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

Ma’ruza 15.
SIRT(SATH) HODISALARI. SIRT TARANGLIK TUSHUNCHASI VA ADSORBTSIYA. MOLEKULYAR VA ELEKTROLITLAR ADSORBTSIYASI.
REJA:

1. 
   Sirt hodisalar va ularning sinflarga bo’linishi.
   
2. 
   Sirt taranglik va sirt aktiv moddalar.
   
3. 
   Eritma-gaz chegara sirtidagi adsorbtsiya. Gibbs tenglamasi.
   
4. 
   Sirt taranglik va adsorbtsiya izotermalari va ularning tahlili.
   
5. 
   Qattik sirt - eritma chegara sirtidagi adsorbtsiya.
   
6. 
   Molekulyar adsorbtsiya.
   
7. 
   Tanlanish adsorbtsiyasi.
   
8. 
   Ion almashinish adsorbtsiyasi.
   

Ma’lumki, dispers sistemalarning sirt hodisalarini, ularning geterogenlik va disperslik alomatlariga bog’lik funktsiyalar yoki ularning oqibatlari deb qarash lozim.
Bulardan geterogenlik dispers sistemaning sifat belgisi bo’lib, fazalararo chegara sirt, chunonchi sirt qavatlar mavjudligini tasdiqlaydi (G_sS). Disperslik (D) sistemaning mikdor belgisi bo’lib, disperslik darajasini anglatadi. (D1r). Disperslik darajasi o’rnida ko’pincha unga proportsional kattalik S_sol, -solishtirma sirt tushunchasi qo’llaniladi.
S_sol S _umum V
formuladan S_umum - fazalararo umumiy sirt yuza kattaligi, V -zarrachaning xususiy xajmi, yoki zarracha o’lchami. Agar dispers faza zarrachalari sferik shaklida deb qabul qilinsa:
S 4 r², V 43r³ bo’lgani uchun,
S_sol3r bo’ladi.
Shunday qilib, “D” yoki “S_sol” zarracha radiusining teskari qiymatiga proportsional. Dispers sistemalarning ushbu ikki alomati - geterogenlik va disperslik darajasi, birgalikda sirt hodisalar, umuman, fazalararo chegara sirtda boruvchi jarayonlar bilan chambarchas bog’liqdir, fazalararo chegara sirtda qo’yidagi jarayonlar-yuagulyatsiya, koalesntsiya, adgeziya, koageziya, ho’llanish, flotatsiya, kapillyar bosim va adsorbtsiya hodisalari borishi mumkin.
Sirt hodisalarni sinflarga ajratishda termodinamikaning I va II qonunlarini ideal sistemalar uchun umumlashtirilgan ifodasidan foydalanamiz:
dG_S-SdTVdR
Shu tenglamani real dispers sistemalar uchun qo’yidagi ko’rinishda ifodalash mumkin:
dG_S-SdTVdPdS_idn_i dq
tenglamada, dG_S - Gibbs energiyasining o’zgarishi SdT – issiqlik energiyasi, VdP - mexanik energiya, dS - sirt energiyasi, _idn_i -kimyoviy energiya, dq - elektr energiyalarining yig’indisiga teng. Ikkinchi jixatdan sirt energiyasi – “dS” fazalararo chegara sirtda boruvchi jarayonlar natijasida mexanik energiyaga – “VdP”(adgeziya va koageziya jarayonida), Gibbs energiyasiga- “G_S” (turli jarayonlar davomida bajarilgan ish) issiqlik energiyasiga – “SdT”(ho’llanish, bo’kish jarayonlarida), kimyoviy energiyaga- “_idn_i” (kataliz, adsorbtsiya) va elektr energiyasiga - “dq”(elektroforez, elektroosmos natijasida), aylanishi mumkin.
Shunday qilib, sirt hodisalar tabiati, ya’ni sirtda u yoki bu jarayonning borishi fazalararo chegara sirtning xolati bilan bog’liqdir. Shuning uchun fazalararo sirtlar termodinamikasini o’rganish kolloid kimyoda katta ahamiyat kasb etadi. Sirt kavatlar termodinamikasini xarakterlaydigan kattalik sirt taranglikdir. Sirt taranglik esa adsorbtsiya hodisasi bilan bevosita bog’liq.
Suyuklik yoki qattiq jism sirtida boshqa modda molekulalari, atomlari yoki ionlarining o’z-o’zicha yig’ilishiga adsorbtsiya deyiladi. Moddani yutgan sirt - adsorbent. Yutilayotgan modda esa adsorbtiv deyiladi.
Adsorbtsiyaga oid dastlabki ilmiy tekshirish ishlari T.E. Lovits nomi bilan bog’liq. U 1792 yilda eritmalarni turli ko’shimchalardan tozalash uchun qattiq adsorbent sifatida ko’mirdan foydalandi.
Adsorbtsiya hodisasi ko’mirgagina emas balki boshqa barcha g’ovak moddalarga ham xosdir. Masalan turli gellar o’z sirtiga har xil bo’yoqlarni yutadi.
Yutilgan modda yutuvchining ichki tomoniga diffuziyalanishi mumkin. Bu hodisa adsorbtsiya deyiladi. Agar modda geterogen sistemada bo’ladigan ximiyaviy reaktsiya tufayli yutilsa, bu hodisa xemosorbtsiya deyiladi. Natron ohak bilan sulfid angidrid orasidagi xemosorbtsiya bunga misol bo’la oladi. Xemosorbtsiya qaytmas jarayonlar jumlasiga kiradi. Ba’zan o’z kritik temperaturasidan past temperaturadagi gaz sorbtsiya vaqtida qattiq jism g’ovaklarida kondensatlanib suyuqlikka aylanadi. Bu hodisa kapillyar kondensatsiya deyiladi.
Adsorblangan gaz qattiq jism sirtida bir yoki bir necha katlam molekulalardan iborat bo’lishi mumkin. Shunga ko’ra adsorbtsiyalanish monomolekulyar yoki polimolekulyar adsorbtsiyalanish deb nomlanadi.
Adsorbtsiyalangan molekula adsorbtsion qavatda kancha vaqt davomida istiqomat qilishi adsorbtsiya vaqti deb ataladi. Adsorbtsiya vaqti S.Ya. Frenkel tenglamasiga binoan qo’yidagicha ifodalanadi:

bunda Q- molekula bilan sirt orasidagi o’zaro ta’sir energiyasi, t₀- molekula bilan sirt orasida hech qanday tortishish kuchlari mavjud bo’lmagan sharoitdagi adsorbtsiya vaqti.
Adsorbtsiya qo’yidagi fazalararo chegara sirtda borishi mumkin:
1. Suyuqlik – suyuqlik yoki eritma - gaz
2.Qattiq jism - gaz
3. Qattiq jism - eritma.
Adsorbtsiya (G) fazalararo chegara sirtning yuza birligiga (I m² yoki I sm²) to’plangan modda miqdoridir. Adsorbtsiya gazning bosimiga -R ga, eritmaning kontsentratsiyasi S ga , temperatura T ga, adsorbent va adsorbtiv tabiatiga, adsorbentning solishtirma sirt yuzasi S ga va sirt taranglikka bog’lik.
Gf (S, T. R, S, )
S

uyuqlikning ichki qismidagi (hajmidagi) molekulani (11-rasm a-holat) boshqa molekulalar hamma tomondan bir xilda tortib turadi va barcha kuchlar bir-birini muvozanatlaydi. Bu holda teng ta’sir etuvchi kuch nolga teng, (F0). Suyuqlik sirtida joylashgan molekulani (b-holat) suyuqlik ichidagi qo’shni molekulalar kuchliroq tortadi, lekin gaz fazadan o’sha molekula juda oz kuch bilan tortiladi. Shu sababli sirtning yuzasida ortiqcha erkin energiya (F) yoki sirt energiyasi (G_s) paydo bo’lib qoladi. O’sha sirt energiya ta’sirida suyuqlik sirtida turgan molekulalar mumkin qadar suyuqlik ichiga kirishga intiladi, ya’ni suyuqlik o’z sirtini kamaytirishga harakat qiladi.