![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Дисперсті жҮйелердегі ҚҰрылымтҮзілу. Жанасу тҮрлері.
Идеал серпімді қ атты денелер мен нақ ты тұ тқ ыр сұ йық денелерден шекті кү йінен басқ а да табиғ атта кө птеген денелер бар. Дисперстік жү йелер физика-химиялық механикада олардың қ ұ рылымтү зілу қ асиеттеріне байланысты жіктеледі. Дисперсті жү йелерде қ ұ рылымтү зілуді дисперсті фазаның бө лшектері мен агрегаттарының кең істіктік қ ұ рылымда бір-бірімен байланысуы деп тү сінеді. Қ ұ рылымтү зілу ә р тү рлі дисперстік жү йелерде, атап айтқ анда, жү згіндерде, кірнелерде, латекстерде, биологиялық жү йелерде, ұ нтақ тарда, концентрлі майғ ындарда, сонымен қ атар тұ рақ тандырылғ ан кө бік микромайғ ындарында байқ алады. Сұ йық дисперсиялық ортасы бар дисперстік жү йелерде қ алыптасатын қ ұ рылым жү йенің агрегаттық тұ рақ тылығ ымен анық талады. Агрегаттық тұ рақ тылық ты жү йенің бө лшектерінің іріленуіне, яғ ни агрегаттануына, қ арсы тұ ру қ абілеті деп тү сінеді. Агрегаттық тұ рақ тылық тың жойылуы коагуляция (бө лшектердің бірігуі) арқ ылы жү зеге асады. Лиофобты дисперсті жү йелердегі (жү згіндерде, кірнелерде) қ ұ рылымның тү зілуіне артық беттік энергияны тө мендететін агрегация ү дерісі (коагуляция) себепші болады. Бұ л қ ұ былыс ө з бетінше жү реді. Бө лшектердің арасындағ ы байланыстардың пайда болуы беттік тартылыс жә не тебісу кү штерінің балансымен анық талады. Дисперстік жү йелердің агрегаттық тұ рақ тылық теориясына (ДЛФО) сә йкес потенциалдық қ исық тардың, яғ ни екі бө лшектің ә рекеттесу энергиясының (U) олардың ара қ ашық тығ ына (h) тә уелділіктерінің келесі тү рлері болуы мү мкін (8 сурет)
8, а суреттен потенциалдық қ исық та биіктігі 10-15 kБТ дан жоғ ары жақ ынырақ энергетикалық минимум U Ребиндердің теориясына сә йкес беріктігі жә не механикалық қ асиеттері ә ртү рлі дисперстік қ ұ рылымдар екі тү рлі жолмен пайда болуы мү мкін: - кристалдық немесе конденсациялық қ ұ рылымтү зілу арқ ылы (конденсациялық - кристалдық қ ұ рылымдар); - коагуляциялық қ ұ рылымтү зілу арқ ылы (коагуляциялық қ ұ рылымдар). Қ ұ рылымданғ ан жү йелерге мысал ретінде цементтерді, бетондарды, топырақ тарды, ә р тү рлі пасталарды, майлағ ыштарды, синтетикалық талшық тарды, эластомерлерді жә не басқ а да кө птеген материалдарды келтіруге болады. Ребиндердің қ ұ рылымданғ ан дисперстік жү йелерді жү ктеуі дисперсті бө лшектердің арасында пайда болатын байланыстарғ а негізделген (9 сурет). Жеке жанасу беріктігі Дисперсті фазаның кө лемдік ү лесі ө скен сайын бө лшектер арасындағ ы жанасу саны (n) да ө седі, сонымен қ атар қ ұ рылымның беріктілігі (Рқ ) де ө седі.
мұ нда Рқ – қ ұ рылым беріктілігі Н/м2 (немесе кГ/м2), n – 1 м2 ү лгі қ иындысындағ ы контакт саны, Кең істіктік қ ұ рылымның мынадай бө лшекаралық жанасу тү рлері болуы мү мкін: коагуляциялық, атомдық жә не фазалық.
Коагуляциялық жанасу екінші энергетикалық минимумда бө лшектердің тү йісуі кезінде тү зіледі. Коагуляциялық жанасу беріктігі Бірінші энергетикалық минимумда ұ нтақ бө лшектерінің аралық сыз жақ ындасуы кезінде бө лшектердің ә рекеттесуімен атомдық жанасулар пайда болады (9, ә - сурет). Атомдық жанасу беріктігі Ал, фазалық контактылар бірінші энергетикалық минимумда болатын (9, б - сурет) бө лшектердің «тұ тасуымен» жү зеге асады. Фазалық контактыда бө лшектер арасындағ ы байланыс жақ ын ә серлесетін (валенттік) кү штердің ә серінен пайда болады. Жә не элементарлы ұ яшық тың ауданынан біршама асатын ауданда жү зеге асады (9, ә - сурет). Фазалық жанасу беріктігі ( Бө лшектердің бұ рыш жә не қ абырғ а арасындағ ы жанасулар жү к арту кезінде лездік эластикалық деформацияны тудырады. Барынша қ алың гидратты қ абат арқ ылы тү зілетін кристалдар жазық тығ ы мен қ ырлары арасындағ ы жанасудың беріктілігі аз, бұ л баяу эластикалық деформацияны дамытады. Пластикалық деформация кезінде жү йеге ағ удың шартты статикалық шегінен жоғ ары жү к артқ анда біріншілік жанасу ү зіледі жә не жаң а екіншілік контакт туындап отырады. Коагуляциялық қ ұ рылымдар сұ йық тың қ атысында бө лшектердің (екінші энергетикалық минимумда) байланысуы нә тижесінде пайда болады. Бұ л жерде нә зік байланыс пайда болады – не екі бө лшек аралық қ а кетіп қ ала алмайды, не тығ ыз аралық қ а жақ ындаса алмайды, сө йтіп «жұ птасқ ан» тү рде біркелкі болып, бірге броундық қ озғ алыстар жасайды жә не сонымен қ атар потенциалдық шұ ң қ ырда ең жоғ арғ ы дең гейге қ иялап ауысып, байланыс бойымен тербеліс жасайды. Бө лшектердің екінші минимумда болуы дисперсті фазаның жеткілікті концентрациясы кезінде кірне толығ ымен қ ұ рылымданғ ан жү йеге (сірнеге) айналады. Сонымен қ атар, потенциалдық минимумда коагуляциялық немесе атомдық бө лшекаралық контакт есебінен коагуляциялық қ ұ рылымдар тү зе алады. Дисперстік жү йеде мұ ндай қ ұ рылымдар тү зілуі ү шін дисперстік фазаның концентрациясын арттыру жолымен «тығ ыздалғ ан жағ дай» жасалуы қ ажет. Тығ ыздалғ ан жағ дайдың пайда болуына, сонымен қ атар, ә рине, беттік қ абаттың тү зілуі де (адсорбциялық, сольваттық, қ ос электрлік) жағ дай жасайды. Беттік қ абаттардың да ө зара тебісуі нә тижесінде бө лшектер бір-біріне қ атысты энергетикалық тиімді жағ дайғ а ұ мтылады жә не жү йе кө лемінде ү шө лшемді реттілігі бар ө з бетінше қ айтымды қ ұ рылым қ алыптасады. Мұ ндай жү йенің бө лшегі ө з кө лемінен кө п кө лем алады – былайша айтқ анда, эффективті кө лем. Эффективті кө лем бө лшектің кө лемінен бірнеше шамағ а асып кетуі мү мкін. Мысалы, бө лшектің шамасы 1 мкм жә не беттік қ абаттың қ алың дығ ы 130 нм болса, эффективті кө лем бө лшектің ө зінің кө лемінен екі есе кө п болып шығ ады. Бө лшектің эффективті кө лемі ұ ғ ымына ұ қ сас, сонымен қ атар дисперсті фазаның концентрациясының эффективті кө лемі φ эф, деген ұ ғ ым бар, ол дисперсті фазаның кө лемдік ү лесі φ мен беттік қ абатқ а сә йкес кө лемдік ү лестің φ б.қ қ осындысына тең:
Дисперстік фазаның белгілі бір мө лшерінде φ эф ≥ φ maх шарты орындала бастайды, мұ нда φ maх – бө лшектің тығ ыз қ абатталуына сә йкес концентрациясы (барынша мү мкін статикалық қ абатталуы ү шін φ maх ≈ 0, 62~0, 64). Сонымен бірге беттік қ абаттар қ аптай бастайды, содан соң бө лшектердің тебісу энергиясы нө лге тең болып, алыс қ ашық тық қ а ажырап кете алмайды. Сө йтіп жү йеде тығ ыздалғ ан жағ дай пайда болады. Коагуляциялық қ ұ рылымдар жоғ ары ақ аулығ ымен сипатталады. Бұ л қ ұ рылым бө лшектердің ван-дер-ваальстік ә рекеттесудің нә тижесінен тү зілгендіктен ондағ ы кең істіктің қ аң қ асы салыстырмалы берік емес. Коагуляциялық қ ұ рылымы бар жү йенің беріктілігі бө лшектердің механикалық қ асиеттерімен емес, бө лшекаралық жанасу беріктілігімен жә не жү йе қ иындысының бірлік ауданындағ ы жанасу санымен анық талады. Коагуляциялық қ ұ рылым ерекшелігі – оның қ айта орнына келуі болып табылады – яғ ни, механикалық бұ зылудан кейінгі ө з бетінше қ айта қ алпына келу. Бұ л қ асиетін тиксотропия деп атайды. Осы себеппен мұ ндай қ ұ рылымдарды жиі коагуляциялы-тиксотропиялық деп атайды. Коагуляциялық қ ұ рылымның болуы, тиксотропиясының байқ алуы кө птеген дисперсті жү йелерде кездеседі, мысалы, цементті жү згіндер, керамика технологиясында қ олданылатын жү згіндер, косметикалық кремдер, судағ ы сазбалшық дисперсиясы жә не т.б. Периодтық коллоидтық қ ұ рылымдар (ПКҚ) қ айтымды коагуляциялық қ ұ рылымның ерекше тү рі жә не тек концентрлі дисперстік жү йелерде БАЗ қ оспасымен тұ рақ тандырылғ ан сірнелерде жә не электролиттерде, латекстерде, металдардың монодисперсті кірнелерінде, V2O5 кірнелерінде, вирус жә не бактериялары бар орталарда жә не т.с.с. тү зіледі. Бұ л қ ұ рылымдар пептизация, синерезис, тиксотропия қ абілетіне ие. Коагуляциялық қ ұ рылымдар уақ ыт ө згерісімен біртіндеп берігірек бола тү седі, ол тордағ ы (интермицеллалық) байланысқ ан суды бө ле отырып, жиырылады. Бұ л қ ұ былыс синерезис деп аталып, ол ондағ ы броундық қ озғ алыстар есебінен уақ ыт аралығ ында бө лшектер арасындағ ы контакт саны мен беріктігінің ө суімен байланысты. Ал, кейбір жағ дайларда бө лшектерді байланыстырушы кристаллизациялық кө пірлердің пайда болуымен де байланысты. Мұ ндай ү деріс ең аяғ ында монолитті біртұ тас кристал тү зілуіне ә кеп соғ ады. Яғ ни, геологиялық дә уірлер кезінде табиғ атта
|