КОЛЛОИДТАРДЫҢ ТҰРАҢТЫЛЫҒЫ

Коллоидты системаның тұрақтылығы коллоидты химиядағы өзекті мәселелердің бірі. Лиофобты коллоидты системаның тұрак-тылығы Н. Песковтың пікірі бойынша, дисперсті фаза мен дисперстік ортаның болуымен қатар, тұрақтандырушы заттың катысуына да байланысты. Ерітіндіде еріген күйде кездесетін тұрақтылықтың негізгі міндеті бөлшек айналасында сольватты қабат тудыру бо-лып табылады.

Ал П. Ребиндердің ойынша ондағы сольваттық қа-баттьщ пайда болуы коллоидты ерітіндінің ұюына механикалық тұрғыдан бөгет жасайды. Қоллоидты ерітінділердің сольваттығын арттыратын, яғни оны лиофилдейтін процесс зольдердің тұрақты-лығын арттырады. Коллоидты ерітіндінің ұюын тудыратын элек-тролиттің ең аз концентрациясын ұю табалдырығы дейді және ол моль/л-мен өлшенеді. Лиофобты зольдердің тұрақтылығын тәжі-рибе кезінде алынған мәліметтерге сәйкес сан жағынан сипаттай-тын қатынас физикалық теория негізінде алынды. Бұл теория бойынша коллоидты системанын, мән-жайы бөлшектердің тартылыс және тебіліс күштерінің қатынасымен анықталады.

Тұрақтылықтың физикалық теориясы және электролиттердің ұйытуы. Екі бөлшектің ара қашықтығы өзгергендегі оған байла-нысты осы бөлшек араларындағы әрекеттесу энергиясының тәуел-ділігін талдап, қарастырайық. Ол үшін, осы ара қашықтықка функция ретінде тартылу энергиясы мен тебілу энергияларын жеке сипаттайтын график тұрғызу керек. Ал осы әрекеттесудің жалпы энергиясын табуға болады. Мұндай графиктер 61-суретте көрсетіл-ген және оларды көбінесе потенциалдық қисықтар дейді. Оларды тұрғызғанда тебіліс энергиясы оң деп, ал тартылу энергиясы теріс деп есептеледі.

Қоллоидты ерітіндідегі мицеллалардың аралары қашық бол-ғанда, ионды атмосфераның диффузиялық қабаты бірін-бірі бас-пайды, тіпті түйіспегендіктен де тебілу күштері байқалмайды. Ал ионды атмосфера біріне-бірі түйісіп, тіпті біріне-бірі көмкеріледі, кері аттас иондар арасында электростатистикалық әрекеттесу туындап, иондар қайтадан таратылады. Мицеллалар біріне-бірі жа-кындағанда пайда болатын тебілу күштерінің табиғаты жай ку-лондық әрекеттесуден әлдеқайда күрделі. Б. Дерягин сыналы

қысым деп аталатын ерекше тектегі күштердің пайда болатынын көр-сетті.

Тебіліс энергиясымен байланысты болатын сыналы қысымды есеп-темегенде зарядталған және параллельді орналасқан үлкен екі пластинаны үлгі етіп алған жөн. Осы екі пластина арасында системаның қалған көлемімен байланысқан өте жұқа сұйық қабат бар. Ал осы екі пластина да Р қысымының әсерінен ұсталып тұрады. Ондағы қабаттардың механикалық тепе-теңдікте болуының басты шарты екі күштің абсолют мәнінің теңдігі: dР — бірлік өлшемдегі ауданға қатынасты

222

сыналы қысым күші және  — электростатистикалық әрекеттесу күші, ол да бірлік өлшемдегі ауданға қатынасты. Бұл екі күштің бағыты біріне-бірі кері болғандықтан:

(205)

Пластинаның L аралығындағы қысымды Р_г , ал бүкіл көлемдегі қысымды Р₀ арқылы белгілесек, сыналы қысым осы екі қысымның айырымына теңелетінін көреміз:

П=р,-р₀ (206)

Екі пластина ортасындағы потенциал  бүкіл көлемдегі потен-циал нөл болғандықтан, (205) теңдеуді интегралдап

(207)

екенін алады.

Ондағы заряд тығыздығын физикадан белгілі теңдеуді пайда-ланып табады. Мұндай жағдайда, ерітіндідегі бинарлы электролит заряды z болатын иондарды құрастырады делік. Көрсеткіштік функцияны қатарға жіктей келіп және ондағы бірінші мүшелер-мен шектелсек:

(208)

:” (209)

Тебіліс потенциалы энергиясын (U₀) келесі теңдеумен есептеуге болады:

6

Б. Дерягин шәкірттерімен бірге, судағы электролит ерітіндісі-нің екі жақты жұқа кабатта туындайтын сыналы қысымды тәжіри-бе кезінде өлшеді. Ерітінді концентрациясы төмен болған жағдай-да (209) теңдеу дұрыс нәтиже көрсетеді. Сондай-ақ, олар шар тәрізді екі бөлшек арасындағы тебіліс энергиясын да есептеп шы-ғарды.

Золь тұрақтығына едәуір ықпал ететін екінші тектегі күш — бөлшектердің арасындағы өзара тартылыс күші. Олардың табиға-ты бейтарап молекулалар арасындағы әсер етуші күштердікіндей. Мұндай күштердің болуын пайдаланып, Ван-дер-Ваальс нақтылы газдар мен сұйықтың қасиеттерін түсіндірді. Молекулааралык күштердің пайда болуы дипольдердің әрекеттесуімен байланысты. Осы бағытқа арнайы жүргізген есептеулер көрсетіп отырғандай, ара қашықтық қысқарғанда тартылу күшінен гөрі, тебіліс күші біршама жай кемиді; ал ара кашықтық алыстағанда тебілу күші басым болса, қысқарғанда тартылу күші артады. Осылайша әре-кеттесуші энергия қисығының орташа көрсеткіші орташа кашықтық кезінде барынша артық, яғни максимум болады. Бұл макси-мум молекулалар өзара бірігіп, жабысу үшін асып түсетін кедергі іспеттес. Потенциалды қисықтың абсцисса осімен бірігуі тез ұю құбылысының бастапқы кезеңіне сәйкес болады. Осындағы бөл-шектердің әсерлі қақтығысуы бола алатындай бірден-бір тиімді концентрация мәнін теориялық тұжырымдау тұрғысынан Б. Деря-гин мен Л. Ландау қарастырып, келесі теңдеуді ұсынды:

(ҺТ)*

(211)

мұндағы А — тұрақты шама, ол катион зарядының анион зарядына қатынасы мен диэлектрлік сіңіруге тәуелді; k — Больцман тұрақ-тысы: е — электрон заряды; z —ұйытушы ионның валенттілігі; С— ұйытушы электролит концентрациясы.

Соңғы теңдеу Шульц-Гарди ережесінің теориялық тұрғыдан алғандағы түсіндірмесі және ол тәжірибе кезінде алынған мәлімет-термен сәйкес келеді.

Б. Дерягин шәкірттерімен біріге электролиттердің кризистік концентрациясына әртүрлі факторлардыд ықпалын жан-жақты қа-растырды. Соңғы кездегі зерттеулерге қарағанда бұл шама золь-дегі белшек өлшеміне және үлкен радиуске, аз концентрацияға сәй-кес екен.

Структуралық-механикалық тұрақтылық. Дисперсті системаның тек полюсті системадағы ғана емес, сондайақ оның көмірсу-текті ортадағы тұрақтылық проблемасын П. Ребиндер мен оның ғылыми мектебі қарастырып келеді. Лиофобты системаның тұрақ-тылығын арттырудағы барынша жалпы жай, ол бөлшектің беткі қабатында мейлінше берік адсорбциялық қабаттың пайда болуын немесе дисперстік ортаның едәуір берік структурасын құрайды. Мұндағы бірінші жағдайға орай, пайда болатын адсорбциялық қабат бөлшектерді бір-біріне жақындатпайтын механикалық ке-дергі болатындықтан да, онда коллоидты ерітіндінің ұю құбылысы жүзеге аспайды. Сонда, бұл системадағы бөлшектердін, кездесуі жылулық қозғалыс әсерінен адсорбциялық қабаттардың тек сер-пімді гана қақтығысуына саяды. Ал, екінші жағдайда, системада пайда болған структуралық тор бөлшек қозғалысын шектейді екен.

Өзінің құрамына әрі мықты адсорбциялық қабаттардың пайда болуын, әрі көлемдік структураның туындауын қосатын структура-лық-механикалық тұрақтылықтьщ көмегімен зольдерге электро-литтердің енуіне сезімтал қабілет беруге болады. Су системасын-дағы жақсы әсер етуші тұрақтандырушылар, ол белоктар мен олардың жартылай гидролиз кезіндегі өнімдері. Зольдерге поли-сахаридтерді, синтетикалық полимерлерді қосу арқылы олардың тұрақтылығын арттыруға болады.

Су ерітіндісіндегі түрлі заттардың тұрақтандырушы әсерін са-лыстыру үшін көптеген тәжірибелер жүргізілді. Үлгі ретінде алтын және конго-рубин зольдері алынды. Ұюдан қорғайтын әсердің өлшемі ретінде зольдің белгілі көлемдегі мөлшері, ұйымайтын қор-ғаушы заттың саны қабылданды. Мысалы, 10 см³коллоидты ерітіндіні ұюдан қорғау үшін белгілі концентрациядағы электролиттің мөлшерін, айталық 1 см³ 10%-тік натрий хлоридін қосу керек. Осы санды қорғаушы сан деп атайды. Сол секілді алтын мен конго-рубин зольдерін ұюдан қорғайтын затты миллиграммен өрнектеп, оны алтын және рубин сандары деп атайды.

Желатин, натрий казеинаты, альбуминдер және сол сияқты зольді ұюдан қорғаушы заттардың арасында сапалық ерекшелік-тер бар екен. Мысалы, желатинмен гемоглобинді салыстырсақ, оның алтын саны 6 есе артық, ал рубин саны керісінше 3 есе кем екен. Әйтсе де бұлардың бәрі золь қасиеті әр түрлі болғандықтан оны ұюдан қорғаушы затқа сипаттама болмайды. Белоктардың, полисахаридтердің және басқалардың қорғаушы қасиеті жоғары дисперсті суда еритін дәрі-дәрмектерді әзірлегенде жиі пайдала-нылады. Полюсті емес ортадағы зольдерді ұюдан қорғау үшін, дисперстік ортаға көп валентті металдардьвд сабынын, жоғары молекулалық қосылыстарын қосады. Бұл әдіс бензолдағы, толуол-дағы және басқа да көмірсутекті ортадағы металдардың және ок-сидтердің тұрақты золін алу үшін жиі пайдаланылады.