Эмульсиялардын. бузылуы мен айналуы.

Date: 2014-02-26; view: 1469.

Эмульгатор көмегімен тұрақтандырылмаған сұйык, эмульсияларды бұзу үшiн, оларға шамалы ғана электролит қосса жеткiлiктi, осы кезде эмульсияның электрокинетикалық потенциалы төмендеп, ол оңай бұзылады. Мысалы, бу машинасында пайда болатын кон­денсатты эмульсияны бұзу үшiн, оған алюминий сульфатын Аl₂(SО₄)_З қосады. Мұндағы

май тамшысының зарядын анықтайтын кepi ион ролiн алюминий немесе сульфат иондары атқарады.Кейде, эмульсияларды бұзу үшін оған беттiк активтi заттарды деэмульгатор peтінe қосады.

Құнбағыс майы мен суға гидрофилдi тұрақтандырғыш ас тұзын қосып шайқаса, М/В тeктегі ақ түсті сұйық эмульсия түзiледi. Гидрофилдi ас тұзының орнына гидрофобты кальций хлоридiн қосса, В/М тeктeгi ашық сары түсті, тұтқыр эмульсия пайда болады.

Егер осындай ас тұзымен тұрақтандырылған М/В тeктегі эмульсиға кальций хлоридi мен ас тузыныН, с<)йкес 5:.1 мелшерiн к.осса, онда эмульсия В/М тектегі эмульсияға айналады. Ал кальций хлоридi мен ас тұзы мөлшерi сәйкес. 4:1 болса, онда эмульсия тұрақсыз болады. Мұндпй майдың орташа тамшысында судың бірнеше түйіршіктері пайда болады. Онан әрі осы судың әрбір тамшысында май түйіршіктері пайда болуы мүмкін. Берілген эмульсия тегін анықтаудың бiрнеше тәciлi бар. Айталық, берiлген эмульсия үлгiсiнде суда жақсы еритiн, мысалы метиленді көк бояуын қосады. Егер эмульсия М/В текте болса, онда микроскоп apқылы қарағанда судың көк бояуымен

қатар майдың түссiз тамшысы көрiнедi. Ал егер В/М тeктeгi эмульсия болса, онда түссiз май тамшысының тұсында судың көк бояуы байқалады. Мұндайда судың барлық тамшыларының бояла беруi шарт емес. Сондай-ақ эмульсия тегін анықтау үшiн оның электр өткiзгiштiгiн өлшеу де қолданылады. М/В тектегі эмульсиялар электр тогын өткiзедi. өйткенi ондағы үзiлicсiз фаза су. Ал үзiлiссiз фазасы май болатын В/М тектегі эмульсиялар электр тогын өткізбейді.

Бақылау сұрақтары :

1.Эмульсияларға жалпы сипаттама

2.Эмульсиялардың классификациясы

3. Эмульциялардың тұрақтылығы

4. Эмульсиялардын. бузылуы мен айналуы

5. Эмульсиялардың электр өткізгіштігі

Дәріс №

Суспензияның седиментациялық анализ

Суспензия – қатты дисперстік фазаның сұйық дисперстік ортада таралған микрогетерогенді система. Ондағы қатты бөлшектердің өлшемі 0,1 мкм < r < 10 шкм. Егер бөлшектердің дисперстік дәрежесі төмен болса, онда оның радиусы үлкейіп, тұрақтылығы төмендейді де тез тұнбаға шөгеді.

Суспензиялар – бұл 10^{-5 см өлшемді қатты заттың бөлшектері дисперсті фаза болатын дисперсті орта – сұйықтық болады. Шартты түрде суспензияны бөлшек түрінде белгілейді. Қ/с мұнда фазаның агрегатты күйі және ортаның агрегатты күйі көрсетіледі. Суспензияға мынадай анықтама беруге де болады: Суспензия – бұл ұнтақтардың сұйықтағы өлшемі.}

«Суспензия» (suspensio) термині көне латын тілінен аударғанда «іліну», «өлшеу» мағыналарын береді.

Формальді түрде суспензиялар лиозолдерден (коллоидты ерітінділер) дисперсті фаза бөлшектерінің өлшемі мен ғана өзгешеленеді. Суспензиядағы қатты бөлшектер өлшемі (10 ^-5) лиозолдерге қарағанда анағұрлым көп болуы мүмкін. Бұл сандық айырмашылық суспензиялардың өте маңызды ерекшелігін негіздейді. Көпшілік суспензияларда қатты фаза бөлшектері броун әрекетінде қатыспайды. Сондықтан суспензиялар қасиеті нослоидты ерітінділер қаситінен айтарлықтай ерекшеленеді, оларды дисперсті жүйелердің жеке түрі ретінде қарастырады. Әрі қарай суспензияның нақты қасиеттерін көре отырып, оларды коллоидті ерітінділердің аналогиялық қасиеттерімен салыстыра үйрену пайдалы.

Суспензияның классификациясы

Суспензиялар бірнеше белгілер бойынша жіктеледі:

1) Дисперсті орта табиғаты бойынша : органосуспензиялар (дисперсті орта – органикалық сұйықтық) және сулы суспензиялар.

2) Дисперсті фаза бөлшектерінің өлшемдері бойынша: дөрекі суспензиялар (α >10 ^-2) нәзік суспензия (-5 ∙ 10 ^-5< α< 10^-2) муттар (1۬∙ 10 ^-5< α< 5∙ 10^{-5 см)}

3) Дисперсті фаза бөлшектерінің концентрациясы бойынша: сұйытылған суспензиялар (өлшенділер) және концентрленген суспензия (пасталар).

Сұйытылған суспензияларда бөлшектер сұйықтықта еркін жүреді, бөлшектер арасында байланыс болмайды және әр бір бөлшек кинетикалық тұрғыдан тәуелсіз. Сұйытылған суспензиялар – бұл бос дисперсті структурасыз жүйелер.

Концентрленген суспензияларды (пасталарды) бөлшектер арасында белгілі структура түзілуіне алып келетін күштер әрекет жасайды (кеңістік торлар). Сонымен, концентрленген суспензиялар – бұл дисперсті байланысқан структуралы жүйелер.

Стуктура пайда бола басталатын концентрациялы интервалдың нақты мәндері индивидуалды (дербес) және де алдымен, фазалар табиғатына, дисперсті фаза бөлшектерінің формасына температураға механикалық әсерлерге байланысты.

Сұйытылған суспензиялардың механикалық қасиеттері ең алдымен, дисперсті орта қасиеттерімен анықталады, ал дисперсті байланысқан жүйелердің механикалық қасиеттері тағы дисперсті фаза қасиетімен бөлшектер арасындағы контакт (әрекеттесу) сонымен анықталады.

Сұйытылған суспензияларды алу әдістері

Басқа дисперсті жүйе тәрізді суспензияны 2 әдіс топтары арқылы алуға болады: дөрекі дисперсті жүйе жағынан - диспергационды әдіс, шын ерітінділер жағынан – конденсациялық әдістермен.

Суспензияларды алудың нақты әдістерін қарастыра отырып, суспензиялардың – ұнтақтардың сұйықтағы өлшемдісі екенін еске түсірген маңызды.

Ең қарапайым және де өндірісті де күнделікті өмірде де кең таралған сұйытылған суспензияларды алудың әдісі – берілген ұнтақты сәйкес сұйықта түрлі араластырушы құрылғыларды пайдалана отырып шайқау жатады. Концентрленген суспензияларды алу үшін сәйкес ұнтақтарды сұйықтық аз мөлшерімен үгітеді. Суспензиялар лиозольдерден бөлшектерінің көптігімен ғана өзгешеленетіндігінен, лиозолдер алу үшін пайдаланылатын барлық әдістерді суспензиялар алу үшін де пайдалануға болады. Мұнда диспергационды әдістермен майдалау дәрежесі лиозолдерді алғандығымен салыстырғанда аз болуы керек. Конденсациялық әдістерде конденсацияны сондай жүргізу керек, нәтижеде 10^-5 – 10^{-1 см өлшемді бөлшектер түзілуі керек. Түзіліп жатқан бөлшектердің өлшемі кристалдар түзілу және олардың өсуі жылдамдық қатынастарына байланысты. Аз мөлшердегі қанықтыру нәтижесінде ірі бөлшектер, ал көп дәрежеде ұсақ бөлшектер түзіледі. Жүйеге криталдану туындыларын енгізу монодисперсті суспензиялар түзілуіне алып келеді. Дисперстілік төмендетуді қайнату кезіндегі изопормиялық айдау нәтижесінде қол жеткізуге болады. Мұнда ұсақ кристалдар ериді, олардың есебінен ірілері өседі. Түзіліп жатқан суспензиялар дисперстілігін сондай-ақ БАЗ-ды енгізу арқылы да дұрыстауға болады.}

Суспензияларды еріген заттар қоспасынан диализ электродиализ фильтрлеу центрифугаттау арқылы тазартуға болады. Суспензиялар сонымен қатар лиозилдар коагуляциясы нәтижесінде де түзіледі. Яғни коагуляцияны жасау әдістері – сонымен бірге суспензияларды алудың әдістері.

Жоғарыда айтылып өткеннің бәрі өндірістік және күнделікті суспензияларға тиісті табиғи суспензиялар (олар жердегі барлық су қоймалар) суға қатты бөлшектер түсіп, нәтижеде аэрозолдердің бұзылып, сонымен қатар тамыр, грунттарды диспергирлеу арқылы мұздардың әрекеті және су тасқын құбылыстарында түзіледі.

Сұйытылған суспензия қаситеттері

Сұйытылған жүйелерде структураның болмауы және оның концентрленгенде болуы бұл жүйелер арасындағы айырмашылықты нақты көрсетеді. Сұйытылған суспензиялар қасиеттерін қарастыруға тоқталайық. Жоғарыда айтып өткеніміздей, сандық жағынан, сұйытылған суспензиялар лиозолдерден дисперсті фаза бөлшектерінің өлшемімен өзгешеленеді:

α _сулы – 10^-5+10^{-2 см,}

α _зол – 10^-7-10^{-5 см.}

Бұл қасиеттердегі қандай сандық өзгерістерге алып келеді. Осыны түсінуге әрекет жасайық:

Сұйық суспензиялардың оптикалық қасиеттері

Спектор көріну бөлігінің толқын ұзындықтары мына шектерде жатыр, яғни 4∙ 10 ^-5 см ден 7-10^{-5 см ге дейін. Күлгін толқындар суспензиядан өте тұрып,жұтылуы мүмкін (онда суспензия боялған) геометриялық оптика заңдары бойынша дисперсті фазаның беткі қабатында көрінуі мүмкін және тек жоғары дисперсті суспензияларда – муттарда (5∙ 10 -5}), Рэлей заңынан оқшауланатын жарықтың таралуы күзетілуі (байқалуы) мүмкін.

Оптикалық микроскопта өлшемдері 5- 10 ^-5 см болатын бөлшектер көрінеді, бұл көпшілік сұйытылған суспензияларға сәйкес келеді.

Сулы суспензиялардың электрокинетикалық қасиеттері:

Суспензиялардың электрокинетикалық қасиеттері гидрозолдер қасиеттеріне ұқсас және ол дисперсті фазаның бөлектер бетіндегі екілік электрлік қабаттың пайда болуы және электрокинетикалық потенциалдың туындауына негізделген:

Сол ретті суспензияларға дзета – потенциал мөлшері, зольдердегідей:

Кварц суспензиясы – 44 м/3, балқыған корунд суспензиясы (Al₂О₃) – 20,5 м/3, күкіртті мышяк зом – 90 м/3, темір (ііі) гидроксидінің зом – 52 м/3. Суспензиялардағы дзета потенциал көлемін электроосмостық әдіспен өлшеуге болады. Мұндай әрекетсіз диафрагма арқылы өтетін сұйық дисперсті жүйенің көлемдік жылдамдығын бақылау керек, ол берілген суспензияны седиментациялау нәтижесінде алынған ұнтақтан дайындалады. Әдетте мұндай диафрагманы суспензияларды центрифугаттау жолымен алуға болады.

Электрофарез суспензиясындағы бөлшектердің дзета – потенциамен анықтағанда лиозолдар жағдайында суспензияның ірі бөлшектерінің электродқа жылжымай керісінше ауырлық күшінің әсерінде тұнбаға түсуімен қиындалады. (қиынға түседі) Алайда суспензияларда меофобты зольдерде байқалатын электрокинетикалық құбылыстардың барлық 4 түрі де көрінеді: электрофарез, электрокосмос, ағыс потенциалы, седимитация потенциалы электрофарез құбылысы алғаш 1809 ж. Мәскеу университетінің профессоры Рейс тарапынан лай (саз), балшық суспензиясының мысалын да анықталған ал электрокосмос құбылысы – кварц суспензиясы мысалында суреттелген. Электрокинетикалық құбылыстардың қолданудың маңызды пайдаларының бірі – электрофоретикалық әдіс арқылы түрлі беттерге қаптағыштар қаптау болып табылады. Бұл әдіс күрделі конфигурациясы детальдарға біркелкі қаптағыштар алуға мүмкіншілік береді. Электрофоретикалық әдісте 1 электродтың ролін қаптағыш түзілетін деталь, ал екіншісін суспензиялы ыдыс атқарады. Электродта қаптағыш түзілгеннен кейін ереже бойынша электрокосмос пайда болады, нәтижеде сұйықтық қаптағыш қабаттан шығады және ол анағұрлым тығыз болып қалады.

Сұйытылған суспензиялардың молекулярлы-кинетикалық қасиеттері:

Суспензиялардағы бөлшек өлшемдері дерлік үлкен интервалды аралықты қамтиды: 10^{-5 см ден 152 см –ге дейін және одан да көп. Сондықтан суспензияның молекулярлы – кинетикалық қасиеттері әр алуан және олардың дисперстілік дәрежесімен анықталады. Бөлшек өлшемдері 155} 15^-4 болатын суспензиялар үшін диффузиялы-седиминтациялық тепе-теңдіктің орнығуы байқалады, ол Лаплас – Перрендің гипсометриялық заңымен анықталады.

V_R = V_O – e ^–Ah

V (ρ- ρ_o)g

бұл жерде A =

R T

ρ- бөлшек тығыздығы ρ_о –дисперсті жүйе тығыздығы:

g – еркін түсу жылдамдығы:

V_О – һ = 0 болғандағы бөлшек концентрациясы:

V_К = һ биіктегі бөлшектер концентрациясы V – бөлшек көлемі.

Бұл суспензияларға тұнба түсуге және тепе-теңдіктің орнауына кедергі жасайтын конвенционды жылу ағымдары күшті әсер етеді.

Бөлшек өлшемдері 10^-4 тен 15^-2 см-ге дейін шектерде жататын суспензияларда, броун әрекеті мүлдем жоқ болады. Оларда жылдам седиментация байқалып, оның жылдамдығы (U тун) мына теңдеумен анықталады.

2,2 (ρ- ρ_o)g

Uтун =

g η

Егер Uтун ды өлшесек, бөлшек радиусын (V) ді анықтауға болады.

9Uтун η

V =√

2 (ρ ∙ ρ_o)g

Сүйытылған суспензиялардың седиментациялық тұрақтылығы

Суспензияның седиментциялық тұрақтылығы – бұл жүйе көлемібойынша бөлшектердің ыдырау кезіндегі өзгеріссіз сақтау қабілеті жүйенің ауырлық күші әсеріне қарсы келу қабілеті, көпшілік суспензиялар полидисперсті жүйелер болғандықтан, олардың құрамында броун әрекетінде қатысуы мүмкін емес, ірі бөлшектер болады, суспензиялар симентациялы (кинетикалық) тұрақсыз жүйелер болып саналады. Егер бөлшек тығыздығы дисперсі орта мтығыздығынан аз болса, онда олар балқиды, ол көп болса – тұнбаға түседі.

Агрегатты тұрақты суспензияларда бөлшектердің тұнбаға түсуі баяу жүреді және өте тығыз тұнба қалыптасады. Бұл құбылыс жоғарғы қабаттар бөлшектер агрегатталуына кедергі жасайды. Мұндай жағдайда бөлшектер арасындағы қашықтың және координациялық сан мына қатынастармен анықталады:

- ауырлық күші.

- Бөлшектердің молекула аралық тартылысы.

- Супензияның агрегаттық тұрақтылығын қамтамасыз ететін бөлшектер арасындағы итеріліс күштері.

Агрегатты тұрақсыз суспензияларды бөлшектердің тұнбаға түсуі агрегаттар түзілу нәтижесінде анағұрлым жылдам жүреді. Алайда бөлініп жатқан тұнба көбірек көлем алады. Өйткені бөлшектер алғашқы контактіге түскен орнын сақтап қалады. Түзіліп жатқан агрегат немесе флокулдар ан-изометриясы байқалады.

Агрегатты тұрақты және тұрақсыз жүйелердің седиментациялық көлемдерінің айырмашылығы егер бөлшектер орта өлшемдерге ие болса ғана айқын байқалады. Егер бөлшектер ірі болса, суспензия агрегатты тұрақсыз болғанына қарамастан, тұнба ауырлық күшінің әсерінде анағұрлым тығыз болып алынады. Егер ол бөлшектер өте ұсақ болса, онда агрегатты тұрақты жүйеде де аз ауырлық күшінің нәтижесінде қозғалмалы тұнба түзіледі.

Сұйытылған суспензиялардың агрегативті тұрақтылығы.

Суспензияның агрегативті тұрақтылығы – бұл уақыт бірлігінде дисперстілік дәрежесін өзгеріссіз сақтау қабілеті, яғни бөлшек өлшемдері және олардың даралығы.

Сұйытылған суспензиялардың агрегативті тұрақтылығы лиофобты зольдер агрегатты тұрақтылығына ұқсас келеді. Алайда суспензиялар аса агрегативті тұрақты жүйелер болып саналады, өйткені аса ірі бөлшектерге ие болады.

Суспензияның агрегативті тұрақтылығының бұзылу нәтижесінде коагуляция процесі жүреді. Дисперсті фаза бөлшектерінің жабылуы. Коагуляция - өз еркімен жүретін процесс, ол фаза аралық беттің азаюы есебінен жүенің бос энергиясының азаюымен сипатталады. Бұл процесс лиозолдерде жүретін процеске ұқсас және де лиозолдердің коагуляциясы суспензиялар түзілуіне алып келеді, және әрі қарай соларда жалғасып, тұнба түзілуіне әкеледі. Бұл тұнба көбінесе концентрленген суспензия болып келеді. Суспензияның агрегативті тұрақтылығына қол жеткізу үшін мына екі шарттың біреуінің орындалуы керек:

- дисперсті фаза бөлшек бетінің дисперстіортамен сулануы

- стабилизатордың қатысуы