§ 19 - Z. A. Sulaymonova, D. A. Hazratova, S. A. Karomatov kolloid kimyo

§ 19.
KOLLOID SISTEMALARDA HOSIL BO`LADIGAN
STRUKTURALAR VA ULARNING XOSSALARI
Tayanch so‘z va iboralar: Elektrolitlar, Reologiyaning asosiy tushuncha
va qonunlari, Dispers sistemalarning reologik xossalari va ularda strukturalar
hosil bo‘lishi
Dispers sistemalarning struktura-mexanik xossalari, yuqorida aytib
o‘tilgandek, ayni sistemani hosil qiluvchi moddalarning kimyoviy tabiatiga,
agregat holatiga, zarrachalarning kontsentratsiyasiga, ularning shakliga,
dispersion muhit zarrachasi bilan dispers faza zarrachasi orasidagi molekulyar
va elektrostatik o‘zaro ta`sir kuchlariga bog’liq. Agar dispers faza zarrachalari
bir-biri bilan bo‘sh bog’langan bo‘lsa, dispersion muhitning mexanik xossalari
dispers faza ishtirok etishidan kam o‘zgaradi. SHunga ko‘ra barcha dispers
114
sistemalar: 1) strukturalangan va 2) strukturalanmagan sistemalar deb ikki
turkumga bo‘linadi. Strukturalanmagan sistemalar jumlasiga odatdagi
suyultirilgan zollar, suspenziya va emulsiyalar kiradi. Bu sistemalar mexanik
mustahkamlikka ega emas. Lekin ularning qovushoqligi toza dispersion muhit
moddasining qovushoqligidan salgina ortiq: uni Eynshteyn tenglamasi
η=η
0
·(1+kφ)
bu erda: φ-dispers fazaning hajmiy kontsentratsiyasi,
bunda: v-
dispers faza zarrachalarining hajmi, v
0
-dispersion muhit hajmi, η
0
-muhit
qovushoqligi, k-zarracha shakliga bog’liq bo‘lgan koeffitsient. Sferik
zarrachalar uchun k ning qiymati 2,5 ga teng. Dispers sistema qovushoqligining
dispers faza kontsentratsiyasiga proportsional ekanligi yuqoridagi tenglamadan
ko‘rinib turibdi.
Strukturalangan sistemalar (masalan, kontsentrlangan suspenziya, konts.
zol’, konts. emulsiya, anizodiametrik zarrachalardan tuzilgan dispers sistema,
uzunchoq makromolekulalar eritmalari) elastiklik va plastiklik xossalar
namoyon qiladi. Bu sistemalarda dispers faza zarrachalari molekulalararo
kuchlar hisobiga, sol’vat qavatlar orqali fazalarning o‘zaro yondashishi orqali
bir-biri bilan bog’lanib, butun sistema hajmiga tarqaladigan yagona umumiy
struktura hosil qiladi. Polimerlarning eritmalari eynshteyn qonuniga
bo‘ysunmaydi.
P.A. Rebinder ta`limotiga ko‘ra, tutunish kuchlari tabiatiga qarab, barcha
strukturalar ikki turkumga bo‘linadi:
1) koagulyatsion strukturalar;
2) kondensatsion-kristallizatsion strukturalar.
Koagulyatsion strukturalar koagulyatsiya jarayoni vaqtida zarrachalarning
suyuq qavatlar orqali Van-der-Vaal’s kuchlari hisobiga bir-biri bilan tortishuvi
natijasida vujudga keladi. Koagulyatsion strukturalar hosil bo‘lishining asosiy
115
sharti – sirtning bir jinsli emasligi, zarrachalarning liofillashgan sirtlarida
nisbatan liofob sohalarning (polimerlarning eritmalarida gidrofob sohalar)
bo‘lishidir. Ana shunday sohalarda strukturaning dastlabki zvenolari-nuqtaviy
kontaktlar paydo bo‘la boshlaydi. Nuqtaviy kontaktlar zarrachaning
chekkalarida paydo bo‘ladi, chunki zarracha chekkalarida qattiq fazaning kuch
maydoni zaiflashgan bo‘ladi. Nuqtaviy kontaktlarning paydo bo‘lishiga
ayniqsa, anizometrik shakldagi uzunchoq yoki zanjirsimon zarrachalar ( V
2
O
5
zoli, uzunchoq polimerlar eritmalari) yaxshi sharoit yaratadi. Nuqtaviy
kontaktlar o‘zaro birlashib, strukturalar hosil qiladi. Bunday jarayon hatto o,1%
dispers fazasi bo‘lgan sistemalarda ham amalga oshadi.
Sistemaga sirtni modifikatsiya qiluvchi moddalar (sirt-aktiv moddalar
yoki elektrolitlar) qo‘shish yo‘li bilan sistemaning xossalarini o‘zgartirib,
strukturalar hosil bo‘lishini kuchaytirish yoki susaytirish mumkin. Masalan,
suvda hosil qilingan dispers sistemaga elektrolit qo‘shilganda zarracha sirti
qisman degidratlanib, strukturalanish kuchayadi. Elektrolitlardan yana ortiqcha
miqdorda qo‘shilganda zarrachalar sirti batamom degidratlanadi, natijada zol
koagulyatsiyaga uchraydi va strukturalar hosil bo‘lmay qoladi. Elektrolit
miqdorining keskin ko‘payishi ba`zan strukturalar hosil bo‘lishiga yordam
beradi.
Agar dastlabki sistemadagi zarrachalar amorf tuzilishga ega bo‘lsa,
bunday dispers sistemalarda (metastabil eritma yoki qotishmalarda)
kondensatsiya tufayli yangi faza ajralib chiqishi hisobiga hosil bo‘ladigan
strukturalar kondensatsion strukturalar deb ataladi. Kristall zarrachalardan
iborat dispers sistemalarda sodir bo‘ladigan strukturalar kristallizatsion
strukturalar deyiladi. Agar strukturalanish ayni sitemadagi zarrachalarning bir-
biri bilan bevosita qo‘shilishi hisobiga sodir bo‘lsa, sistemaning avvalgi va
keyingi mexanik xossalarida deyarli o‘zgarish yuz bermaydi.
Turmushda ishlatiladigan ko‘pchlik qattiq materiallar kondensatsion-
kristallizatsion strukturalarga ega. Bular jumlasiga metallar, kulollik buyumlari,
116
beton va hokazolar kiradi. Sanoatning xom ashyo va oraliq mahsulotlari
ko‘pincha, suyuq va quyuq moddalardan iborat bo‘lib, ular koagulyatsion
strukturalarga ega. Xom ashyo va oraliq mahsulotlardan asosiy buyum
tayyorlash jarayonida koagulyatsion strukturalar kondensatsion – kristallizatsion
strukturalarga aylanib ketadi.
Moddalarni reologik xossalar asosida ham sinflarga bo‘linishi mumkin.
Shunga ko‘ra, barcha haqiqiy jismlar suyuqsimon ( ya`ni oqishi uchun berilishi
kerak bo‘lgan kuchlanishning qiymati nolga teng) va qattiqsimon (ya`ni oqishi
uchun berilishi kerak bo‘lgan kuchlanishning qiymati noldan katta) moddalarga
bo‘linadi. Suyuqsimon moddalar n’yutoncha suyuqlik va non’yutoncha
suyuqliklar deb ikki turkumga ajratiladi.
N’yutoncha suyuqlik N’yuton qonuniga bo‘ysunadi; ularning
qovushqoqligi siljituvchi kuchlarga bog’liq emas va o‘zgarmasdir.
Non’yutoncha suyuqliklar N’yuton qonuniga bo‘sunmaydi; ularning
qovushqoqligi siljituvchi kuchlanishi o‘zgarishi bilan o‘zgaradi, bular ham o‘z
navbatida statsionar va nostatsionar suyuqliklarga bo‘linadi: statsionar
suyuqliklarning reologik xossalari vaqt o‘tishi bilan o‘zgarmaydi; nostatsionar
suyuqliklarning reoligik xossalari vaqt o‘tishi bilan o‘zgarib ketadi.
Kuchlanishning relaksatsiya vaqti (davri) haqida tushuncha. Moddiy
sistemalarning molekulalari yoki boshqa struktura birliklari harakatchanlik
bilan tavsiflanadi. Ular bir-biriga nisbatan siljiy oladi. Shu sababli jismda
deformatsiya tufayli vujudga kelgan kuchlanish jismdan yuk olib
tashlanganidan so‘ng kamayib ketadi. Kuchlanishning ma`lum vaqt ichida
tarqalib yo‘qolib ketish hodisasi relaksatsiya deb ataladi. Relaksatsiya
zarrachalarning issiqlik (broun) harakati tufayli sodir bo‘ladi; shuning uchun bu
hodisa barcha moddalarda uchraydi. Maksvell bu hodisani elastik qovushqoq
jismlarda o‘rganish natijasida quyidagi tenglamani chiqarishga muvaffaq bo‘ldi:
(
)=G
117
Bu tenglamadagi τ relaksatsiya vaqti yoki relaksatsiya davri deb
ataladi. Maksvellning bu tenglamasidan o‘zgarmas temperaturadagina
foydalanish mumkin. Agar jismning deformatsiyalanishini bir qiymatda
o‘zgarmas bo‘lishiga (dγ=0) erishsak,
bo‘ladi. U holda Maksvell
tenglamasi quyidagi shaklni oladi:
(
)+
Bu tenglama integrallanganda quyidagi formula kelib chiqadi:
Kolloid sistemalarda struktura hosil bo‘lishida quyidagi struktur -
mexanik xossalar namoyon bo‘ladi: qovushqoqlik, plastiklik, mustahkamlik.
Bu xossalarga reologik xossalar deyiladi (reologiya – bu materiallarning
oquvchanligi yoki deformatsiya haqidagi fan).
Kolloid sistemalarning strukturasi zarrachalararo ta`sir kuchlariga,
zarrachalar kontsentratsiyasiga, dispers faza va muhit tabiatiga bog’liq.
Dispers faza zarrachalari bir-biri bilan bog’lanishiga ko‘ra ikkiga bo‘linadi:
|