Маъруза o’zbekiston respublikasi oliy va o’rta maxsus ta’lim vazirligi

MA’RUZA № 21.

KOLLOID SISTEMALARNING ELEKTROKINETIK HOSSALARI.

REJA:

1. 
   Qo’sh elektr qavat haqida tushuncha.
   
2. 
   Elektroforez va elektroosmos hodisalari.
   
3. 
   Elektroforez yordamida -dzeta-potentsialni aniqlash.
   
4. 
   Cho’kish va oqib chiqish potentsiallari.
   

Fazalararo sirtda sodir bo’ladigan elektr hodisalar (xuddi adsorbtsiyaga o’xshash) ortiqcha sirt energiyaning fazalar orasidagi o’zaro ta’sir kuchlarining mavjudligi natijasida kelib chiqadi. Geterogen sistemalar o’zlarining sirt energiyalarini kamaytirishga intilishlari natijasida sirt qavatdagi qutubli molekulalarning, ionlar yoki elektronlarning harakati ma’lum yo’nalishda o’zgaradi, ya’ni ionlar ximiyaviy-potentsiali katta bo’lgan fazadan ximiyaviy potentsiali kichik bo’lgan fazaga o’tadi; natijada bir-biriga tegib turgan fazalar chegarasida kattalik jixatidan o’zaro teng, lekin qarama-qarshi ishorali zarrachalar qavati hosil bo’ladi. Shunda o’zining potentsialiga, zaryadiga va boshqa xossalariga ega bo’lgan qo’sh elektr qavat vujudga keladi va muvozanat holat qaror topadi.
Qo’sh elektr qavatning hosil bo’lishini tushuntiradigan uchta mexanizm taklif qilingan.

1. 
   Ion yoki elektron holatdagi zaryadning bir fazadan ikkinchi fazaga o’tishi, masalan, gaz faza bilan chegaralanib turgan metall o’z ionlarini gaz fazaga bera oladi. Metalldan ionning chiqib ketish tezligi esa temperaturaga bog’liq va temperatura oshgan sari uning chiqib ketish intensivligi ham oshib boradi. Fiziklarning fikri bo’yicha bu hodisa termoelektron emissiya deb ataladi.
   

Elektronlarning chiqib ketishi oqibatida metallning sirti musbat zaryadga, gaz faza esa manfiy zaryadga ega bo’lib qoladi va qo’sh elektr qavat hosil qiladi. Demak, eritmaga biror faza tushirilsa, eritmadan o’sha tushirilgan faza moddasi tarkibiga kirgan element ionlari birinchi navbatda tushirilgan fazaga adsorbtsiyalanadi.

2. 
   Qo’sh elektr qavat hosil bo’lishining ikkinchi mexanizmi qattiq faza tarkibiga kirmaydigan ionlarning fazalararo sirtga tanlanib adsorbtsiyalanishidan iborat. Bunda sistemaga aralashib qolgan qo’shimcha moddalar tarkibidagi ionlar adsorbtslanadi. Masalan, metall-suv sistemasiga osh tuzining eritmasi qo’shilsa, metall sirtiga xlorid ionlar tanlab adsorbtsiyalanadi. Buning natijasida metall sirtida ortiqcha manfiy zaryad (xlorid ionlari qavati) va eritmaning metall sirtiga yaqin joyida natriy ionlaridan iborat musbat zaryad qavati hosil bo’ladi. Bular ham qo’sh elektr qavat hosil qiladi.
   

1. 
   Qo’sh elektr qavat hosil bo’lishining uchinchi mexanizmini qarab chiqsak, faraz qilaylik, ikki fazadan iborat bo’lgan sistemaga ionlarga ajralmaydigan modda qo’shilgan bo’lib, u fazalar chegarasida adsorblana olmasin. Bunday hollarda fazalarni tashkil qilgan moddalar tarkibidagi qutbli molekulalar o’z vaziyatini biror bir faza tomon o’zgartirib, chegara sirtga manfiy yoki musbat ishorali zaryad beradi. Qaysi ishorali zaryad berishi esa bir-biriga tegib turgan ikki fazadan iborat sistemaning dielektrik singdiruvchanligiga bog’liq. Qaysi birining dielektrik singdiruvchiligi katta bo’lsa, o’sha faza musbat zaryadlanadi. Agar suv bilan qattiq jism sistemasini oladigan bo’lsak, u holda suvning dielektrik konstantasi (ya’ni sindiruvchanligi) katta bo’lgani uchun (81) suv va qattiq jismdan iborat sistemada hosil bo’lgan qo’sh elektr qavatda suvga tushirilgan qattiq modda sirti manfiy zaryadga suv sirti esa musbat zaryadga ega bo’ladi.
   

U
muman, dispers sistemalarning zarrachalarida elektr zaryadi borligini 1808 yilda Moskva universitetining professori Reyss topgan. U shunday tajriba o’tqazgan.
rasm. Reyss tajribasining sxemasi.
Agar suvga to’ldirilgan ikkita shisha trubalar olib, ularni loyning ichiga tiqib qo’yib, ularga elektrodlar orqali tok bersa, musbat elektrod qo’yilgan trubkadagi suv loyqalanib qolgan, manfiy zaryadli suv esa tiniqligicha qolavergan. Bu shuni ko’rsatadiki, loyning zarrachalari elektr maydonida musbat zaryadga qarab intilgan. Zarrachalarning elektr maydonidagi o’tish tezligi esa berilgan toklarning kuchiga va loyning elektr o’tkazuvchanligiga to’g’ri proportsional bo’lib, loyning qovushoqligiga esa teskari proportsional bo’lgan. Zarrachalarning elektr maydonidagi harakati elektrofarez (29-rasm, a-holat) yoki kataforez deb atalgan. Reyscning ikkinchi tajribasi esa, maydalangan (poroshok) ya’ni kvarts kukunida o’tkazilgan.
Agar tutash idishga kvarts kukunini solib (u diafragma vazifasini bajaradi), unga suv to’ldirib, elektr tokini bersak unda tutash idishning manfiy zaryadli tomoni ko’tarila boshlaydi. Bunda ham elektroforezga o’hshab suv ko’tarilishi qo’yilgan toklarning kuchiga, dielektrik o’tkazuvchanligiga to’g’ri, diafragmaning qovushoqligiga esa teskari pro-portsional bo’ladi. Bu hodisa elektroosmos (29-rasm, b-holat) deb ataladi. Bu hodisalarning sababi qattiq jism bilan suyuqlik fazalaridagi har xil zaryadlarning mavjudligidir.
Elektrofarez hodisasida loyning kichkina zarrachalari elektrodlar orasida hosil bo’lgan elektr maydoniga dispers fazaning zaryadlangan zarrachalari musbat elektrodga boradi. Elektroosmosda qumning zarrachalari loynikiga qaraganda ancha og’ir bo’lgani uchun ular harakat qilolmay elektr maydoni ta’sirida qum qavatlarida hosil bo’lgan kapillyarlar orqali manfiy elektrod tomon musbat zaryadlangan suyuqlik harakat qiladi. Shuning uchun ham manfiy zaryadli elektrod qo’yilgan tutash idishining ustuni balandga ko’tariladi. Bu hodisalar, umuman kolloid zarrachalarning zaryadlanishi, elektroforez hodisalarning hammasi kolloid sistemalarda ionlar yordamida qo’sh elektr qavatining mavjudligidan kelib chiqadi.
Elektroosmos yo’nalishiga qarab suyuqlik zaryadi ishorasini aniqlash mumkin. Rus olimlari I. Jukov va B. Nikolskiy elektroosmos hodisasidan foydalanib suvni tozalash usulini topdilar.
Elektroforezning chiziqli tezligi quyidagicha aniqlanadi:

bu erda - dielektrik konstantasi, ₀8,85410^-12 Fm yoki ₀8,85410^-12 kl²m^-1 Joul^-1 bo’lib, SI sistemasida, dielektrik konstantasining vakuumdagi qiymatini ko’rsatadi; SGS sistemada ₀ ning qiymati 1 ga teng. - qovushoqlik. Tenglama Gelmgolts- Smoluxovskiy tenglamasi deb ataladi.
Elektroforez metodidan foydalanib kolloid sistemalarning dzeta-potentsialini aniqlash mumkin. Dzeta- potentsialni hisoblab topish uchun quyidagi formuladan foydalansa bo’ladi:

bu erda -dzeta- potentsial,- suyuqlikning qovushoqligi, u- kolloid zarrachaning elektroforezdagi chiziqli tezligi, E- berilgan potentsiallar ayirmasi, l-ikki elektrod oralig’i, ya’ni kapillyar uzunligi, K4 (tsilindrik shakldagi zarrachalar uchun) K6 (kichik sferik zarrachalar),  suyuqlikning dielektrik konstantasi.
Elektroforezni tekshirish natijasida kolloid zarracha kanday zaryadga ega ekanligini va dzeta- potentsial qiymatini aniqlash mumkin. Tsilindrik shakldagi zarrachalarning dzeta-potentsialini aniqlash uchun formuladan yoki sferik shakladagi zarrachalar uchun dan foydalaniladi. Bu erda NEl (E- potentsiallar ayirmasi; l- elektrodlalaro masofa, - qovushoqlik s10 puaz). Dzeta – potentsial qiymati eritmadagi elektrolit ionlar kontsetratsiyasiga va ularning zaryadiga bog’liq. Elektrolit kontsetratsiyasi kanchalik katta bo’lsa, dzeta – potentsial qiymati shunchali kichik bo’ladi. Diffuzion qavatdagi barcha qarshi ionlar adsorbtsion qavatga o’tib ketsa, dzeta- potentsial qiymati nolga teng bo’lib qoladi. Laboratoriya ishlarida dzeta- potentsialni aniqlash uchun solishtirma elektr-o’tkazuvchanlikni o’lchashdan foydalanish qulay bo’lanligi sababi Gelmgolts-Smoxulovskiy formulasi quyidagi shaklga keltiriladi:

bu erda k- solishtirma elektr o’tkazuvchanlik, - xajmiy tezlik
r²u
Ko’pgina kolloid eritmalarni tekshirish natijasida kolloid zarrachalarining zaryadi zolning tabiatiga bog’likligi anig’lanadi. Metall oksidlari va gidroksidlarning zollari musbat zaryadli, kumush, oltin, platina, oltingugurt, metallsulfid va silikat kislota zollari manfiy zaryadli bo’ladi.
K
olloid zarrachalar zaryadning ishorasi zolning qanday usulda olinishiga ham bog’lik. Masalan, AgNO₃ ga KBr ta’sir ettirib AgBr zoli olishda KBr dan ortiqroq miqdorida ko’shilsa, hosil bo’lgan zol manfiy zaryadli, AgNO₃ dan ortiqroq miqdorda ko’shilganda esa zol musbat zaryadli bo’ladi. Kolloid zarrachalar zaryadning ishorasi qanday bo’lishidan qat’iy nazar, kolloid eritma elektroneytral bo’ladi; kolloid zarrachalarning zaryadi eritma ichidagi qarshi ionlarning zaryadi bilan muvozanatlanib turadi. Dispers sistemalarda uchraydigan elektrokinetik hodisalar jumlasiga elektroforez va elektroosmosdan tashqari yani kuyidagi ikki hodisani kiritish mumkin: 1) og’irlik kuchi ta’siri ostida kattik faza kolloid eritmadan cho’kkanida kattik faza bilan suyuqlik chegarasida elektr potentsial paydo bo’ladi ( Dorn effekti). U cho’kish potentsiali deb ataladi. Bu hodisa elekroforezga karama-karshi hodisa deb qaraladi; elektroforezda elektropotentsial ta’siridan qattik jism zarrachalari xarkatlangan bo’lsa, cho’kish potentsial yuzaga chiqishida fazalarning bir-biriga nisbatdan xarakati natijasida elektr potentsial hosil bo’ladi; 2) agar suyuqlik bosim