Термодинамикалық шарты

Лиофильдік дисперсті жү йелер, кә дімгі шын ерітінді сияқ ты, ө здігінен тү зілуі мумкін.Ол кезде жү йенің тепе-тең дік жағ дайы Гиббс энергиясының ең аз (минимум)мә ніне сә йкес келеді. Мұ ндай жү йелердің тү зілу ү дерісін мынадай термодинамикалық қ атынаспен кө рсетуге болады:

∆ G= ∆ H-TS (1)

Жү йенің Гиббс энертгиясының ө згеруі G нө лден кіші болуы керек, ендеше:

∆ H< T S (2)

Энтальпияның ө згеруі ∆ H фазааралық ә рекеттесуді сипаттайды, оның нә тижесінде фазааралық керілу кемиді. Тү зілетін дисперстік жү йе гетерогендік болып қ алу ү шін фазааралық керілу нө лге дейін кемімеуі керек, ә йтпесе шын ерітінді тү зіледі. Гетерогендік лиофильдік жү йедегі қ андай беттік энергия энтропиялық қ ұ рамдаспен компенсацияланады. Оның болуы (∆ S)бө лшектері жылулық (броундық) қ озғ алысын қ абілетті дисперстік жү йелерде ғ ана мү мкін. Сонымен, еркін дисперстік жү йелердің ішіндегі термодинамикалық тұ рақ ты жү йелер-ультрамикрогетерогендік (кірнелер, коллоидтық жү йелер) ғ ана бола алады.

Лиофильдік коллоидтық жү йелерде берілген дисперстік кү й энергетикалық тұ рғ ыдан қ арағ анда ең тиімді болады. Жү йенің екі фазадан тұ ратын немесе шын ерітінді кү йінде болатын кү йлері энергетикалық тиімсіз (ө йткені жалпы Гиббс энергиясы кө бірек болады).

Термодинамикалық тұ рақ ты гетерогендік дисперстік жү йелердің болу мү мкіндігін Кельвиннің капиллярлық конденсация тең деуін пайдаланып, Фольмер кө рсеткен болатын. Ол бө лшектердің ө лшемдері бойыншы максималды таралуы ультрамикрогетерогендік аймақ та болатынын анық тады.

Дисперстік жү йелердің коагуляциясы термодинамикалық тұ рақ ты болу шартын былайша корсетуге болады:

немесе > > 0 (3)

Бұ л фазааралық бет артқ анда немесе бө лшектердің ө лшемдері азайғ анда Гиббс энергиясының ө спеу керек екенін кө рсетеді. Фазааралық беттер ө здігінен ө суі, тек беттік энергия жү йенің энергиясының ө суімен компенсацияланғ анда ғ ана болады. Ол болса диспергілеу (дисперстілікті арттырғ анда) кезінде болады. Бұ л қ ұ былыс ө здігінен диспергілеу-термодинамикалық тұ рақ ты жү йелерді алудың негізгі ә дісі.

Осмостық қ ысым ү шін жазылғ ан Вант-Гофф тең деуінен энтропиялық тебісу энергиясын алуғ а болады:

Π V=nRT (4)

мұ ндағ ы V- кірненің кө лемі, n-сол кө лемдегі бө лшектер саны

Осы кө лемдегі кірненің беттік энергиясы, егер бө лшектер шар тә різді болатын болса, мынағ ан тең:

∆ G^S = n4π r²𝛿 (5)

мұ ндағ ы: 𝛿 - фазааралық керілу.

Жү йедегі тұ рақ ты тепе-тең дік жағ дайы 𝛿 =𝛿 _max болғ анда болады. Осыны ескеріп (5) жә не (6) тең деулерді тең естіре отырып, мынадай тең деу аламыз:

nᴋ T = n4π r²𝛿 _max (6)

бұ дан: 𝛿 _max= (7)

немесе жалпы алғ анда: 𝛿 _max= (8)

мұ ндағ ы: - ө лшемсіз шама; а - бө лшектердің орташа ө лшемі.

(8)-тең деу Ребиндер мен Щукиннің тең деуі деп аталады.Бұ л тең деу ө здігінен диспергілену болатын, яғ ни дисперстік жү йенің термодинамикалық тұ рақ тылығ ын анық тайды.

Максималдық фазааралық керілуді (7)-тең деу бойынша есептеу ултрамикрогетерогендік жү йелерде бө лшектердің ө лшемдеріне (100 - ден 1н - м-ге дейін) байланысты ол 1.4*10^-7-ден 1.4*10^-3 Дж/м-дейін ө згерісін кө рсетеді. Лиофильдік дисперстік жү йелерде фазааралық бет ү лкен болуына қ арамастан, фазааралық керілудің аз болуынан беттік энергия да аз болады. Фазааралық керілудің аз болуы фазааралық ә рекеттесудің кө п болғ анында ғ ана болады. Ондай ә рекеттесулер дисперсиялық орта сұ йық тық болғ анда ғ ана болады. Сондық тан термодинамикалық тұ рақ ты еркін дисперстік жү йелер дисперсиялық ортасы тек қ ана сұ йық тық болғ анда ғ ана болуы мү мкін.