Дисперсті жүйелердің молекулалық-кинетикалық қасиеттері

1.

ТАҚЫРЫБЫ:
Дисперсті жүйелердің
молекулалық-кинетикалық
қасиеттері

2.

ДӘРІС ЖОСПАРЫ:
Коллоидты
ерітінділердің
молекулалық-кинетикалық қасиеттері.
2. Диффузия.
3. Броундық қозғалыс.
4. Седиментация.
5. Осмостық қысым.
1.

3.

I. Коллоидты ерітінділердің молекулалықкинетикалық қасиеттері
Молекулалық-кинетикалық теория газдар
мен сұйықтардағы молекулалардың өз бетінше
қозғалыстарының заңдарын зерттейді.
• Молекулалық-кинетикалық қасиет молекула
мен
атомдардың
үзіліссіз
бейберекет
қозғалыстарына
(хаотическое
движение)
негізделген.
• Коллоидты
ерітінділердің молекулалықкинетикалық немесе коллигативті қасиеттердің
қатарына броундық қозғалыс, диффузия,
осмостық қысым және седиментация жатады.

4.

Коллоидты
жүйелердің молекулалық-кинетикалық
қасиеттерін зерттеудің екі маңызды себептері бар:
Молекулалы-кинетикалық
теорияны
эксперименттік тексеру (ультрамикроскоп арқылы
коллоид бөлшектердің қозғалысын бақылау);
Алынған
мәліметтерді практикалық мақсатқа
қолдану (бөлшектер мен макромолекулалардың
массасы мен шамасын, мөлшерін анықтау, жүйені
фракцияға бөлу).

5.

II. БРОУНДЫҚ ҚОЗҒАЛЫС
Броундық
қозғалыс
сұйық не газ ішіндегі ұсақ
бөлшектердің
қоршаған
орта
молекулаларының
соққысы әсерінен болатын
бейберекет қозғалысы.
Мұны ағылшын ғалымы
Роберт Броун зерттеген.

6.

Ағылшын
ботанигі Роберт Броун өсімдік гүлдерінің
тозаңдарының судағы суспензиясын микроскоп арқылы
тексере отырып, гүл тозаңдары бөлшектерінің үздіксіз,
ретсіз, тәртіпсіз қозғалысының болатынын байқады.
Броун қозғалыстық табиғатын түсіндіре алмаса да
оның уақыт, сыртқы энергия көздеріне байланыссыз, ал
температура өскен сайын оның қарқындылығының
күшейетінін көрсетті. Міне осы себепті бөлшектердің
қозғалысын Р. Броундық құрметіне броундық қозғалыс
деп атады.

7.

Коллоидты бөлшектер молекулалық-кинетикалық қасиеттері бойынша шынайы
(нағыз) ерітінділерден түбегейлі ерекшеленбейді. Ерітіндіде бөлшектер тұрақты
ретсіз қозғалыста болады. Бөлшектер соқтығысқан кезде энергия мөлшері
алмасады және нәтижесінде барлық бөлшектер үшін бірдей орташа кинетикалық
энергия пайда болады. Молекулалар (мысалы, газ) секундына жүздеген метр
жылдамдықпен қозғалса, коллоидты бөлшектер секундына миллиметр
жылдамдықпен қозғалады. Кинематографиялық микротүсіріліммен бекітілген
бөлшектердің қозғалыс траекториясы сынған сызық түрінде болады.
Сурет 1. Броундық қозғалыста бөлшектердің қозғалу схемасы.

8.

Броундық
қозғалыстың қарқындылығы
уақытқа тәуелді емес. Бірақ ортаның
температурасы жоғарылаған сайын және
ортаның тұтқырлығы мен бөлшектердің
мөлшері
кеміген
сайын
броундық
қозғалыстың
қарқындылығы
артады.
Броундық
қозғалыстың
қарапайым
зерттеулерін
неміс
ғалымы
Рихард
Зигмонди, француз физигі Жан Батист
Перрен жүргізді. Броундық қозғалыстың
толық теориясын 1905 жылы неміс физигі
Альберт
Эйнштейн
және
поляк
физигі Мариан Смолуховский жасады.

9.

10.

Эйнштейн-Смолуховский теңдеуі
- универсал газ тұрақтысы
R = 8.31 Дж/К моль
- абсолютті температура T = 273 K
- ортаның тұтқырлығы
- бөлшектердің радиусы
- Авогадро тұрақтысы NA = 6,02⋅1023 моль−1
- уақыт

11.

Броундық қозғалыс атомдар мен молекулалардың
бей-берекет
жылулық
қозғалысы
жөніндегі молекулалық-кинетикалық теорияның ең
көрнекті
дәлелі
болып
есептеледі.
Соның
нәтижесінде Больцман тұрақтысы және Авогадро
тұрақтысы
тәжірибе
жүзінде
нақтыланды.

12.

III. Диффузия
Диффузия
(латын тілінен аударғанда таралу,
жайылу) – молекулалардың жылулық қозғалысы
салдарынан
шекаралас
орналасқан
әртүрлі
заттардың бір-біріне өту құбылысы.

13.

14.

Диффузия
дененің
бүкіл
көлеміндегі концентрация мөлшерінің бірте-бірте теңелуін,
сөйтіп оның бірқалыпты сипат алуын қамтамасыз етеді.
Диффузия
жылдамдығы
температураға
тікелей
байланысты, алайда бұл процесс газдарда өте тез,
сұйықтарда одан гөрі баяу, ал қатты заттарда өте баяу өтеді.
Газдардағы диффузия коэффициенті - 10-4, сұйықтықтарда -
10-9, қатты денелерде - 10-14 м2/с.

15.

Диффузия
газдарда өте тез жылдам жүреді,
бірнеше секунд немесе минутта жүруі мүмкін.
Диффузия
сұйықтарда бірнеше
бірнеше сағаттарда жүруі мүмкін.
минуттан
Диффузия
қатты денелерде бірнеше жылдарға
дейін жүруі мүмкін.
Бірақ
осы
процесстерді
температураның
көмегімен немесе сыртқы факторлармен әсер
ету арқылы жылдамдатуға болады.
Диффузия
сұйықтарда әлдеқайда жылдам
жүреді, себебі олардағы атомаралық қашықтық
қатты заттарға қарағанда үлкен.

16.

Диффузия
құбылысы
барлық
агрегаттық
күйде,
диффузияланатын заттың сол ортадағы шоғырлануы
теңелгенге дейін жүре береді. Газ немесе сұйықтың
молекулаларының бір орыннан екінші орынға ауысуы
арқылы өз ішінде диффузиялануы өздік диффузия деп
аталады.
Диффузияның
өту
шапшаңдығы
—
диффузияланатын заттың тегіне және оның қандай
жағдайда болуына байланысты анықталатын шама —
диффузия коэффициентімен сипатталады. Диффузия
коэффициентінің халықаралық бірліктер жүйесіндегі
өлшем бірлігі — м2/сек. Диффузия құбылысы табиғатта
маңызды рөл атқарады: атмосфераның жер бетіне жақын
орналасқан қабаттарындағы ауа құрамының біркелкі
болуына ықпал етіп, өсімдіктердің дұрыс қоректенуіне
жағдай туғызады.

17.

Диффузияның түрлері
Диффузияның екі түрі бар: қарапайым диффузия және жеңілдеген диффузия.
ҚАРАПАЙЫМ ДИФФУЗИЯ
Қарапайым диффузия - ол концентрациясы жоғары ортадан концентрациясы төмен ортаға
қарай заттардың өтуі.
Қарапайым диффузия жолымен су, органикалық және бейорганикалық иондар өтеді.
ЖЕҢІЛДЕГЕН ДИФФУЗИЯ
Жеңілдеген диффузия - тасымалдаушы ақуыздардың көмегімен заттардың жоғары
концентрациялы ортадан төменгі концентрациялы ортаға ауысуы. Қарапайым диффузиямен
салыстырғанда тезірек жүреді.
Адам организміндегі диффузияның мәні зор. Оттек ауадан өкпенің қан тамырларына диффузия
жолымен жеңіл өтеді, одан кейін онда ери отырып, бүкіл организмге тарайды. Тағамдағы
қоректік заттар жасушаның ішінде араласады. Диффузия құбылысы жануарлар мен өсімдіктер
тіршілігінде маңызды рөл атқарады. Ол өсімдік тамырларының суды сіңіріп, өсімдіктер мен
жануарлардың қоректі қорытуына және олардың жасушаларынан қалдықтардың шығуына
әсер етеді. Диффузияның әсерінен планеталар атмосферасының химиялық құрамы бірдей
болмайды. Диффузия құбылысының практикада қолданылу аясы өте кең. Металдары
дәнекерлеу мен балқытып пісіру процестері пісірілген металдардың немесе негізгі метал мен
дәнекердің диффузиясына негізделген. Қант қайнату зауыттарындағы қызылшадан қантты
шығарып алу да диффузия құбылысына негізделген. Қызылша сумен немесе концентрациясы
аз қант ерітіндісімен жуылады. Бұл кезде қант молекулалары қызылшадан ерітіндіге өтеді.

18.

IV. Седиментация
Ауырлық
күші әсерінен бөлшектердің тұнбаға түсу
процесі седиментация деп аталады.

19.

Сұйық не газды ортадағы ұнтақталған заттың бөлшектері қарамақарсы бағытталған екі күштің әсерінде болады. Олардын біріншісі
бөлшекті төмен тартып, тұнбаға немесе шөгіндіге түсіруге бағытталған ауырлық күш, ал екіншісі бөлшектерді берілген көлемде біркелкі
таратуға ұмтылған - диффузиялык күш.
Дисперстік жүйеге әсер ететін ауырлық және диффузиялық күштің
қайсысының басым болуына байланысты оның күші анықталады:
ауырлық күші артық болса, ондайда дисперсті жүйенің бөлшектері
көбірек шөгеді, ал диффузиялық күш басым болса, онда дисперстік
жүйедегі бөлшектер тұнбаға түспей жүзгін түрінде болады. Дисперсті
фазаның система көлемінде біркелкі таралып, тұрақты күйде болуын
седиментациялық немесе кинетикалык, тұрақтылық деп атайды, ал
ауырлық күші әсерінен бөлшектердің тұнбаға түсу процесі седиментация
деп аталады. Системадағы бөлшектердің тұнбаға түсу жылдамдығы осы
бөлшектердің өлшеміне, дисперстік орта-ның тұткырлығьша және
бөлшек тығыздықтарына тәуелді.

20.

Егер
дисперсті жүйедегі ауырлық күші мен
диффузия күші өзара тең болса, онда
седиментация
мен
диффузия
жылдамдықтарының
тепе-теңдігімен
сипатталатын седиментациялық тепе-теңдік
деп аталатын күй орнайды. Седиментациялық
тепе-теңдік молекулалық-дисперстік жүйелер
үшін тән құбылыс. Сұйық бағанасындағы
бөлшектер өзінің өлшеміне сәйкес әр түрлі
биіктікте, айталық ірілері төмен, ал ұсақтары
жоғары орналасады екен.

21.

V. Осмостық қысым:
Осмостық
қысым - ерітінді диффузиясы кезіндегі
ерітілген заттың жартылай өтімді мембрана арқылы
тудыратын асқын қысым.

22.

Суретте осмостық қысымға байланысты эритроциттердің ерітінділермен
әрекеттесуі көрсетілген.
Басқа ерітіндімен салыстырғанда осмостық қысымы жоғары ерітінді
гипертониялық, ал осмостық қысымы төмен ерітінді гипотоникалық деп
аталады.

23.

Шынайы ерітінділердегі осмостық қысым Вант-Гофф теңдеуімен
сипатталады:
= (m / MV) RT = сRT
Мұндағы:
RT-осмостық қысым,
m және M еріген заттың массасы мен молекулалық массасы;
V-ерітіндінің көлемі;
R-универсал газ тұрақтысы;
С-моль концентрациясы
Т-абсолютті температура.