7-ma`ruza Mavzu: Kolloid sistemalarning elektr xossalari

7-ma`ruza
Mavzu: Kolloid sistemalarning elektr xossalari
Qo`sh elektr qavat xaqida tushuncha
Qo`sh elektr qavatning tuzilishi xaqidagi nazariyalar
Elektr-kinetik potentsial.
Elektroforez va elektroosmos. Elektr-kinetik xodisalarning tabiatda va texnikadagi axamiyati.
Kolloid zarrachalarning tuzilishi xaqidagi mitsellyar nazariya.
1. Qo`sh elektr qavat xaqida tushuncha
Fazalararo sirtda sodir bo`ladigan elektr xodisalarning ortiqcha sirt energiyasining mavjudlik oqibati va fazalar orasidagi o`zaro ta`sirlarning samarasi deb qarash mumkin. Geterogen sistema o`zining sirt energiyasini kamaytirishga intilishi natijasida sirt qavatdagi qutbli molekula, ion va elektronlarning xarakati ma`lum yo`nalishda o`zgaradi, masalan, ionlar kimyoviy potentsiali katta bo`lgan fazadan kimyoviy potentsiali kichik bo`lgan fazaga o`tadi. Oqibatda bir-biriga tegib turgan fazalar chegarasida kattalik jixatdan o`zaro teng, lekin qarama-qarshi ishorali zaryadlar xosil bo`ladi. SHuning uchun o`zining potentsialiga, zaryadiga va boshqa xossalariga ega bo`lgan qo`sh elektr qavat vujudga keladi va muvozanat xolati qaror topadi. Fazalararo elektr xodisalar dispers sistemalarning stabillanishi, koagullanish, elektrokapillyar va elektrokinetik xamda ion almashinish xossalarini tushunish uchun axamiyatga ega, shuning uchun bu jarayonning umumiy nazariyasi mufassal o`rganiladi.
Qo`sh elektr qavatning xosil bo`lishi xaqida uch xil mexanizm mavjud. Ularning birinchisi- ion yoki elektron tarzidagi zaryadning bir fazadan ikkinchi fazaga o`tishdan iborat. Masalan, gaz faza bilan chegaralanib turgan metall o`z ionlarini gaz fazaga bera oladi. Metaldan elektronni chiqib ketish intensivligi temperatura ortgan sari orta boradi. Bu xodisa fizika kursida termoelektron emissiya deb ataladi.
Uning oqibatida metall musbat zaryadga, gaz faza manfiy zaryadga ega bo`lib qoladi. CHegara sirtda xosil bo`lgan elektr potentsial elektronlarning metalldan yanada chiqib ketishiga qarshilik ko`rsatadi va sistemada muvozanat qaror topadi. Gaz fazada metall sirtidagi musbat zaryadga teng manfiy zaryad paydo bo`ladi; binobarin, qo`sh elektr qavat xosil bo`ladi. Bir xil zaryadli ionning bir fazadan ikkinchi fazaga ko`proq o`tishi natijasida qo`sh elektr qavat xosil bo`lishi uchun suvda kam eriydigan kumush yodid cho`kmasi bilan suv orasidagi sirt, qavat misol bo`la oladi. Kumush ionlari yod ionlariga qaraganda ko`proq gidratlanishi tufayli kumush ionlari suv fazaga nisbatan ko`proq o`tadi. SHuning uchun kumush yodid sirtiga manfiy zaryadli yod ionlari ko`proq adsorbilanib qoladi. Ana shu manfiy ionlar chegara qavatda musbat zaryadli kumush ionlarini o`ziga tortib neytrallanib turadi. endi suvga kumush nitrat (ya`ni suvda yaxshi eriydigan kumush tuzi) qo`shsak, kumush ionlarining elektrokimyoviy potentsiali ortib ketadi. SHuning natijasida kumush yodid sirtida yod ionlari eritmaga ko`proq o`ta boshlaydi. CHo`kma sirti musbat zaryadli bo`lib qoladi, yod ionlari esa qarshi ionlar vazifasini o`tay boshlaydi; ba`zan bu xodisa avtoadsorbtsiya deyiladi, chunki bunday chegara sirtga o`sha sirt moddasi tarkibidagi element ioni ko`proq adsorbtsiyalanadi.
CHegara sirt zaryadini aniqlash uchun Fayans va Panet quyidagi qoidani ta`rifladilar: biror eritmaga biror faza tushirilsa, eritmadan o`sha faza moddasi tarkibiga kirgan element ionlar birinchi navbatda adsorbilanadi. Binobarin, eritmaga tushirilgan faza chegarasining zaryadi o`sha ionlarning zaryadi ishorasi bilan bir xil bo`lib koladi. Qo`sh elektr qavat xosil bo`lishining ikkinchi mexanizmi qattiq faza tarkibiga kirmaydigan ionlarning fazalararo sirtga tanlanib adsorblanishidan iborat. Bu xolda sistemaga aralashib qolgan qo`shimcha moddalar tarkibidagi ionlar adsorblanadi masalan, metall-suv sistemasiga NaCL eritmasi qo`shilsa, metal sirtiga xlorid ionlari tanlab adsorbilanadi. Metall sirtida ortiqcha manfiy zaryad va eritmaning metall sirtiga yaqin qismida natriy ionlaridan iborat musbat zaryad qavati xosil bo`ladi. Agar metall va suvdan iborat sistemaga ionogen sirt-aktiv modda qo`shsak, bu modda molekulasining organik qismi metall sirtiga adsorbilanib, molekula tarkibidagi ikkinchi ion suv fazada qarshi ion vazifasini o`tay boshlaydi. Sirt-aktiv modda o`zaro aralashmaydigan ikki suyuq fazalar sirtiga xam adsorbilanishi mumkin. Bu xolda sirt-aktiv moddaning qutbli qismi suv tomonga yo`naladi. U erda dissotsilanib, suv faza sirtida ma`lum ishorali elektr qavat xosil bo`ladi. Sirt-aktiv moddaning qutbsiz qismi sirtning zaryadlanishini ta`minlaydi.
Qo`sh elektr qavat xosil bo`lishining uchinchi mexanizmi ikki fazadan iborat sistemaga ionlarga ajralmaydigan modda qo`shilganda bo`lib, u fazalar chegarasiga adsorbilana olmasa xam, fazalarni tashkil etgan moddalar o`z vaziyatining biror faza tomon o`zgartirib, chegara sirtga musbat yoki manfiy ishorali zaryad berishi bilan tushuntiriladi. Ayni faza zaryadining ishorasi kuyida keltirilgan Kyon qoidasiga muvofiq aniqlanadi: bir-biriga tegib turgan ikki fazadan qaysi birining dielektrik singdiruvchanligi katta bo`lsa, o`sha faza musbat zaryadlanadi. Suvning dielektrik konstantasi nixoyatda katta (E=81) binobari, suv va qattiq jismdan iborat sistemada xosil bo`ladigan qo`sh elektr qavatda suvga tushirilgan qattiq modda sirti ko`pincha manfiy zaryadga, suv sirti esa musbat zaryadga ega bo`ladi.
2. Qo`sh elektr qavatning tuzilishi xaqidagi nazariyalar
Qo`sh elektr qavat xosil bo`lishi xaqidagi tasavvurni dastlab Kvinke ilgari surdi. Qo`sh elektr qavatning tuzilishini esa birinchi marta Gel’mgol’ts va Perren tushuntirib berdilar. Ularning fikricha, qo`sh elektron qavat xuddi yassi kondensator kabi tuzilgan bo`lib zaryadlar fazalar chegarasida ikkita qarama-qarshi ionlar qatori shaklida joylashadi. Ikki qavatning biri qattiq jism sirtiga bevosita yopishib turadi, ikkinchisi esa suyuqlik muxitida bo`ladi. Qavatlar orasidagi masofa juda kichik bo`lib, molekulalar radiuslari kattaligiga yaqin bo`ladi.
Gel’mgol’ts fikricha, qo`sh eletron qavat quyidagi tartibda kelib chiqadi. Dastlab qattiq faza sirtiga musbat yoki manfiy ionlar adsorbilanadi. Ular sirtida plyus yoki minus ishorali ionlar qavati xosil bo`ladi. Bu qavat potentsial belgilovchi deb ataladi. eritmadagi qarama-qarshi ishorali ionlar qattiq faza sirtidagi avval adsorbilanib olgan ionlarga mumkin qadar yaqin joylashishga intiladi. Natijada oralig’i 1-2 molekula radiusiga teng bo`lgan qarama-qarshi zaryadli ionlardan iborat qo`sh elektron qavat paydo bo`ladi.
Ularning biri qattiq faza sirtidan, ikkinchisi eritma muxitidan joy oladi. (20-rasm A)
20-rasm A. Gel’mgol’tsning qo`sh elektr qavati.
0-termodinamik potentsial: d-adsorbtsion qavat qalinligi
Bundan qo`sh elektr potentsiallarning qiymati xuddi kondensatordagi kabi (to`g’ri chiziq bo`ylab) keskin o`zgarishi lozim. Qo`sh elektr qavat sirtidagi elektr qiymati s ning kattaligi yassi kondensator nazariyasiga muvofiq ushbu tenglama: sq asosida aniqlanishi mumkin. Bu tenglamada E- muxitning dielektrik konstantasi, L- qarama-qarshi zaryadni qavatlar orasidagi masofasi, 0 - qattiq faza bilan eritma orasidagi potentsiallar ayirmasi.
Gel’mgol’ts va Perren nazariyasi zamonaviy kolloid kimyoda faqat tarixiy axamiyatga ega, chunki bu nazariyada qavatlar orasidagi masofani juda kichik (molekula radiusiga teng) deb faraz qilganlar. Natijada, qattiq faza va eritma orasidagi umumiy potentsial bilan elektrokinetik potentsialning bir-biridan farqini tushuntirib bera olmadi. Gidrodinamik tekshirishlar qattiq faza sirtiga yopishgan suyuqlik qavatining qalinligi Gel’mgol’ts nazariyasidagiga qaraganda bir qancha marta katta ekanligini ko`rsatdi.
Bu kamchilik qisman Gui va CHepmen tarafidan taklif etilgan nazariyada tuzatishga xarakat qilindi. Gui va CHepmen bir-biridan bexabar xolda 1910 yilda Gui va 1913 yilda CHepmen qo`sh elektr qavat tuzilishi xaqida o`zlarini nazariyalarini taklif qildilar. Bu nazariyaga ko`ra, qo`sh elektr qavat tarkibidagi qarshi ionlar qavati diffuz (yoyiq) tuzilishiga ega deb faraz qildilar (20-rasm V)
|