Кіріспе
Кездік тепе-теңдік: Кездік тепе-теңдік – әр түрлі бөлшектердің, мысалы молекулалардың, суспензиясында әрбір материалдың кез келген бағыттағы кездік жылдамдығы сол бағыттың қарсысындағы диффузиялық жылдамдығына тең болғанда туындайды. Кездік – сыртқы күштердің, мысалы, гравитацияның немесе центрифугадағы центробектік күштің әсерінен болады. Бұл құбылысты Жан Батист Перрин коллоидтар үшін ашқан, және ол үшін 1926 жылы физика саласындағы Нобель сыйлығын алды.
Sedimentation equilibrium in a suspension of different particles, such as molecules, exists when the rate of transport of each material in any one direction due to sedimentation equals the rate of transport in the opposite direction due to diffusion. Sedimentation is due to an external force, such as gravity or centrifugal force in a centrifuge. It was discovered for colloids by Jean Baptiste Perrin for which he received the Nobel Prize in Physics in 1926.
Седиментация ұзындығы
Лапластың Перрин таралу заңы тұнбалану ұзындығын алу үшін қайта жазылуы мүмкін. Тұнбалану ұзындығы – бұл анықтама нүктесінен жоғары белгілі бір биіктікте коллоидты бөлшекті табу ықтималдығын сипаттайды. Анықтама нүктесінен жоғары тұрған тұнбалану ұзындығында коллоидты бөлшектердің концентрациясы еселік төмендейді. Егер тұнбалану ұзындығы коллоидты бөлшектердің диаметрінен әлдеқайда артық болса, бөлшектер осы диаметрден ұзын қашықтыққа диффузиялай алады және зат суспензия күйінде қалады. Алайда, егер тұнбалану ұзындығы диаметрден кем болса, бөлшектер тек өте қысқа қашықтыққа ғана диффузиялай алады. Олар гравитацияның әсерінен тұнбалануға ұшырап, ыдыстың түбіне шөгеді. Бұл зат енді коллоидты суспензия деп есептелмейді. Коллоидты бөлшектерді қайтадан суспензияға түсіру үшін, мысалы, коллоидты араластыру сияқты шаралар қолданса, ол қайтадан коллоидты суспензияға айналуы мүмкін.
If the sedimentation length is much greater than the diameter of the colloidal particles , the particles can diffuse a distance greater than this diameter, and the substance remains a suspension. However, if the sedimentation length is less than the diameter , the particles can only diffuse by a much shorter length. They will sediment under the influence of gravity and settle to the bottom of the container. The substance can no longer be considered a colloidal suspension. It may become a colloidal suspension again if an action to undertaken to suspend the colloidal particles again, such as stirring the colloid.
Мысал
Массалық тығыздықтардың айырмашылығы – коллоидты бөлшектердің массалық тығыздығы және суспензия ортасының массалық тығыздығы – және бөлшектердің диаметрі мәніне әсер етеді. Мысал ретінде, судағы полиэтилен бөлшектерінің коллоидты суспензиясын және бөлшектердің диаметріне үш түрлі мәнді қарастырайық: 0,1 мкм, 1 мкм және 10 мкм. Коллоидты бөлшектердің көлемін шардың көлемін пайдалану арқылы есептеуге болады. – полиэтиленнің массалық тығыздығы, ол шамамен орташа есеппен 920 кг/м3, ал – бөлме температурасында (293K) шамамен 1000 кг/м3 болатын судың массалық тығыздығы. Сондықтан = 80 кг/м3. Полиэтилен және кремний бөлшектерінің әртүрлі өлшемдері үшін Диаметрі (мкм) Полиэтилен бөлшектері үшін (мкм) Кремний бөлшектері үшін (мкм) 0.01 9.84×106 5.92×105 0.1 9840 592 1 9.84 0.592 10 9.84×10−3 5.92×10−4 Жалпы алғанда, көбейген сайын азаяды. 0,1 мкм диаметрлі бөлшектің мәні диаметрінен үлкен, ал бөлшектер диффузияға қабілетті болады. 10 мкм диаметрлі бөлшектің мәні диаметрінен әлдеқайда кіші. егер теріс болса, бөлшектер кремдей түседі және зат енді коллоидты суспензия болмайды. Бұл мысалда массалық тығыздықтардың айырмашылығы салыстырмалы түрде кіші. Полиэтиленнен гөрі тығыздықтағы бөлшектері бар коллоидты қарастырайық, мысалы, шамамен 2330 кг/м3 массалық тығыздығы бар кремний. Егер бұл бөлшектер суда қалса, = 1330 кг/м3 болады. көбейген сайын азая түседі. Мысалы, егер бөлшектердің диаметрі 10 мкм болса, тұнбалау ұзындығы 5,92 × 10−4 мкм болады, бұл полиэтилен бөлшектерінен бір үлкендікте кішірек. Сонымен қатар, бөлшектер судан тығыз болғандықтан, оң және бөлшектер тұнба болады.
is the mass density of polyethylene, which is approximately on average 920 kg/m3 and is the mass density of water, which is approximately 1000 kg/m3 at room temperature (293K). Therefore is 80 kg/m3. + for different sizes of polyethylene and silicon particlesDiameter (μm) for polyethylene particles (μm) for silicon particles (μm)0.01 9.84×1065.92×1050.1 98405921 9.840.59210 9.84×10−35.92×10−4
Generally, decreases with For the 0.1 μm diameter particle, is larger than the diameter, and the particles will be able to diffuse. For the 10 μm diameter particle, is much smaller than the diameter. As is negative the particles will cream, and the substance will no longer be a colloidal suspension. In this example, the difference is mass density is relatively small. Consider a colloid with particles much denser than polyethylene, for example silicon with a mass density of approximately 2330 kg/m3. If these particles are suspended in water, will be 1330 kg/m3. will decrease as increases. For example, if the particles had a diameter of 10 μm the sedimentation length would be 5.92×10−4 μm, one order of magnitude smaller than for polyethylene particles. Also, because the particles are more dense than water, is positive and the particles will sediment.
Ультрацентрифуга
Қазіргі заманғы қолданбалар аналитикалық ультрацентрифуганы пайдаланады. Өлшемдердің теориялық негізі Мейсон-Уивер теңдеуінен дамытылған. Белоктардың молекулалық салмағын және олардың өзара әрекеттесетін қоспаларын анықтау үшін аналитикалық шөгінділік тепе-теңдік талдауын қолданудың артықшылығы – динамикалық шөгінділік талдаудың интерпретациясы үшін қажет болатын үйкеліс коэффициентін есептеу қажеттілігінен құтылу. Шөгінділік тепе-теңдік молекулалық массаны анықтауға қолданылуы мүмкін. Ол ерітіндіштегі ақуыздардың молекулалық массасын сияқты өлшемдерді жүргізуге арналған аналитикалық ультрацентрифугация әдісінің негізін құрайды.