დისპერსიული სისტემების მიღების მეთოდები. დისპერსიული სისტემების გაწმენდის მეთოდები დისპერსიული სისტემების მოპოვების მეთოდები და მათი გაწმენდა
დისპერსირებული სისტემა არის სისტემა, რომელშიც ერთი ან მეტი ნივთიერების მცირე ნაწილაკები თანაბრად ნაწილდება სხვა ნივთიერების ნაწილაკებს შორის. დისპერსიულ ფაზას ეწოდება ნივთიერების მცირე ნაწილაკები, რომლებიც ნაწილდება სისტემაში. დისპერსიული საშუალება არის ნივთიერება, რომელშიც განაწილებულია დისპერსიული ფაზა. 3 ჰეტეროგენული დისპერსიული სისტემა: დისპერსიული ფაზის ნაწილაკებს აქვთ 1·10-9 მ-ზე მეტი ზომა და წარმოადგენენ განცალკევებულ ფაზას დისპერსიული გარემოსგან. ჰომოგენური დისპერსიული სისტემა: არ არსებობს ინტერფეისი დისპერსიულ ფაზასა და დისპერსიულ გარემოს შორის (ნამდვილი ხსნარები). მოლეკულების, იონების ზომები 1 10-9 მ-ზე ნაკლებია.
დისპერსიის ხარისხით. დისპერსიული სისტემების ლასიფიკაციისთვის. 4 დისპერსიის ხარისხი (D) არის ნაწილაკების ზომის ორმხრივი (d) D = 1/d რაც უფრო მცირეა ნაწილაკების ზომა, მით უფრო დიდია სისტემის დისპერსია კლასიფიკაცია დისპერსიის ხარისხის მიხედვით უხეში (d \u003d m) (უხეში სუსპენზიები, ემულსიები, ფხვნილები). საშუალო დისპერსია (d = m) (თხელი სუსპენზია, კვამლი, ფოროვანი სხეულები). ძლიერ დისპერსიული (d = m) (კოლოიდური სისტემები).
დისპერსიული სისტემების მიღება დისპერსიული მეთოდები. მეთოდების ეს ჯგუფი აერთიანებს მექანიკურ მეთოდებს, რომლითაც ხდება მყარი ნივთიერებების დამსხვრევა, დამსხვრევა ან გაყოფა. ტიპიურია ბუნებაში მიმდინარე ლაბორატორიული, სამრეწველო და დისპერსიული პროცესებისთვის. ლაბორატორიულ და სამრეწველო პირობებში ეს პროცესები ტარდება სხვადასხვა დიზაინის საწურებში, წისქვილში და წისქვილში. ყველაზე გავრცელებულია ბურთიანი წისქვილები, რომლებშიც მიიღება სისტემები, ნაწილაკების ზომებით 2-3-დან 50-70 მიკრონიმდე. სხვადასხვა დიზაინის კოლოიდური ქარხნებში მიიღწევა უფრო თხელი დისპერსია; ასეთი წისქვილების მუშაობის პრინციპი ემყარება ცენტრიდანული ძალის მოქმედების ქვეშ სუსპენზიაში ან ემულსიაში გამტეხი ძალების განვითარებას. შეჩერებული დიდი ნაწილაკები ამ შემთხვევაში განიცდიან მნიშვნელოვან გამანადგურებელ ძალას და ამით იშლება. მაღალი დისპერსიის მიღწევა შესაძლებელია ულტრაბგერითი დისპერსიით. ექსპერიმენტულად დადგინდა, რომ დისპერსია პირდაპირ არის დამოკიდებული ულტრაბგერითი ვიბრაციების სიხშირეზე. ულტრაბგერითი მეთოდით მიღებული ემულსიები გამოირჩევა დისპერსიული ფაზის ნაწილაკების ზომის ერთგვაროვნებით. 5
დისპერსიის მეთოდები. ბრედიგის მეთოდი ეფუძნება ვოლტაური რკალის წარმოქმნას წყალში მოთავსებულ ლითონის დისპერსიულ ელექტროდებს შორის. მეთოდის არსი მდგომარეობს რკალში ელექტროდის ლითონის შესხურებაში, ასევე მაღალ ტემპერატურაზე წარმოქმნილი ლითონის ორთქლის კონდენსაციაში. სვედბერგის მეთოდი, რომელიც იყენებს მაღალი ძაბვის რხევად გამონადენს, რომელიც იწვევს ელექტროდებს შორის ნაპერწკლის გადახტომას. ეს მეთოდი შეიძლება გამოყენებულ იქნას არა მხოლოდ ჰიდროზოლების, არამედ სხვადასხვა ლითონების ორგანოსოლების მისაღებად. დამსხვრევისა და დაფქვის დროს მასალები ნადგურდება უპირველეს ყოვლისა სიმტკიცის დეფექტების ადგილებში (მაკრო- და მიკრობზარები). ამიტომ, ნაწილაკების დამსხვრევისას, ნაწილაკების სიძლიერე იზრდება, რაც ჩვეულებრივ გამოიყენება უფრო ძლიერი მასალების შესაქმნელად. ამავდროულად, მასალების სიმტკიცის ზრდა, როდესაც ისინი დამსხვრეულია, იწვევს ენერგიის დიდ მოხმარებას შემდგომი დისპერსიისთვის. მასალების განადგურებას შეიძლება ხელი შეუწყოს რეჰბინდერის ეფექტის გამოყენებით - ადსორბციის შემცირება მყარი ნივთიერებების სიძლიერეში. ეს ეფექტი მიზნად ისახავს ზედაპირის ენერგიის შემცირებას სურფაქტანტების დახმარებით, რაც ხელს უწყობს მყარის დეფორმაციას და განადგურებას (თხევადი ლითონები მყარი ლითონების განადგურებისთვის). დისპერსიული მეთოდების გამოყენება ჩვეულებრივ ვერ აღწევს ძალიან მაღალ დისპერსიას. სისტემები ნაწილაკების ზომით - 10 7 სმ მიიღება კონდენსაციის მეთოდებით. 6 დისპერსიული სისტემების წარმოება
კონდენსაციის მეთოდები (ფიზიკური) კონდენსაციის მეთოდები ეფუძნება ახალი ფაზის გაჩენის პროცესებს ერთგვაროვან გარემოში მოლეკულების, იონების ან ატომების შერწყმით. ეს მეთოდები შეიძლება დაიყოს ფიზიკურად და ქიმიურად. ფიზიკური კონდენსაცია - კონდენსაცია ორთქლიდან და გამხსნელის ჩანაცვლება. (ნისლის ფორმირება). გამხსნელის ჩანაცვლების მეთოდი (საშუალების შემადგენლობის შეცვლა) ემყარება სისტემის პარამეტრების ისეთ ცვლილებას, რომლის დროსაც კომპონენტის ქიმიური პოტენციალი დისპერსიულ გარემოში უფრო მაღალი ხდება ვიდრე წონასწორობა და გადასვლის ტენდენცია. წონასწორობის მდგომარეობამდე მივყავართ ახალი ფაზის ფორმირებას. გოგირდის, ფოსფორის, დარიშხანის და მრავალი ორგანული ნივთიერების ხსნარი მიიღება ამ მეთოდით ალკოჰოლის ან ამ ნივთიერებების აცეტონის ხსნარების წყალში ჩასხმით. 7 დისპერსიული სისტემების მიღება
კონდენსაციის მეთოდები (ქიმიური) ქიმიური კონდენსაცია: ნივთიერება, რომელიც ქმნის დისპერსიულ ფაზას, ჩნდება ქიმიური რეაქციის შედეგად. ამრიგად, ნებისმიერი ქიმიური რეაქცია, რომელიც მიმდინარეობს ახალი ფაზის წარმოქმნით, შეიძლება იყოს კოლოიდური სისტემის მიღების წყარო. 1. აღდგენა (ოქროს ხსნარის მომზადება ოქროს მარილმჟავას შემცირებით): 2HAuCl 2 + 3H 2 O 2 \u003d 2Au + 8HCl + 3O 2 2. დაჟანგვა (გოგირდის ხსნარის წარმოქმნა ჰიდროთერმულ წყლებში, ჟანგვითი აგენტებით ან გოგირდით. ჟანგბადი)): 2H 2 S + O 2 \u003d 2S + 2H 2 O 3. ჰიდროლიზი 4. გაცვლის რეაქციები (დარიშხანის სულფიდის ზოლის მიღება): 2H 3 AsO 3 + 3H 2 S \u003d როგორც 2 S 3 + 6H 2 O ასე რომ ნივთიერების კონცენტრაცია ხსნარში აღემატება ხსნადობას, ე.ი. ხსნარი უნდა იყოს ზეგაჯერებული. 8 დისპერსიული სისტემების წარმოება
კოლოიდური ხსნარების გაწმენდის მეთოდები. ხსნარები და მაღალი მოლეკულური ნაერთების (HMCs) ხსნარები შეიცავს დაბალი მოლეკულური წონის ნაერთებს არასასურველ მინარევებს. ისინი ამოღებულია შემდეგი მეთოდებით. დიალიზი ისტორიულად გაწმენდის პირველი მეთოდია. კოლოიდური ხსნარების გაწმენდა ნახევრად გამტარი მემბრანის მეშვეობით, რომელიც გარეცხილია გამხსნელით. ელექტროდიალიზი არის ელექტროლიტური მინარევებისაგან ხსნარის გაწმენდის პროცესი ელექტრულ ველში, რომელიც აჩქარებს იონების მოძრაობას. ულტრაფილტრაცია არის გაწმენდის მეთოდი ულტრაფილტრების მეშვეობით დისპერსიული საშუალების და დაბალი მოლეკულური წონის მინარევების იძულებით. მიკროფილტრაცია არის განცალკევება მიკრონაწილაკების ფილტრების საშუალებით, რომელთა ზომებია 0,1-დან 10 მიკრონიმდე. დასუფთავების კომბინირებული მეთოდები. გარდა ინდივიდუალური გამწმენდი მეთოდებისა - ულტრაფილტრაცია და ელექტროდიალიზი - ცნობილია მათი კომბინაცია: ელექტროულტრაფილტრაცია, რომელიც გამოიყენება ცილების გასაწმენდად და გამოყოფისთვის. შესაძლებელია სპირალის ხსნარის ან ხსნარის გაწმენდა და ამავდროულად კონცენტრაციის გაზრდა მეთოდის გამოყენებით, რომელსაც ეწოდება ელექტროდეკანტაცია. ელექტროდეკანტაცია ხდება მაშინ, როდესაც ელექტროდიალიზატორი მუშაობს მორევის გარეშე. 9
ვინაიდან დაბალმოლეკულურ მინარევებს (უცხო ელექტროლიტებს) შეუძლიათ კოლოიდური სისტემების განადგურება, შედეგად მიღებული ხსნარები ხშირ შემთხვევაში უნდა გაიწმინდოს. ასევე გაწმენდილია ბუნებრივი წარმოშობის დისპერსიული სისტემები (ლატექსები, ნედლი ზეთი, ვაქცინები, შრატები და ა.შ.). მინარევების მოსაშორებლად გამოიყენეთ: დიალიზი, ელექტროდიალიზი, ულტრაფილტრაცია.
დიალიზი- დაბალმოლეკულური წონის ნივთიერებების მოპოვება ხსნარებიდან სუფთა გამხსნელით ნახევრად გამტარი დანაყოფის (მემბრანის) გამოყენებით, რომლის მეშვეობითაც კოლოიდური ნაწილაკები არ გადიან. ახლა შემოთავაზებულია დიალიზატორების მრავალი გაუმჯობესებული დიზაინი, რათა უზრუნველყოს უფრო სწრაფი დასუფთავების პროცესი. დიალიზის ინტენსიფიკაცია მიიღწევა: გარსების ზედაპირის გაზრდით; გასაწმენდი სითხის ფენის შემცირება; გარე სითხის ხშირი ან უწყვეტი ცვლილება; ტემპერატურის მატება.
ელექტროდიალიზი- დიალიზი დაჩქარებულია გარე ელექტრული ველის გამოყენებით. ელექტროდიალიზი განპირობებულია მემბრანის მეშვეობით იონების მიგრაციით 40 ვ/სმ რიგის გამოყენებითი პოტენციური სხვაობის მოქმედებით.
ულტრაფილტრაცია- ელექტროდიალიზი წნევის ქვეშ. არსებითად, ულტრაფილტრაცია არ არის სოლის გაწმენდის მეთოდი, არამედ მხოლოდ მათი კონცენტრირების მეთოდი.
დიალიზატორისა და ულტრაფილტრაციის კომბინაციის საინტერესო მაგალითია „ხელოვნური თირკმელების“ მოწყობილობა, რომელიც შექმნილია თირკმლის ფუნქციის დროებით შესაცვლელად თირკმლის მწვავე უკმარისობის დროს. მოწყობილობა ქირურგიულად უკავშირდება პაციენტის სისხლის მიმოქცევის სისტემას. პულსირებული ტუმბოს ("ხელოვნური გული") მიერ შექმნილი ზეწოლის ქვეშ მყოფი სისხლი მიედინება ვიწრო უფსკრულით ორ მემბრანას შორის, რომლებიც გარედან არის გარეცხილი ფიზიოლოგიური ხსნარით. მემბრანების დიდი სამუშაო ფართობის გამო (~ 15000 სმ 2), სისხლიდან შედარებით სწრაფად (3-4 საათი) ამოღებულია "წიდები" - მეტაბოლიზმის და ქსოვილების დაშლის პროდუქტები (შარდოვანა, კრეატინი, კალიუმის იონები და ა. .).
ულტრაფილტრებისთვის გარკვეული ფორიანობის მქონე მემბრანების გამოყენებით, შესაძლებელია კოლოიდური ნაწილაკების გარკვეულწილად გამოყოფა მათი ზომის მიხედვით და ამავდროულად მათი ზომების დაახლოებით განსაზღვრა. ეს მეთოდი გამოიყენებოდა რიგი ვირუსებისა და ბაქტერიოფაგების ნაწილაკების ზომის დასადგენად.
ულტრაფილტრაცია გამოიყენება ჩამდინარე წყლების გასაწმენდად მექანიკური მინარევებისაგან. ეს მეთოდი გამოიყენება თხევადი მოლეკულების გამოყოფისთვის კოლოიდური სისტემის ნაწილაკებისგან.
ჩამდინარე წყლების დისპერსიიდან გამომდინარე, გამოიყენება გარკვეული ტიპის ფილტრის ტიხრები. წყალსატევებში დიდი რაოდენობით ბუნებრივი წყლის მიკროფილტრაციისთვის, ძირითადად პლანქტონისა და მიკროორგანიზმებისგან გაწმენდისას გამოიყენება ლითონის ბადეები, სუბმიკრონული ნაწილაკებისა და მაკრომოლეკულებისგან გაწმენდის შემთხვევაში გამოიყენება პოლიმერული მემბრანები სხვადასხვა ფორების ზომის.
კითხვები და ამოცანები თვითკონტროლისთვის
1. რას სწავლობს დისციპლინა „კოლოიდების ქიმია“?
2. რა განსხვავებაა კოლოიდურ ხსნარებსა და ჭეშმარიტ ხსნარებს შორის?
3. რა მახასიათებლებს ეფუძნება დისპერსიული სისტემების თითოეული ტიპის კლასიფიკაცია?
4. როგორია დისპერსიული სისტემების მიღების მეთოდები? რა არის თითოეული მეთოდის არსი?
5. როგორ შეიძლება კოლოიდური სისტემების გაწმენდა? რატომ გჭირდებათ ამის გაკეთება?
თავი 2
თერმოდინამიკა
ზედაპირული ფენომენები
დისპერსიულ სისტემებში ყველაზე მეტად მოლეკულები ან ატომები, რომლებიც ქმნიან ნივთიერებას, მდებარეობს ინტერფეისზე. ეს ზედაპირული მოლეკულები განსხვავდება ფაზის შიგნით არსებული მოლეკულებისგან მათი ენერგეტიკული მდგომარეობით, რაც იწვევს ჭარბი ზედაპირის ენერგიის გამოჩენას. ჭარბი ზედაპირის ენერგია უდრის ზედაპირული დაძაბულობისა და ინტერფეისის ნამრავლს:
ნებისმიერი თერმოდინამიკური სისტემა მიდრეკილია შეამციროს მისი ზედაპირის ენერგია. ჭარბი ზედაპირის ენერგია შეიძლება შემცირდეს შემდეგი გზით:
· ზედაპირული დაძაბულობის შემცირება: ადსორბცია, ადჰეზია, დამსველება, ორმაგი ელექტრული ფენის წარმოქმნა;
· ზედაპირის ფართობის შემცირება: წვეთების სფერული ფორმა (ზედაპირის გასწორება), ნაწილაკების ასოციაცია (კოაგულაცია, აგრეგაცია, შერწყმა).
დისპლეის მოპოვების ორი ზოგადი მიდგომა არსებობს. სისტემები - დისპერსია და კონდენსაცია. დისპერსიის მეთოდი დაფუძნებულია მაკროსკოპული ნაწილაკების ნანოზომებამდე (1-100 ნმ) დაფქვაზე.
მექანიკური სახეხი ფართოდ არ გამოიყენება ენერგიის მაღალი მოხმარების გამო. ლაბორატორიულ პრაქტიკაში გამოიყენება ულტრაბგერითი სახეხი. დაფქვის დროს ერთმანეთს ეჯიბრება ორი პროცესი: მიღებული ნაწილაკების დისპერსია და აგრეგაცია. ამ პროცესების სიჩქარის თანაფარდობა დამოკიდებულია დაფქვის ხანგრძლივობაზე, ტემპერატურაზე, თხევადი ფაზის ბუნებაზე, სტაბილიზატორების (ყველაზე ხშირად სურფაქტანტების) არსებობაზე. ოპტიმალური პირობების შერჩევით შესაძლებელია საჭირო ზომის ნაწილაკების მიღება, თუმცა ნაწილაკების ზომის განაწილება საკმაოდ ფართოა.
ყველაზე საინტერესოა მყარი ნივთიერებების სპონტანური დისპერსია თხევად ფაზაში. მსგავსი პროცესი შეიძლება შეინიშნოს ფენოვანი სტრუქტურის მქონე ნივთიერებებზე. ასეთ სტრუქტურებში არის ძლიერი ურთიერთქმედება ატომებს შორის შრის შიგნით და სუსტი v-d-v ურთიერთქმედება ფენებს შორის. მაგალითად, მოლიბდენისა და ვოლფრამის სულფიდები, რომლებსაც აქვთ ფენიანი სტრუქტურა, სპონტანურად იშლება აცეტონიტრილში ნანომეტრის ზომის ორშრიანი ნაწილაკების წარმოქმნით. ამ შემთხვევაში თხევადი ფაზა აღწევს ფენებს შორის, ზრდის ფენებს შორის მანძილს და ფენებს შორის ურთიერთქმედება სუსტდება. თერმული ვიბრაციების ზემოქმედებით ხდება ნანონაწილაკების გამოყოფა მყარი ფაზის ზედაპირიდან.
კონდენსაციის მეთოდებიიყოფა ფიზიკურად და ქიმიურად. ნანონაწილაკების წარმოქმნა ხდება გარდამავალი მდგომარეობების სერიის მეშვეობით შუალედური ანსამბლების ფორმირებისას, რაც იწვევს ახალი ფაზის ბირთვის გამოჩენას, მის სპონტანურ ზრდას და ფიზიკური ფაზის ინტერფეისის გამოჩენას. მნიშვნელოვანია ემბრიონის ფორმირების მაღალი ტემპისა და მისი ზრდის დაბალი ტემპის უზრუნველყოფა.
ფიზიკური მეთოდები ფართოდ გამოიყენება მეტალის ულტრაწვრილი ნაწილაკების მისაღებად. ეს მეთოდები არსებითად არის დისპერსიულ-კონდენსაცია. პირველ ეტაპზე ლითონი აორთქლების გზით ნაწილდება ატომებზე. შემდეგ, ორთქლების ზეგაჯერების გამო, ხდება კონდენსაცია.
მოლეკულური სხივის მეთოდიგამოიყენება დაახლოებით 10 ნმ სისქის საფარების მისაღებად. დიაფრაგმის პალატაში საწყისი მასალა თბება მაღალ ტემპერატურამდე ვაკუუმში. აორთქლებული ნაწილაკები დიაფრაგმის გავლით ქმნიან მოლეკულურ სხივს. სხივის ინტენსივობა და ნაწილაკების კონდენსაციის სიჩქარე სუბსტრატზე შეიძლება შეიცვალოს ტემპერატურისა და ორთქლის წნევის ცვალებადობით წყაროს მასალის ზემოთ.
აეროზოლური მეთოდიმოიცავს ლითონის აორთქლებას ინერტული აირის იშვიათ ატმოსფეროში დაბალ ტემპერატურაზე, რასაც მოჰყვება ორთქლის კონდენსაცია. ეს მეთოდი გამოიყენებოდა Au, Fe, Co, Ni, Ag, Al ნანონაწილაკების მისაღებად; მათი ოქსიდები, ნიტრიდები, სულფიდები.
კრიოქიმიური სინთეზილითონის ატომების (ან ლითონის ნაერთების) კონდენსაციის საფუძველზე ინერტულ მატრიცაში დაბალ ტემპერატურაზე.
ქიმიური კონდენსაცია. ოქროს კოლოიდური ხსნარი (წითელი) ნაწილაკების ზომით მიღებულ იქნა 1857 წელს ფარადეის მიერ. ეს სოლო გამოფენილია ბრიტანეთის მუზეუმში. მისი სტაბილურობა აიხსნება DEL-ის წარმოქმნით მყარი ფაზის ხსნარის ინტერფეისზე და დაშლილი წნევის ელექტროსტატიკური კომპონენტის წარმოქმნით.
ხშირად ნანონაწილაკების სინთეზი ხსნარში ხდება ქიმიური რეაქციების დროს. ლითონის ნაწილაკების მისაღებად გამოიყენება შემცირების რეაქციები. როგორც აღმდგენი საშუალება გამოიყენება ალუმინი და ბოროჰიდრიდები, ჰიპოფოსფიტები და ა.შ., მაგალითად, ოქროს სოლი, რომლის ნაწილაკების ზომაა 7 ნმ, მიიღება ოქროს ქლორიდის ნატრიუმის ბოროჰიდრიდთან შემცირებით.
მარილების ან ლითონის ოქსიდების ნანონაწილაკები მიიღება გაცვლის ან ჰიდროლიზის რეაქციების დროს.
სტაბილიზატორების სახით გამოიყენება ბუნებრივი და სინთეზური სურფაქტანტები.
სინთეზირებულია შერეული შემადგენლობის ნანონაწილაკები. მაგალითად, Cd/ZnS, ZnS/CdSe, TiO2/SiO2. ასეთი ნანონაწილაკები მიიღება ერთი ტიპის (გარსი) მოლეკულების სხვა ტიპის წინასწარ სინთეზირებულ ნანონაწილაკზე (ბირთვზე) დეპონირებით.
ყველა მეთოდის მთავარი მინუსი არის ნანონაწილაკების ფართო ზომის განაწილება. ნანონაწილაკების ზომის კონტროლის ერთ-ერთი მეთოდი დაკავშირებულია ნანონაწილაკების მომზადებასთან საპირისპირო მიკროემულსიებში. საპირისპირო მიკროემულსიებში დის ფაზა არის წყალი, დისპერსიული საშუალება ზეთი. წყლის (ან სხვა პოლარული სითხის) წვეთების ზომა შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს მომზადების პირობებისა და სტაბილიზატორის ხასიათის მიხედვით. წყლის წვეთი ასრულებს რეაქტორის როლს, რომელშიც ახალი ფაზა იქმნება. მიღებული ნაწილაკის ზომა შემოიფარგლება წვეთი ზომით, ამ ნაწილაკების ფორმა იმეორებს წვეთის ფორმას.
სოლ-გელის მეთოდიშეიცავს შემდეგ ეტაპებს: 1. საწყისი ხსნარის მომზადება, რომელიც ჩვეულებრივ შეიცავს ლითონის ალკოქსიდებს M(OR) n, სადაც M არის სილიციუმი, ტიტანი, თუთია, ალუმინი, კალა, ცერიუმი და ა.შ., R არის ტუტე ან არილი; 2. გელის წარმოქმნა პოლიმერიზაციის რეაქციების გამო; 3. გაშრობა; 4. თერმული დამუშავება. ჰიდროლიზი ორგანულ გამხსნელებში
M(OR) 4 +4H 2 OM(OH) 4 +4ROH.
შემდეგ ხდება პოლიმერიზაცია და გელის წარმოქმნა.
mM (OH) n (MO) 2 + 2mH 2 O.
პეპტიზაციის მეთოდი.განასხვავებენ ნალექის რეცხვისას პეპტიზაციას, ნალექის ელექტროლიტით პეპტიზაციას; პეპტიზაცია სურფაქტანტებით; ქიმიური პეპტიზაცია.
ნალექის გარეცხვის დროს პეპტიზაცია მცირდება ნალექიდან ელექტროლიტის მოცილებამდე, რამაც გამოიწვია კოაგულაცია. ამ შემთხვევაში, DEL-ის სისქე იზრდება და იონ-ელექტროსტატიკური მოგერიების ძალები ჭარბობს ინტერმოლეკულური მიზიდულობის ძალებს.
ელექტროლიტით ნალექის პეპტიზაცია დაკავშირებულია ერთ-ერთი ელექტროლიტური იონის ნაწილაკებზე ადსორბციის უნართან, რაც ხელს უწყობს ნაწილაკებზე DES-ის წარმოქმნას.
პეპტიზაცია სურფაქტანტებით. სურფაქტანტი მაკრომოლეკულები ადსორბირებულია ნაწილაკებზე ან აძლევს მათ მუხტს (იონური ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებები) ან ქმნიან ადსორბციულ-გახსნის ბარიერს, რომელიც ხელს უშლის ნაწილაკებს ნალექში ერთმანეთთან შეკვრას.
ქიმიური პეპტიზაცია ხდება მაშინ, როდესაც სისტემაში დამატებული ნივთიერება ურთიერთქმედებს ნალექთან. ამ შემთხვევაში წარმოიქმნება ელექტროლიტი, რომელიც ქმნის DEL-ს ნაწილაკების ზედაპირზე.
დისპერსიული სისტემების მიღების ორი მეთოდი - დისპერსია და კონდენსაცია
დისპერსია და კონდენსაცია - თავისუფლად დისპერსიული სისტემების მიღების მეთოდები: ფხვნილები, სუსპენზიები, ხსნარები, ემულსიები და ა.შ. დისპერსიის ქვეშ გააცნობიეროს ნივთიერების დაქუცმაცება და დაფქვა, კონდენსაციის გზით - ჰომოგენურიდან ჰეტეროგენული დისპერსიული სისტემის წარმოქმნა მოლეკულების, ატომების ან იონების აგრეგატებად გაერთიანების შედეგად.
სხვადასხვა ნივთიერებისა და მასალების მსოფლიო წარმოებაში დისპერსიისა და კონდენსაციის პროცესები ერთ-ერთ წამყვან ადგილს იკავებს. მილიარდობით ტონა ნედლეული და პროდუქტი მიიღება თავისუფალ დისპერსიულ მდგომარეობაში. ეს უზრუნველყოფს მათი ტრანსპორტირებისა და დოზირების მოხერხებულობას, ასევე შესაძლებელს ხდის ნარევების მომზადებისას ერთგვაროვანი მასალების მიღებას.
მაგალითებია მადნების დამსხვრევა და დაფქვა, ქვანახშირი, ცემენტის წარმოება. დისპერსია ხდება თხევადი საწვავის წვის დროს.
კონდენსაცია ხდება ნისლის წარმოქმნის დროს, კრისტალიზაციის დროს.
უნდა აღინიშნოს, რომ დისპერსიისა და კონდენსაციის დროს დისპერსიული სისტემების წარმოქმნას თან ახლავს ახალი ზედაპირის გამოჩენა, ანუ ნივთიერებებისა და მასალების სპეციფიკური ზედაპირის ფართობის ზრდა, ზოგჯერ ათასობით ან მეტჯერ. ამიტომ, დისპერსიული სისტემების მოპოვება, ზოგიერთი გამონაკლისის გარდა, ენერგიას მოითხოვს.
დამსხვრევისა და დაფქვის დროს მასალები ნადგურდება უპირველეს ყოვლისა სიმტკიცის დეფექტების ადგილებში (მაკრო- და მიკრობზარები). ამიტომ, როგორც სახეხი პროცესი იზრდება, იზრდება ნაწილაკების სიძლიერე, რაც იწვევს ენერგიის მოხმარების ზრდას მათი შემდგომი დისპერსიისთვის.
მასალების განადგურება შეიძლება ხელი შეუწყოს გამოყენებით რებინდერის ეფექტი – ადსორბციის დაქვეითება მყარი ნივთიერებების გაუკუღმართების. ეს ეფექტი მიზნად ისახავს ზედაპირული ენერგიის შემცირებას სურფაქტანტების დახმარებით, რითაც ხელს უწყობს მყარი მასალის დეფორმაციას და განადგურებას. როგორც ასეთი ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებები, აქ ე.წ სიხისტის შემცირება,შეიძლება გამოყენებულ იქნას, მაგალითად, თხევადი ლითონები მყარი ლითონების ან ტიპიური ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების განადგურებისთვის.
სიხისტის შემცირება ხასიათდება მცირე რაოდენობით, რაც იწვევს რებინდერის ეფექტს და მოქმედების სპეციფიკას. დანამატები, რომლებიც ატენიანებენ მასალას, ხელს უწყობენ გარემოს შეღწევას დეფექტების ადგილებში და კაპილარული ძალების დახმარებით, ასევე ხელს უწყობენ მყარი ნივთიერების განადგურებას. ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებები არა მხოლოდ ხელს უწყობენ მასალის განადგურებას, არამედ ასტაბილურებენ დისპერსიულ მდგომარეობას, რაც ხელს უშლის ნაწილაკების ერთმანეთთან შეკვრას.
დისპერსიის მაქსიმალური ხარისხის სისტემების მიღება შესაძლებელია მხოლოდ კონდენსაციის მეთოდების გამოყენებით.
ასევე შესაძლებელია კოლოიდური ხსნარების მიღება ქიმიური კონდენსაციის მეთოდიქიმიური რეაქციების გატარების საფუძველზე, რომელსაც თან ახლავს უხსნადი ან ცუდად ხსნადი ნივთიერებების წარმოქმნა. ამ მიზნით გამოიყენება სხვადასხვა სახის რეაქციები - დაშლა, ჰიდროლიზი, რედოქსი და ა.შ.
დისპერსიული სისტემების გაწმენდა.
ხსნარები და მაღალი მოლეკულური ნაერთების (HMCs) ხსნარები შეიცავს დაბალი მოლეკულური წონის ნაერთებს არასასურველ მინარევებს. ისინი ამოღებულია შემდეგი მეთოდებით.
დიალიზი. დიალიზი ისტორიულად გაწმენდის პირველი მეთოდი იყო. იგი შემოგვთავაზა ტ.გრეჰემმა (1861). უმარტივესი დიალიზატორის სქემა ნაჩვენებია ნახ. 3 (იხ. დანართი). გასაწმენდი ხსნარი, ან IUD ხსნარი, შეედინება ჭურჭელში, რომლის ფსკერი არის მემბრანა, რომელიც ინარჩუნებს კოლოიდურ ნაწილაკებს ან მაკრომოლეკულებს და გადის გამხსნელის მოლეკულებს და დაბალი მოლეკულური წონის მინარევებს. მემბრანასთან კონტაქტში მყოფი გარე გარემო არის გამხსნელი. დაბალმოლეკულური მინარევები, რომელთა კონცენტრაცია ნაცარში ან მაკრომოლეკულურ ხსნარში უფრო მაღალია, მემბრანის გავლით გადის გარე გარემოში (დიალიზატი). ნახატზე დაბალმოლეკულური მინარევების ნაკადის მიმართულება ნაჩვენებია ისრებით. გაწმენდა გრძელდება მანამ, სანამ ნაცარში და დიალიზატში მინარევების კონცენტრაცია არ იქნება ახლოს (უფრო ზუსტად, ნაცარში და დიალიზატში ქიმიური პოტენციალის გათანაბრებამდე). თუ განაახლებთ გამხსნელს, შეგიძლიათ თითქმის მთლიანად მოიცილოთ მინარევები. დიალიზის ეს გამოყენება მიზანშეწონილია, როდესაც გაწმენდის მიზანია მემბრანაში გამავალი ყველა დაბალი მოლეკულური წონის ნივთიერების ამოღება. თუმცა, ზოგიერთ შემთხვევაში, ამოცანა შეიძლება უფრო რთული აღმოჩნდეს - აუცილებელია სისტემაში დაბალმოლეკულური ნაერთების მხოლოდ გარკვეული ნაწილის მოშორება. შემდეგ, როგორც გარე გარემო, გამოიყენება იმ ნივთიერებების ხსნარი, რომელიც უნდა იყოს შენახული სისტემაში. სწორედ ეს ამოცანა დგება სისხლის დაბალმოლეკულური წიდებისა და ტოქსინებისგან (მარილები, შარდოვანა და ა.შ.) გაწმენდისას.
ულტრაფილტრაცია. ულტრაფილტრაცია არის გაწმენდის მეთოდი ულტრაფილტრების მეშვეობით დისპერსიული საშუალების და დაბალი მოლეკულური წონის მინარევების იძულებით. ულტრაფილტრები არის იგივე ტიპის მემბრანები, რომლებიც გამოიყენება დიალიზისთვის.
უმარტივესი ულტრაფილტრაციის ქარხანა ნაჩვენებია ნახ. 4 (იხ. დანართი). გასუფთავებული სოლი ან სპირალი ხსნარი შეედინება ჩანთაში ულტრაფილტრიდან. ხსნარი ექვემდებარება ჭარბ წნევას ატმოსფერულ წნევასთან შედარებით. მისი შექმნა შესაძლებელია როგორც გარე წყაროდან (შეკუმშული ჰაერის ავზი, კომპრესორი და ა.შ.) ან სითხის დიდი სვეტით. დისპერსიული გარემო განახლდება ხსნარში სუფთა გამხსნელის დამატებით. იმისათვის, რომ დასუფთავების სიჩქარე იყოს საკმარისად მაღალი, განახლება ხორციელდება რაც შეიძლება სწრაფად. ეს მიიღწევა მნიშვნელოვანი ზეწოლის გამოყენებით. იმისათვის, რომ მემბრანა გაუძლოს ასეთ დატვირთვებს, იგი გამოიყენება მექანიკურ საყრდენზე. ბადეები და ფირფიტები ხვრელებით, მინის და კერამიკული ფილტრებით ემსახურება ასეთ საყრდენს.
მიკროფილტრაცია . მიკროფილტრაცია არის განცალკევება მიკრონაწილაკების ფილტრების საშუალებით, რომელთა ზომებია 0,1-დან 10 მიკრონიმდე. მიკროფილტრატის მოქმედება განისაზღვრება მემბრანის ფორიანობითა და სისქით. ფორიანობის შესაფასებლად, ანუ ფორების ფართობის თანაფარდობა მთლიანი ფილტრის ფართობთან, გამოიყენება სხვადასხვა მეთოდი: სითხეებისა და აირების დაჭერა, მემბრანების ელექტრული გამტარობის გაზომვა, დისპერსიული ფაზის დაკალიბრებული ნაწილაკების შემცველი და ა.შ.
მიკროფოროვანი ფილტრები მზადდება არაორგანული ნივთიერებებისა და პოლიმერებისგან. ფხვნილების შედუღებით მემბრანების მიღება შესაძლებელია ფაიფურის, ლითონებისა და შენადნობებისგან. მიკროფილტრაციის პოლიმერული მემბრანები ყველაზე ხშირად მზადდება ცელულოზისა და მისი წარმოებულებისგან.
ელექტროდიალიზი. ელექტროლიტების მოცილება შეიძლება დაჩქარდეს გარედან დაწესებული პოტენციური სხვაობის გამოყენებით. გაწმენდის ამ მეთოდს ელექტროდიალიზი ეწოდება. მისი გამოყენება სხვადასხვა სისტემების ბიოლოგიური ობიექტებით (ცილების ხსნარები, სისხლის შრატი და ა.შ.) გასაწმენდად დაიწყო დორეს წარმატებული მუშაობის შედეგად (1910 წ.). უმარტივესი ელექტროდიალიზის მოწყობილობა ნაჩვენებია ნახ. 5 (იხ. დანართი). გასაწმენდი საგანი (სოლი, სპირალის ხსნარი) მოთავსებულია შუა კამერაში 1, და საშუალო შეედინება ორ გვერდით კამერაში. კათოდის მე-3 და ანოდის მე-5 კამერებში იონები გადიან მემბრანებში არსებულ ფორებში გამოყენებული ელექტრული ძაბვის მოქმედებით.
ელექტროდიალიზი ყველაზე მიზანშეწონილია გასაწმენდად, როდესაც შესაძლებელია მაღალი ელექტრული ძაბვის გამოყენება. უმეტეს შემთხვევაში, გაწმენდის საწყის ეტაპზე, სისტემები შეიცავს უამრავ გახსნილ მარილს და მათი ელექტროგამტარობა მაღალია. ამიტომ, მაღალი ძაბვის დროს, მნიშვნელოვანი რაოდენობით სითბო შეიძლება განთავისუფლდეს და შეუქცევადი ცვლილებები შეიძლება მოხდეს ცილების ან სხვა ბიოლოგიური კომპონენტების მქონე სისტემებში. ამიტომ, რაციონალურია ელექტროდიალიზის გამოყენება, როგორც საბოლოო გაწმენდის მეთოდი, წინასწარი დიალიზის გამოყენებით.
კომბინირებული დასუფთავების მეთოდები.გარდა ინდივიდუალური გამწმენდი მეთოდებისა - ულტრაფილტრაცია და ელექტროდიალიზი - ცნობილია მათი კომბინაცია: ელექტროულტრაფილტრაცია, რომელიც გამოიყენება ცილების გასაწმენდად და გამოყოფისთვის.
შესაძლებელია IUD ხსნარის ან ხსნარის გაწმენდა და ამავე დროს კონცენტრაციის გაზრდა მეთოდის გამოყენებით ე.წ. ელექტროდეკანტაცია.მეთოდი შემოგვთავაზა ვ.პაულიმ. ელექტროდეკანტაცია ხდება მაშინ, როდესაც ელექტროდიალიზატორი მუშაობს მორევის გარეშე. სოლის ნაწილაკებს ან მაკრომოლეკულებს აქვთ საკუთარი მუხტი და ელექტრული ველის მოქმედებით მოძრაობენ ერთ-ერთი ელექტროდის მიმართულებით. ვინაიდან ისინი მემბრანაში ვერ გაივლიან, მათი კონცენტრაცია ერთ-ერთ მემბრანაში იზრდება. როგორც წესი, ნაწილაკების სიმკვრივე განსხვავდება საშუალო სიმკვრივისგან. ამიტომ, ხსნარის კონცენტრაციის ადგილზე, სისტემის სიმკვრივე განსხვავდება საშუალო სიდიდისგან (ჩვეულებრივ, სიმკვრივე იზრდება კონცენტრაციის მატებასთან ერთად). კონცენტრირებული ხსნარი მიედინება ელექტროდიალიზის ფსკერზე და ცირკულაცია ხდება კამერაში, რომელიც გრძელდება მანამ, სანამ ნაწილაკები თითქმის მთლიანად არ მოიხსნება.
კოლოიდური ხსნარები და, კერძოდ, ლიოფობიური კოლოიდების ხსნარები, გაწმენდილი და სტაბილიზირებული, მიუხედავად მათი თერმოდინამიკური არასტაბილურობისა, შეიძლება არსებობდეს განუსაზღვრელი ვადით. ფარადეის მიერ მომზადებულ წითელი ოქროს ხსნარებს ჯერ არ განუცდიათ რაიმე თვალსაჩინო ცვლილება. ეს მონაცემები ვარაუდობს, რომ კოლოიდური სისტემები შეიძლება იყოს მეტასტაბილურ წონასწორობაში.
ფილტრაცია, დიალიზი, ელექტროდიალიზი და ულტრაფილტრაცია გამოიყენება დისპერსიული სისტემების მინარევებისაგან გასაწმენდად.
ფილტრაცია (ლათ. ფილტრი -იგრძნო) არის გამოყოფის მეთოდი, რომელიც დაფუძნებულია დაქუცმაცებული ნარევის ფოროვანი ფილმის გავლით. ამ შემთხვევაში, df-ის მცირე ნაწილაკები გადის ჩვეულებრივი ფილტრების ფორებში, ხოლო დიდი ნაწილაკები შენარჩუნებულია. ამრიგად, ფილტრაცია ასევე გამოიყენება დისპერსიიდან დიდი ნაწილაკების მოსაშორებლად.
დიალიზი (გრ. დიალიზი- გამოყოფა) არის დაბალი მოლეკულური წონის ნაერთების ამოღების მეთოდი დისპერსიული სისტემებიდან და სპირალის ხსნარებიდან მემბრანების გამოყენებით. დიალიზატორში, გამოსასვლელი სითხის ნარევი გამოყოფილია სუფთა გამხსნელისაგან შესაფერისი მემბრანით (სურათი 2.6). DP ნაწილაკები და მაკრომოლეკულები ინარჩუნებს მემბრანას, ხოლო მცირე მოლეკულები და მცირე ზომის იონები მემბრანის მეშვეობით დიფუზირდება გამხსნელში და…
მისი საკმარისად ხშირი ჩანაცვლება შეიძლება თითქმის მთლიანად ამოღებულ იქნას დიალიზირებული ნარევიდან.
მემბრანების გამოყოფის უნარი დაბალი მოლეკულური წონის ნივთიერებებთან მიმართებაში ემყარება იმ ფაქტს, რომ მცირე მოლეკულები და იონები თავისუფლად გადიან ფორებში (კაპილარებში), რომლებიც შედიან მემბრანაში ან იხსნება მემბრანულ ნივთიერებაში.
დიალიზისთვის მემბრანების სახით გამოიყენება სხვადასხვა ფირები, როგორც ბუნებრივი, ასევე ხელოვნური. ბუნებრივი გარსები: მსხვილფეხა რქოსანი ან ღორის ბუშტი, თევზის საცურაო ბუშტი. ხელოვნური: ნიტროცელულოზის, ცელულოზის აცეტატის, ცელოფნის, ჟელატინის და სხვა პოლიმერებისგან დამზადებული ფილმები.
არსებობს დიალიზატორების ფართო არჩევანი - დიალიზის მოწყობილობები. ყველა დიალიზატორი აგებულია ზოგადი პრინციპით. დიალიზური ნარევი (შიდა სითხე) მოთავსებულია ჭურჭელში, რომელშიც იგი გამოყოფილია წყლისგან ან სხვა გამხსნელისაგან (გარე სითხე) მემბრანით (ნახ. 2.6). დიალიზის სიჩქარე იზრდება მემბრანის ზედაპირის, მისი ფორიანობისა და ფორების ზომის მატებასთან ერთად, ტემპერატურის მატებასთან ერთად, დიალიზებული სითხის შერევის ინტენსივობით, გარე სითხის ცვლილების სიჩქარით და მცირდება მემბრანის მატებასთან ერთად. სისქე.
დაბალი მოლეკულური წონის ელექტროლიტების დიალიზის სიჩქარის გასაზრდელად გამოიყენება ელექტროდიალიზი. ამ მიზნით დიალიზატორში იქმნება მუდმივი ელექტრული ველი პოტენციური ვარდნით 20-250 ვ/სმ და ზემოთ (ნახ. 2.7). დიალიზის ჩატარება ელექტრულ ველში საშუალებას იძლევა დააჩქაროს დისპერსიული სისტემების გაწმენდა რამდენიმე ათჯერ.
ულტრაფილტრაცია (ლათ. ულტრა- ჭარბი, ფილტრი- თექა) გამოიყენება მიკრონაწილაკების შემცველი სისტემების გასაწმენდად (სოლიოები, IUD ხსნარები, ბაქტერიების, ვირუსების სუსპენზია). მეთოდი ემყარება ნარევის იძულებას გამოყოფას ფილტრებით ფორებით, რომლებიც გადიან მხოლოდ დაბალი მოლეკულური წონის ნივთიერებების მოლეკულებსა და იონებს. ულტრაფილტრაცია შეიძლება ჩაითვალოს წნევის დიალიზად. ფართოდ გამოიყენება წყლის, ცილების, ნუკლეინის მჟავების, ფერმენტების, ვიტამინების გასაწმენდად და ა.შ.
