Беттік құ былыстар.

Коагуляция - агрегативтік тұрақтылықтың үлкен агрегаттар түзе отырып азаюынан коллоидтық бөлшектердің жабысуы. Коагуляцияның пайда болу себептері: Еріткіш концентрациясының артуы Температураның азаюы мен көбеюі Әр түрлі сәулелену түрлері Электролиттерді қосу

Беттік энергияның азаюынан пайда болатын тағы бір құбылыс – адсорбция – фазалар бөлігінің шекарасында зат концентрациясының өз бетінен көбеюі. Адсорбция бір заттың (сұйық немесе газ) басқа бір затпен (қатты немесе сұйық) жұтылуын айтады. Бұл құбылыс негізінен қатты зат/ газ немесе қатты зат/сұйықтық немесе сұйықтық/газ шекараларында байқалады. Қатты адсорбенттермен газдар мен булардың ұсталынуы, қант өндірісінде еріткіштердің ағаруы, шаш бояу процестері адсорбцияның мысалдары болып табылады.

Адсорбция процесінде молекула аралық (ванн- дер-вальс) және химиялық (ионды, ковалентті) және беттік қабатта орналасқан атомдар мен молекулалар арасында болатын адсорбциялық күштер болады. Беткі қабатында адсорбция жүретін зат- адсорбент, ал адсорбцияланатын зат адсорбтив деп аталады. Кейбір жағдайда беткі қабатта басталған жұтылу адсорбенттің іш жағына таралуы мүмкін, бұл құбылыс адсорбция деп аталады. Су буларының концентрлі күкірт қышқылымен жұтылуы адсорбция мысалы болып табылады. Қатты немесе сұйық сорбенттердің заттарды химиялық қосылыс түзе отырып жұтылуын хемосорбция деп атайды. Мысалы үшін, көмірқышқыл газдың немесе күкірт диоксидінің натронды әкпен жұтылуы.

Адсорбция қайтымды процесс. Беттік қабатпен жұтылған бөлшектердің кейбір бөлігі тербелмелі қозғалыс жасап тартылыс күші сыртынан шығып кетуі мүмкін. Бұл жағдайда десорбция процесі байқалады. Уақыт өтісімен адсорбциядесорбция тепе- теңдігіорнайды. Молекулалар беттік қабатта екі түрлі адсорбцияланады. Физикалық адсорбция кезінде беттік қабатпен молекула арасында ажырап кетпейтін және химиялық байланыстар түзілмейтін молекула аралық байланыстар болады.

Беттік қабаттың жақын болуына байланысты молекулалар созылып немесе қисаюы мүмкін, алайда олар өздерінің қасиеттерін сақтап қалады. Мұндай әрекеттесуді Ван-дер-вальстық деп атайды. Адсорбция кезіндегі молекула аралық әрекеттесулердің газ молекулалары арасындағы әрекеттесуден айырмашылығына жататын ерекшеліктері – адсорбат молекулаларының атомдармен, иондармен, функцияналды топтармен тығыз байланысы. Сол себептен адсорбция процесі бу конденсациясы және сұйықтықтағы молекулалық ассоциациямен көптеген ортақ қасиеттері бар.

Химиялық адсорбция кезінде молекулалар химиялық байланыстың, көп жағдайда ковалентті байланыс, пайда болуынан беттік қабатта ұсталынып тұрады. Адсорбаттың негізгі жағдайы потенциалдық энергия қисығы мен олардың қиылысу нүктелерінің орналасуына байланысты. Мысалы үшін қисық сызықтар 0-дан кем энергияда қиылысса, онда оттегі адсорбциясы кезінде молекулаланың кездейсоқ диссоциациясы жүреді. Егер қисықтардың қиылысу нүктелері 0-ден жоғары болса, онда төмен температураларда керісінше толық оттек молекулаларының физикалық адсорбциясы жүреді.

Ленгмюр моделі жылы ұсынылған Ленгмюр моделіне сәйкес изотерма адсорбциясының негізгі сипаттамалары: 1.Адсорбенттің беттік қабаты біртекті,яғни адсорбция жылулығы беттік қабаттың әр жерінде бірдей; 2.Адсорбция жылулығы басқа адсорбцияланған молекулалардың болуына байланысты емес;

3. Молекулалар молекулалардың бірінші қабатында адсорбцияланбайды, максимальді адсорбция адсорбцияланған молекулалардың қорабы беттік қабаттың қалыңдығы бір молекулаға тең болғанда байқалады.

Ерітіндіден адсорбирлеу кезінде Газды адсорбирлеу кезі нде Ленгмюр изотерма теңд ігі а- адсорбция көлемі, а - беттік қабаттағы орындардың жалпы саны, К- адсорбциялық тепе- теңдік константасы.

Ленгмюрдің адсорбция изотермасы

Ленгмюр теңдігінің константаларын логарифмдік координаталарда тұрғызылған изотерма бойынша табады Ленгмюрдің адсорбция изотермасы

Адсорбция үдерісі көбінесе адсорбент бетінде адсорбат молекулаларының бір емес, полимолекулалық адсорбциялық қабатының пайда болуымен аяқталады Полимолекулалық адсорбция изотермасы

1936 жылы Брунауэр, Эммет және Теллер (БЭТ) ұсынған полимолекулалық адсорбция теориясы Ленгмюр ұсынған адсорбциялы моделге негізделген.Алайда БЭТ моделінде адсорбцияланған молекулалардың бірінші, екінші, үшінші т.с.с қабаттарында адсорбция жүре алады, яғни полимолекулалық адсорбция мүмкіншілігі. БЭТ моделі.

БЭТ теориясының негізгі қағидалары: 1. Адсорбенттің бетінде белгілі бір мөлшерде белсенді орталықтар болады. 2. Бірінші және одан кейінгі қабаттардағы адсорбцияланған молекулалар әрекеттесуі ескерілмейді. 3. Бірінші қабаттың әрбір молекуласы келесі қабаттардың пайда болуы адсорбциясы үшін белсенді орталық болуы мүмкін.

Адсорбирленген фаза молекулалар тізбектері, олардың біріншісі адсорбент бетімен байланысқан. Тізбектер өзара энергетикалық байланыспаған. БЭТ теориясы бойынша адсорбциялық қабаттың құрылысы

Қатты дене бетін сұйықтықтың шылау (а) және шыламау (б) құбылыстары

Шылаудың мөлшерлік шамасы шеткі бұрыш θ болып табылады, оны қатты дене беті мен сұйықтық бетіне олардың жанасу нүктесінде жүргізілген жанама түзеді, бұл кезде сұйықтық осы бұрыштың ішінде болады. Шылау кезінде және θ бұрышы неғұрлым аз болса, соғұрлым шылану күшті. Егер θ=0 болса, онда шылануды толық немесе идеалды деп атайды.

Шыланбау кезінде Θ бұрышы неғұрлым үлкен болса, соғұрлым шыланбау күшті кезінде толық шыланбау болады. Бұл жағдайда сұйықтық қатты дененің бетіне жабыспай, одан оңай сырғып түседі.

Ленгмюр-Блоджетт пленкалары төсемге жағылған моноқабат немесе моноқабатты заттардың реті болып саналады. Ленгмюр-Блоджетт пленкалары қазіргі заманғы физика, химия салаларындағы принципиальді жаңа объект, және де олардың кез-келген қасиеттері ерекше болып табылады. Тіптен бірдей моноқабаттардан түзілген ең қарапайым пленкаларының да бірден-бір ерекшеліктері бар. Ленгмюр-Блоджетт пленкалары ғылым мен техниканың көптеген салаларында әр- түрлі практикалық қолданыс тапты: электроникада, оптикада, микромеханикада, биолологияда, медицинада және т.б.

Ленгмюр-Блоджетт әдісімоноқабатты беттердің қасиеттерін тез және оңай өзгерте алады және де сапалы пленкалы жапқыштар жасай алады. Бұның барлығы алынатын пленканың қалындығына нақты бақылау жасалғанда, жапқыштың біркелкі болғанында, бұдырларының көп және аз болғанында, беттік қабатқа пленканың адгезиясы болғанда, дұрыс жағдай жасалынғанда мүмкін болады.

Амфифильді молекулалардың полярлы бас жақтарының құрылысын, моноқабаттың құрамын, субфаза құрамының және де беттік қабаттық қысымның шығу жағдайларын өзгертіп, пленкадардың қасиетеріне әр түрлі вариациялар жасауға болады. Ленгмюр- Блоджетт әдісі моноқабаттарға әр түрлі молекулаларды және де молекулалық комплекстерді, соның ішінде биологиялық активті молекулаларды енгізуге мүмкіншілік береді.

1930 жылдары Ирвинг Ленгмюр және оның оқушысы Катарина Блоджетт пленкаларды алуда ленгмюр ваннасын, үш рет дистилденген суды, органикалық еріткіштегі беттік активті затты (БЕЗ) және қатты төсемді қолданды. БЕЗ өзінің амфифильді қасиетіне байланысты суға батпайды және де судың бетінде құйрықтары жоғары қарап орналасады.

Жылжымалы барьерлерді қолданып ваннадағы судың беттік ауданын азайтуға болады, содан кейін судың бетіндегі молекулаларды қысып, өздігінен жиналатын моноқабатты жіңішке пленка алуға болады. Жүзіп жүрген мономолекулалы пленканың қатты төсемге ауысуы үшін ол моноқабат арқылы суға вертикальді түрде енгізіледі, содан кейін көтеріледі немесе горизонтальді түрде беттік қабатқа жанасады.

Төсеніштегі Ленгмюр-Блоджетт пленкаларын вертикальды түрде тартып алу әдісі.

Пленканың қалыңдығы қабаттардың санына пропорционалды ұлғаяды

Өте қатты пленкаларды түзуге арналған Шефер әдісі. Сығымдалған моноқабат су-ауа бөліну шекарасында түзеді, ал жазық төсенішті пленканың моноқабатына горизонтальді орналастырады.