Kolloid kimya

Kolloid kimya yüksək dispersliyə malik heterogen sistemlərin fiziki-kimyəvi xassələrini öyrənir. Kolloid hissəciklər böyük xüsusi səthə malik olduqlarından kolloid sistemdə səth hadisəsi böyük rol oynayır. Əgər hər hansı bir faza xırdalanmış şəkildə digər fazanın həcmində paylanarsa belə sistemlərə dispers sistemlər deyilir. Həcmdə paylanan faza dispers faza, həcmində paylanma baş verən faza dispers mühit adlanır. Dispers sistemlər dispersliyə görə fərqləndirilirlər:

Xüsusi səth hissəciyin səthinin sahəsinin onun həcminə olan nisbətidir. Aydındır ki, disperslik böyük olduqca xüsusi səth də böyük qiymətə malik olur. Dispersliyə görə dispers sistemlər 3 yerə bölünürlər:

1. Kobud dispers sistemlər. Bu halda hissəciklərin ölçüsü a>10–7 m
2. Kolloid dispers sistemlər. Bu halda hissəciklərin ölçüsü a=10 −710 −9m
3. Molekulyar dispers sistemlər a<10 −9m

Kobud dispers sistemlər heterogendirlər, özbaşına əmələ gəlmirlər, termodinamiki davamsızdırlar. Heç bir süzgəcdən keçmirlər, dializə uğramırlar, adi mikroskopla, bəzən gözlə də görünürlər. Molekulyar dispers sistemlər özbaşına əmələ gəlirlər, termodinamiki davamlıdırlar, dializə uğrayırlar. Ultramikroskopda hissəciklər görünmür, bütün süzgəclərdən keçirlər. Bu sistemlər həqiqi məhlullar da adlanırlar. Onlar fiziki kimyada öyrənilir. Kolloid sistemlər ultramikroheterogendirlər. Bu sistemlərdə hissəciklər adi mikroskopda görünmürlər, ultramikroskopda görünürlər. Adi süzgəcdən keçirlər, ultrasüzgəclərdən keçmirlər. Termodinamiki davamsızdırlar, ancaq təbəqələşmə çox yavaş sürətlə baş verir. Kolloid sistemlərdə hissəciklər molekul, atom və ionlar kompleksindən ibarət olur ki, bu da mitsella adlanır. Hissəcikləri davamlı etmək üçün sistemə stabilizator əlavə olunur. Stabilizator hissəciyin səthində adsorbsiya olunaraq onların bir-biri ilə birləşməsinin qarşısını alır. Məs., bitki yağı ilə suyu qarışdırıb çalxalasaq alınmış dispers sistem tezliklə təbəqələşəcəkdir. Ancaq bu sistemə 2%-li sabun məhlulu əlavə etsək və çalxalasaq, alınmış dispers sistem davamlı olacaqdır. Burada sabun stabilizator rolunu oynayır. Sabun molekulunun qeyri-polyar hissəsi yağ hissəciklərində həll olur. Polyar hissə suyun həcminə doğru yönəlir. Dispers faza və mühitin aqreqat halına görə 8 cür dispers sistem fərqləndirilir. Qazın qazda dispers sistemi mümkün deyil. Çünki bu sistemlər həmişə homogendirlər. Dispers faza və mühitin qarşılıqlı təsirinə görə liofil və liofob sistemlər fərqləndirilir. Liofil sistemlərdə dispers faza ilə mühit arasında qarşılıqlı təsir güclü olur. Buna misal olaraq zülalın suda məhlulunu göstərmək olar. Liofob sistemdə dispers faza ilə mühit arasında qarışılıqılı təsir zəif olur. Misal olaraq qızılın, kükürdün suda zollarını göstərmək olar (dispers faza bərk, dispers mühit maye olan kolloid sistemlər zollar adlanır). Qeyd etmək lazımdır ki, irimolekullu birləşmələrin məhlulları termodinamiki davamlıdırlar, özbaşına əmələ gəlirlər, homogendirlər, lakin bunlara baxmayaraq bu məhlullar kolloid kimyada öyrənilir, çünki bu məhlullar molekulyar –kinetik xassələrinə görə kolloid məhlullara oxşayırlar. Kolloid sistemlər təbiətdə geniş yayılmışdır. Qan, onurğa beyni mayesi, seliklər, torpaq, çörək, əksər ərzaq məhsulları, bulanıq su və s. kolloid sistemlərdir

Kolloid sistemlərin alınması və təmizlənməsi

Kolloid hissəciklərin ölçüsü kobud dispers və həqiqi məhlul hissəciklərinin ölçüləri arasında yerləşdiyindən kolloid sistemlərin alınmasının 2 ümumi üsulu vardır:

1. Kondensləşmə
2. Dispersləşmə

Kondensləşməni fiziki və kimyəvi yolla həyata keçirmək olar. Məs., su buxarı olan havanı soyutmaqla kolloid sistem-duman alınır. Qeyd etmək lazımdır ki, kondensləşmə zamanı ilkin kondensləşmə mərkəzlərinin ölçüsü çox kiçik olduğundan xüsusi səthi çox böyük olur. Ona görə də bunların səth enerjisi böyük olduğundan həmin kondensləşmə mərkəzləri yox olurlar. Kondensləşmə mərkəzlərinin böyüməsi üçün məhlulun qatılığı doymuş məhlulun qatılığından böyük olmalıdır. Kondensləşmə mərkəzlərinin sayı çox, onların böyümə sürətləri kiçik olduqda kolloid sistemlər alınır. Kondensləşmə mərkəzlərinin sayı az, böyümə sürətləri böyük olduqca, çökmə və ya təbəqələşmə baş verir. Müxtəlif kimyəvi üsullarla kolloid sistemlər almaq olar. Bu zaman elə reaksiya aparılır ki, dispers mühitdə həll olmayan faza alınsın. Məs, oksidləşmə reaksiyaları:

Kolloid sistemləri alarkən nəzərə almaq lazımdır ki, dispers fazanın çökməməsi üçün kondensləşmə mərkəzlərinin sayı çox, böyümə sürəti kiçik olmalıdır. Bunun üçün götürülən məhlulların qatılıqları kiçik olmalıdır. Məs., sonuncu reaksiyada AgNO3 və KJ-in 0,1 M məhlullarını götürsək çöküntü alınacaq. Əgər məhlulları 100 və 1000 dəfə durulaşdırsaq, onda kolloid sistem alınacaqdır. Kolloid sistemin davamlı olması üçün sistemə stabilizator əlavə olunmalıdır. Sonuncu halda stabilizator rolunu reagentlərdən biri oynaya bilir. Əgər AgNO3-ü artıq götürsək, onda reaksiyadan sonra məhlulda Ag+ ionları qalacaqdır. Ag+ ionları AgJ aqreqatlarının səthində adsorbsiya alınaraq onlara "+" yük verir və onların birləşərək çökməsinin qarşısını alır. Həlledicini dəyişməklə də həqiqi məhluldan kolloid məhlul almaq olar. Məs, S-ün spirtdə məhlulunu damla-damla suya əlavə etsək S-ün suda kolloid məhlulunu alarıq.

Dispersləşmə üsulu

Müxtəlif üsullarla dispersləşmə mümkündür. Dispersləşməni mexaniki, fiziki, fiziki-kimiyəvi üsullarla aparmaq olar. Mexaniki üsulda hissəciklər müxtəlif dəyirmanlarda xırdalanırlar. Kolloid sistemlər almaq üçün kürə dəyirmanlarından istifadə olunur. Fiziki üsullara misal olaraq sistemdən ultrasəs keçməsini misal göstərmək olar. Mühitdən ultrasəs keçdikdə yerli sıxılma və genişlənmə baş verdiyindən hissəciklər xırdalanırlar. Fiziki-kimyəvi üsulla kolloid sistem alınmasına aşağıdakını misal göstərmək olar. Təzə çökdürülmüş Fe(OH)3 üzərinə FeCl3 məhlulu əlavə etsək kolloid məhlul alınar. Müxtəlif üsullarla alınmış kolloid sistemlər bu və ya digər dərəcədə digər maddələrlə çirklənmiş olurlar. Kolloid sistemləri təmizləmək üçün dializdən və süzgəcləmədən istifadə olunur.

Kolloid hissəciyin quruluşunun mitsella nəzəriyyəsi

Kolloid hissəciyin quruluşunun mitsella nəzəriyyəsi ikiqat elektrik təbəqəsi nəzəriyyəsi əsasında əmələ gəlmişdir. Əvvəllər bu nəzəriyyə bütün kolloid sistemlərə, o cümlədən liofil zollara da aid edilirdi. Sonralar müəyyən edildi ki, liofil zollar (daha dəqiq irimolekullu birləşmələrin məhlulları) fərqli quruluşa malikdirlər. İstənilən liofob kolloid məhlul iki hissədən –mitsella və mitsellalar arası mayedən ibarətdir. Mitsella dispers fazanı, mitsellalar arası maye dispers mühiti təşkil edir. AgNO3+KJ→AgJ+KNO3 reaksiyası üzrə alınan (KJ artıq götürülür) gümüş- yodid hidrozolunun quruluşuna baxaq. Bu olacaq. Həllolmayan AgJ kristalı (aqreqat) səthində J - ionlarını adsorbsiya edərək nüvəni əmələ gətirir. Mənfi yüklənmiş nüvə K + ionlarının bir hissəsini adsorbsiya və elektrostatik qüvvələr hesabına özünə birləşdirir. Nüvə və onunla möhkəm birləşmiş əks ionlar kolloid hissəcik adlanır. Mitselladan fərqli olaraq kolloid hissəcik yükə malikdir. Verilmiş halda yükü mənfidir. Kolloid hissəciklə zəif birləşmiş əks yüklü ionlar mitsellanın diffuz təbəqəsini əmələ gətirirlər.

Koaqulyasiya

Kolloid sistemlər böyük səthə malik olduğundan səth enerjisini azaltmaq üçün birləşərək iri aqreqatlar əmələ gətirirlər. Bu proses koaqulyasiya adlanır. Müxtəlif faktorların-temperaturun, uzunmüddətli dializin, elektrolitin, mexaniki təsirin, elektrik cərəyanının təsirindən və s. koaqulyasiya baş verir. Elektrolit təsirindən hidrofob zolların koaqulyasi daha mühümdür və daha yaxşı öyrənilmişdir. Koaqulyasiyanın baş verməsi üçün elektrolitin kifayət edən minimal qatılığna koaqulyasiya həddi deyilir. Müəyənləşdirilmişdir ki, yükü kolloid hissəciyin yükünün əksi olan ionlar koaqulyasiya törədirlər. Koaqulyator ionun yükü artdıqca onun koaqulyasiya edici təsiri çox sürətlə artır. (Şults-Gardi qaydası). Məs.: mənfi yüklənmiş As2S3 zoluna K+, Ba2+, Al3+ kationlarının xloridləri ilə təsir etdikdə ionların koaqulyasiya hədlərinin nisbəti belə olur: CKCl:C BaCl2:C AlCl3=49,5:0,69:0,093 (mmol/l). Şults-Gardi qaydası təqribi xarakter daşıyır. Elektrolitin koaqulyasiyaedici təsiri yalnız ionların yükündən asılı deyil. İonun adsorbsiya qabiliyyəti yüksək olduqca koaqulyasiyaedici təsiri böyük olur. Məs: böyük ölçülü üzvi ionlar güclü adsorbsiya olunduqlarından onların koaqulyasiya həddi kiçik olur. (Koaqulyasiya edici təsiri qüvvətli olur).

İonun hidratlaşması böyük olduqca koaqulyasiya edici təsiri kiçik olur. Məs. Qələvi metal kationlarının koaqulyasiya edici təsiri belə dəyişir: Cs+>Rb+>K+>Na+>Li+

Elektrolit qarışığı üçün 3 hal mümkündür.

1. Elektrolitlərin koaqulyasiya edici təsiri cəmlənir
2. Elektrolit qarışığının təsiri təmiz elektrolitlərin təsirləri cəmindən kiçikdir. Bu, ionların antaqonizmi adlanır.
3. Elektrolit qarışığının təsiri təmiz elektrolitlərin təsirləri cəmindən

böyükdür. Bu, ionların sinergizmi adlanır. Müxtəlif hidrofob kolloidlərin qarışması da koaqulyasiya doğurur. Bu, o halda olur ki, qarışan kolloid hissəciklərin yükləri müxtəlif olsun. Verilmiş zol ona görə davamlıdır ki, onu təşkil edən kolloid hissəciklərin yükü eyni işarəlidir. Zol üzərinə elektrolit əlavə etdikdə diffuz təbəqədə olan əks ionlar adsorbsiya təbəqəsinə keçirlər. Nəticədə kolloid hissəciklər yükünü itirib neytrallaşır və birləşərək koaqulyasiya edirlər. İstənilən zolun koaliqasiyası ani olaraq baş vermir, müəyyən müddət tələb edir. Koaqulyasiya prosesinin zamandan asılı olaraq getməsini kolloid məhlulun xassələrinin dəyişməsinə görə müşahidə etmək olar. (Məs., rəngin dəyişməsinə görə, bulantının artmasına görə, Tindal konusunun parlaqlığının dəyişməsinə görə və s.). Koaqulyasiya prosesini müşahidə etmək üçün ən etibarlı üsul ultramikroskopda hissəcikləri saymaqdır. Koaqulyasiya sürəti adi II tərtib kimyəvi reaksiyaların kinetikası ilə müəyyənləşir. Fərq ondadır ki, adi kimyəvi reaksiyada iştirak edən molekullar sonradan reaksiyada iştirak etmir. Kolloid hissəciklər isə toqquşaraq birləşdikdən sonra yenə də koaqulyasıya prosesində iştirak edirlər və daha mürəkkəb komplekslər əmələ gətirirlər. Koaqulyasiyanın əvvəlində ikili, üçlü və s. hissəciklərin əmələ gəlməsi yavaş sürətlə gedir; sonra koaqulyasiya edici elektrolitin qatılığı artdıqca koaqulyasiya xeyli sürətlənir. Ona görə də yavaş və sürətli koaqulyasiya fərqləndirilir. (Bunu gizli və aşkar koaqulyasiya ilə qarışdırmaq olmaz). Koaqulyasiya sürətinin elektrolitin qatılığından asılılığı qrafikində OS xətti gizli koaqulyasiyanı göstərir. S nöqtəsi koaqulyasiya həddidir, bundan sonra aşkar koaqulyasiya başlayır. SK yavaş koaqulyasiyaya, KN sürətli koaqulyasiyaya uyğundur.

Ədəbiyyat

1. Əhmədov E. İ., Məmmədov S. F., Rzayeva N, A."Fiziki kimya" Bakı.2009.,
2. Cəfərov Y. İ. "Fiziki və kolloid kimya" Bakı.2008.
3. http://unec.edu.az