Тұрақтылық мәселесін жалпы қарастыру.

Энергиялық тосқауылдың биіктігі мен шұңқыр тереңдігі бөлшектердің жақындасу мүмкіндігін анықтайды. Жүйенің тұрақтылығының белгілі жағдайын сипаттайтын, үш типтік жағдайы болуы мүмкін.

1. Тосқауыл биіктігі мен екіншілік минимум тереңдігі ( kT) үлкен болмаған жағдайда, әрекеттесу энергиясын біріншілік минимум тереңдігіне дейін азайтып, мүмкіндігінше ең аз арақашықтыққа дейін, кинетикалық энергия арқылы бөлшектер жақындасады. Коагуляция бөлшектердің жақын әрекеттесу нәтижесінде жүреді. Бұл күйде дисперстік жүйелер тұрақсыз, ірі агрегаттар түзе жылдам коагуляцияға ұшырауға бейім келеді. Бұл жағдайдағы коагуляция қайтымсыз. Дисперстік жүйенің жылдам коагуляциясы электролит қосу арқылы жүреді.

2. Тосқауыл биіктігі үлкен ( kT), ал екіншілік минимум тереңдігі аз ( kT) болған жағдайда бөлшектер тосқауылдан өте алмай, әрекеттеспей тарайды. Бұл – агрегаттық тұрақты жүйе жағдайы.

3. Тосқауыл биіктігі мен екіншілік минимум тереңдігі де үлкен ( kT). Бұл жағдайда, тосқауыл биіктігіне байланыссыз, бөлшектердің алыс әрекеттесуі жүреді. Екіншілік минимумға сәйкес келетін ара-қашықтық 10² нм құрайды. Бұл кезде, екі бөлшек не бөлек кете алмайтын, не тығыз жақындаса алмайтын байланыс орнайды. Олар жұп түрінде жүреді. Бұл жұпқа үштік түзе басқа бөлшектер (алыс ара-қашықтықта) және өте күрделі агрегаттар түзе қосыла алады.

Екіншілік минимумдағы агрегация біріншілік минимумдағы агрегациядан өзгешелігі, мұндай алыс әрекеттесу нәтижесінде бөлшектер өзінің жеке қасиеттерін сақтайды, ал бүкіл жүйе өзінің дисперстілігі мен меншікті бетін сақтайды. Сонымен бірге, екіншілік минимумдағы тереңдікпен (1 kT  U 10 kT) байла-нысты өзгешелік, алыс әрекеттесу нәтижесінде түзілген агрегаттар, оңай ыдырап кетуімен байланысты, яғни, золь  агрегат тепе-теңдігі болады. Бөлшектердің жеткілікті концентрациясында алыс әрекеттесу зольдің құрылымдалған жүйеге айналуына алып келеді. Алыс әрекеттесу негізінде құрылымдалу идеясын И.Ф. Ефремов дамытып, негіздеді. Ефремов пен Нерпин есептеулері, агрегаттағы бөлшек сандары артқан сайын, екіншілік минимум тереңдігі артатындығын, соның нәтижесінде коллективтік әрекеттесудің қалыптасуын көрсетті. Көптеген жағдайларда, алыс қатарларға ие және квазикристалл түзілулеріне ие периодтық коллоидтық жүйелер (ПКЖ) түзілетіндігі анықталды.

Тұрақтылық теориясын тексерудің критериі болып саналатын Шульце-Гарди ережесін негіздеу ДЛФО теориясының негізгі жетістігі болып табылады. Коагуляция табалдырығына С_к жеткен кезде, U_max тосқауылының биіктігі нольге жақындайды және бөлшектердің соқтығысуы тиімді (жылдам коагуляция) болады.

Дисперстік жүйенің тұрақтылығын анализдеу нәтижесінде, Дерягин теориясындағы жылдам коагуляцияның шекаралық мәндеріне сай терминдерін былай жазуға болатындығын көрсетті: 1) жағдай U_max= 0 және 2) жағдай dU_max/dH=0 U_max - максималды энергия (39- суретті қараңыз).

Бұл жағдайлар энергиялық тосқауылдың биіктігін нольге дейін төмендеуін өрнектейді. Коагуляция табалдырығына қатысты С_к, _к және Н_к мәндерін (8.9) теңдеуге қойғанда, бірінші жағдай үшін мына өрнекті жазуға болады:

(8.10)

39-сурет. С =С_к тең болған жағдайдағы екі пластина арасындағы әрекеттесудің потенциалдық энергиясы

(8.10) теңдеуді Н бойынша дифференциалдап, U=U_max жағдайында туындыны нольге теңестіргенде, екінші жағдайға сәйкес келесі теңдеу аламыз:

(8.11)

(8.10) теңдеуді (8.11) теңдеуге бөлсек, мынаны аламыз:

Н_к = 1/_к (8.12)

Сонымен, С=С_к жағдайында, диффузиялық қабат қалыңдығының шамасын екі еселегенге тең болған ара-қашықтықта пластиналарды жақындатқан кезде, жүйенің потенциал энергиясы максимумға жетеді.

екендігін ескеріп, (8.11) теңдеуді (8.12) теңдеуге қойсақ [(8.9) қараңыз], мынаны аламыз:

немесе

(8.13)

Бұдан

(8.14)

Бұл теңдеу Дерягиннің алтыншы дәрежелі заңын өрнектейді және ион-ның коагуляциялау қабілетінің (V_к=1/C_к) ион заряды z тәуелділігін орнатады. Бұдан, бір-, екі- және үш зарядты иондар үшін V^І_к :V^ІІ_к :V^ІІІ_к  1:64:729 қатынасы шығып, Шульце-Гарди ережесімен жақсы сәйкестік тапты.

Қос қабат теориясы негізінде және тартылу күштерін ескере отырып, зольдердің тұрақтылық критериі үшін мынадай өрнек алынды:

nz⁶ = const (8.15)

мұндағы n - бөлшектің сандық концентрациясы; z - қарсы иондардың заряды.

Екіншілік минимумде бөлшектерді жанастыру үшін, ДЛФО теориясы бойынша дәреже көрсеткіші 2,5 - ке тең болатыны анықталды, ол алыс әрекеттесу бойынша алынған көптеген тәжірибелік мәліметтермен жақсы сәйкестік тапты.

6.1-ЖҰМЫС. ЗОЛЬДЕРДІ ЭЛЕКТРОЛИТТЕРМЕН КОАГУЛЯЦИЯЛАУ

MnO₂ золь теріс зарядталған, ендеше оны катиондар коагуляциялайды, ал Fe(OH)₃ золі оң зарядталған, оны аниондар коагуляциялайды.

Жұмыстың максаты: Алдымен MnO₂ және Fe(OH)₃ зольдерін, золь алу әдісі бойынша дайындап аламыз. 4н NaCl, 0,01н CaCl₂, 0,001н AlCl₃ электролиттері үшін MnO₂ зольі алынады. Ал 4н NaCl, 0,01н Na₂SO₄, 0,001н K₃Fe(CN)₆ электролиттері үшін Fe(OH)₃ зольі алынады. Аталған ерітінділер үшін коагуляция табалдырықтарын анықтау және коагулятор иондардың валенттіліктеріне байланысты олардың коагуляциялау қабілеттіліктерін (Шульце-Гарди ережесі) табу.

Зольдердің электролиттік коагуляциялаудағы коагуляция табалдырықтарын анықтау жұмысы коагуляция болдыратын электролиттердің ең аз концентрациясын тізбекпен анықтау.