Электрокинетикалық қосылыстар

 

 

Жоспар

 

І Кіріспе.

ІІ Негізгі бөлім.

1 .Дисперісті жүйелердің негізгі қасиеттері.

2.Электрокинетикалық  құбылыстар және  қасиеттері.

3. Электрофорез

4. Электроосмос

ІІІ  Қорытынды

ІV Пайдаланылған әдебиеттер.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дисперісті жүйе туралы  түсінік:

Ағылшын химигі Томос Грим (1860 ж) желім,желатин, альбумин және крахмал сияқты заттар,кәдімгі ерітінділерден  пергамент немесе колладийден дайындалған жарғақтан өту қаблеті бойынша өзгеше болатындығын табады. Егер колладиден жасалған шағын дорба ішекке  қант пен желім  ерітіндісін салып, осы  дорбашаны ағынды суға салса, дорбаша  қабырғасынан қант  ерітіндісі жеңіл өтеді де  желім дорбашада қалып қояды.Мұндай әдісті диализ (сүзу)  дейді. Өтпей  қалатын  заттарды  гректің « коllа» - «желім» деген сөзіне баламалап коллоидтар деп атайды. Томос Грим дисперстік жүйенің қасиетін зерттейтін коллоидты химияның негізгі қалаушы.

Шын ерітінділер- гомогенді  жүйелер, ондағы  бөлшектер ион, атом және  молекула 5 км жоғары  өлшемінде  болады. Жүйедегі бөлшек өлшемдерін бірнеше  ондаған есе үлкейткенде  гетерогенді жүйеге айналады. Мұндай жүйелерді дисперістік ( ұсақ, майдалық)  жүйелер  дейді , ол  екі  фазадан тұрады: дисперісті орта  және  дисперісті фаза (дисперісті ортада аса ұнтақталған бөлшектер).

Дисперіістік жүйенің маңызды  сипаттамасы дисперістік  дәрежесі, яғни  дисперістік фаза  бөлшектерінің  орташа  өлшемі.Барлық  жүйелер дисперістік дәрежесі  бойынша  бөлінеді .

1.Молекулалы- дисперісті , ондағы  зат бөлшек тері  ион,  атом, молекула түріне  жүреді .

Бұл  шын  ерітінділер.

2.Дисперісті немесе ірі дисперісті  жүйелер, ондағы бөлшектер өлшемі 10^-6 м дейін, олар турақсыздану және уақыт өткен сайын дисперістік фазаға дисперістік ортаға  бөлінеді:

3.Жоғары  дисперісті  немесе коллоидты жүйелер ондағы  бөлшектердің орташа  диаметрі 10^-6 -10^-9  м аралығында, бұлар едәуір  тұрақты.

Дисперістік орта мен  дисперістік фазаның агрегаттық күйіне байланысты дисперістік жүйе түрлері болады.

Дисперісті  жүйелердің негізгі түрлері.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дисперістік орта	Дисперістік фаза	Дисперістік жүйе
Сұйық	Қатты	Жүзгіндер , зольдер,(бояулар)
Сұйық	Сұйық	Эмульсия (сүт,майонез)
Сұйық	Газ тәрізді	Көбіктер
Газ тәрізді	Қатты	Аэрозольдер (түтін,шаң)
Газ тәрізді	Сұйық	Аэрозольдер ( тұман, бұлт)
Қатты	Қатты	Тау жиныстары, балқыма қала
Қатты	Сұйық	Қанша эмулсия (май)гель,(желе, агар)
Қатты	Газ тәрізді	Кеуек метериалдар  ( қыш, немза)

Дисперістік жүйелер  арасындағы коллоидтық  ерітінділердің (зольдердің) орны ерекше-ол дисперістік  орташа сұйық  жоғары жүйе коллоидтық бөлшектерді мелцилла дейді.

Мелцилла құрылысын аса суйық  күміс   нитраты мен  калий йодиді ерітінділерді әрекеттескенде  амияктың , күміс йодідінің коллоидты ерітіндісі  түзілуі мысалында  қарастырайық:

Аg NO 3 +KI= Ag I + KNO 3

Ag⁺ + NO^- 3+ K⁺ + I^- = Ag I+ K ⁺ + NO^- 3

 

 

Ерімейтін күміс йодиді коллоидты бөлшектің ядросын- күміс йодиды микрокристалын түзеді және ол AgI   көптеген m молекуласынан тұрады:

m  (AgI )- коллоидты бөлшектің ядросы.

Ядроның бөлшек  қабығына  ерітіндіде бар  иондарының бірі берілген  жағдайда , не күміс иондарының, не йод  иондарының  біреуі адсор бцияланады.Егер коллоидты ерітінді калий йодиді артық кезінде   алынса , онда  ядро    йод  иондар  адсорбцияланады.Олар ядроның  торын  толықтыра  аяқтап , адсорбциялық қабат түзік және  ядроға өз зарядын беріп, оны теріс зарядтайды:

 

m  [Ag I] nI –

Ядро бетіне адсорбцияланып, оған  тиісті заряд беретін иондарды потенциал  анықтаушы иондар деп  атайды.Сондай-ақ ерітіндіде  потенциал анықтаушы иондарға таңбасы бойынша кері болатын иондар да бар,оларды қарсы иондар деп атайды .Біздің  мысалдағы иондар, ол  калий  катиондары К+, оны адсорбциялық қабаттағы потенциал анықтаушы иондары электростатикалық таратады. Қарсы иондардың К + белгілі  бөлімі адсорбциялық қабатқа  енеді. Ядро мен адсорбциялық қабатты гранула

( түйір) деп атайды.

{m [Ag I] n I^- (n x) K ⁺ } X^-

Ядро адсорбциялық қабат

                          Гранула

 

Қарсы иондардың қалған  бөлшектері иондардың диффузиялық қабатын  құрайды.Адсорбциялық және диффузиялық  қабаттармен бірге  ядро  электр бейторапты бөлшекті – мицелонны құрайды:

{ m [Ag I] nI^- (n-x) K⁺ } ^x- XK⁺

 Гранула                                   Диффузиялық қабат

Мицелла

 

 Коллоидты ерітінділерге (зольдерге)  электрометті қосқанда түйір заряды, бұл бөлшектердің жабысуына әкеледі. Осылайша  колоидтық  бөлшектердің үлкен  агрегатқа айналуын үю ( коагуляция) да.

Үю нәтіжесінде  бөлшектер не  салмақтық күш әсерінен  түнбаға  түсуі  мүмкін  ( бұл  процесті седиментация  дейді). Не  жартылай қатты сертімді массаға  ( гель не сіркер)  айналуы мүмкін.

Коллоиидты ерітінділер  организмдердің тіршілігінде үлкен рөл атқарады және  әртүрлі технологиялық процестерде  кезінен  қолданылады : сабын  қайнатуда,қағаз тоқыма  өнеркәсібінде,дәрі-дәрмек және т.б өндірістерде.

Дисперсті деп газ, сұйық не қатты ортада тіркелкі таралған көптелген ұсақ  бөлшектерден тұратын  жүйелерді айтады.Дисперісті  жүйелерге, мұнан  басқа, түтікшелі- кеуек денелер ( топырақ, тау жыныстары, катализаторлар) да жатады.Дисперісті  сөзі латынның  «dispezsus» -  ұнтақталған, майдаланған сөзінен  туындайды..Кез-келген заттың  майдалану дәрежесін дисперістілік ( Д ) шамасымен  сипаттаймыз

 

Д=  1  ;  (  см ^-1)

       а

Демек  дисперістілік-ұнтақталған бөлшектің  диаметрінің немесе көлденең қимасының ұзындығының (а) кері шамасымен анықталады.Бөлшектің дисперістілігі артқан сайын оның  меншікті беттік ауданы ( S меншік) да артады. Барлық дисперісті жүйелерге тән негізге екі белгі бар: жоғары дисперістілік ( майдалану) және  гетерогенділік.

Дисперісті жүйелердің гетерогенділігі мынадан көрінеді: олар өзара ерімейтін кем дегенде екі фазадан тұрады.

1.Дисперісті  фаза  –ұнтақталған ұсақ бөлшектер.

2.Дисперісті орта- дисперісті  орта, фаза бөлшектерін кіркелкі  таратушы газ, суйық, не қатты  зат.

Дисперісті  жүйелерді әртүрлі  белгілеріне байланысты жіктейміз.

А) Бөлшек өлшеміне байланысты жіктеу. Бөлшектердің ұнтақталу дәрежесіне байланысты дисперісті жүйелерді 3 топқа бөлеміз:

1.Ірі дисперісті жүйелер  ( жүзінділер, супензия, эмульсия, ұнтақтар) бөлшектер радиустары 10 ^-2 – 10^-5 см

2.Коллоидтық- дисперісті жүйелер ( зальдар), бөлшектер  радиустары 10^-5 -10^-7 см.

3.Момпулалық- иондық ерітінділер,  бөлшектер радиустары 10^-8  -10^-10  см

Адам қанының этритроциттері (0,7  10 ^-7 см ), ішек  таяқшалары (0,3   10^-7 см), тұмау вирусы (1 10^-7 м), алтын залы ( 1 10 ^-8 м), колоидты- диперісті жүйелерге жатады.

Дисперістілік жүйесінің  негізгі қасиеттеріне ( кинетикалық, оптикалық, каталиттік) қатты әсер етеді.

Әртүрлі дисперісті жүйелердің негізгі қасиеттері.

 

 

 

 

 

Ірі  дисперісті ( микрогетерогенді) жүйе	Коллоидты(ультрамикрогетерогенді) жүйе	Молекулалы жүйе иондық(шын) ерітінділер
Мөлдір емес  жарықты  шағылыстырады	Мөлдір жарықты  шашыратады. Тиндаль конусын көрсетеді	Мөлдір,жарықты шашыратпайды Тиндаль конусын бермейді.
Бөлшектері қағаз фильтрден өтпейді	Бөлшектері қағаз фильтрден  өтеді	Бөлшектері қағаз фильтрден  өтеді.
Бөлшектері  ультрафильтрден (целлофон,пергамент) өтпейді	Бөлшектері ультрафильтрден (целлофон, пергамент) өтпейді	Бөлшектері ультрафильтрден  өтеді.
Гетерогенді	Гетерогенді	Гомагенді
Кинетикалық, термодинамикалық тұрақсыз	Кинетикалық салыстырмалы тұрақты	Кинетикалық,термодинамикалық тұрақты
Уақыт бойынша ескереді	Уақыт бойынша ескертеді	Ескіреді
Бөлшектері оптикалық микроскоп көрінеді	Бөлшектері электронды микроскопта,ультрамикроскопта көрінеді	Бөлшектері қазіргі  белгілі микроскоптарда көрінбейді

 

 

Электрокинетикалық құбылыстар деп- электр тоғы  қатысатын, екі фазадан салыстырмалы қозғалуы кезінде гетерогенді жүйелерде пайда болатын процестерді айтады.

Мұны 1807 жылы Ф.Ф.Рейсс ашқан.

Электрокинетикалық құбылыстардың  себебі-ҚЭҚ болуы және  грануланың диффузиялық қабатқа қатысты  оңай ығысуы. Электр өрісі әсер еткенде  мицелла адсорбциялық және  диффузиялық  қабаттар шекарасында  ( бұл шекара жылжу қабаты  деп атайды) екіге бөлінеді: гранула бір  плюске  қарай қозғалады( электрофорез) , диффузиялық қабат иондары  екінші плюске  өзімен бірге  гидратты қабықшаны   ілестіре  қозғалады

( электроосмос).

Электрокинетикалық қасиеттер  мыналар

1.Электрофорез- сыртқы  электр өрісі әсерінен дисперістік фазаның зарядталған бөлшектерінің дисперісті ортаға қатысты қозғалуы.

2.Электроосмос- дисперісті  ортаның дисперісті фазаға қатысты  сыртқы электр өрісінің  әсерінен  қозғалуы.

3.Сұйықтықты  қысым  арқылы  түтікшелі  жүйеге еңгізсек   онда оның ұштарында  потенциалдар  айырымы  түзіледі, ол ағу  потенциалы деп  аталады.

4. Коллоидты   бөлшектер   сұйық ортада  шөккенде  сұйықтықтың   жоғарғы және  төменгі  қабатттары  арасында  потенциалдар  айырымы   түзіледі, оны  шөгу (седиментация) потенциалы  деп   атайды.

Ағу  потенциалы  электроосмосқа ,ал шөгу  потенциалы  электрофорезға кері құбылыс.

Өткізу  әдістемесіне  байланысты  электрофорез  қозғалмалы  шекаралы  қабаттағы  (тиземиустың  бос  электрофорезі) және  зондты  электрофорез  (қағаз,желім т.б  сияқты   тасымалдағыштарды  қолдану) деп бөлінеді.

Ақсылдар ,бактериялар,вирустар  заряды  бар,сандықтан  буферлы  ерітіндіде  электр  өрісінде  қозғалады,қозғалу  жылдамдығы   бөлшек  радиусына және  зарядына  тәуелді.

Сондықтан  электрофорез  медицина мен  биологияда  кеңінен   қолданылады. Электрофорез  көмегімен  макромолекулалар      қоспасының (мысалы ,қанның сары  суының  ақсылы ,жұлын сұйықтығы,несеп. т.б.) бөлінуі және   талдауы бақылауда қолданылады,себебі  қан  сары  суының ақсылдарының электрофореграммаларында  әр түрлі   патологиялық  жағдайларда  сол  ауруға  тән  күрт  өзгерістер  байқалады.  Дәрілік  заттардың  электрофорезі  электротерапия  тәсілі  ретінде  көптеген  ауруларда  емдеуде  бұрыннан  қолданып келеді (мысалы, күйік жараларды, атеросклероз, ревматизм,жүйке-психикалық  ауруларды т.б) жарақаттанбаған тері  арқылы  дәрілік  затты енгізу  оның  науқас  ағзасына  ұзақ әсерінен  қамтамасыз етеді.

Электрофоретикалық әдіспен ақсылдардың  изоэлектрлік  нүктесін анықтайды.

Быз қатысындағы (мысалы,натрий додецилсульфаты) ақсылдардың молекулалық массасын  табу үшін қолданады.

Е) адам денесіне бекітілген  электродтар  арқылы,оның ағзасына емдік мақсатта күші мен кернеуі төмен тұрақты тоқпен  әсер  етуді гальванизация деп,ал электр тогы көмегімен дәрілік  заттарды адам  терісі арқылы ішкі мүшелерге жеткізуді электрофорез  деп атайды. Шын мәнінде ,көп жағдайларда осы екі әдіс  бір мезгілде  жүргізіледі. Адам  терісінің электрлік кедергісінің  өте жоғары  болуы себепті,адам  ағзасына  ток негізінен май   мен  тері  бездері, жасуша  аралық  кеңестік  арқылы  енеді.  Ток эпидермис пен тері асты  май қабатынан  өткен соң  одан ары  жасуша аралық  бос кеңестік  қан  мен лимфа тамырлары  бойымен, нерв  және   бұлшық ет  қабықтары арқылы тарап,электродтар орналасқан аралықтағы ойша сызылған түзуден көп ауытқиды. Осы  құбылыс  нәтижесінде  ұлпаларда  иондық  асимметрия  қалыптасады.,яғни катодта К+,Na+, анодта Ca 2+,Mg2+ иондарының  концентрациясының басымдығы  орнайды,нәтижесінде катод  қоздырушы,ал анод  электроды  тежеуші  әсер етеді. Сонымен  қатар ұлпадағы  байланысқан иондардың  біраз  бөлігінің  еркін  күйге  көшуіне  байланысты  олардың  белсенділігі  артады,соның арқасында ұлпаның  физиологиялық  белсенділігі артады, яғни  гальванизацияның ынталандырушы қабілетінің сыры  осы  болып табылады,сондай-ақ  электроосмос  құбылысы да    байқалады. Осы   аталған  құбылыстар  ол  өз  кезегінде жасушыдағы  құбылыстарға , ондағы биофизикалық,биохимиялық және  физиологиялық  процестердің  жүру жылдамдығына  әсер  етеді. Гальванизациялық  емдеу әдісінде  негізгі терапиялық   көрсеткіш болып  ток  тығыздығы   алынады, оның  мәні әр  түрлі  болады. Мысалы :функциялдық  ауытқуларды   қалпына  келтіру немесе ынталандыру  үшін  жүргізілетін  гальванизация тоғының  тығыздығы 0,03-0,05 мА/см2 болуы тиіс,тоқтың  максимал мәні 0,1 мА/см2 артпауы  қажет . 4-5 айлық  жас  бала үшін 0,02 мА/см2: 5-12 айлық үшін 0,03 м/Асм2 болса,1 және онан үлкен жастағылар үшін 0,07-0,08 мА/см2 болады.

Гальванизация  арқылы  перифериялық   және  орталық  нерв  жүйелерін, радикулитті,ми және  жұлын  қан айналысының   бұзылуы,т.б.  көптеген  ауруларды  емдеуде   қолданады.

Электрофорез емдік   әдісіне   негізіне   тұрақты  тоқтың  электр   өрісіндегі дәрілік  заттардың (иондардың) қозғалысы  жатады.  Электролиттік   диссоциация теориясына  сәйкес сұйықта еріген  дәрілік  заттар   оң  және  теріс  иондарға ыдырайды.  Электрофорез  кезінде  адам  ағзасына «катиондар» анод  электронынан, «аниондар» катод  электордынан  ендіріледі. В..С.Улащиктің  зертеулеріне   сәйкес  электрофорез  кезінде  дәрілік  заттар тері  астында жиналып иондар «депосын» құрайды.  Соңынан  олар  қан  және  лимфа тамырлары арқылы   бүкіл ағзаға тарап,терінің нерв   рецепторларына   үздіксіз  және  ұзақ   мерзімді әсер  етеді.   Электрофорез әдісі арқылы  120 астам дәрі  адам   денесіне  ендіріледі  және  көптеген  ауруларды   емедеуде  осы әдіс кең  түрде  қолданылады.