Коагуляция.

Date: 2014-02-26; view: 4027.

Коллалдтардың тұрақтығы, олардың бөлшектерінде адсорбцияланған зарядтың болуынан және су молекулаларының қоршауынан екендігі жоғарыда айтылды, ол осы себептерді жойса, коллоидтардың тұрақтылығы кемиді. Бөлшектер біріне-бірі жабысып, бірігісіп, ірірек агрегат түзеді, оның ақтық нәтижесі олар ауырлап тұнба болып шөгеді. Осы процесті ұю, немесе коагуляция дейді.

Коллоид ерітінді ұю үшін оған ұйытқы ретінде электролит қосылады. Коагуляция (ұю) процесін былай сипаттауға болады. Коллоид ерітіндіге электролит қосқанымызда, ерітіндіде иондардың жалпы концентрациясы артады, сондықтан зарядты коллоид бөлшегінің қарсы зарядты ионмен кездесуінің, демек бейтараптануының мүмкіншілігі өседі; зарядсыз бөлшектер жабысып, бірігісіп ірі агрегат түзіп, тұнбаға түседі. Гидрофобты коллоидтар гидрофильді коллоидтарға қарағанда оңайырақ коагуляцияланады.

Зарядтары қарама-қарсы коллоидтар араласса да коагуляция болады. Мысалы теріс зарядты күкіртті күшән мен оң зарядты темір гидрототығы коллоидтарын араластырса, бұлардың арасында ешбір химиялық реакция болмағанымен, коллоидтар бірінің зарядын бірі сөндіргендіктен бірлесіп коагуляцияланады. Кейбір әр түсті сияларды араластырғанда іріп кету де осы коагуляциядан; өйткені сия органикалық бояулардың коллоид ерітіндісі, солардың бірі оң, екіншісі теріс зарядты болып кездессе коагуляцияланады.

Кейбір коллоид ерітінділер қыздырғаннан коагуляцияланады, өйткені қыздырғанда коллоид бөлшектерінің адсорбциялағыштығы кемиді, одан оның зарядтары азаяды, демек бірін-бірі кейін тебу нашарлайды.

Коагуляция нәтижесінде шөгетін тұнбалар әр түрлі болады. Гидрофобты коллоидтар жалбыр-жұлбыр болып немесе ұнтақ түрінде тұнады, олардың кұрамында еріткіш аз болады. Гидрофильді коллоид өзімен бірге суды ала тұнады сондықтан олар дірілдек, кілегей түрінде болады. оларды гель(сірне) деп атайды. Гель біраз тұрса сығылып, кішірейіп бойындағы суын бөліп шығарады, бұл құбылысты синерезисдеп атайды. Кептірілген гельді ксерогель деп атайды. Ксерогельді сумен араластырса -оны бойына сіңіріп ісініп қайтадан гельге, яғни гидрогельге айналады, температурасын көтерсе зольға да айналады.

Заттың коллоидтық күйде бола алуының, коллоидты жүйелердің өнеркәсіптік үлкен маңызы бар. Көп заттардың мысалы пластмассалар, каучук, жасанды торқа тері тағы басқалардың технологиясы заттың коллоидтық күйіне өте байланысты болады.

№ Дәрістің тақырыбы:Көбіктер Көбіктердің құрылысыжәнеклассификациясы

2. Дәрістің жоспары:

1.Көбіктердің маңызы және қолданылуы

2.Көбіктерді алу жолдары

3.Көбіктің құрылымы

4. Түрлі факторлардың көбік түзілуіне тигізетін әсері

3. Сабақтың мақсаты:Студенттерді көбіктер, оның құрылымы және алу әдістерімен таныстыру.

Көбік – сұйық немесе қатты дисперстік ортадағы газдың (немесе ауаның) дисперсиясы – лиофобтық жүйелерге жатады. сұйытылған газды дисперсиялар – газды эмульсиялар немесе шар тәріздес көбіктер деп саналады, оларда газдың концентрациясы аз, ал сұйық қабаттардың қалыңдығы газ көпіршіктерінің көлеміне байланысты болады.

Көбіктердің маңызы зор, олар әр түрлі өндірістерде, тұрмыста: кір жуу, тазалау әдістері, өрт сөндіру, флотация процестерінде кеңінен пайдаланылады. Көбіктердің жаңа қолдану аумақтары: мұнай, газ өндіру, шыңды басу, дәрі – дәрмектердің жаңа түрлерін жасау, экологиялық мақсатта қолдану, құрлыс материалдарын өндіру, биотехнологияда өте таза биополимерлеу мен биобіктік активті заттарды фракциялап алу, яғни көбіктік сепарациялау, жеңіл және тамақ өнеркәсібі (торттар мен балмұздақ дайындауда белоктық көбіктерді жасайды). Көбіктердің тұрақтылығы және басқа қасиеттеріне қойылатын талаптар олардың пайдалану шарттарына байланысты. Мысалы, флотациялық көбіктің тұрақтылығы төмен болу керек, бірақ ол пульпадан алынған миниралды бөлшектерді, ерітілген заттарды ұстай алуы шарт. Қатқан көбіктер жылуды сақтайтын бетон, кірпіш алу үшін пайдаланылады. Олардың кристаллизацияға дейінгі еселену саны төмен және синерезис жылдамдығы төмен және синерезис жылдамдығы төмен болуы керек.

Көбіктік хроматографияда қолданылатын көбіктің еселену саны мен тұрақтылығы жоғары болуы қажет. Өрт сөндіруде, әсіресе мұнай мен сұйық жағар – майлардың ертін сөндіргенде де тұрақтылығы жоғары көбіктер қажет. Олар өртеніп жатқан сұйықтан шыққан буды жібермей, және сол сұйықтың бетінде жақсы жайыла жылжып, өртті тез басуға қабілетті болуға тиіс.

Газдың қатты денелердегі дисперсиялары қатты көбіктер деп аталады.

Қатты көбіктер құрылыста кеңінен қолданылады. Оларға көбіктіпласттар (пенопласт), көбіктібетон (пенобетон), көбікшынылар (пеностекло) жатады. көбіктіпласттар көбік түзгіш материалдардан алынады.

Көбіктіпласттарда дисперсті фаза газ болып табылады. Пластмассаға газ көпіршіктерді енгізу үшін қыздырғанда газтүзгіш заттарды қолданады. Газ түзілу химиялық, мехеникалық және физикалық процестер арқылы жүреді.

Көбіктіпластардың ұяшықтары бір – біріне бірікпейді. Егер материалды біріккен ұяшықтар көп болса, онда соны поропласт деп атайды. Поропласттар су мен газдарды жақсы өткізеді: олардың дыбыс және вибризоляциялық қасиеттері жоғары. Көбіктіпласттардың арасында 300 – 400% - ке ұзаратын көбіктіматериалдар ерекше орын алады. Бұл материалды поролондар деп аталады. Олардың көлемдік массасы аз, тығыздығы 30 – 40 кг/м^-3; жылу сақтайтын, ауа өткізбейтін қасиеттері бар және әр түрлі заттармен (Май, бензин, т.б.) әрекеттескенде бұзылмайды. Сондықтан поролондар жылу мен дыбысты сақтау үшін қолданылады. Оларды отыратын жастықтар, матрацтар жасауда, киім, аяқ киім тігетін өндірістерде, жиһаз, ыдыс – аяқ, шыны орау үшін кең пайдаланылады.

Құрылыста ұяшықты бетондарды, органикалық және мениралдық көбіктерді, яғни көбікшыныларды кең қолданады. Көбікшынылар суда тазарту үшін сүзгіш ретінде де қолданылады. Көбікшынылардың ассортименті кең, олардың ішінде акустикалық және декоративтік іріктемелер бар.

Тамақ өнеркәсібіндегі қатты көбіктер көбікті құрғату арқылы алынады. Мысалы, нан – бұл қатты көбікке жатады, көбіктендіру қамырды дайындау процесінде жүргізіледі, нан піскенде көбік құрғатылады.

Көбіктердің физико – химиялық қасиеттерін белгілі бір бағытта беттеу, эффективтілігі жоғары әрі үнемді көбіктүзгіш заттарды алу және көбіктегі газ көпіршіктерінің арасындағы қабықтардың тұрақтылығының сырын ауш – қазіргі заманғы коллоидтық химия ғылымының актуальды мәселелері болып табылады.

Көбіктерді алу жолдары.Көбікті, кез келген дисперсті жүйе тәрізді, екі түрі жолмен алуға болады: газдың өте майда (микроскопиялық) бөлшектерін біріктіріп үлкейту арқылы (конденсациялық әдісі) немесе оның үлкен бөлшектерін, керісінше, майдалау (дисперсиялау әдісі). Көпіршіктенудің конденсациялықәдісі газ тәрізді заттардың күін сипаттайды: қысым жоғарлағанда немесе температура төмендегенде газдардың сұйықтардағы ерігіштігі артады. Егер қысымды төмендетсе немесе температураны жоғарылатса, онда газдар бірден бөлініп сұйықты көпіршіктендіреді. Құрамында қатты заттар бар сұйықтарды тазартудан бұрын алдымен жоғары қысымда газды ерітіп, беттік активті заттар (БАЗ) қосады. Содан кейін сұйықты төменгі қысымдағы екінші ыдысқа құйғанда, ондағы газдар бөлініп шығып, суды көпіршітеді. Бұл кезде көпіршіктермен бірге ластаушы заттар да бөлініп шығады.

Сонымен, көбік түзудің конденсациялық әдісін үш түрлі жолмен жүргізуге болады:

- жүйенің физикалық күйінің параметрлерін өзгерту арқылы, мысалы, ерітіндідегі қысымды төмендету немесе оның температурасын аттыру арқылы жыне ерітіндіге ондағы газдардың ерігіштігін нашарлататын заттарды қосу арқылы;

- химиялық реакциялар нәтижесінде (олардың ішінде негізгілері – соданың қышқылмен, сутек асқын тотығының калий перманганатымен әрекеттесуі, аммоний карбонатының айрылу реакциялары), бұл кездерде СО₂, не О₂ бөлінеді де , көбіктену процесіне әкеліп соғады:

NaHCO₃+HCl NaCl+H₂O+CO₂

2KMnO₄+H₂O₂+3H₂SO₄ 2MnSO₄+K₂SO₄+4H₂O+3O₂

(NH₄)₂ CO₃ 2NH₃+CO₂+H₂O

- газдар, әсіресе СО₃ бөліне жүретін микробиологиялық процестерді

қолдану.

Конденсациялық әдіс нан мен кондитер өнімдерін дайындауда, көбіктіпластмасса өндерістерінде, газобетоп мен көбікті металл технологияларында кең түрде қолданылады.

Көбікті құрғату – бұл өнімді бір уақытта сублимациялық кептіру арқылы жүргізіледі. Сублимация – бұл қатты заттың қыздырғанда сұйыққа айналмай бірден газ күйіне өтуі . Түзілген көбік дисперстік жүйенің фазааралық жанасу бетін тез ұлғайтып кептіру процесін тоқтатады. Кептірлгеннен кейін өнім ұсақталады.

Дисперсиялық әдіскөбік түзгіш зат қосылған ерітіедіде ауа, не газдардың пайда болуы арқылы көпіршік алуға негізделген. Әдетте, бұл әдіс бойынша газдардың біршама мөлшерін ерітіндіге жіберіп, оларды майда көпіршіктерге бөлшектейді.

Бұл кезде бөлшектенген ауаны тікелей сұйыққа жіберуге болады, немесе сұйықпен араластырып та жібереді.Кейде металл торға сұйықты сеуіп, одан кейін газды жібереді.

Өндірісте дипресиялық әдіспен көбік алу үшін төмендегі принциптер пайдаланылады:

-аэрациялық және барботажды қондырғылардағы сұйықтар арқылы, көбік түзгіш затпен өнделген торлы көбікгенераторларындағы сұйықтар арқылы газ жіберу;

Қозғалмалы қондырғылардың сұйыққа әсері (ерітінділерді жылдам араластырғыш технологиялық аппараттардағы) арқылы;

-көбікгенераторларда ерітінді ағысын ауамен эжектерлеу (французша: ejection - лақтыру)

Дипресиялық көбік түзудің өте қуатты және тиімді қондырғылары өрт сөндіруде қолданылады. Негізінен екі түрлі қондырғылар пайдалылады.

Оның бірінші түрінде (а) ауа мен көбік түзгіш ерітінді жоғары қысыммен бір – біріне бұрыш құрай орналасқан саңылаулар арқылы жіберіледі, мұның нәтижесінде ауа мен ерітінді ағыстары бір – бірімен үлкен жылдамдықпен соғылысып, бөлшектеніп, нәтижесінде араласып кетеді. Ерітінді мен ауаның үздіксіз араласуынан түзілген көпірікшілер оқпан арқылы сыртқа шығарылады. Мұндай көбіктің құрамы біртекті болғандықтан, ол тұрақсыз болады. Алайда бұндай генераторлар азғана қысымның өзінде көпіршіктерін алысқа шашып, неғұрлым үлкен аумақтағы өрт ошақтарын сөндіруге мүмкіндік береді.

Көбіктің құрамы

Көбіктер химиялық тұрғыда алғанда өзара сұйық қабаттар арқылы бөлінге газ (ауа)қуыстарынан құрылатын дисперстік жүйе. әдетте, газ дисперсті фаза болса, ал сұйықтық, үздіксіз дисперстік орта болып саналады. Көбіктегі газды қуыстардың геометриялық түрлері ондағы сұйық пен газдың көлемінің ара қатынасына байланысты болады және көпіршіктің ұяшықтары дөңгелек немесе көп қырлы (полиэдрлік) түрде болады.

Көпіршіктері дөңгелек көбіктерде сұйықтық көп болғандықтан, мұндай көбіктер тұрақсыз болады. Тұрақсыз көбіктерде Плато эффектісі байқалады: оның мәні – ауырлақ күш әсерінен газды көпіршіктер аралықтарындағы сұйықтық, ағып кетіп, коалеценция құбылысы жүреді (латын тілінен аударғанда – coalesce – бірігу деген мағынаны білдіреді) көбіктердегі коалесценция дегеніміз көршілес газды қуыстардың бірігіп, үлкен бір қуысқа айналуы.

Түзілген үлкен газды қуыс жарылып, көпіршік жойылады.

Көп қырлы көбіктерде сұйық фаза көлемі аз болып, өте тұрақты деп саналады. Бұндай көбіктерде жеке газды қуыстар бір – біріне жақын орналасып, «жұқа серпімді қабаттармен» бөлінеді. Бұл қабаттардың серпімдік күші газды қуыстардың коалесценциялануына кедергі келтіреді.

Аралық қабаттардың бірте – бірте жұқалауынан қуыстар бір – біріне жақындап, көп қырлы полиэдр формасына ие болды.

Көбіктің қасиеттеріне және әсер ететін жағдайлар

Көбікті түзілу Жағдайлары

1. Аппараттың құрылымы 2. Процестің интенсивтілігі

Көбіктің дисперсиялығыауа көпіршіктерінің орташа мөлшерімен сипатталады, ауа көпіршіктері неғұрлым кішкентай болса, көбіктің дисперсиялығы соғұрлым жоғары болады. Дисперсиялықтың өзгерістерінің кенетикалық диффузиялық алмасу мен коалесценция нәтижесінде көбік құрамының ішкі бұзылуы жылдамдылығы сипаттайды. Микробиологиялық, химиялық өндірістердегі көптеген технологиялық процестердің жылдамдығы, сол сияқты өрт сөндірудің тиімділігі көбіктің дисперсиялығына байланысты.

Көбіктің тұрақтылығы оның толық немесе жыртылай бұзылу уақытымен өлшенеді. Оны анықтау үшін көбік бағанасының бұзылуын немесе жеке көпіршіктердің сақталу уақытын бақылайды. әдетте көбіктің жарты көлемінің бұзылу уақытын өлшейді.

Техниканың көптеген салалары үшін көбіктің құрылымдылық – механикалық қасиеттері маңызы. Олардың ішіндегі ең маңыздылары – ығысудың кернеуінің шектелуі мәні мен тұтқырлығы.

Көбік ығысу кернеуінің шектелуі мәнікөбінесе серпімділік арқылы есептеледі. Ол көбіктің түрлі механикалық қысымдарды, мысалы, жоғарыда орналасқан көбік бағанасының қысымын өзінің көлемі мен формасын өзгертпей қабылдай алу қабілеті. Көбіктердің қабықшалары сұйық болса да, оларға белгілі серпімділік тән.

Көбіктің тұтқырлығы– оның реологиялық сипатамасы (реология – ағу туралы ғылым), ол арқылы көбіктің қозғалу жылдамдығын, көбік массасының беттік таралуы қабілетін анықтауға болады.

Көбіктің барлық негізгі қасиеттері ең алдымен, оның қандай заттар арқылы алынғандығына, яғни көбік түзушінің түрі мен мөлшеріне байланысты.

«Таза», қоспасыз сұйықтар тұрақтылығы жоғары көбік түзе алмай. Беттік ауданы үлкен бір компонентті жүйелер беттік керілукүшіне тәуелді тез бұзылады. Бұндай жүйелерде көбіктерге тән тұрақтандырушы факторлар болғандықтан олардың бұзылу процестері өздігінен тез арада жүреді.

Тұрақты көбікті алу үшін сұйық фазада кем дегенде, екі компонент болуы керек, олардың бірі беттік активті зат, ал екіншісі – еріткіш. Бұндай екі компонентті жүйенің беттік керілуінің өзгеруі (d) Гиббс теңдеуіне сәйкес адсорбцияланған еріген заттың химиялық потенциалының өзгеруінен (d) және оның адсорбциясымен (Г₁) анықталады:

d= -

Май қышқылының натрий түздары ерітінділерінің көбік түзу қабілеті олардың көмірсутек радикалы тізбегінің ұзындығы артқан сайын жоғарылайды. Қаныққан қышқылдар тұздарының ішінде натрий олеатының ерітінділерінің көбік түзу қабілеті жоғары болады.

Линолеаттардың көбік түзу қабілеті төмендеуі. Бірінші реттік алкилусульфаттардың (АС) сулы ерітінділерінің көбік түзу қабілеті олардың көмірсутек радикалдарының тізбегі ұзарған сайын артып, додецилсульфатта ең жоғарғы мәніне жетеді. АС – дың гомологтарының малекулалық массалары артқан сайын, олардың бөлме температурасында көбік түзу қабілеті төмендейді. Бұл олардың суда ерігіштігінің нашарлауынан.

С₁₁Н_2n+1SO₃Na қатарында n = 11 – ден (С₁₁ – ден) бастап алкилсульфонаттар ерітінділерінің көбік түзуші қасиеттері жоғары болып, С₁₅ гомологында концентрациясы 0,5 г/л болғанда ең жоғары мәніне жетеді, ал одан жоғары қарай гомологтарының көбік түзгіштігі төмендейді. БАЗ ерітінділерінің көбік түзу қасиеті оның молекуласындағы гидрофильді топтың топтың орнына байланысты: ол неғұрлым молекуланың ортасына жақын болса, ерітінділерінің көбік түзу қасиеті соғұрлым жоғары болады.

Алкилбензолсульфонаттар ерітінділерінің көбік түзгіші қасиеті олардың құрамындағы алкил тізбектері С₄ – тен С₁₄ – ке ұзарғанда жоғарылап, одан соң төмендейді.

Бұл қосылыстардың көбік түзуші қасиеттерінің артуы артуы көмірсутек радикалы тізбегінің өсуіне және беттік активтілігінің жоғарлауынан. Алайда алкил тізбегі С₁₄ – тен асқанда ерітінділердің беттік керілу күшінің артуынан көбік түзу қасиеті әлсірейді.

Ионсыз, мысалы, құрамында оксиэтилен тобы (СН₂СН₂-О-) бар БАЗ ерітінділерінің көбік түзу қасиеті тізбектің ұзындығына, сол сияқты СН₂СН₂-О- тобының санына байланысты. Оксиэтил май қышқылды спирттердің көбік түзу қасиеті С₄ – тен С_10-12 – ге дейін артып, одан соң төмендейді. Қалыпты құрылыстағы спирттердің көбік түзгіштік қасиеті жоғары болып, жоғарғы молекулалы тармақталған тізбекті спирттерде ең жоғарышегіне жетеді.

БАЗ концентрациясының әсері.БАЗ – дың концентрациясы артқан сайын ерітінділердің көбік түзу қасиеті де жоғарлап, концентрациясының ең жоғарғы мәнінде максималды түрге жетіп, бұдан соң тұрақтанады.

Концентрация артуына қарай көбік түзу қасиетінің жоғарлауы мицеллалар түзілуіне байланысты, ол концентрациясының жоғарғы шегінде (МТКК – мицелла түзудің критикалық концентрациясы) көбік көлемінде де ең жоғары шегіне жетеді. МТКК аймағында механикалық жағынан берік адсорбциялық қабаттың қалыптасуы аяқталады. Концентрация бұдан ары жоғарылағанда (МТКК – дан жоғары) ерітіндіде молекулалардың диффузиялану жылдамдығы төмендеп, осыған сәйкес БАЗ – дың көбік түзу қасиеті де әлсірейді.

Бақылау сұрақтары:

1.Көбіктің алу әдістері жайлы не айтасыз?

2.Көбік тұтқырлығы дегеніміз не?

3. Көбік түзілу қабілетіне қандай әсер етуші факторларды

4. Көбік түзілу қабілетіне температураның әсері.

5. Көбік түзілу қабілетіне концентрацияның әсері

СӨЖ тапсырмалары: