СЕДИМЕНТАЦИЯ

Сұйық не газды ортадағы ұнтақталған заттың бөлшектері қарама-қарсы бағытталған екі күштің әсерінде болады. Олардын біріншісі’бөлшекті төмен тартып, тұнбаға немесе шөгіндіге түсіру-ге бағытталған ауырлық күш, ал келесісі бөлшектерді берілген көлемде біркелкі таратуға ұмтылған, яғни бөлшек концентрациясы мол жақтан, аз жаққа қарай ауысуына әсер ететін өздігінен жүре-тін диффузиялык күш.

Дисперстік системаға әсер ететін ауырлық және диффузиялық күштің қайсысының басым болуына байланыс-ты оның күші анықталады: ауырлық күші артық болса, ондайда дисперсті системаның бөлшектері көбірек шөгеді, ал диффузиялық күш басым болса, онда дисперстік системадағы бөлшектер тұнбаға түспей жүзгін түрінде болады. Осы айтылғандарға орай, дисперстГ фазаның система көлемінде біркелкі таралып, тұрақты күйде бо-луын седиментациялық немесе кинетикалык, тұрақтылық деп атай-ды, ал ауырлық күші әсерінен бөлшектердің тұнбаға түсу процесі седиментация деп аталады. Системадағы бөлшектердің тұнбаға түсу жылдамдығы осы бөлшектердің өлшеміне, дисперстік орта-ның тұткырлығьша және бөлшек тығыздықтарына тәуелді:

мұндағы v — бөлшектердің түнбаға түсу жылдамдығы;  — бөлшек радиусы; d және d0— дисперсті бөлшек пен дисперстік ортаның тығыздықтары; —дисперстік ортанын тұтқырлығы; g — еркін түсу үдеvі.

Дисперсті фаза өте үсақ болса диффузия жылдамдығы үлкен

206

болады. Ал олар іріленген сайын диффузия жылдамдығы баяулай-ды. Бөлшектің радиусы 2 нм-ден үлкен болса, броундық қозғалыс байқалмайды, деімек олардьщ диффузиялық қабілеті нөлге тең. Мұнда ауырлық күші диффузиялық күштен басым.

Егер дисперсті системадағы ауырлық күші мен диффузия күші өзара тең болса, онда седиментация мен диффузия жылдамдық-тарыныд тепе-теңдігімен сипатталатын седиментациялық тепе-тең-дік деп аталатын күй орнайды. Мұндайда берілген дисперсті сис-теманьщ бірлік өлшемі арқылы ауырлық күшінің әсерінен төмен қарай қанша бөлшек өтсе, диффузиялық күш ықпалынан жоғары қарай сонша бөлшек өтеді. Осындай седиментациялық тепе-теңдік тек коллоидты системаға ғана емес, молекулалық-дисперстік сис-темалар үшін де тән құбылыс. Сондай-ақ бұл тепе-теңдік система-дағы бөлшек концентрацияларының уақыт өткен сайын баяу бол-са да төменнен жоғары қарай кеми беретіндігімен де сипатталады. Сұйық бағанасындағы бөлшектер өзінің өлшеміне сәйкес әр түрлі биіктікте, айталық ірілері төмен, ал ұсақтары жоғары орналасады екен. Бұл құбылысты сипаттау үшін Лапластың гипсометриялық немесе барометрлік заңын коллоидты системаға пайдалануға бола-ды: золь бағанасыньщ биіктігін арифметикалық прогрессияда кө-бейткенде, бөлшек концентрациясы геометриялык, прогрессияда кемиді. Бұл заңдылықты математикалық тұрғыдан өрнектесек:

 (195)

^2

мұндағы С\— берілген биіктіктегі дисперсті системаның концен-трациясы; С₂ — осы системаның һ биіктіктегі концентрациясы; һ— өлшенетін бағана биіктігі;М — заттың салыстырмалық молекула-лық массасы; g — еркін түсу үдеуі.

12-таблицада әр түрлі дисперсті дәрежеде ұсақталган кейбір дисперсті системалардың мәліметтері келтірілген.

Әуелде Лапластың гипсометриялық заңы газ тәрізді және мо-лекулалық-дисперстік системаларға арналып тұжырымдалған бо-латын. Бертін келе Перрен оны коллоидтық-дисперстік, тіпті ірі дисперстік системаларға қолданды. Осы мақсатпен Перрен ради-устері әр түрлі көптеген шариктер әзірлеп, оларды өлшеміне орай сұрыптап, дисперстік ортаны да белгілі сипатта даярлап, көптеген тәжірибелер жүргізді. Олардың нәтижесі Лаплас заңына қайшы келмеді. Сонымен, ол әр түрлі биіктіктегі бөлшектердің санын анықтай келіп, Авогадро санының мәнін асқан дәлдікпен табуға болатынын көрсетті.

Перрен өз тәжірибелерінің нәтижесінде басқа да әдістер мен теңдеулер көмегімен анықталған Авогадро санының мәнінен ал-шақ емес, қанағаттанарлықтай дерек алды. Олай болса Перрен еңбектеріндегі зерттеулер тек молекулалық-кинетикалық теория-ның дұрыстығын дәлелдеп қана қоймай, оны коллоидтық-дисперс-тік системаларға да қолдануға болатынын бұлжытпай, ешбір шү-бәсіз дәлелдеп берді.

Седиментациялық талдау әдістерінің бәрі де дисперстік фаза-

207

12-таблица

13-таблица

дағы бөлшектердің тұнбаға шөгу жылдамдығын анықтауға негіз-деледі. Тәжірибе кезінде анықталған бөлшектердін, шөгу жылдам-дығын пайдаланып, олардың басқа да өлшемдерін (дисперстік дәрежесін, бөлшек радиусын, бағана биіктігін және т. б.) табуға болады. Мысалы, дисперстік системадағы бөлшектердің радиусын табу үшін жоғарыдағы (194) теңдеуді ықшамдап жазуға болады:

 (196)

Коллоидты системадағы бөлшектердің дисперстік дәрежесі өте жоғары болғандықтан, ондағы бөлшектердіқ тұнбаға шөгу жылдамдығы баяу. Ал кейде оны жылдамдату мақсатымен ультрацентрифуга аспабын пайдаланады. Осындай аспаптарынын, көмегімен көптеген белоктың, күрделі және жоғары молекулалык қосылыстардың молекулалық массалары анықталды. Оның кейбір жекеленген мысалдары 13-таблицада келтірілген.