Дəріс. Жұғу құбылысы лиофилдік жəне лиофобтық беттер

Қатты дененің беттік керілуін, оларды жаңа беттердің пайда болатын қайтымды процесстер болмағандықтан тікелей өлшеу қиынға соғатынын айттық. Сондықтан қатты дененің беттік керілуін жанама эксперименттік жолмен, иə Борн мен Френкель жасаған кристалдық тордың электростатикалық теориясына сүйене отырып теориялық жолмен есптеуге болады. əрине қатты дененің табиғатына байланысты олардың беттік керілуі əртүрлі, бірақ əрқашанда сұйықтардың беттік керілуінен əлдеқайда көр шама болады. Олардың шамасы жүздеген жəне мыңдаған эрг/см². кейбір жұғу жəне адсорбция сияқты құбылыстарда қатты денелердің беттік керілуі азаятынын байқауға болады. Сұйықтықтың қатты денелер бетіндегі болатын жұғу құбылысына тоқталайық.

Жұғу құбылысы.

Сұйықтық тамшысы қатты дененің бетіне түскенде мынадай үш түрлі жағдай болуы мүмкін:

1. Тамшы қатты дененің бетіне жайылып кетеді.

2. Тамшы қатты дене бетінде шар тəрізді болып қалуы мүмкін.

3. Тамшы қатты дененің бетінде, онымен шеттік бұрыш жасай аздап жайылады. Шеттік бұрыш деп үш фазаның қиылысқан нүктесі арқылы сұйықтық тамшысына

жүргізілген жанаманың сұйықтық жағынан алынған бұрышты айтады.

Егер сұйықтық тамшысы қатты дене бетіне толық жайылып кетсе, иə сүйір бұрыш жасай жайылса, онда ол бетке сұйықтық жұғады деп қарастыруға болады.

Əрине қатты дене бетіне, олардың ауа аралығында беттік керілуін азайтатын сұйықтықтар ғана жұғады. Мысалы үшін су полярлы минералдық заттардың (бетіне жұғады, яғни онда денелердің бетінде су иə толық жайылып кетеді де, иə сүйір бұрыш жасай жайылады.

Қатты дененің су жұғатын беттерін – гидрофильдік беттер (су ұнататын бет), ал су жұқпаса, онда – гидрофобтық беттер (суды ұнатпайтын) деп атайды. Ендеше су жұқпайтын беттерде су тамшыны жайылмайды жəне доғал бұрыш жасай орнығады. Су орнына басқа сұйықтықтарды қарастырғанда олардың жұғу жұқпауына байлданысты беттер жалпы алғанда лиофилдік жəне лиофобтық беттер боп екіге бөлінеді. Лиофильдік бет сұйықтық жұғатын, ал лиофобтық деп сұйықтық жұқпайтын бетті айтады. Сонымен сұйықтық жұққан кезде шеттік бұрыш сүйір, яғни Ө<90⁰, ал жұқпаған кезде Ө>90 ⁰. ал сұйықтық қатты дене бетінде толық жұққанда, Ө=0 тең, ал толық жұқпаған шеттік бұрыш 180⁰-ке тең болмайды, өйткені аз да болса тамшының ауырлық күші əсер етеді.

Қатты дене бетінде сұйықтықтың тамшысына түсірілген, онда толық жұқпаған кездегі жағдайда қарастырамыз. Бұнда жұғу периметрі деп яғни əрекеттесіп отырған үш ортаның

– сұйықтықтың, ауданның жəне қатты дененің 3 шекарасын айтады. Осы жұғу периметріне үш түрлі күш əсер етеді, олар:

1. Сұйықтық пен қатты дене арасындағы беттік керілу – σ_3,2

2. Сұйықтық пен ауаның арасындағы беттік керілу – σ_2,1

3. Қатты дене мен ауаның арасындағы беттік керілу – σ_1,3

Тепе-теңдік шеттік бұрышы осы үш күштің проекцияларының қосындысы 0-ге тең ьолғанда орындалады. Бұл тепе-теңдік жағдайды (1807 ж.) Юнг формуласы арқылы жазуға болады:

Бұл формуланы термодинамикалық жолмен Адамсон да қорытып шығарған.

Cosθ шамасы сұйықтық бетке жұғу құбылысын сандық түрде сипаттайтынболғандықтан, оны жұғу деп атап, В деп белгілеу келісілген. Ендеше толық жұғу болғанда (Ө=0) В=+1, ал толық жұқпайтын гипотезалық жағдайда (Ө=180) В=-1.

Сонымен сұйықтық молеклаларының арасындағы əрекеттесу күші сұйықтық молеклалары мен қатты дене молекулаларының əрекеттесу күшінен көп болса жұқпайды.

Жұғу құбылысын ауа орына бірінші сұйықтықта ерімейтін жəне тығыздығы бірінші сұйықтықтың тығыздығынан аз, екінші бір сұйықтық алғанда да байқауға болады. əрине екі сұйықтықты қарастырғанда қатты дене бетіне қайсысының полярлығы қатты дененің полярлығына жақын юолса, сол сұы\йықтық жұғады. Жақсы жұғатын сұйықтықты қарастырып отырған бет үшін таңдамалы жұғу қабілеті күшті сұйықтық деп атайды.

Таңдамалы жұғу құбылысы П.А. Ребиндер зерттеген болатын егер қатты дене бетіне таңдамалы түрде су жұғатын болса, шеттік бұрыш сүйір болады да Ө<90⁰, В= Cosθ >0, онда бетті жоғарыда айтылғандай гидрофилдік бет деп атйды. Судыңтаңдамалы жұғуы су мен беттің полярлығының айырмашылығы, полярсыз көмірсутек пен беттің полярлығының айырмашылығынан аз болғанда байқалады. Гидрофильдік беттерге мынадай заттардың беттері жатады: кварц, шыны, гипс, малахит, силикаттар, карбоанттар сульфаттар жəне металдардың оксидтері жəне т.б. Органикалық заттардың ішінде гидрофильдік бетке целлюлоза беті жатады.

Егер қатты денеге көмірсутек жұғатын болса, су үшін Ө>90⁰, ал В= Cosθ <1, онда бетті гидорфобтық, иə олеофильдік бет деп атайды. Бұндай бет үшін қатты дене мен көмірсутек полярлығының айырмашылығынан аз болады. Мысалы үшін олеофильдік бетке көмірсутекті радикалдары бар органикалық заттар, ал анорганикалық заттардан ауыр металдардың сульфидтері, графит, күкірт, т.б. жатады. Егер Ө=90⁰ болса, аралық жағдай болады да онда екі сұйықтықта да таңдамалы жұғу болмайды. Біз жоғарыда жұғу құбылысын шеттік бұрыш арқылы сипаттадық. Шеттік бұрышты анықтау үшін тамшы тамғызып оның көлеңкесін сəуле шоғыры арқылы анықтау экранға түсіреді де, сол

көлеңкедегі үш фазаның қилысқан нүктесі арқылы тамшыға жанама жүргізіп бұрышты өлшейді. Ал егер өзара араласпайтын (ерімейтін) сұйықтарда шеттік бұрышын жеңіл сұйықтың құйылған ыдысқа пластиканы гаризонтальдық түрде батырып, оған екінші сұйықтықтың (ауыр сұықытықтың) тамшысын тамысзып жоғарыда айтылғандай етіп табады. əрине бұл шеттік бұрышты анықтаудың қарапайым тəсілілі, ал оны анықтаудың өте дəл, жəне күрделі тəсілдері коллоидтық химияның практикумдарында жазылған.

Шеттік бұрыштың шын мəнін табу өте қиынға соғады. өйткені қатты дененің бетінде əрқашанда бетті ластайтын басқа заттардың аздаған мөлшері əсер етеді. Көптеген металдардың беттері тотығып, тотықтардың бөлінбейтін пластинакаларынан тұруы мүмкін. Осы себепті шеттік бұрышты өлшегенде əрі таза, əрі тотықпаған беттермен жұмыс істеу керек. Бұдан басқа қаььы женелердің беттері ауаны жақсы адсорбцияланатыны белгілі. Ал адсорбцияланған ауа сұйықтықтың жұғуын нашарлатады, өйткені сұйық бетте жайлуы үшін, сол себепті тепе теңдік беттік бұрышы бірден емес белгілі бір уақыттан кейін қалыптасады.

Тепе-теңдік беттік бұрыштың осылай кешігіп қалыптасуын жұғудың гистрезисі деп атайды. Осындай гистерезистің əсерінен кейде беттік бұрыш өзінің тепе-теңдік мəніне жетпейді де. Жоғарыда айтылғандай ауаны ауыстыру арқылы болатын гистерезисті кейде жұғудың кинетикалық гистеризисі деп атайды. Одан басқа бет кедір-бұдыр болғанда кедергі күшін жеңу əсерінен болатын жұғудың статикалық гистерезисі де болады. Сондықтан беттік бұрышты анықтағанда гистерезисті болдырмау үшін беттік бұрышты төмендегідей ідістемемен өлшейді. Қатты денені жұғылатын сұйықтық құйылған ыдысқа батырады.. сұйықтық ьолық жұққан кезде оның бетіне астындағы шыққан ауа көпіршігін тұмсығы қайырылған пипетка арқылы орнықтырады да, оның беттік бұрышын жоғарғы да айтылғандай өлшейді. Тек өлшегенде ауа жағынан емес сұйықтық жағынан есептеу керек. Бұл жолмен біз жұғудың кинетикалық гистрезисін болдырмаймыз, ал жұғудың статикалық гистрезисін болдырмас үшін дененің беті таза жəне тегіс болуы керек. Жұғу құбылысын шеттік бұрышпен басқа адгезия жұмысы, жұғу жылуы сияқты шамалар арқылы сипаттауға болады. əсіресе бұл шеттік бұрышты өлшеу қиынға соғатын жағдайларда өте қолайлы.

Date: 2016-02-19; view: 1926; Нарушение авторских прав