Тебілу күштері.

Дисперстік бөлшектер арасында, олардың бірдей зарядтарының әсерінен тебілу пайда болады. Бұл тебілуді Кулон заңының негізінде бағалау мүмкін емес, себебі, бөлшек бетіндегі заряд қарсы ион зарядымен бейтараптанған. Бөлшектің қос электрлік қабаты бүркескенде тебісу пайда болады. ҚЭҚ бүркескенде, жақындасқан беттер арасындағы иондарға екі коллоидтық бөлшектердің ішкі астарынан әсер еткен күштер, сыртқы астарымен толық экрандалмайды. Мұндай өзгерістер иондық атмосфераның бүркескенге дейінгі болған статистикалық тепе-теңдігін бұзып, зарядтың қайта таралуына алып келеді. Жүйенің электр тепе-теңдігі бұзылып, нәтижесінде электр табиғатының қалыптаспаған күштері пайда болады.

Бөлшектерді қоршаған электролиттің басқа нүктелеріне қарағанда, бүркесу аймағындағы иондар концентрациясы өзгешелеу болып, ол осмостық сипаттағы қосымша күштің пайда болуын туғызады.

Иондық - электрстатикалық әрекеттесу күштерін есептеуді Дерягин мен Ландау жүргізіп, сонан соң Фервей мен Овербек құптады.

Жақындасқан бөлшектер арасындағы сұйықтықтың жұқа қабатшасында пайда болатын теориялық негізделген сыналық (ажыратушы) қысым ұғымын Дерягин теорияға енгізді. Сұйықтың жұқа қабатшасындағы қысым Р мен қабатшамен тепе-теңдіктегі көлемдік сұйық фазадағы қысым Р₀ айырымы – сыналық (ажыратушы) қысымды (П) береді.

Дерягин мектебінің дамытқан қазіргі заманғы көзқарастары, сыналық (ажыратушы) қысымның төрт негізгі құрамдастарын айқындап берді:

а) ҚЭҚ өзара бүркесуімен қамтылған электрстатикалық (оң үлес);

б) вандерваальстік тартылу күшімен қамтылған молекулалық (теріс үлес);

в) молекулалық адсорбциялық қабат бүркесуінен пайда болатын адсорбциялық, ол қабатша жағына осмостық ағымды туғызып, тебісуге алып келеді;

г) еріткіштің ерекше құрылыммен шекаралық қабатының түзілуімен байланысты құрылымдық (оң үлес).

ҚЭҚ электрлік параметрлерінің сыналық (ажыратушы) қысыммен байланысы мына теңдеумен өрнектеледі:

(8.6)

мұндағы  – зарядтың көлемдік тығыздығы, _i - мүмкіндігінше жақындасқан жазықтықтың потенциалы.

 мен  табу үшін ҚЭҚ теориясын қолданады. П шамасы бойынша, екі бөлшектің электрстатикалық құрамдасын (U_rep - тебісу энергиясын) есептеуге болады:

(8.7)

 мәні өзгермей, симметриялы бинарлы электролит жағдайы үшін мына өрнекті аламыз:

(8.8)

мұндағы, c₀ - электролит концентрациясы,  – ҚЭҚ бөлігіндегі диффузиялық қалыңдыққа () кері шама

(8.8)

Бұдан, тебілу энергиясы U_rep концентрацияның (с₀), валенттіліктің (z), ҚЭҚ қалыңдығына  функция болып табылады, және с₀, z өсіп, _i азайған сайын тебілу азаяды.

Бөлшек әрекеттесуінің қосынды күштері.

Дисперстік жұйелердің тұрақтылығы, тебілудің иондық-электрстатикалық энергиясы мен Ван-дер-Ваальс тартылу энергиясының қосылуымен қамтылған жалпы қосынды әрекеттесу энергиясының таңбасы мен шамасына тәуелді.

Екі пластинаның толық әрекеттесу энергиясы мына теңдеумен өрнектеледі:

(8.9)

Теңдеуден U белгісін оңай анықтай алмаймыз. Тебілу және тартылу энергияларының Н - тан тәуелділігін қарастырғанда, U_rep үшін экспоненциалды сипат, ал U_a - дәрежелі сипатқа ие екендігін байқаймыз. Бұл Н  0, U_rep  const, ал U_а   (электрон қабатының тебілу күштерін ескермегенде). Осыдан, аз қашықтықта тартылу күші басымырақ болады.

38-сурет. Потенциал энергиясының бөлшектер арасындағы ара-қашықтыққа тәуелділігінің қисықтары

1 - тартылу күштері; 2 - тебісу күштері; 3 - әрекеттесудің қосынды күштері.

Үлкен қашықтықта да тартылу күші басымырақ болады, себебі дәрежелік функция экспоненциалды функцияға қарағанда өте баяу азаяды.

Орташа қашықтықта  аз (яғни, сұйытылған ерітінділерде) және _і мен  үлкен мәндерінде тебілу басымдау болады. Бұл жағдайда U(Н) қисығында потенциалдық тосқауыл мен екі минимум (шұңқырлар) пайда болады. (8.9) теңдеу бойынша, тұрақты мәндер бере тұрғызылған мұндай қисықтың типтік мысалы, 38- суретте көрсетілген.

Тебілу күшінің тартылу күшінен басымырақ болатындығы, тартылу мен тебілу күштерін анықтайтын константалардың сандық мәніне тәуелді болады.

Максимумдар мен минимумдар пайда болатын бөлшектер арасындағы арақашықтықтың шамасы, тебілу күшінің әсерінің радиусын анықтайтын ҚЭҚ қалыңдығының шамасымен бірдей болуы қажет.

Тәжірибеде кездесетін көптеген жағдайларда Лондон күші үшін кешігу пәрменін ескерудің қажеті жоқ, себебі  1000Å ара-қашықтықта пайда болады. Ал коллоидтық жүйелерде ҚЭҚ қалыңдығы аз мәнге ие.

Әрекеттесудің қосынды энергиясы, концентрациямен, электролит иондарының валенттілігімен, беттің потенциалымен, Гамакер тұрақтысының шамасымен анықталады. Электролит концентрациясын арттырған кезде, тосқауыл биіктігі (U_max) азаяды, белгілі концентрацияда жоғалып, бөлшектер кедергісіз бірігуіне мүмкіндік алады.

Потенциал мен концентрацияның тұрақты жағдайында, Гамакер тұрақтысы U_rep-ның шамасын арттыруы, тосқауыл биіктігін азайтады. Беттің потенциалын белгілі мәнге дейін өсіргенде (100 мВ), тебілу күштері, соңынан U_max артады.