Коллоидты – дисперсті системаларды алу

Затты ұнтақтап конденсациялау әдістерімен коллоидты бөлшектер алуға болады. Коллоидты ерітіндідегі бөлшектер бірімен-бірі өзара қақтығысқанда, олардың жабысып, іріленуіне кедергі болатын тұрақтандырғыштардың (стабилизаторлардың) болуы қажет (мысалы, электролит иондарының коллоидты бөлшектің бетіндегі ионды-гидратты қабықша). Коллоидты бөлшектер дисперстік ортада (еріткіште) нашар еруі керек. Осы айтылған, жайдың бәрі бірдей орындалғанда коллоидты системадағы бөлшектердің тұнбаға түсуіне кедергі болатын электр заряды мен гидратты қабықша пайда болады.

А. Дисперстік әдістер. Дисперстік әдіс берілген үлкен қатты затты майдалап, сосын, оны ұнтақтап, коллоидты-дисперсті бөлшектерге дейін кішірейтуге бағытталған. Мұның өзін бірнеше әдіспен жүзеге асырады.

Механикалық әдіс. Механикалық әдіс берілген қатты заттың үлкен бөлшектерін ұзақ және тоқтаусыз, әрі жылдам ысқылау, ұнтақтау сияқты механикалық жолмен кішірейтуге бағытталған. Бұл арнайы машиналармен жүзеге асырылады, шары бар және коллоидты диірмендер қолданылады. Шары бар диірмен – (техникада оны шарлы, шарлық диірмен дейді) ішінде әртүрлі өлшемдегі болат не фарфор, тіпті кейде басқа да қатты заттардан әзірленген шары бар, іші қуыс болат цилиндр. Әдетте диірмен ішіндегі мен шариктер біртекті және ұнтақталатын заттан едәуір қатты болады. Осындай диірмен ішіне дисперстелетін зат пен түрлі өлшемдегі шарлар бірге салынады да белгілі жылдамдықпен, электромотор көмегімен айналдырылады. Ондағы ұнтақталу шар көмегімен жүзеге асады. Мұндай диірмендер әр түрлі дисперстелген жүзгіндерді алу үшін кеңінен пайдаланылады. Әйтсе де бұл диірменде ұсақталған заттардың дисперстілік дәрежесі төмен, ондағы бөлшектердің диаметрі – 50-60 мкм шамасында.

Егер дисперстік дәрежесі жоғары зат керек болса, онда арнаулы коллоидты диірмен пайдаланылады. Мұндай коллоидты диірменнің бір түрін Плауссон 1920 жылы ұсынды. Ол – іші қуыс цилиндр, ішіндегі қалақшалары бар ротор минутына 20 мыңға дейін жылдамдықпен айналады. Диірмен ішкі будырлы бөлігі мен ротор қалақшасы арасына түскен зат біліктің жылдам айналуынан

ұнтақталады (ұнтақталу дәрежесі 0,1 – 1,0 мкм). Ұнтақталған бөлшектердің өзара бірігіп, жабысып қалмауы үшін тұрақтандырғыштар қосады.

8-сурет.

Ультрадыбысты әдіс. Соңғы кезде заттарды ультрадыбыс әдісі мен ұнтақтау кең таралуда.Ультрадыбыстың әсер етуші механизмі әлі де болса толық зерттелмегендіктен, оның кейбір жайы мен мәні түсініксіз. Сұйық бөлшектері системадағы өте тез ауысатын қысым мен кеңеюі салдарынан бөліне келіп, ұнтақталуы мүмкін деген болжамдар бар. Ультрадыбысты қондырғылардың өнімдігі аса жоғары. Химиялық әдіс арқылы ұнтақтаудың арасында пептизация әдісі арқылы ұнтақтаудың арасында пептизация әдісі жиі таралған. Бұл процесс пептизатор деп аталатын ұнтақтайтын зат әсерімен жүріп, гельді зольге айналдырады.

Бұл алынған борпылдақ шөгіндегі пептизатор қосып, оны коллоидты бөлшектерге дейін ұнтақтауға негізделген. Пептизатор ретінде қолданылатын электролиттер бөлшектерді біріктіріп, оларды жеке коллоидты бөлшек түрінде ұстайды. Демек, электролиттер аморфты шөгінділерді өзара бірігуден, агрегацияланудан қорғайды екен. Бұған мысал ретіде темір (III) гидроксидінің золін алуға болады. Жалпы темір (III) гидроксидін тұнбаға түсірмеу үшін оған пептизатор ретінде темір (III) хлоридінің ерітіндісін қосады. Мұндайда темір (III) гидроксиді бірден тұнбаға түспей, золь түрінде жүзіп жүреді.

Химиялық дисперстеу әдістерінің арасында өздігінен ұнтақталатын тәсіл де белгілі. Ол негізінен әрбір жағдайға сәйкес таңдалып алынған еріткіш көмегімен коллоидты ерітіндіге бағытталған. Мысалы, крахмал, желатин, агар-агарды суда еріткенде коллоидты ерітінділер алынады. Мұндағы еріткіш (су) – пептизатор. Осы процесс өздігінен жүреді. Бұл әдіс, әсіресе, қатты полимерлерді арнайы алынған еріткіштерде еріту арқылы жоғары молекулалық қосылыстардың ерітіндісін әзірлеуге кеңінен пайдаланылады.

Б. Конденсациялау әдістері. Коллоидты ерітінділерді алудың конденсациялау әдістерінің басым көпшілігі тотығу, тотықсыздану, гидролиз сияқты химиялық реакцияларға негізделген. Бұл реакциялар кезінде ерітінділер еріген заттардың ерімейтін күйге ауысуы нәтижесінде коллоидтыға түрленеді. Сондай-ақ, конденсациялау әдісі химиялық реакциялармен қатар олардың конденсациялануы сияқты физикалық құбылыстарымен де сипатталады. Конденсациялау әдістерінің маңызды түрлеріне қысқаша тоқталайық.

Тотығу. Тотығу реакциясы кезінде алынатын заттардың бірі коллоидты күйдегі бөлшек түрінде түзіледі. Мысалы, сутекті күкірттің оттек немесе күкірт (IV) оксидімен тотығу реакциясын алуға болады. Осы реакция кезінде бөлінетін бос күкірт коллоидты күйдегі ерітінді береді:

2H₂S + O₂ = 2H₂O + 2S; 2H₂S + SO₂ = 2H₂O + 3S (45)

Көптеген зерттеулер көрсетіп отырғандай, бұл реакция жайғана тотығу реакциясы сияқты емес, өте күрделі жүріп, қосымша тиоқышқылдар пайда болады екен.

Тотықсыздану. Коллоидты ерітінділерді химиялық әдістер арқылы алу жолдарының арасында, әр түрлі ерітінділердегі металдарды тотықсыздандыру реакциясы кең таралған. Бұл реакция кезіндегі металл иондары тотықсызданып, бос атомға айналады да, конденсацияланып немесе өзара бірімен-бірі бірігіп, коллоидты өлшемдегі бөлшекке дейін үлкейеді. Бұған мысал ретінде сутек пероксиді немесе формалин арқылы тотықсыздандырып, алтын золін алуда келтіруге болады:

HAuCI₄ + 3H₂O₂ → 2Au +8HCI + 3O₂ (46)

2HAuCI₄ + 3HCHO + 11KOH → 2Au + 3HCOOK + 8HCI + 8H₂O (47)

Тотықсыздандыру реакциясын пайдаланып, күміс, платина, палладий, торий, осмий, сынап сияқты көптеген металдардың коллоидты күйдегі ерітінділері алынады.

Алмасымды ыдырау. Күрделі екі химиялық қосылыс өзара әрекеттескенде, әуелі иондарға ыдырап, сосын иондарымен алмасады. Осы кезде жаңадан түзілетін қосылыстардың бірі ерітіндіде еріместен тұнбаға шөгінді ретінде түсуге бейімді. Егер осындағы мұндай заттарды коллоидты өлшемдегі бөлшек қалпында ұстаса, онда осы қосылыстың золі пайда болады.

BaCI₂ + K₂SO₄ → BaSO₄ ↓ + 2KCL (48)

AgNO₃ + KCI → AgCI ↓ + KNO₃ (49)

Мұндағы барий сульфаты мен күміс хлориді тұнбаға түседі. Ал осы ерітінділерді өте төменгі концентрция кезінде араластырса, онда бүкіл ерітінді көлеміне бірдей таралған өте ұсақ түйіршіктер пайда болады. Осы бөлшектерді тұрақтандыру үшін желатин ерітіндісін қосса, ол әлгі бөлшектерді сыртынан орап, біріктірмейді. Мінеки, осындайдан тұрақты коллоидты ерітінді туындайды.

Гидролиз. Көптеген металдардың тұздары жеңіл гидролизденіп, металл гидроксиді мен қышқылға ыдырайды. Осындай реакция кезінде пайда болатын металл гидроксидтері нашар еритін болса, онда түрлі коллоидты ерітінді шығады. Мысалы, өте әлсіз негіз бен аса күшті тұз қышқылының тұзы – темір (III) хлориді гидролиз реакциясы арқылы нашар еритін темір (III) гидроксидіне және тұз қышқылына ыдырайды:

FeCI₃ + 3H₂O → Fe(OH)₃ + 3HCI (50)

Fe(OH)₃ + HCI → FeOCI + 2H₂O (51)

Осы реакция кезінде пайда болатын темір тұзы (FeOCI) ішінара иондарға диссоциацияланады: FeOCI ↔ FeO⁺ + CI^-. Осы иондар темір (III) гидроксидінен тұратын бөлшектердің айналасында болатын ионогенді қабатпен қамтамассыз етіледі және осының салдарынан да олар ерітіндіде қалқып, жүзгін түрінде жүреді, яғни тұнбаға түспейді.

Еріткішті ауыстыру. Нағыз ерітіндінің еріткішін басқа еріткішпен алмастырғанда жаңадан пайда болған ерітіндіде ерімейтін аса жоғары дисперсті фазадағы коллоидты система туындайды. Мысалы, кәдімгі ағаш шайыры спиртте өте жақсы еріп, нағыз ерітінді түзеді. Осы ерітіндіге таза суды біртіндеп қосса, онда бастапқы нағыз ерітінді коллоидты ерітіндіге айналады. Мұнда спирт суда жақсы ериді де, ағаш шайыры спиртте жақсы ерігенімен суда нашар еритіндіктен, аса жоғары дисперсті фазадағы колоидты ерітіндіге айналады. Осындай әдіспен күкірттің, фосфордың, ағаштан алынатын хош иісті қарамайдың, полимерлердің, тағы да басқа көптеген заттардың коллоидты түрін алуға болады.

Электрлік әдіс. Бұл әдісті 1898 жылы Бредич ұсынған болатын. Көбінесе электрлік әдісті асыл металдардың коллоидты ерітінділерін алу үшін қолданылады. Әдетте, платина, алтын, күміс сияқты коллоидты ерітінділер алынатын асыл металдардан әзірленген су ішіндегі екі электрод арасында электр доғасын тудырады. Осы кезде электрод арасында пайда болған электр доғасының әсерінен шыққан өте жоғары температурада әуелгі асыл металл балқып буланады да, су ішінде салқындап, өлшемі коллоидты бөлшек шамасындағы дисперсті фаза құрайды. Бүкіл процесс сумен салқындату арқылы жүргізіледі.

Date: 2015-05-08; view: 1714; Нарушение авторских прав