Модуль Химиялық термодинамика және тепе-тендік Дәріс Химиялық термодинамиканың негіздері

1. Электрохимия нені зерттейді?

2. Электролиттердің меншікті және эквивалентті электрөткізгішті дегеніміз не? Өлшем бірліктері қандай?

3. Эквивалентті электрөткізгіштік концентрациядан қалай тәуелді?

4. Меншікті және эквивалентті электрөткізгіштік өзара қалай байланысты?

7. Гальваникалық элементте қандай тотығу- тотықсыздану реакциялары жүреді?

8. I және II текті электродтарға мысал келтіріңіз.

9. Стандартты электродтық потенциал дегеніміз не?

10. Тотығу- тотықсыздану потенциалы үшін Нернст теңдеуін жазыңыз.

11. Температураның гальваникалық элементтің электр қозғаушы күшіне әсерін қалай сипаттауға болады?

1. 
   Коллоидтық химияның негізгі ұғымдары.
   
2. 
   Дисперсті жүйе, дисперсті фаза, дисперстілік.
   
3. 
   Дисперсті жүйелердің қасиеттері мен жіктелінуі.
   

Коллоидты химияда фаза, жүйе, гомогенді және гетерогенді жүйелер сияқты физхимиядағы түсініктер қолданады. Коллоидтық жүйе деп, бір дененің (дисперстік фаза) басқа бір денеде (дисперсті ортада) дисперленген (ұнтақталған, ұсақталған, майдаланған) күйін айтамыз.

Коллоидты химияның дамуында үлкен көп роль атқаратын физика мен физикалық химияның Х1Х – ғасырдың аяғы мен ХХ – ғасырдың басында орындалған т.б. көптеген фундаментальдық зерттеулерді айта кеткен жөн. Олар: П.Лапластың (1805 ж) каппиллярлық теориясы, В.Гиббстің (1878 ж, фазалар ережесі, беттік құбылыстың теориясы), Ж. Рэлейдің 1871 ж., Щульце 1882 ж. мен Гардидің 1900 ж. коллоидтардың коагуляциясы, И.Лэнгмюрдің (1917 ж) адсорбция теориясы мен мономолекулалық беттік қабаттың құрылысы, А.В.Думанскийдің (1903 ж) коллоидтық ертінділердің электөткізгіштігі, 1918 ж. центрофуганы коллоидты бөлшектердің шамасын, мөлшерін анықтау үшін қолдануы, М.С. Цветтің (1903 ж) хромотографияны ашуы, Л.Г. Гурвичтің (1912-1917 ж) беттік құбылыстарды тексеруі, Антонов (1907 ж) ертінділердің беттік керілуі, Шишковскийдің (1908 ж) т.б. ғалымдардың еңбектері. Бұл зерттеулермен коллоидтық химияның толық курсын оқу арқылы таныса жатамыз.

Н.П.Песков 1917 ж. коллоидтық жүйенің агрегативтік және седиментациялық тұрақтылығы жөніндегі ілімнің негізін салды.

Беттік қабаттардағы заттың күйі ерекше қасиетпен сипатталады – коллоидты күйде болады. Заттың коллоидтық күйінің негізгі ерекшеліктерінің бірі – ол коллоидтық жүйенің гетерогенділігі, яғни екі иә одан да көп фазадан тұратындығы. Мұндағы фазалардың бірі өте ұсақ бөлшектерден (дисперстік фаза) тұрса, екіншісі сол бөлшектерді ұсақтаушы орта – дисперстеуші ортадан тұруы. Енді сол дисперстік фазаның шамасын (өлшемін) көрсететін – дисперстілік деген ұғымға тоқталайық. Кез- келген дисперстік жүйеде иә бөлшектердің көлденең қимасының ұзындығын , (егер бөлшек шар тәрізді болса диаметрі d, егер бөлшек куб сияқты болса, кубтың қабырғасы - l) иә оған кері шаманы D=1/ қарастыруға болады. Дисперстілік бірлігі әртүрлі, сантиметр, милиметр, микрон (10^-6 м), нанометр (10^-9 м), ангстрем А (10^-10 м) болады. Дисперстілік бөлшектердің меншікті бетінің ауданына (меншікті бет деп дисперсті фазаның көлемі не масса бірлігіне тиесілі фазааралығының ауданын айтады), пропорционалдық шама, яғни бөлшектің шамасы кеміген сайын дисперстілік пен меншікті беттің ауданы өседі де, керісінше бөлшектің шамасы өскен сайын кейінгі шамалар кемиді. Коллоидтық жүйеге, бөлшек өлшемінің мәні 10^-7-10^-5 см аралығында болатын жүйені жатқызады. Әрине, мұны онан да әрі ұсақтасақ, нағыз ертінді шығады.

Барлық коллоидты жүйелер сәуле шашырату қабілеті болады (опалесценция). Бұл құбылысты байқау үшін сәуле жолына линза қойып, одан шыққан сәулені коллоидты ертінді арқылы жіберу арқылы көруге болады. Мұны Тиндаль конусы дейді.

Нағыз ертінділермен салыстырғанда коллоидты ертінділердегі диффузия жылдамдығы төмен.

Коллоидтық ертінділердің осмостық қысымы да өте аз, сондықтан көп жағдайда оны байқау да қиын. Демек, коллоидты ертінділердегі диффузия жылдамдығы мен осмостық қысымының төмен болуы ондағы еріген зат бөлшегінің нағыз ертіндімен салыстырғанда ірі екендігін көрсетеді.

Осындай ірі бөлшектердің болуына байланысты коллоидты ертінділер диализге бейім, яғни онымен ерітіндіде бірге еріген төменгі молекулалы заттарды жартылай өткізетін жарғақты пленкалар көмегімен тазартуға болады. Мұндайда төменгі, молекулалы заттар (нағыз ертінділер) жарғақ арқылы өтеді де, коллоидты ертінділер қалып қояды.

Нағыз ертінділер өте тұрақты, ал коллоидты ертінділер тұрақсыз. Олай болса, коллоидты бөлшектер болмашы ғана сыртқы әсер салдарынан коагуляцияланады.

Коллоидты ертінділер, әдетте, электрофорез құбылысына бейім. Бұл құбылыс электр өрісіндегі коллоидты бөлшекті оң, не теріс электродқа тасымалдаумен сипатталады.

Коллоидтық жүйелердің тағы бір ерекшелігі – олардың агрегаттық тұрақсыздығы. Бөлшектердің тұрақсыз болуының негізі себептері термодинамикалық және кинетикалық тұрғыдан түсіндіріледі. Коллоидтық жүйелердің меншікті беттері үлкен болғандықтан оған лайық еркін беттік энергиялары да артық болады. Ал артық еркін беттік энергиясы болатын жүйе әрқашанда тұрақсыз, олар сол энергияны азайтуға тырысады. Осыған байланысты коллоидты жүйелердің ұюы, коагуляциялануы жүреді. Мұндайда бөлшектер бір-біріне жанасып, бірігеді және фазааралық беткі қабат азайып, жүйедегі бос энергия кемиді.

Дисперстік жүйелердің жіктелінуі

Барлық ғылым не өндіріс салалары сияқты коллоидты химия да өздерінде кездесетін өзіндік ерекшеліктер мен қасиеттерге, өлшемдер мен көрсеткіштерге орай жіктеле келіп, сұрыпталады. Әр кезде коллоидтық және дисперстік жүйелерді әр түрлі принциптермен классификациялады. Енді сол әр түрлі принципке негізделген дисперстік жүйелердің классификацияларына қысқаша тоқталайық.

1. 
   Дисперстілік көрсеткіші бойынша. Дисперстілік бойынша немесе дисперсті жүйелердегі дисперсті фаза өлшемі бойынша, яғни дисперсті бөлшектің өлшемін, ұнтақтылығын көрсететін өлшеміне орай жіктеу: ірі дисперсті; жоғары дисперсті (микрогетерогенді); коллоидты; молекулалық (гомогенді).
   

2. 
   Дисперстік фаза мен дисперсті ортаның агрегаттық күйіне байланысты. Белгілі үш агрегаттық күйге сәйкес дисперстік жүйені 9 түрге бөлуге болады, 1 –кесте.
   

Жоғары дисперсті жүйелерді зольдер дейді және осыған орай дисперсті ортаның сипатына сәйкес аэрозольдар, гидрозольдер, органозольдер болып бөлінеді. Дисперстік фаза қатты, ал дисперсті ортасы сұйық болып келген микрогетерогенді жүйелерді суспензиялар (жүзгіндер) деп атайды, ал фаза да, орта да сұйық болса, оны эмульсиялар дейді.

3. 
   Дисперстік фазаның бөлшектерінің өзара әрекеттесуі бойынша. Бұл классификация бойынша дисперстік жүйелер дербес (бос) және байланысқан дисперстік жүйелер болып бөлінеді.
   

Байланысқан дисперстік жүйелерде дисперсті фаза мен дисперсті орта өзара берік молекулалық күштер бойынша байланысқан. Оған капиллярлы кеуек заттар, диафрагмалы денелер, жұқа пленка – мембраналар, кәдімгі полимерлер, қатты ертінді- қортпалар жатады.

4. 
   Дисперстік фаза мен дисперсиялық ортаның әрекеттесуі бойынша. Дисперті фаза мен дисперсті ортадағы заттар фазааралық беткі қабатта әрқашанда молекуааралық әсерлесу күшінің есебінен әрекеттесіп жатады және мұндағы әрекеттесу дәрежесі әртүрлі болуы мүмкін. Мінеки, осы әрекеттесу шамасына орай дисперсті жүйелер лиофильді және лиофобты болып бөлінеді. Лиофидьді жүйелерде тобына жататын дисперсті жүйелердегі дисперсті фаза мен дисперсті орта өзара әрекеттеседі. Мұның нәтижесінде жалпы химиядан белгілі сольватацияға (еріткіш су болғанда гидротация) ұқсас, дисперсті фаза бөлшегінің айналасында дисперсті орта бөлшектерімен қоршалған қабат пайда болады. Ал, лиофобты жүйелер тобына енетін дисперсті фаза мен дисперсті ортадағы заттар нашар әрекеттеседі.
   

1. 
   Коллоидты химия пәнінің міндеттері мен мақсаттары
   
2. 
   Дисперсті жүйелер мен беттік құбылыстар дегеніміз не?
   
3. 
   Коллоидты жүйелердің ерекшеліктері
   
4. 
   Дисперсті жүйелердің қандай қасиеттерін білесіз?
   
5. 
   Дисперсті жүйелер қандай қасиеттеріне байланысты жіктелінеді?
   

1. 
   ҚЭҚ теориясы. Адсорбциялық қабат. Диффузиялық қабат
   
2. 
   Мицелла құрылысы
   
3. 
   Әр түрлі заттардың концентрацияларының мицелла құрылысына әсер етуі.
   

Фазалардың өзара әрекеттесу нәтижесінде фазааралық беттерде қос электрлік қабат пайда болатындықтан, дисперсті жүйелер фазаларының қозғалысын электрлік өрісте де байқауға болады.

1. 
   функциональды топтардың беттік диссоциациясы;
   
2. 
   электролит иондарының адсорбциясы;
   
3. 
   фазааралық шекте полярлы молекулалардың бағытталуы.
   

Гельмгольц қабатының қалыңдығы қарама – қарсы иондар диаметріне тең.

_ - диффузиялық қабатың потенциалы, х – ҚЭҚ диффузиялық қабатынан басталған арақашықтық,  - диффузиялық қабаттың қалыңдығынан кері шама.

Бір фазаның екіншімен салыстырғанда жылжуы, сырғанау жазықтығында ҚЭҚ – тың бөлінуі жүреді және  - электрокинетикалық потенциал пайда болады.

Электрлік өріс әсерінен дисперсті фаза бөлшектерінің жылжуы (электрофорез) немесе дисперсті ортаның жылжуы (электроосмос) мүмкін.

Дисперсті ортамен салыстырғанда дисперсті фаза бөлшектерінің механикалық қозғалуы (седиментация) потенциалдардың электрлік айырымын тудырады(седиментация потенциалы, Дорн эффектісі байқалады).

Дисперсті фазамен салыстырғанда дисперсті ортаның жылжуы электр айырымын тудырса, ағу потенциалы пайда болады (Квинке эффектісі байқалады).