Kolloid məhlullar

Kimya məktəbdə

KOLLOİD MƏHLULLAR
T.Ə. Ağdamski

Azərbaycan Dövlət Pedaqoji Universiteti,

Kimya elmləri doktoru, professor, əməkdar müəllim
Tam orta məktəbdə kimya fənni proqramında nəzərdə tutulan kolloid məhlullar mövzusunun şagirdlər tərəfindən daha da dərindən mənimsənilməsini təmin etmək məqsədi ilə kolloid kimya, kolloid sistemlər, ionların təsnifatı, alınması, üsulları, təbiətdə və texnikada əhəmiyyəti, eləcə də təbiətin mühafizəsinin kolloid kimyəvi əsasları haqqında məlumatların verilməsi zəruridir.

Kolloid kimya son illərdə sənayenin müxtəlif sahələrində və kənd təsərrüfatında, təbiətdə, biologiya, ekologiyada daha böyük əhəmiyyət kəsb etməkdədir. Onun ayrı-ayrı sahələri yeni məzmun alaraq müəyyən dərəcədə dispers sistemlərdə molekulyar səthi hadisələr və yüksək molekullu birləşmələr və onların məhlulları elminə çevrilmişdir.

1843-cü ildə İtaliya alimi Françesko Selmi müxtəlif məhlulları tədqiq edərək müşahidə etmişdir ki, bioloji məhlullar- süd, qan, limfa və b öz xassələrinə görə adi həqiqi məhlullardan kəskin surətdə fərqlənirlər. Belə məhlulları o, zollar adlandırmışdır. Müəyyən etmişdir ki, belə məhlullar işığı səpələyir, az miqdarda maddələrin əlavə edilməsi ilə məhlulda həll olan maddələr çökür. F.Selmi sübut etmişdir ki, zolların həqiqi məhlullardan əsaslı fərqi ondan ibarətdir ki, onların əmələgəlməsi zamanı hissəciklərin öz-özünə xırdalanması müşühidə edilmir. Kolloid kimyanın inkişafının klassik dövrünün başlanğıcı kimi İngilis alimi Tomos Qremin işləri qeyd edilməlidir. Koloidlər termini və anlayışını elmə o daxil etmişdir. T.Qrem müxtəlif məhlulları öyrənərkən müəyyən ehtmişdir ki, bir qrup maddələr vardır ki, onlar sürətlə diffuziya edir, bitki və canlı membranlardan keçirlər, asanlıqla kristallaşırlar. Başqaları isə olduqca zəif diffuziya edir, membrandan keçmir, amorf çöküntü əmələ gətirirlər.

Kolloid kimya elmini n sonrakı inkişafı yeni tədqiqat üsullarının işlənməsi ilə bağlı olmuşdur. Bunlara ultramikroskop, rentgenstruktur analiz, elektron mikraskop və.s göstərmək olar. Bu dövrdə kolloid haqqında tədqiqatın ön cərgəsinə səthi sorbsiya hadisələrinin tədqiq edilməsi keçir. Aparılan tədqiqatlar göstərir ki, maddənin kolloid halı yüksək dispersləşmiş hal olub, ayrı-ayrı hissəciklər mollekullar olmayıb, aqreqatlardan təşkil edilir. İstənilən kolloid sistem dispersfaza ilə dispers mühitdən təşkil edilir və bir cismin başqa cisimdə dispersiyasından ibarətdir. Həqiqi məhlullardan fərqli olaraq kolloid məhlullarda heterogen faza yaranır. Kolliid kimya səth hadisələri əsasında yüksək dispers heterogen sistemlərin və eləcə də yüksək molekullu birləşmələrin və onların məhlularının xassələrini öyrənən elmdir. Kolloid kimyanın inkişafında müəyyən qrup birləşmələrin xüsusi rolu olmuşdur ki, onların molekullarının böyük ölçüsünə baxmayaraq xassəcə kolloid sistemlərə oxşardır. Bunlar yüksək molekullu birləşmələrdir. Zülallar, sellüloza və başqa maddələrin məhlullarında molekulların ölçüsü kolloid hissəciklərin ölçüsünə yaxın olur.

Son illərin tədqiqatları göstərir ki, durulaşmış məhlullarda yüksək molekullu birləşmələr homogen sistemi olur. Əgər bir maddə çox və ya az dərəcədə xırdalanmış halda başqa bir maddə həcmində bərabər şəkildə paylanarsa bu zaman sistem dispers adlanır. Xırdalanan maddədə dispers faza onun paylandığı mühit isə dispers mühit adlanır. Belə sistem olaraq gilin suda məhlulunu göstərmək olar. Burada gil hissəcikləri su mühitində asılqan vəziyyətdə olaraq, dispers fazanı su isə dispers mühiti təşkil edir. Müxtəlif dispers sistemlərin təsnifatı və xarakterizə olunması üçün praktikada disperslik dərəcəsi anlayışından istifadə olunur.

Kolloid kimyada disperslik anlayışı cismin geniş sahədə ölçüsünə nüfuz edir, yəni 10^-7-10^-2 sm. Bu sahə kolloid halı əhatə edir. Maddənin bu xüsusi halında əsas rolu səht hadisələri görür. Həqiqətən istənilən bərk cismi xırdalayaraq ümumi həcm və çəki dəyişmədən onun ümumi səthini artırırıq. Yüksək dispersik və geniş səth yalnız çoxlu sayda kiçik molekullara aid edilməyib, eyni zamanda kapilyar məsamələrə malik olan məhlullara də aid edilir ki, bunlara torpağı, dağ süxurlarını, uducuları (adsorbentlər), katalizatorları və başqalarını göstərmək olar. Uducu kimi istifadə olunan fəallaşmış kömürdə xüsusi səth bir neçə 100 və hətta 1000 sm² /q ola bilər.

Müasir kolloid kimya ölçüləri 1 mkm çox oaln (10^-4 -10^-2sm) həm kobud dispers sistemləri (məsələn; suspenzsiyaları, tozları) həm də ölçüləri 1 mkm-dan kiçik olan yəni 1 mkm-1 nm qədər olan (10^-4 -10^-7 sm)) kolloid sistemləri öyrənir.

Dispers sistem üçün disperslik ölçüsü olaraq hissəciyin diametri d, kubun tili l, səthi S_xüs qəbul edilmişdir. Bunlar bir-biriləriylə əlaqədardır. Disperslik dərəcəsi dispers hissəciyin ölçüsünün (diametrinin) tərs qiymətini D=1/a göstərir. Hissəcik xırdalandıqca disperslikm dərəcəsi və xüsusi səthi artır. Kolloid sistemlərdə hissəciyin ölçüsü 1-100 mkm (10^-7 -10^-5 sm) olur. Dispersliyin yuxarı sərhəddi onunla əlaqədardır ki, sonrakı xırdalanma molekulların ölçüsünə çatdırır.

Dispersliyin aşağı sərhəddi isə hissəciklərinin istilik hərəkətlərinin azalması ilə bağlıdır. Mikroheterogen, ultramikrohetogen səsistemlər və.s. Ən xırda kolloid hissəciyin ölçüsü yüksək molekullu birləşmə molekullardan kiçik, xloroform molekullarından isə bir qədər böyük olur.

Kolloid hissəciyin ölçüsünün kiçik olması onların molekullar kinetik xassələrinin həqiqi məhlullara yaxın olmasını göstərilir. Bütün dispers sistemlər dispers faza hissəciyinin ölçüsü və disperslik dərəcəsinə görə, şərti olaraq üç qrupa bölünür; molekulyar dispers, kolloid dispers və kobud dispers.

Dispers sistemlərin disperslik dərəcəsinə görə təsnifatı aşağıdakı cədvəldə verilmişdir.

Qruplar	D, m^-1	α, m	Dispers hissəciyin xarakteristikası
I Molekulyar dispers	10^9	10^-9 (<1nm)	Bütün filtirlərdən keçir: çökmür, yaxşı dializ və diffuziya olunur. Ultramikroskopla müşahidə olunmur
II Kolloid dispers	10^7-10^9	10^-7-10^-9 (100-1nm)	Zəif filtirdən keçir, ultrafiltirdə tutulur, nəzərəçarpaçaq dərəcədə çökmür, dializ olunmur, adi mikroskopla görünmür. ultramikroskopla müşahidə olunur
III Kobud dispers	10^7	10^-7 ( >100nm)	Zərif kağız filtirdən keçmir: sürətlə çökür, dializ olunmur. Adi mikroskopla görünür.

Sistemin xüsusi səthinin hissəciyin ölçüsündən aslılığı aşağıdakı qrafiklə göstərilmişdir.

S_xüs Molekulyar dispers sistemlər

Kolloid sistemlər

Mikroheterogen sistemlər
Kobud dispers sistemlər

10^-7 10^-5 a₁sm

Bəzi kolloid hissəciklərin ölçüləri aşağıda verilmişdir. (nm ilə).

Hidrogen atomu	-0.01	Kolloid qızıl hissəciyi	-2-130
Natrium ionu	-0.26	Viruslar	-10-300
Nişasta molekulu	-5.0	Bakteriyalar	-400-15000

Kolloid kimyada dispers faza və dispers mühitin aqreqat halına görə verilmiş təsnifat daha məqsədəuyğundur. Aşağıdakı cədvəldən bunu aydın görmək mümkündür.

Dispers faza və dispers mühitin aqreqat halına görə dispers sistemlərin təsnifatı

Dispers faza	Dispers mühit	Sistemin işarəsi	Sistemin adı
Qaz Maye Bərk Qaz Maye Bərk Qaz Maye Bərk	Qaz Qaz Qaz Maye Maye Maye Bərk Bərk Bərk	Q/Q M\Q B/Q Q/M M/M B/M Q/B M/B B/B	_____ Duman, bulud Tüstü, toz Köpük, qaz emulsiyasiyası Emulsiya Suspenziyalar: Metalların kolloid məhlulları Bərk, köpük Bərk emulsiya Bərk zol, metal ərintiləri, süni qiymətli daşlar

Kolloid kimyada kolloid disperslik dərəcəsinə uyğun gələn bütün sistemlər zollar adlanır. Buna görə mühit qaz olan sistemlər aerozollar mühit maye olan sistemlər liozollar adlanırlar. (lios-yunan sözü olub maye mənasını verir). Dispers mühitin təbiətindən asılı olaraq biozol, hidrozol, orqanozal adlanırlar. Mikroheterogen sistemlər bərk dispers faza və maye dispers mühit olduqda suspenziya adlanır.

Dispers faza hissəciklərinin mühitlə qarşılıqlı təsirinin inhtensivliyinə görə bütün kolloid sistemlər hidrofob kolloidlərə (metalların, sulfidlərin hidrozolları) və liofil kolloidlərə (zülallar, polosaxaridlər, kauçuk, poliamidlər) bölünürlər.

Kolloid dispers sistemlərdə kollioid hissəciklərin ölçüləri dispers mühit molekulları ilə müqayisədə o qədər böyük olur ki, onların arasında səth bölgüsü yaranır.

Digər tərəfdən məlumdur ki, zollar dispers faza hissəciyinin ölçüsünə görə həqiqi məhlullar ilə suspensiyalar arasında aralıq mərhələ təşkil edir. Bu səbəbdən onlar ya ayrı-ayrı molekulların birləşməsi ilə və yaxud da nisbətən böyük hissəciklərin dispersləşməsindən alınır.

Buna uyğun olaraq Svedberq kolloid sistemlərin sintezi üsullarını iki yerə ayırmışdır. Bunlar kondensləşmə və dispersləşmə üsullarıdır. Eyni zamanda peptilləşmə üsulu da vardır. Bu üsul çöküntünün kolloid məhlula çevrilməsinə əsaslanır. Nəhayət kolloid sistemlər dispers bazanın öz başına dispersləşməsi hesabına da alınır. Kolloid sistemlərin sintezi üçün iki əsas şərt ödənilməlidir.

1. Məhlulda hissəciklərin qarşılıqlı təsiri zamanı onların birləşməsinin qarşısını almaq məqsədi ilə məhlulda stabilləşdirici maddələrin olması vacibdir.

2. Kolloid hissəcik dispers mühitdə az və yaxud tamamilə həll olmamalıdır. Bu şərtlər ödənildikdə kolloid sistemlərdə elektrik yükü yaranır ki, bu da onların çöküntü əmələ gətirməsinin qarşısını alır.

Kolloid sistemin alınması üçün əsas şərtləedən biri də məhlulların qatılığıdır. Məhlullların qatılığının az miqdarında zol, bir qədər çox qatılığında çöküntü, daha çox qatılığında isə gel əmələ gəlir. Sarı qan duzu ilə K₄ [Fe(CN)₆]₃ FeCl₃-ün qarşılıqlı təsir reaksiyasında bu göstərilənləri müşahidə etmək olar. Nəticədə, Berlin abısı Fe₄[Fe(CN)₆]₃ alınır. əgər ekvivalent miqdar qatı halda sarı qan duzu ilə Fe Cl₃ qarışdırılarsa bərk halda gel şəklində Berlin abısı alınar. Alınan gelin bir hissəsi su ilə durulaşdırıldıqda davamlı zol alınar. Kolloid sistemlərin kondensləşmə üsulu ilə alınmasında mübadilə, reduksiya, oksidləşmə, hidroliz vəb reaksiyalardan istifadə olunur.

Mübadilə reaksiyası ilə zolların alınmasına aşağıdakı reaksiya tənliyi aiddir:

AgNO₃ + KJ → AgJ + KNO₃
Reaksiya nəticəsində alınan gümüş yodid zolunun kolloid kimyəvi xassələri geniş surətdə öyrənilmişdir.

Reduksiya reaksiyası ilə zolların alınmasına misal olaraq hidrogen peroksidlə qızıl zolunun əmələ gəlməsini göstərə bilərik:

2 H Au Cl₄ + 3 H₂O₂ → 2Au + 8 HCl + 3O₂
Oksidləşmə reaksiyası ilə zolların alınmasına sulu mühitdə hidrogen sulfidin oksidləşməsi nəticəsində kükürd zolunun alınmasını qeyd edə bilərək:
2H₂S+ O₂ → 2S +2H₂O

2H₂S + SO₂ → 2H₂O + 3S

Hidroliz reaksiyası əsasında zolların alınmasına dəmir üç hidroksid zolu aiddir. Qaynar suya az miqdar dəmir üç xlorid əlavə etdikdə qırmızı qonur rəngli dəmir üç hidroksid zolu alınır.
FeCl₃ + 3H₂O → Fe(OH)₃ + 3HCl
Kolloid məhlulların ən mühüm xassələrindən biri onların optiki xassələridir, bu xassələrə görə onlar həqiqi məhlullardan və kobud dispers sistemlərdən fərqlənirlər. Kolloid sistemin dispers faza hissəcikləri onların üzərinə düşən şüaları səpələmək və absorbsiya etmək qabiliyyətinə malikdirlər. Optiki xassələri tədqiq etməklə braun hərəkəti, sedimentasiya, diffuziya koaqulyasiya proseslərini aydınlaşdırmaq münkündür. Qeyd etmək lazımdır ki, qısa dalğalı işiğın yayılması günün müxtəlif vaxtlarında göyün rənginin dəyişməsinə səbəb olur. Eləcə də dəniz suyunun mavi görünməsi, suyun rənginin gündüz mavi olması, yer atmosferi tərəfindən günəş işığı qısa dalğasının yayılması ilə aydınlaşdırılır. Günəşin çıxması və batması zamanı rənginin qırmızı və çəhrayı olması səhər və ya axşam əsasən atmosferdən keçən işıqla müşahidə edilir. Bu asılılıqdan istifadə edərək göy işıqdan işıq maskalanmasında, qırmızı işıqdan sıqnal verməkdə istifadə edilir. Bununla yanaşı olaraq kolloid məhlulların xassələri kimi elektrik xassələri də qeyd edilməlidir.

Kolloid sistemlər təbiətdə çox geniş yayılmışdır. Qalaktika, ulduzlar sistemi, kosmik fəza, kometalar vəb kolloid sistemlərdir. Atmosferdə olan buludlar, dumanlarda kolloid sistemlər olub, onların yaranması, dağılması səbəbləri burada öyrənilir. Kolloidlərin təbiətdə əmələ gəlməsinə rast gəlinir. Təbiətdə dispersləşmə fəal şəkildə gedir. Okean və dənizlərdə baş verən hadisələr temperaturun kəskin dəyişməsi və təbiət hadisələri böyük gücə malik olub, dağ süxurlarının xırdalanaraq kolloid hissəcik ölçüsünə gətirib çıxarır. Torpaq mürəkkəb kolloid sistem olduğundan yerşünaslıqda kolloid kimyəvi üsulların tədbiqi nəticəsində torpağın münbitliyi artır. Bir neçə texnoloji proseslər, o cümlədən kauçikin, rezinin istehsalı, əczaçılıq kimyası sənayesi, səthi fəal maddələrin alınması kolloid kimyanın müxtəlif tədqiqat üsullarının tətbiqinə əsaslanır.

Ətraf mühitin qorubnması hazırda cəmiyyətin ən mühüm problemlərindən biridir. Bu problem ilə müxtəlif ixtisas sahələri məşğul olurlar. Kimya fənləri arasında aparıcı rol kolloid kimya üzərinə düşür. Ona görə ki, su və hava mühütindən molekul, kolloid hissəcik şəklində olan müxtəlif çirklənmələrin ayrılması kolloid kimyəvi üsullara əsaslanır. Müxtəlif uducular , membranlar, dispers sistemlər olub, onların vasitəsilə havada və suda olan çirklər təmizlənir. Kolloid kimyəvi üsullara əsas etibarilə dispersiyaların dağıdılması, elektrofiltirləmə, dinamiki membranlar, əksosmos, aerozolların dağdıılması vəb daxildir.
İstifadə edilmiş ədəbiyyat:

1. 
   T.Ə.Ağdamski kolloid kimya Bakı 2011
   
2. 
   C.C. Воюцский «Курс коллоидной химии», Москва, 1975
   
3. 
   А. Шелудко, «Коллоидная химия», Москва, 1984.
   

Т.А. Агдамский

Коллоидные растворы
АННОТАЦИЯ
В статье изложены основные представления современной коллоидной химии как физико-химических дисперсных и коллоидных систем и коллоидных растворов.

T.A.Aghdamsky

Colloidal solutions

ANNOTATION
In the article is stated the main conception of modern colloidal chemistry as physical –chemical disperse and colloidal systems and colloidal solutions.


Açar sözlər: dispers sistem, disperslik dərəcəsi, koaqulyasiya

Ключевые слова: дисперсная среда, степень дисперсности, коагуляция.

Key words: disperse systems, dispersion level, coagulation.