Диспергирлеу әдісі

Коллоидты ерітінділер бойында еріген зат ұсақтығы жөнінен кәдімгі ерітінділерге қарағанда ірілеу, ал жүзінділерге қарағанда майда, ұсақтау болып келетіндігі мәлім. Демек, коллоидты ерітінділер алу үшін осы жағдай негізге алынады, яғни:

- затты ұнтақтап, майдалап еріткіш бойында біркелкі таратады;

- ерітіндіде жүрген молекулалы – иондық деңгейдегі бөлшектерді өзара біріктіріп, ірілендіріп коллоидты бөлшектер алады.

Шынында да, коллоидты ерітінділерді алу барысында осы екі бағыт негізге алынады және олар физикалық, химиялық деп екіге бөлінеді.

Коллоидты ерітінді түзетін затты алдымен арнаулы коллоидтық диірмен деп аталатын арнаулы қондырғыларда ұнтақтайды. Бұл әдіс дисперсті жүйелерді алудың физикалық жолына, яғни механикалық түріне негізделген.

Затты ұнтақтау барысында оларға арнаулы қоспалар қосылады. Қоспалардың негізгі қасиеті – ұнтақталатын заттың бетіне адсорбцияланып, оның беріктігін кеміту.

Бұл құбылыс - Ребшдер эффектісі деп аталады.

Аталған қоспалар ұнтақталатын заттың өзара жіктерін ажырата отырып, оның саңылау, тесік – түтікшелеріне еніп, олардың сөгілуіне, бұзылуына себепші болады, ал сұйықтардың беттік керіліс шамасын төмендетеді.

Мұндай қасиетке ие заттарды "беттік белсенді" немесе "беттік активті заттар" (поверхностно-активные вещества) деп атайды.

"Беттік белсенді заттар " (ББЗ) ұнтақталған зат бөлшегінің бетін де қаптай (покрывая) отырып, оның еріткіш бойында өзара қайта жабысып іріленбеуіне әсер етеді. Ұнтақтылығы коллоидты ерітінді бөлшегіне сай келген дисперсті фаза еріткіш бойында біркелкі араластырылады. Коллоидты ерітіндінің бөлшектері өзара бір-біріне жабысып жүзіндіге немесе тұнбаға көшпеуі үшін жүйеге тұрақтылық беретін стабилизаторлар – жоғарыда аталғандай беттік белсенді заттар қосылады.

4.3.1. Коллоидты ерітінділерді алуда электрлік ұнтақтауды пайдалану. Коллоидты ерітіндісі алынуға тиісті зат электрод ретінде пайдаланылады. Мұнан соң еріткіш ретінде су алынады. Электродтарға электрлік доға түзілетіндей қашықтыкта кернеу беріледі. Аталған тәсілмен көп жағдайда күміс, алтын, платина сияқты металдардың зольдері алынады. Электрлік доға нәтижесінде әлгі электрод қызметін атқарып тұрған металл үгіле бастайды. Жүйеде аталған металдардың зольдері түзіледі.

Коллоидты ерітінділерді алуда ультрадыбыс қондырғыларын да пайдаланады.

Ультрадыбыс қондырғьшары арқылы ауа құрамын үлкен жиілікте (105 - 106 Гц) тербелтуге болады. Осындай ультрадыбыс толқындары нәтижесінде көптеген заттар ұнтақталып дисперсті күйге көшеді. Ультрадыбыс толқындары арқылы гипс, графит, крахмал, смола сияқты көптеген заттардьң коллоидты ерітінділерін алуға болады.

4.3.2. Пептизация әдісі. Пептизация әдісі – ұнтақтаудың химиялық жолына жатады. Бұл әдісті тұңғыш ұсынған биохимиктер болып саналады.

Пептизация құбылысына мына жағдайды қарастыралық. Желімделген (силикат желімімен) кейбір заттардың ылғал, су әсерінен желімі ажырап кетіп жатады. Бұл желімнің пептизацияға ұшырағандығын көрсетеді, яғни желімдестіріп тұрған бөлшектер сумен әрекеттесіп, құрылымын үзеді де ерітіндіге көшеді.

Пептизация - орысша "непосредственная" және "посредственная" деп екіге бөлінеді. Аталған құбылысты түсінген соң, оған атау берерміз. Әзірге құбылысты қарастыралық.

1. Темір (III) гидрооксидінің тұнбасына-темір (III) хлоридін шамалап қосалық. Темір (III) хлоридіндегі темір (III) иондары гидроксид бетіне адсорбцияланып, оны оң зарядтайды:

mҒе(ОН)₃ + mҒе³⁺ → mҒе(ОН)₃ ·mҒе³⁺ (70)

Оң зарядталған гидроксид бөлшектері, электростатика – тебіліс күшінің әсерінен, еріткіш бойына ұмтылады. Тұнба ерітіндіге көшеді. Міне осы құбылыс – непосредственная пептизация деп аталады. Бұл жерде, қосылған электролит иондары өздері тікелей адсорбцияланып, тұнбаны ерітіндіге көшіргендіктен тікелей пептизациялау деп атаған жөн секілді.

Демек, темір (III) хлориді ионға ыдырайды:

ҒеС1₃ ↔ Ғе³⁺ +ЗС1^-

Темір иондары - темір (III) гидроксидіне адсорбцияланып коллоидты бөлшектің ядросын түзеді:

mҒе(ОН)₃ + mҒе³⁺ → mҒе(ОН)₃ · mҒе³⁺

Түзілген ядроға қарсы таңбадағы иондар тартылып, коллоидты бөлшекті, яғни грануласын құрайды:

mҒе(ОН)₃ · mҒе³⁺ + 3(n-х)Сl^- → mҒе(ОН)₃ ·mҒе³⁺ · 3(n-х)Сl^-

Ерітінділердегі электрлік бейтарап заңдылығы бойынша, коллоидты бөлшекті бейтараптандыру үшін ЗхСl^- мөлшеріндегі иондар диффузиялық қабаттан орын алады:

mҒе(ОН)₃·mҒе³⁺+3(n-х)С1^-+ЗхС1^-→{mҒе(ОН)₃ · nҒе³⁺ * З(n-х)Сl^-}·ЗхСІ^-

Коллоидты ерітіндідегі бөлшектердің құрылымы осы тектес болып келеді.

2. Енді посредственная пептизацияны қарастыралық. Темір (III) гидроксидіне шамалап тұз қышқылын қосайық. Осының нәтижесінде төмендегідей өзгеріс орын алады:

Ғе(ОН)з + НСІ → [Ғе(ОН)₂С1 + Н₂О] → ҒеОСІ + 2Н₂О

Түзілген ҒеОСІ ионға ыдырайды:

ҒеОСІ ↔ ҒеО⁺ +С1^-

Темір гидроксидіне табиғаты жөнінен ҒеО⁺ жақын келгендіктен, ол тұнба бетіне адсорбцияланады. (Неге бір иондар адсорбцияланып, екіншілері бейтарап болатыны алда әңгімеленеді).

Дәл бірінші жағдайдағыдай тұнба бөлшектерін зарядтап электростатикалық тебіліс күші әсерінен тұнба ерітіндіге көшеді. Бірінші жағдайда, адсорбцияланған иондар қосқан электролиттің иондары болса, екінші жағдайда – адсорбцияланған иондар бөлек. Бұл иондар – қосылған электролит, тұнбамен әрекеттесіп, реакция нәтижесінде түзілген электролиттің – иондары. Қарастырылып отырған жағдайда ҒеОСІ -дың иондары - ҒеО⁺. Демек, бұл иондар реакция нәтижесінде түзілген "туынды" немесе "сабақтас" иондар. Сондықтан, бұл пептизация түрін "сабақтас пептизация" деп атасақ - "посредственная пептизация"—үғымын білдіретін шығар. Түзілген коллоидты ерітінді формуласын төмендегіше өрнектеуге болады:

Ғе(ОН)₃ +nҒеО⁺ +nС1^-→{mҒе(ОН)₃ ·nҒеО⁺(n-х)С1^-}· хСІ^-

Сонымен:

- тікелей пептизация барысында-сырттан қосылған электролит иондары нашар еритін қосылысты коллоидты ерітіндіге көшіреді;

- сабақтас пептизация барысында сырттан қосылған электролит, нашар еритін қосылыспен әрекеттесіп, екінші бір электролит түзеді. Осы электролит иондары нашар еритін қосылысты коллоидты ерітіндіге көшіреді.

3. Еріткішпен пептизациялау. Темір гидроксидінің тұнбасын алалық және темір (III) хлориді шамалы артықтау алынсын:

ҒеС1₃ + ЗNаОН = Ғе(ОН)₃ + ЗNаСІ

Электролит ерітіндісінің концентрациясы жоғары болғандықтан түзілген борпылдақ тұнба формуласын мына түрде жазуға болады:

mҒе(ОН)₃ +nҒеС1₃ → {[Ғе(ОН)₃]_m·nҒе³⁺·ЗnСl^- }°

Осы тұнбаға шамалап су қосатын болсақ, қос иондық қабаттан хлорид иондар диффузиялық бөлікке көшеді де, жүйеде оң зарядталған коллоидты бөлшектер түзіледі. Осының нәтижесінде темір (III) гидроксидінің золі түзіледі. Коллоидты ерітіндідегі бөлшектер төмендегіше жазылады:

{[Ғе(ОН)₃]_m

3(n-х)С1^-} ЗхСl

Темір (III) гидроксиді бетіне адсорбцияланған Ғе³⁺ иондары электростатикалық тебіліс күштерін туындатып, борпылдақ түнба құрамындағы [Ғе(ОН)₃]_n - түйіршіктерін еріткіш бойына көшіреді.

Ғалым В.Оствальд пептизация құбылысын зерттей келе "Оствальдтың тұнба ережесі" (правило осадков Оствальда) деген тәжірибе жүзінде анықталған заңдылықты тұжырымдады.

Нашар еритін қосылыс тұнбасын пептизациялау үшін пептизатор - электролиттің нақты бір мөлшері қажет.

Бұл шамадан артық не кем алынған пептизатор, коллоидты ерітінді түзілуіне кері әсер етеді.