn, maye və bərk halda eyni su (buz) bildirir. İndi bu iki maddəni götürüb qarışdırmaq və intensiv şəkildə qarışdırmaq lazımdır. Nəticə nə olacaq? Bu, kimyəvi reaksiyanın qarışdırma zamanı baş verib-verməməsindən asılıdır. Dağınıq sistemlərdən danışarkən belə hesab edilir ki, onlarformalaşmada heç bir reaksiya baş vermir, yəni ilkin maddələr mikro səviyyədə öz strukturunu və sıxlıq, rəng, elektrik keçiriciliyi və s. kimi özünəməxsus fiziki xüsusiyyətlərini saxlayır.
Beləliklə, dispers sistem mexaniki qarışıqdır ki, bunun nəticəsində iki və ya daha çox maddə bir-birinə qarışır. O formalaşdıqda “dispersiya mühiti” və “faza” anlayışlarından istifadə olunur. Birincisi sistem daxilində davamlılıq xassəsinə malikdir və bir qayda olaraq, onda böyük nisbi miqdarda rast gəlinir. İkinci (dispers faza) kəsilmə xüsusiyyəti ilə xarakterizə olunur, yəni sistemdə onları mühitdən ayıran səthlə məhdudlaşan kiçik hissəciklər şəklindədir.
Homojen və heterojen sistemlər
Aydındır ki, dispers sistemin bu iki komponenti fiziki xassələrinə görə fərqlənəcək. Məsələn, suya qum atıb qarışdırsanız, suyun tərkibində olan, kimyəvi formulu SiO2 olan qum dənələrinin bir-birindən fərqlənməyəcəyi aydındır. suda olmadıqları zaman dövlətdən heç bir şəkildə. Belə hallarda heterojenlikdən danışılır. Başqa sözlə, heterojen sistem bir neçə (iki və ya daha çox) fazanın qarışığıdır. Sonuncu sistemin müəyyən xüsusiyyətləri ilə xarakterizə olunan bəzi sonlu həcmi kimi başa düşülür. Yuxarıdakı nümunədə iki mərhələmiz var: qum və su.
Lakin dispers fazanın zərrəciklərinin ölçüsü istənilən mühitdə həll olunduqda o qədər kiçik ola bilər ki, onlar öz fərdi xassələrini göstərməyi dayandırırlar. Bu vəziyyətdə biri danışırhomojen və ya homojen maddələr. Onların tərkibində bir neçə komponent olsa da, hamısı sistemin bütün həcmi boyunca bir faza təşkil edir. Homojen sistemə misal olaraq NaCl-in suda məhlulunu göstərmək olar. O, həll edildikdə, H2O qütb molekulları ilə qarşılıqlı təsir nəticəsində NaCl kristalı ayrı-ayrı kationlara (Na+) və anionlara (Cl) parçalanır.-). Onlar su ilə homojen şəkildə qarışdırılır və belə bir sistemdə məhlul ilə həlledici arasında interfeys tapmaq artıq mümkün deyil.
hissəcik ölçüsü
Dağılma dərəcəsi nədir? Bu dəyəri daha ətraflı nəzərdən keçirmək lazımdır. O, nəyi təmsil edir? Dispers fazanın hissəcik ölçüsünə tərs mütənasibdir. Baxılan bütün maddələrin təsnifatının əsasını məhz bu xüsusiyyət təşkil edir.
Dispers sistemləri öyrənərkən tələbələr tez-tez adlarında çaş-baş qalırlar, çünki onların təsnifatının həm də aqreqasiya vəziyyətinə əsaslandığına inanırlar. Bu doğru deyil. Müxtəlif birləşmə vəziyyətlərinin qarışıqlarının həqiqətən fərqli adları var, məsələn, emulsiyalar su maddələridir və aerozollar artıq qaz fazasının mövcudluğunu göstərir. Bununla belə, dispers sistemlərin xassələri əsasən onlarda həll olunan fazanın hissəcik ölçüsündən asılıdır.
Ümumi qəbul edilmiş təsnifat
Dağılma dərəcəsinə görə dispers sistemlərin təsnifatı aşağıda verilmişdir:
- Şərti hissəcik ölçüsü 1 nm-dən azdırsa, belə sistemlər real və ya həqiqi həllər adlanır.
- Şərti hissəcik ölçüsü 1 nm ilə arasındadırsa100 nm, onda sözügedən maddə kolloid məhlul adlanacaq.
- Əgər hissəciklər 100 nm-dən böyükdürsə, o zaman süspansiyonlardan və ya süspansiyonlardan söhbət gedir.
Yuxarıdakı təsnifatla bağlı iki məqama aydınlıq gətirək: birincisi, verilmiş rəqəmlər göstəricidir, yəni hissəcik ölçüsü 3 nm olan sistem mütləq kolloid deyil, o, həm də doğru ola bilər. həll. Bunu onun fiziki xüsusiyyətlərini öyrənməklə müəyyən etmək olar. İkincisi, siyahıda "şərti ölçü" ifadəsini istifadə etdiyini görə bilərsiniz. Bu, sistemdəki hissəciklərin formasının tamamilə ixtiyari ola bilməsi və ümumi halda mürəkkəb bir həndəsə malik olması ilə bağlıdır. Buna görə də, onların bəzi orta (şərti) ölçüsündən danışırlar.
Məqalənin sonrakı hissəsində qeyd olunan dispers sistem növlərinin qısa təsvirini verəcəyik.
Əsl həllər
Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, real məhlullarda hissəciklərin dispersiya dərəcəsi o qədər yüksəkdir (ölçüləri çox kiçikdir, < 1 nm) ki, onlarla həlledici (orta) arasında heç bir interfeys yoxdur, yəni orada birfazalı homojen sistemdir. Məlumatın dolğunluğu üçün bir atomun ölçüsünün bir anqstrom (0,1 nm) səviyyəsində olduğunu xatırlayırıq. Son rəqəm real məhlullardakı hissəciklərin atom ölçüsünə malik olduğunu göstərir.
Həqiqi məhlulları kolloidlərdən və süspansiyonlardan fərqləndirən əsas xassələri bunlardır:
- Məhsulun vəziyyəti ixtiyari olaraq uzun müddət dəyişməz olaraq qalır, yəni dispers fazanın çöküntüsü əmələ gəlmir.
- Həll edilibmaddə adi kağızdan süzülərək həlledicidən ayrıla bilməz.
- Kimyada dializ adlanan məsaməli membrandan keçmə prosesi nəticəsində maddə də ayrılmır.
- Məhsulu həlledicidən yalnız sonuncunun aqreqasiya vəziyyətini dəyişdirməklə, məsələn, buxarlanma yolu ilə ayırmaq mümkündür.
- İdeal həllər üçün elektroliz həyata keçirilə bilər, yəni sistemə potensial fərq (iki elektrod) tətbiq edilərsə, elektrik cərəyanı keçə bilər.
- İşığı səpmirlər.
Əsl məhlullara misal olaraq müxtəlif duzların su ilə qarışdırılmasını göstərmək olar, məsələn, NaCl (xörək duzu), NaHCO3 (çörək soda), KNO 3(kalium nitrat) və başqaları.
Kolloid məhlulları
Bunlar real həllər və süspansiyonlar arasında ara sistemlərdir. Bununla belə, onlar bir sıra unikal xüsusiyyətlərə malikdirlər. Gəlin onları sadalayaq:
- Ətraf mühit şəraiti dəyişməzsə, onlar özbaşına uzun müddət mexaniki cəhətdən sabitdirlər. Sistemi qızdırmaq və ya onun turşuluğunu (pH dəyərini) dəyişdirmək kifayətdir, çünki kolloid laxtalanır (çökür).
- Onlar filtr kağızı ilə ayrılmır, lakin dializ prosesi dispers faza ilə mühitin ayrılmasına gətirib çıxarır.
- Əsl məhlullarda olduğu kimi, onlar da elektroliz edilə bilər.
- Şəffaf kolloid sistemlər üçün sözdə Tyndall effekti xarakterikdir: bu sistemdən işıq şüası keçdikdə siz onu görə bilərsiniz. ilə bağlıdırspektrin görünən hissəsində bütün istiqamətlərdə elektromaqnit dalğalarının səpilməsi.
- Digər maddələri adsorbsiya etmək qabiliyyəti.
Kolloid sistemlər sadalanan xassələrinə görə insanlar tərəfindən müxtəlif fəaliyyət sahələrində (yeyinti sənayesi, kimya) geniş istifadə olunur və təbiətdə də tez-tez rast gəlinir. Kolloid nümunəsi kərə yağı, mayonezdir. Təbiətdə bunlar duman, buluddur.
Sonuncu (üçüncü) sinif dispers sistemlərinin təsvirinə keçməzdən əvvəl gəlin kolloidlər üçün qeyd olunan bəzi xassələri daha ətraflı izah edək.
Kolloid məhlullar hansılardır?
Bu tip dispers sistemlər üçün mühitin müxtəlif məcmu vəziyyətləri və onda həll olunan faza nəzərə alınmaqla təsnifat verilə bilər. Aşağıda müvafiq cədvəl var/
| Çərşənbə/Mərhələ | Qaz | Maye | Sərt gövdə |
| qaz | bütün qazlar bir-birində sonsuz həll olur, ona görə də həmişə həqiqi məhlullar əmələ gətirir | aerozol (duman, bulud) | aerozol (tüstü) |
| maye | köpük (təraş, çırpılmış krem) | emulsiya (süd, mayonez, sous) | sol (akvarel) |
| bərk bədən | köpük (pomza, qazlı şokolad) | gel (jelatin, pendir) | sol (yaqut kristal, qranit) |
Cədvəl göstərir ki, kolloid maddələr hər yerdə, həm gündəlik həyatda, həm də təbiətdə mövcuddur. Qeyd edək ki, oxşar cədvəl süspansiyonlar üçün də verilə bilər, fərqi xatırlayaraqonlarda kolloidlər yalnız dispers faza ölçüsündədir. Bununla belə, süspansiyonlar mexaniki cəhətdən qeyri-sabitdir və buna görə də kolloid sistemlərə nisbətən daha az praktik maraq kəsb edir.
Kolloidlərin mexaniki dayanıqlığının səbəbi
Niyə mayonez soyuducuda uzun müddət qala bilir və içindəki asılı hissəciklər çökmür? Niyə suda həll olunan boya hissəcikləri sonda gəminin dibinə “düşmür”? Bu sualların cavabı Braun hərəkəti olacaq.
Bu tip hərəkəti 19-cu əsrin birinci yarısında kiçik polen hissəciklərinin suda necə hərəkət etdiyini mikroskop altında müşahidə edən ingilis botanik Robert Braun kəşf edib. Fiziki nöqteyi-nəzərdən Broun hərəkəti maye molekullarının xaotik hərəkətinin təzahürüdür. Mayenin temperaturu yüksəldikdə onun intensivliyi artır. Məhz bu hərəkət növü kolloid məhlulların kiçik hissəciklərinin dayandırılmasına səbəb olur.
Adsorbsiya xüsusiyyəti
Disperslik orta hissəcik ölçüsünün əksidir. Kolloidlərdə bu ölçü 1 nm-dən 100 nm-ə qədər diapazonda olduğundan, onlar çox inkişaf etmiş bir səthə malikdirlər, yəni S / m nisbəti böyük bir dəyərdir, burada S iki faza (dispersiya mühiti) arasındakı ümumi interfeys sahəsidir. və hissəciklər), m - məhluldakı hissəciklərin ümumi kütləsi.
Dispers fazanın hissəciklərinin səthində olan atomlar doymamış kimyəvi bağlara malikdir. Bu o deməkdir ki, onlar başqaları ilə birləşmələr yarada bilərlərmolekullar. Bir qayda olaraq, bu birləşmələr van der Waals qüvvələri və ya hidrogen bağları səbəbindən yaranır. Onlar kolloid hissəciklərin səthində bir neçə molekul qatını saxlaya bilirlər.
Adsorbentin klassik nümunəsi aktivləşdirilmiş karbondur. Bu kolloiddir, burada dispersiya mühiti bərk, faza isə qazdır. Onun üçün xüsusi səth sahəsi 2500 m2/g-ə çata bilər.
İncəlik dərəcəsi və xüsusi səth sahəsi
S/m-nin hesablanması asan məsələ deyil. Məsələ burasındadır ki, kolloid məhlulda olan hissəciklər müxtəlif ölçülərə, formalara malikdir və hər bir hissəciyin səthi özünəməxsus relyefə malikdir. Buna görə də bu problemin həlli üçün nəzəri üsullar kəmiyyət deyil, keyfiyyət nəticələrinə gətirib çıxarır. Buna baxmayaraq, dispersiya dərəcəsindən xüsusi səth sahəsi üçün düstur vermək faydalıdır.
Sistemin bütün hissəciklərinin sferik formaya və eyni ölçüyə malik olduğunu fərz etsək, sadə hesablamalar nəticəsində aşağıdakı ifadə alınır: Sud=6/(dρ), burada Sud - səthin sahəsi (xüsusi), d - hissəciklərin diametri, ρ - tərkibində olduğu maddənin sıxlığı. Düsturdan görünə bilər ki, ən kiçik və ən ağır hissəciklər nəzərdən keçirilən kəmiyyətə ən çox töhfə verəcək.
Sud təyin etməyin eksperimental yolu tədqiq olunan maddə tərəfindən adsorbsiya olunan qazın həcmini hesablamaq, həmçinin məsamə ölçüsünü (dispers faza) ölçməkdən ibarətdir. içində.
Dondurmaqla qurutma vəliofob
Liofillik və liofobluq - bunlar əslində yuxarıda verilmiş formada dispers sistemlərin təsnifatının mövcudluğunu müəyyən edən xüsusiyyətlərdir. Hər iki anlayış həlledici və məhlulun molekulları arasındakı güc bağını xarakterizə edir. Bu əlaqə böyükdürsə, liyofillikdən danışırlar. Beləliklə, duzların sudakı bütün həqiqi məhlulları liofildir, çünki onların hissəcikləri (ionları) H2O qütb molekulları ilə elektriklə bağlıdır. Əgər yağ və ya mayonez kimi sistemləri nəzərə alsaq, onda bunlar tipik hidrofobik kolloidlərin nümayəndələridir, çünki onların tərkibindəki yağ (lipid) molekulları qütb molekullarını dəf edir H2O.
Qeyd etmək vacibdir ki, liofob (həlledici su olarsa hidrofobik) sistemlər termodinamik cəhətdən qeyri-sabitdir, bu da onları liyofil sistemlərdən fərqləndirir.
Suspansiyonların xüsusiyyətləri
İndi dispers sistemlərin sonuncu sinfini - asqıları nəzərdən keçirək. Xatırladaq ki, onlar içindəki ən kiçik hissəciyin 100 nm-dən böyük və ya daha böyük olması ilə xarakterizə olunur. Onların hansı xüsusiyyətləri var? Müvafiq siyahı aşağıda verilmişdir:
- Mexanik cəhətdən qeyri-sabitdirlər, ona görə də qısa müddət ərzində çöküntü əmələ gətirirlər.
- Onlar buludlu və günəş işığına məruz qalmır.
- Faza filtr kağızı ilə mühitdən ayrıla bilər.
Təbiətdəki süspansiyonlara misal olaraq çaylardakı palçıqlı su və ya vulkanik kül daxildir. Süspansiyonların insan istifadəsi kimi əlaqələndiriliradətən dərmanla (dərman məhlulları).
Laxtalanma
Müxtəlif dispersiya dərəcələrinə malik maddələrin qarışıqları haqqında nə demək olar? Qismən, bu məsələ məqalədə artıq əhatə olunmuşdur, çünki hər hansı bir dispers sistemdə hissəciklər müəyyən məhdudiyyətlər daxilində olan bir ölçüyə malikdir. Burada yalnız bir maraqlı hadisəni nəzərdən keçiririk. Kolloid və həqiqi elektrolit məhlulunu qarışdırsanız nə olar? Çəkili sistem pozulacaq və onun laxtalanması baş verəcək. Bunun səbəbi kolloid hissəciklərin səth yükünə həqiqi məhlul ionlarının elektrik sahələrinin təsirindədir.
