![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Седиментация. Седиментациялық-диффузиялық тепе-теңдік
Біз диффузияны қ арастырғ анда жү йеге жердің тарту кү шінің ә серін елеген жоқ болатынбыз. Егер жү йеде бө лшектер ірірек болатын болса, жердің тарту кү шін елемеу дұ рыс емес, ө йткені гравитацияяық кү штің ә серінен бө лшектер шө ге бастайды, яғ ни седиментацияланады. Егер бө лшектер ауыр болса, олардың бә рі тұ нбағ а тү седі, егер жең ілірек болса, жү йеде бө лшектердің биіктікке байланысты бө лініп белгілі бір тепе-тең дік сақ талады. Дисперстік жү йенің барлық кө лем бойынша бө лшектердің бір қ алыпты бө ліну қ алпын сақ тау қ абілеті жү йенің седиментациялық, иә кинетикалық тұ рақ тылығ ы деп аталады (кинетикалық тү рақ тылық дегенді Песков енгізген болатын). Бү л тұ рақ тылық дербес дисперстік жү йелер ү шін қ арастырылатынын айтқ ан жө н. Егер белшектер ө те ү лкен болса, дө рекі дисперстік жү йелер, (мысалы, шаң, қ ұ мның судағ ы жү згіні т.б.) кинетикалық тұ рақ сыз болады, ө йткені олар броундық қ озғ алыста болмай ө з салмақ тарының ә серінен тұ нбағ а тү седі. Ал жоғ арғ ы дисперстік жү йелер (газдар, шын ерітінділер) кинетикалық тұ рақ ты, ө йткені жылулық қ озғ алыс оларғ а тә н қ асиет, сондық тан олардың диффузиялық қ абілеттілігі болады. Коллоидтық жү йелер аралық жағ дайда болады. Олардағ ы бө лшектерге гравитациялық кү ш ә сер етеді жә не олар жылулық қ озғ алыстың ә серінен диффузияғ а да бейім. Міне сондық тан диффузиямен бө лшектердің салмақ кү штерінің ә серінен кө лемнің биіктігі бойынша бө лшектердің ә р текті бө лініуінен жү йеде тепе-тең дік орнайды. Бұ л тепе-тең дікті седиментациялық -диффузиялық тепе-тең дік деп атайды. Тепе-тең дік жағ дайда бө лшектердің биіктік бойынша бө ліну заң ы Лапластың газдардың атмосферада барометрлік (немесе биіктікке байланысы гипсометрлік) заң ына ұ қ сас:
С1 - алғ ашқ ы дең гейдегі жү йенің концентрациясы; С2 - һ биіктігіндегі концентрациясы; М- заттың (1 моль) массасы; g - еркін тү су ү деуі.
Бұ л формуланы термодинамикалық жолмен де кинетикалық жолмен де қ орытуғ а болады. Орыс тілінде жазылғ ан кө птеген оқ улық тарда кө бінде термодинамикалық жолмен қ орыту жазылғ андық тан, біз тек кинетикалық жолмен қ орытуғ а тоқ талайық, Больцман заң ы бойынша мынаны жазуғ а болады:
Е-нің шамасы 0-деген индекс дисперсиялық ортаны кө рсетеді. Олардың мә нін қ ойсақ:
Бұ л тең діктердіктерді бір-біріне бө ліп жә не: екенін еске ала отырып шық қ ан нә тижені логарифмдесек мына тең деу шығ ады:
Бұ л тең деудің тарихи маң ызы бар. Осы тең деу бойынша молекулалы-кинетикалық теорияның ең қ ажетті тұ рақ тыларының бірі – Авогадро санының мә ні есептелген. Оны ө зінің классикалық жұ мыстарында гуммигит бө лшектерінің радиусын біле отырып, ә ртү рлі дең гейдегі бө лшектер санын микроскоп арқ ылы санап, Перрен жоғ арғ ы тең деу бойынша бірінші рет Авогадро санын есептеу арқ ылы шығ арды. Ол 6, 7·1023-ке тең, яғ ни қ азіргі мә ніне жақ ын. Седиментациялық -диффузиялық тепе-тең дікті ең бірінші Перрен NА есептеу ү шін қ олданғ андық тан, ал формула Больцман заң ымен қ орытылғ андық тан кейде Перрен-Больцманның седиментациялық -диффузиялық тепе-тең дігі деп атайды. Перреннің бұ л жұ мысы молекулалы-кинетикалық теорияның заң дарын коллоидтық жү йелер ү шін де қ олдануғ а болатындығ ын кө рсетті. Вестгрен де алтынның зольдерімен жұ мыс істей отырып, жоғ арғ ы формула бойынша Авогадро санын есептеді. Ол 6, 5·1023 -не тең болды. Ірі дисперстік жү йелерде қ арастырылып отырғ ан белшектеріміздің тығ ыздығ ы ортаның тығ ыздығ ынан жоғ ары болғ андық тан олардың броундық қ озғ алыстан жылжуынан гө рі ауырлық кү шінің ә серінен шө гуі ө те жылдамырақ болады. Шө гу (седиментациялық) жылдамдық ты ө лшеу арқ ылы бө лшектердің шамасын (радиусын) табуғ а болады. Осығ ан негізделген тә сілді седиментациялық талдау дейді. Шө гетін бө лшектерге екі тү рлі кү ш ә сер етеді. Біріншісі: бө лшектердің ауырлық кү ші –
Егер бө лшек шар тә різді болса,
Егер бө лшектерге тек ғ ана Ү йкелу кү ші Стокс заң ы бойынша мынағ ан тең:
Мұ нда, В – бө лшек пен ортаның ү йкелу коэффиценті; u – бө лшектің седиментациялық жылдамдығ ы; В – шар тә різді бө лшектер ү шін
Бұ дан бө лшектердің седиментациялық жылдамдығ ын оң ай табуғ а болады:
Бұ дан бө лшектердің седиментациялық жылдамдық тарын олардың радиустарына (иә диаметріне) тура, ал ортаның тұ тқ ырлығ ына кері пропорционал екенін кө руге болады. Егер
Бұ л ө рнектегі u басқ а шамалардың бә рі берілген дисперсиялық орта мен дисперстік фаза ү шін тұ рақ ты болғ андық тан басқ аша оны былайша жазуғ а болады:
мұ ндағ ы
Егер монодисперстік жү йені қ арастырсақ, онда шө гетін бө лшектердің шамасы бірдей болғ андық тан, бө лшектердің жү рген жолы (Н) уақ ытқ а (
Ал бө лшектердің радиусын:
Мұ ндағ ы k-ның мә ні жоғ арыда кө рсетілген. Міне бұ л формула бойынша жү згіннің бө лшектерінің радиусын олардың шө гуін қ арапайым кө збен де, микроскоппен байқ ап отырып та есептеуге болады. Ал жү йе полидисперсті болса, онда шө гетін бө лшектердің радиустары ә ртү рлі болғ андық тан шө гетін бө лшектердің қ абатының шекарасы жақ сы білінбейді. Ө йткені ә ртү рлі бө лшектер бірдей уақ ыт аралығ ында ә ртү рлі жол жү ріп ө теді.
|