ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТІРЛІГІ

С. АМАНЖОЛОВ АТЫНДАҒЫ

ШЫҒЫС ҚАЗАҚСТАН МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ

ЖАРАТЫЛЫСТАНУ ҒЫЛЫМЫ ЭКОЛОГИЯ ИНСТИТУТЫ

ФИЗИКАЛЫҚ ЖӘНЕ ОРГАНИКАЛЫҚ ХИМИЯ КАФЕДРАСЫ

«Бекітемін»

Оқу ісі жөніндегі проректор

Е. Щербик

2004 ж.
Әдістемелік нұсқау

БАЗ мицеллалары. Солюбилизация.

Өскемен қаласы, 2004

Әдістемелік нұсқау химия, биология, психология және экология мамандығы бойынша жоғарғы курс студенттеріне, магистранттарға, аспиранттарға арналған. Коллоидты химия курсын оқыту барысында.

Әдістемелік нұсқауды дайындаған

х.г.к., доцент П.Р. Рақымжанов

Б.Б.Есімбекова

М.В. Попова

Ш.А. Мұздыбаева
Органикалық және физикалық химия құжырасының отырысында талқыланды.
Хаттама № 2004ж.
Құжыра меңгерушісі м.а. Б.С. Тантыбаева

Оқу әдістемелік құрал жаратылыстану және экология институтының әдістемелік кеңесінде бекітілді.

Жаратылыстану және экология институтының әдістемелік кеңесінің шешімімен басылымға ұйғарылды.
Хаттама № 2004ж.
Төрағасы, аға оқытушы Л.Т.Байжұманова.
Оқу әдістемелік бөлімінің бастығы,

ф-м.ғ.к., профессор О.Д. Апышев.

Норма бақылаушы Ж.Т. Бопурова.

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТІРЛІГІ

С. АМАНЖОЛОВ АТЫНДАҒЫ

ШЫҒЫС ҚАЗАҚСТАН МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ

ЖАРАТЫЛЫСТАНУ ҒЫЛЫМЫ ЭКОЛОГИЯ ИНСТИТУТЫ

ФИЗИКАЛЫҚ ЖӘНЕ ОРГАНИКАЛЫҚ ХИМИЯ КАФЕДРАСЫ

П.Р. Рақымжанов, Б.Б.Есімбекова,

М.В. Попова, Ш.А. Мұздыбаева

Өскемен

ШҚМУ Баспасы, 2004
ББК 541.13(076.5)
Рақымжанов П.Р., Есімбекова Б.Б., Попова М.В., Мұздыбаева Ш.А. БАЗ мицеллалары. Солюбилизация : әдістемелік нұсқау. П.Р.Рақымжанов, Есімбекова Б.Б., Попова М.В., Мұздыбаева Ш.А.; ШҚМУ.- Өскемен: ШҚМУ Баспасы, 2004.-40 б.
Әдістемелік нұсқауда мицелла түзетін БАЗ ерітіндідегі солюбилизация құбылысы туралы мәліметтер беріліп, лабораториялық жұмыстар, бақылау сұрақтары, жаттығулар мен есептеулер толық жазылып, студенттердің өздік жұмыс істеуіне мүмкіндік жасалған.

Әдістемелік нұсқау химия мамандығы бойынша жоғарғы курс студенттеріне, магистранттарға, аспиранттарға арналған.

Әдістемелік нұсқаулар жаратылыстану ғылымдары және экология институтының әдістемелік кеңесінде бекітілді.

(№ хаттама 8 наурыз 2004 ж.).

Пікір жазғандар: химия ғылым докторы, профессор Мамытбеков Ғ.Қ., химия ғылымдарының кандидаты, доцент Аубакирова Р.А.

ШҚМУ Баспасы, 2004

Мазмұны

Кіріспе

І. Теориялық бөлім.

1.1 Беттік активті заттар 5

1.2 Коллоидты БАЗ 6

1.3 Гидрофильді-липофильді баланс 7

1.4 Мицелла түзілу құбылысы 8

1.5 Мицелла түзілу себептері 9

1.6 МТКК-не әсер етуші факторлар 12

1.7 БАЗ мицеллаларының құрылысы 13

1.8 БАЗ мицелласын қолданудың қазіргі кездегі аспектілері 14

1.9 Солюбилизация. Солюбилизация құбылысы 15

1.10 Солюбилизациялық сыйымдылығы 16

1.11 Солюбилизация құбылысының физико-химиялық негіздері 17

1.12 Солюбилизацияны бақылау әдістері 20

1.13 Солюбилизацияның қолданылуы 21

1.14 Зерттеу нысанының сипаттамасы 23

ІІ. Тәжірибелік бөлім

2.1 Натрий стеаратының солюбилизациялау қабілеттілігінің әдістемесі 24

2.2 Ерітінділер дайындау 24

2.3 Оптикалық тығыздықты өлшеу 25

2.4 Нәтижелерді өңдеу 25

2.5 Тәжірибе нәтижелерін талқылау 27

Қорытынды

Әдебиеттер тізімі
Кіріспе
Химиялық ғылымның ең бір басты мақсаты болып энергия және байлық сақтау технологиясын дамыту болып табылады. Оны дамыту үшін коллоидты беттік активті заттарды зерттеп қолданады (КБАЗ).

Маңызды теориялық және практикалық қызуғышылықты мицеллярлы ерітінділердің қасиетін оқу анықтайды, өйткені олардың қолданылуы көптеген қиындықтарды шешуге жаңа мүмкіндіктер береді.

Қазіргі кезде Қазақстанда маңызды химиялық қиындық болып мұнай өңдеу технологиясын дамыту болып табылады. 2002-2010 жылдарға мұнай химиялық комплекстің бағдарламалары құрылуда. Қазір Қазақстанда ірі мұнай орындары ашылып жатыр (Теңгиз, Каспий теңізінің жағалауы – Қашаған). Осы қоймалардың мұнай беруін арттыру үшін жаңа заманға сай келетін технологиялар қажет. Сонымен қатар микроқоршаудың құрылымына қатысты қиыншылықтар да бар.

Әдістемелік оқу құралының мақсаты коллоидты беттік активті заттардың қасиетін зерттеу, мицелла түзілу және солюбилизация құбылысы болып табылады.

Қойылған мақсаттарға сәйкес жұмыс барысында төмендегі мәселелерді шешуге ұмтылдық.

1) Мицелла түзілу және солюбилизациялану процестерін сипаттайтын соңғы жылдардағы әдебиеттерге шолу жасау. Тәжірибелік мәліметтерге сүйене отырып, беттік активті заттар (БАЗ) ерітінділерінің солюбилизациялау қабілеттерін зерттеу.

2) Құрғақ кір сабынның судағы ерітіндісінің солюбилизациялау қабілетін зерттеу.

І Теориялық бөлім

1.1 Беттік активті заттар (БАЗ)
БАЗ дегеніміз еру кезінді еріткіштің беттік керілуін төмендететін заттар. БАЗ молекулаларының дифильділігі, яғни оларда полярлы (гидрофильді) және полярлы емес (липофильді, гидрофобты) бөлшектердің болуы – бұл молекулаларға ерекше қасиет беретін молекула құрылысының өзіндік ерекшелігі. Осы дифильділіктің қарапайым шегінде түрлердің, топтардың саны мен өлшемдерінің мыңдаған функционалды комбинациялары болуы мүмкін, ол БАЗ – ды топтау қажеттілігін туғызады. Маңызды болып гидрофильді топтардың ионогенді қасиеттері бойынша топтау табылады, ол БАЗ-дың 5 түрін көрсетеді:

1. 
   анионды ( анион-активті)-полярлы еріткіште беттік активті анионды түзе отырып, диссоциацияланатын БАЗ;
   
2. 
   катионды (катион-активті) беттік активті катиондарды түзе отырып, диссоциацияланатын БАЗ;
   
3. 
   амфотерлі БАЗ (амфолитті) олардың молекулалары бірнеше полярлы топтарды құрайды және диссоциация кезінде сыртқы жағдайға байланысты (ең алдымен сулы ерітіндідегі рН мәніне) беттік активті аниондар мен катиондар беруге қабілетті;
   
4. 
   цвиттер ионды БАЗ- олардың полярлы топтары цвиттер иондар болып табылады;
   
5. 
   ионды емес БАЗ (ионогенді емес).
   

Алғашқы 3 түрі көбінде ионды (ионогенді) БАЗ деген ортақ атпен біріктіріледі. Цвиттер ионды БАЗ ионды және ионды емес БАЗ-дың арасындағы аралық орынды алады: бірақ, жалпы олардағы полярлы топ электробейтарап, оның қарама-қарсы зарядтары кеңістікте молекуланың басқа құрылымдық элементтерімен алшақтатылған.

Эффективті БАЗ тек дифильді қосылыс болып қана қоймай , сонымен қатар оптимальды гидрофильді – липофильді балансты қосылыстар да болуы керек (ГЛБ), сондай-ақ белгілі бір баланс жасаумен қатар, гидрофильді және липофильді күштер шамасы да маңызды. БАЗ молекулаларының құрылысының бұндай ерекшеліктері БАЗ-дың ерітінділерінде мицеллотүзу қабілетімен анықталады. Осыған байланысты БАЗ-ды топтауда коллоидты БАЗ тобын (КБАЗ) бөліп көрсетеді.

1.2 Коллоидты БАЗ
Коллоидты БАЗ басқа БАЗ сияқты аз шынайы ерігіштігімен және беттік қабатта молекулалардың бағытталуы және адсорбциялануы салдарынан сұйытылған ерітінділерінде фазааралық және беттік керілуді төмендету қабілетімен сипатталады.

Коллоидты БАЗ суда теріс зарядталған беттік активті иондар түзе отырып, диссоциацияланады. Адсорбция кезінде осындай БАЗ-дың ерітіндіден беткі қабатқа аниондары адсорбцияланады, соның нәтижесінде беткі қабат теріс зарядқа ие болады. Осы коллоидты БАЗ тобының маңыздылары болып кәдімгі сабын және сульфоқышқыл тұздары есептелінеді. Кәдімгі сабындар карбон қышқылдарының каныққан және кейбір канықпаған тұздары.

Коллоидты қасиет тек майлы қышқылдардың тұздарына ғана тән, егер тізбектегі көміртегі атомының саны 10 –нан кем және 22-ден көп болмаған жағдайда.

Катионды БАЗ суда диссоциацияланып, оң зарядталған беттік активті иондар түзеді. Бұндай БАЗ ерітінділерінен беттік қабатта катиондар адсорбцияланады, соның нәтижесінде ол оң зарядқа ие болады. Көптеген жағдайда ол практикалық қызуғышылық тудырады. Сонымен, осындай БАЗ-бен тұрақтандырылған теріс зарядты бөлшектерге қарағанда сіңіргіш астаудан теріс зарядты өсімдік талшықтарымен интенсивті және толық сіңіріледі. Катионды БАЗ үшін октадециламмоний хлорид мысал бола алады: С₁₈Н₃₇NH₃Cl. Осыған тағы 4 алмастырылған аммоний негіздерінің тұздарын да жатқызуға болады, мысалы, цетилтриметиламмоний хлориді:С₁₆Н₃₃ (СН₃)₃NCl.

Ионогенді емес БАЗ-бұл молекулалары диссоциацияланбайтын заттар. Бұндай БАЗ-дың дифильді молекулалары бірнеше полярланған көмірсутектік тізбектерден құралады, бірақ осы заттардың ерігіштігін айқындайтын тізбек соңында ионогенді емес топтар да болады. Бұндай топтарға гидроксилді және эфирлі топтар жатады.

Ионогенді емес БАЗ-дың (ИЕБАЗ)мысалы ретінде жоғары молекулалы спирттің (немесе басқа органикалық қосылыстар-қышқылдар,фенол) бір молекуласымен этилен тотығының (оксиді) бірнеше молекуласы әрекеттескенде алынатын қосылыстарды жатқызуға болады:

С_nH_2n+1OH+mCH₂-CH₂→C_nH_2n+1(OCH₂CH₂)_mOH

O

ИЕБАЗ-дың молекуласын схема түрінде келесідей көрсетуге болады:

көмірсутек радикал оксиэтиленді тізбек

Оксиэтиленген БАЗ-дың негізгі артықшылығы синтездеуде гидрофобты тізбектегі көміртек атомының санын ғана емес, сонымен бірге этилен тобының санын да өзгерту арқылы гидрофильділікті реттеп отыру мүмкіндігі болып табылады. Осының нәтижесінде нақты бір қолдану аймағында есептелінген, алдын-ала қасиеті берілген заттарды алуға болады. Бұл заттардың тағы бір ерекшелігі – олар тұз түзбейді, сондықтан да ащы суда жақсы ериді.
1.3 Гидрофильді-липофильді баланс (ГЛБ)
Олардың беттік және көлемдік қасиеттері үшін, яғни олардың қолданылуы үшін шешуші мәні бар коллоидты БАЗ-дың молекулаларының маңызды сипаты болып екі қарама-қарсы молекула топтарының (гидрофильді және гидрофобты) қатынасы табылады, бұл гидрофильді –липофильді баланс деп аталады.

Қазіргі уақытта заттардың физико-химиялық қасиеті немесе молекуланың құрылысы бойынша ГЛБ мәнін анықтауға мүмкіндік беретін қатаң теория жоқ. Бірінші жуықтамалар ретінде Гриффен ұсынған және Дэвис дамытқан ГЛБ-тың жартылай эмпирикалық жүйелері қолданылады, ол эмпирикалық жағынан сандық бағалауға және БАЗ молекулаларының өзі тұратын жекеленген топтармен судың әрекеттесу дәрежесін шартты топтың сандар түрінде көрсетуге мүмкіндік береді. Гидрофильді топтардың топтық сандары оң, ал липофильді топтарда теріс болады. Әртүрлі БАЗ-дың ГЛБ топтық сандардың қосындысы сияқты арнайы формулалармен анықталуы мүмкін немесе тәжірибе түрде. Неғұрлым баланс гидрофильдік жаққа жақын болса, соғұрлым ГЛБ саны да жоғары болады. Негізінде ионогенді емес БАЗ-дың ГЛБ саны 20-дан аспайды, ионогендіБАЗ үшін, мысалы натрий олеаты үшін ол 20-ға тең, ал калийдің лаурил сульфаты үшін ол 40-қа жуық. ГЛБ жүйесі белгілі бір дәрежеде формальды болып табылады, өйткені ол қосылыстардың стехиометриялық құрамынан шығады және оның молекуласының құрылысының геометриялық ерекшеліктерін есептемейді, мысалы изомерияны. Ол БАЗ-дың тиімділігін толық сипаттамай-ақ, оның қолдану аймағын анықтауға мүмкіндік береді.

1.4 Мицелла түзілу құбылысы
Коллоидты БАЗ ерітінділері өз бетінше түзіледі, аз ғана концентрацияда олар молекулярлы болады, яғни жеке молекулаларға ажырау арқылы шын ерітінділер түзіледі. Бірақ концентрацияның өсуімен бұндай дифильді заттардың молекулаларының екі жақты қасиеті олардың ерітіндіде өздігінен ассоциациялануына әкеп соғады, осының нәтижесінде мицелла түзіледі.

Осы мағынада мицелла терминін алғаш рет Мак-Бен (1913ж.) енгізген. Қазіргі кездегі көріністер бойынша мицелла деп ұзын тізбекті дифильді молекулаларынан немесе БАЗ иондарынан тұратын агрегатты айтамыз. БАЗ иондары олар белгілі бір концентрацияда ерітіндіде өздігінен түзіледі және бұл концентрация полярлы топтың табиғатына тәуелді, әсіресе молекула тізбегінің ұзындығына.

Мицеллалар агрегация санымен (мицелладағы молекула санымен ) және мицелла массасымен (мицелла түзетін молекуланың молекулалық массасының қосындысымен) сипатталады.

Мицеллалардың түзілуі тар аумақтан асатын концентрацияда мономерлердің өзара бірлесу байланысынан болады. Бұл концентрация мицеллотүзілудің критикалық концентрациясы деп аталады (МТКК). МТКК-бұл БАЗ концентрациясы, бұл концентрацияда БАЗ ерітіндісінде молекулалармен термодинамикалық тепе-теңдікте болатын мицеллалардың көп мөлшері пайда болады және ерітінділердің қасиеттерін күрт өзгертеді.Бұл күрт өзгеру МТКК аймағындағы иілгіш тізбектегі жүйелер үшін ұсақ бөлшектерге қарағанда тұрақты көп мономерлерден тұратын агрегат жасайтын өзіндік ассоциация процесінің бірігуімен айқындалады.

МТКК-ны анықтау әдістері МТКК аймағындағы БАЗ ерітініділерінің физико-химиялық қасиеттерінің күрт өзгеруіне негізделген. Тәжірибелік өлшеу қателіктер әсерінен әрқашанда орындалмайтын 2 маңызды жағдайларды бөліп көрсету қажет. Бірінші, МТКК – сын нүкте ретінде емес, шегінде мицеллотүзілу қарқынды өсетін тар концентрациялы аумақ ретінде түсіну керек. Екінші жағдай, бойынша термодинамикалық параметрлердің өзгерісі қандай аз болса да, МТКК-сынан жоғары концентрацияда жүйе күйінің өз орны бар: концентрацияның артуымен БАЗ-дың химиялық потенциалы, оның мономерлік түрінің концентрациясы және беттік қабаттағы БАЗ құрамы өсуін жалғастырады, беттік керілу төмендейді, т.с.с. Осы жағдаймен мицеллотүзілу бірінші текті кәдімгі фазалық ауысудан ерекшелінеді [1].
1.5 Мицелла түзілу себептері
Мицелла түзілуінің термодинамикалық қозғаушы күші болып гидрофобты өзара әрекеттесу табылады: дифильді молекуланың көмірсутектік бөлігі тізбектің сумен байланысын (әрекеттесуін) мүмкіндігінше болдырмау үшін сулы ортадан итеріліп шығады. Нәтижесінде ішкі бөлігі, яғни ядросы сұйық көмірсутектен (тығыздалған көмірсутектік тізбектерді біріктіретін) , ал сулы ерітіндіге қараған сыртқы бөлігі полярлы топтардан тұратын мицеллалар түзеді.

Мицелла түзілу - өздігінен жүретін процесс, яғни Гиббс потенциалының өзгерісі . Бірақ, G шамасына негізгі үлесті шамасы бойынша аз энтальпия өзгерісі емес, энтропия ТS өзгерісі үлкен ықпал етеді. Сондықтан мицелла түзілуде маңызды рольді жүйенің энтропиясының өсуі атқарады. (энтропиядан жоғары ығысуы)

Судағы жақын реттіліктің болуы және алыс реттіліктің болмауы бос тесіктердің пайда болуына әкеліп соғады, олардың ішіне судың молекулаларының жылулық қозғалысын және жүйенің энтропиясын азайту арқылы БАЗ молекулаларының полярсыз топтары енеді. БАЗ молекулаларының көмірсутектік бөліктерінің бірігу жағдайында (гидрофобты әрекеттесу) олардың айналасындағы су молекулаларының бағыты азаяды, бұл су молекулаларының жылулық қозғалысының және жүйе энтропиясының артуына әкеледі. Өз кезегінде, көмірсутектік тізбектер үшін мицеллада микробраундық қозғалыс еркіндігі артады, нәтижесінде тізбектің конформациялық энтропиясы да өседі.

Мицелла түзілу механизмін келесідей түсіндіруге болады. Концентрацияның өсуімен бірге компоненттердің ерітіндіден шығу тенденциясын көрсететін БАЗ-дың химиялық потенциалы да өседі. Аз концентрацияларда БАЗ иондары БАЗ-бен басқа фазаны бөлетін шекаралық беткі қабатқа шығады, нәтижесінде жүйенің бос энергиясын азайтады.

Біраздан соң беткі қабат қаныға бастайды. Сол кезде концентрацияның ары қарай өсуі арқылы, жүйе гидрофобты тізбекті судан сұйық «псевдофазаға»-мицеллаға шығарады,-оны полярлы топтардың гидрофильді қабықшасымен судан бөлу арқылы. Бұл өзіндік құбылыс «өздігінен адсорбциялану» деп аталатын құбылыс әр СН₂ тобы үшін 3000 Дж – ға тең ауа--су арасындағы адсорбция жұмысына жақын энергия ұтысына 1,08 КТ (~2600 кДж) әкеледі. Осылайша, МТКК –нан жоғары БАЗ-ң шын ерітіндісі ультрамикрогетерогенді коллоидты жүйеге (золь) ауысады.

Мицелла түзілу процесі қайтымды: МТКК-сынан аз концентрацияға дейін сұйылту коллоидты ерітіндіні шын ерітінді күйге айналдырады. БАЗ-дың мицеллярлы ерітінділерінің түзілуі қатты БАЗ-дың балқу температурасынан біршама төмен Крафт нүктесі деп аталатын температураның жоғарғыдағы критикалық мәнінде байқалады. Крафт нүктесінен төмен температурада гидратталған қаттыБАЗ шын ерітіндімен тепе-теңдікте болатын ісінген гель түзеді, Крафт нүктесінде –коллоидты бөлшектер мицеллалар түзеді, осы кезде БАЗ-дың жалпы ерігіштігі біршама өседі.

с

2

3

4

1

Т

1-сурет. БАЗ ерітінділерінің Крафт нұктесіне жақын фазалық

диаграммасы. (с-ерітіндідегі БАЗ концентрациясы, Т-

температура)

1-Крафт нүктесінен төмен болғандағы БАЗ-дың молекулалық ерігіштігінің қисығы; 2- Крафт нүктесінен жоғарыдағы ерігіштік (молекулалық және мицеллярлық) қисығы; 3-Крафт нүктесінен жоғары кездегі молекулалық ерігіштік (МТКК) қисығы; 4-Крафт нүктесі.

Мицелланың ары қарай түзілуі жүйенің тұтқырлығының өсуіне тіптен аққыштықтың жоғалуына әкеледі-золь гельге айналады, сондай-ақ жүйенің үш түрінің арасында термодинамикалық тепе-теңдік сақталады:

Молекулалық ерітінді золь гель


1.6 МТКК-не әсер ететін факторлар
1) Неғұрлым көмірсутектік тізбек ұзын болса, соғұрлым көмірсутектік радикалдардың когезиясының нәтижесінде энергия ұтысы көп болады, соған сәйкес мицелла түзілуге қажетті БАЗ-дың ерітіндідегі концентрациясы да аз болады.

2) Коллоидты электролит деп аталатын ионогенді БАЗ үшін энергетикалық балансты есептегенде мицелла зарядының пайда болу процесіндегі зарядталған электр жұмысының шығымын ескеру қажет (олардың бетіндегі біртекті зарядталған иондардың жақындасуы).

Ионогенді емес БАЗ үшін тізбектің бірдей ұзындығында МТКК төмен болу керек, өйткені олар үшін электрлік жұмыс шығымы біршама төмен.

3) Ионогенді және ионогенді емес БАЗ үшін температураның МТКК-ға әсері әртүрлі. Ионогенді БАЗ үшін молекулалардың жылулық қозғалысының дезагрегациялайтын әсерінің салдарынан температураның өсуімен МТКК да әдетте өседі. Бірақ, бұл әсер үлкен емес, өйткені жүйенің энтропиясының артуымен жүретін гидрофобты әрекеттесулермен әлсізденеді. Сондықтан неғұрлым БАЗ-дың гидрофобты қасиеттері жақсы көрсетілген болса, соғұрлым температураның МТКК-ға әсері әлсіз болады. Ионогенді емес БАЗ үшін МТКК әрқашанда температура өскенде азаяды. Бұны былай түсіндіруге болады, температура өскенде оттегінің эфирлі атомы мен су молекулаларының арасындағы сутектік байланыс бұзылады, оксиэтиленді тізбек дегидратацияланады және де агрегацияға кедергі жасайтын олардың өзара тебілуі азаяды.

4) МТКК мәні сондай-ақ қарама-қарсы иондардың гидратациялануы (гидрофильдік) азайғанда төмендейді.

5) Электролиттердің енуі (индифферентті) ионогенді БАЗ-дарда МТКК-ны төмендетеді және ионогенді емес БАЗ-дардың МТКК-сына әлсіз әсер етеді. Солюбилизация процесінде электролит еместердің енуі (органикалық еріткіштерде) мицеллалардың тұрақтылығының артуына әкеледі, яғни БАЗ-дың сулы ерітінділеріндегі МТКК-ның азаюына.

Солюбилизация болмаған кезде, ортаның ерігіштік қабілеттілігінің күшею әсерінен МТКК артады.
1.7 БАЗ мицеллаларының құрылысы
Мицелла құрылысын ионды мицелланың мысалында қарастырамыз. Жаңа көз-қарастарға сәйкес, ионды мицелла – 1-ші жуықтамадағы полярлы топтардың (ионогенді) қабатымен жабылған сұйық көмірсутектік ядродан тұратын жинақталған шар (сфера) түзілу. Ең алғаш шар тәріздес мицелла туралы түсінікті Гартли енгізген.

Полярлы топтардың бағыттылуына байланысты, бүкіл мицелла конденсацияланған қабыршаққа ұқсас, сұйық кристалды күйде болады. Көмірсутек фазасының реттелген құрылысы капиллярлық қысым туғызады (мицелла бетінің қисықтығынан пайда болатын), ұсақ сфера тәрізді мицеллаларда капиллярлы қысым жүздеген атмосфераға жетеді. Соның салдарынан мицелланың ядросының диаметрі екі толығымен созылған тізбектің ұзындығынан кіші болады.

Полярлы (ионогенді) топтардың (олардың әрқайсысымен жанасатын –СН₂ – тобымен бірге) қабаты ядро бетінен 0,2-0,5 нм-ге шығып тұрады және сулы фазада орналасқан. Нәтижесінде мицелланың «кедір-бұдырлығы» туралы айтады. Кедір-бұдырлық мицелланың көршілес зарядталған группалардың арасына түскен қарсы иондардың диффузиялық қабаттағы қалған иондарға қарағанда олармен берік байланысуына әкеледі.

Осыған орай ионды мицелланың қос электрлік қабатының (қ.э.қ.) іші ионогенді БАЗ топтарынан түзілген, сырты- диффузиялы орналасқан «байланған» және бос қарсы иондардан тұрады. Ионды мицелланың бетінде қ.э.қ. болуы олардың электрофоретикалық қозғалғыштығын және ерітіндінің электрөткізгіштігін шарттайды: қарсы иондардың бөліктері байланысуға кеткен λ-с қисығында сынық сызық береді.

МТКК жақын концентрацияда ерітіндіде сфералық мицелла түзіледі. БАЗ концентрациясын арттырғанда мицеллалық ерітінді агрегацияның белгілі санымен, көлемімен және мицелланың пішінімен сипатталатын тепе-теңдіктегі күйлер қатары арқылы өтеді.

Баз концентрациясының артуы аса күрделі, цилиндр және пластина тәрізді мицеллалардың пайда болуына (Мак-Бен мицелласы) және мезоморфты фаза деп аталатын және өз құрылыстарымен ерекшеленетін бірнеше псевдофаза арқылы өтетін процестерде жүйенің гель тәрізді құрылысына әкеледі.

1.8 БАЗ мицелласын қолданудың қазіргі кездегі аспектілері
Қазіргі кезде БАЗ халық шаруашылығының барлық салаларында қолданылады. Бұл қолданулар осы қосылыстардың әртүрлі қасиеттеріне негізделген.

Мицеллалы ерітіндінің негізгі қасиеттерінің бірі БАЗ мицеллаларының құрылысынан туындайтын солюбилизация болып табылады, яғни берілген еріткіште аз немесе мүлдем ерімейтін заттарды мицеллаға енгізу, бұл мицеллалы еріткіштерде заттарлың ерігіштігінің күрт өсуіне әкеледі.

Солюбилизация қазіргі халық технологиясын кең тараған, ал органикалық еріткіштердің орнына қолданылады, мицеллярлы катализ, эмульсиялық полимеризация механизмінде, аналитикалық мақсатта заттарды бөлу және кедейленген қабаттардан мұнай алуда маңызды рөль атқарады. Кері мицеллада солюбилизация құрғақ тазалау процестерінде қолданылады. Биологиялық жүйелерге де солюбилизацияның маңызы зор.

Сондықтан бұл құбылыс терең зерттеуді қажет етеді.

1.9 Солюбилизация. Солюбилизация құбылысы
«Солюбилизация » терминін ғылымға алғаш рет мицелланы ашқан Мак-Бен енгізді. Ол бөлшектері осы затты сіңіретін алдын –ала коллоидты жүйе түзу арқылы ерітіндіге берілген еріткіште ерімейтін затты ауыстыратын ерекше амалды белгілейді. ГЛБ сандары 15-18-ге тең коллоидты БАЗ, солюбилизатор болып табылады, яғни ерігіштігін жоғарылататын заттар, ал әсер ету механизмі мицелла түзілумен және мицелланың еріткіш және сорбциялық қасиетіне байланысты. Мицелла сіңірген зат- солюбилизат-мицелланың әртүрлі жерлерінде ішінен сыртқы бөлігіне дейін мицелланың табиғаты мен молекула құрылысына тәуелді локализациялануы мүмкін. Сонда солюбилизациялық ынтықтылық тура және кері мицеллаларға бірдей дәрежеде тән. «Адсорбция » термині сияқты «солюбилизация» термині де көп мағыналы; бұлай мицелалық ерітіндіге заттың өту процесі де, ауысқан заттың бірдей мөлшері де (абсолюттік және салыстырмалы) белгіленеді.

БАЗ молекуласының және солюбилизат құрылысына байланысты мицеллаға кіру сипаты де әртүрлі болуы мүмкін (2-сурет). Полярсыз заттар (көмірсутектер) мицелланың ішкі көмірсутекті бөлігінде ериді (2а-сурет).

Полярлы заттар, мысалы спирттер мицеллада БАЗ молекулаларының арасында орналасады (2ә-сурет). Ионды емес БАЗ ерітіндісінде солюбилизация кезінде солюбилизат молекулалары мицелланың ішіне енбей, ретсіз, бүктелген оксиэтилен тізбегінің бетінде орналасуы мүмкін (2б-сурет).

1

2

3

4

а) ә) б)

2-сурет. БАЗ мицелласындағы солюбилизация.-а) полярсыз

көмірсутектері, ә) полярлы заттар, б) ионогенсіз БАЗ

көмірсутектері.

Солюбилизация мицелланың ісінуіне және размерінің өсуіне әкеледі. Солюбилизация процесі ақырын жүреді, тепе-теңдік бірнеше күнде орнауы мүмкін. Араластыру және температураны жоғарлату тепе-теңдіктің орнауын тездетеді. БАЗ концентрациясының өсуіне байланысты солюбилизация да өседі, ерітіндідегі мицелла қайта түзіледі, бірақ солюбилизатпен қанықпауы мүмкін.
1.10 Солюбилизация сыйымдылығы
Солюбилизация 2 фаза арасындағы гидрофобты заттардың орналасуымен ерекшеленеді, шекті концентрациядағы Сm БАЗ шын сулы ерітіндісімен және коллоидты фазадағы мицелланың ішкі бөліктерімен (ядроларымен).

Сондықтан солюбилизацияны гидротроптан айыру керек, яғни еріткіштің молекулалық табиғатының өзгеруінен барлық БАЗ ерітінде заттардың жоғарғы ерігіштігі. БАЗ-дық коллоидты дисперсиядағы көмірсутектердің солюбилизациясы әрқашан қайтымды және термодинамикалық тепе-теңдіктің орнығуымен сипатталады. Бұл жағдайда солюбилизация кезінде жүйені өздігінен түзіледі деп санауға болады, яғни сәйкес келетін көмірсутектердің термодинамикалық тепе-теңдіктегі жоғары дисперсті (коллоидты) эмульсиялары деп санауға болады [4]. Солюбилизациялық сыйымдылық (салыстырмалы солюбилизация) S мицелладағы солюбилизат пен солюбилизатор молекуласының санының қатысымен анықтайды:

S=(C₂-C_2i)/(C₁-C_1i)=n₂/n₁ (1)

мұндағы C_і–брутто-концентрациясы (1-солюбилизатор, 2-солюбилизат); C_1i –мономердің концентрациясы; n_і –агрегация саны.

Мицелла ерітіндісі көмірсутегі макрофазасымен жанасқанда (солюбилизацияланатын заттың артық мөлшерінде) көмірсутегі өзінің макрофазасында және шын сулы ерітінділермен мицеллаларда тең таралады. Бұл жағдайда солюбилизацияның температураға тәуелділігі төмендегідей:

(2)

мұндағы ∆Н сол.-солюбилизациялану энтальпиясы, көмірсутегінің макрофазадан мицеллаға ауысу энергетикасымен және солюбилизацияланғандағы мицелланың қайта құрылуымен анықталады.

1.11. Солюбилизация құбылысының физико-химиялық негіздері.
Солюбилизация ерігіштікпен байланысты, ол соңғысы қаныққан ерітіндінің, яғни ерітіндінің еритін заттың таза фазасымен тепе-теңдікте болатын ерітіндінің концентрациясымен анықталады. Қандай болмасын заттың ауысуы (жылжуы) кәдімгі еру сияқты локальды шамалардың температурасы, қысымы мен құрамының функциялары болатын химиялық потенциалдар айырымының әсерінен болады. Еріген молекуланың (ионның) химиялық потенциалының μ жалпы формуласы:

μ= μ⁰+W +RTln(c)+KTlnf (3)

мұндағы μ⁰ –ауасыз кеңістіктегі молекуланың ішкі еркіндік дәрежесіне

сәйкес келетін химиялық потенциалдың бөлігі; W- ауасыз кеңістіктен бір молекуланы таза еріткішке апарғандағы істелген жұмыс; К-Больцман тұрақтысы; Т-абсолюттік температура; с-көлемдік концетрация (көлем бірлігіндегі молекула саны); Λ=h(2nmKT)^-1/2 – бір молекуланың де Бройль толқынның орташа ұзындығы; f-активтіліктің концетрациялық коэфициенті (KTlnf –шамасы) БАЗ-дың бір молекуласын концентрациясы C ерітіндіге және таза еріткішке апарғандағы істелген жұмыстың айырымы. (3) формуладан қай жерде берілген зат мүлдем жоқ (с=0), сол жерде оның химиялық потенциалы μ=-∞ және осыдан берілген заттың диффузиялық ауысуы міндетті түрде (егер мүмкін болса) химиялық потенциалы теңелгенше жүреді. Белгілеулер енгізейік: 1-БАЗ, 2-солюбилизат, α-мицелланың ішкі фазасы, β-сыртқы фаза (мицелланы қоршаған ерітінді ), γ-таза солюбилизацияланатын заттың фазасы. Мицелладағы және μ^γ фазадағы химиялық потенциал теңескенде μ (3) формуладан төменгі формуланы аламыз:

W(r)=KTln[c₂^γ /c₂(r)] (4)

мұндағы c₂(r)-мицелланың ішіндегі r нүктесіндегі солюбилизаттың локальдық концентрациясы; W(r)-солюбилизаттың бір молекуласының өз фазасынан γ осы нүктеге ауысқадағы жұмысы (мұнда жеткілікті ауыр мицелла солюбилизат пен масса орталығының жылжыуын ескермейді). W(r)-шамасы өзіне солюбилизат молекуласының БАЗ-бен және өзара әрекеттесуін енгізеді. (4)-шіден W(r)>0, өйткені c₂^γ >c₂(r), сондай-ақ солюбилизаттың бір молекуласы мицеллаға ауысқанда жұмыстан ұтылады. Ауысу жұмысы қысымның лапластық қысымның айырымын жеңуғе әкеледі.

W(r)= W^γα≈V₂(p^α-p^β) (5)

мұндағы V₂ –көмірсутектің парциалдық молекулалық көлемі. Сонда (4) формула мына түрге келеді.

V₂(p^α-p^β)≈KTln(c₂^α/c₂^β) (6)

(6) формуланы мицелланың беттік керілуін анықтауға қолдану қызықты. Егер c₂^α -ны көмірсутегі ядросындағы солюбилизаттың орташа реал концентрациясы деп есептейтін болсақ, (жуық шама дәл анықтау қиын ), онда көлемнің аддитивтілігін (1) формула арқылы табылады (сығылуды ескермесек).

c₂^α=n₂/(n₁V₁+n₂V₂)=1/(V₁/s+V₂)

c₂^γ=1/ V₂ (7) (1) формуланы қолданғанда.

Ендеше (6) формуланы былай жазуға болады:

∆p=p^α-p^β≈(KT/V₂)ln(1+V₁/V₂S) (8)

бұдан солюбилизациялық сыйымдылық S мәні капиллярлық қысымның (лапластық) айырымымен анықталады (жалпы жағдайда тасымалдау жұмысы). Бұл теңдік тек ∆p мәні оң шама болғанда орындалады, бұл деген мицелланың беттік керілуі солюбилизат қатысында оң болатынын көрсетеді. Бұл шынайы, өйткені көмірсутегі солюбилизацияланған кезде мицелла микроэмульсияның тамшысына айналады, бұл кезде γ≈σ ал, тұрақтылық шарты бойынша σ>0 болады. Тура мицеллаға 2 жағдай қайшы: гидрофобтық әсер мицеллаға көп молекуланы кіргізуге ұмтылады, σ мен γ аз болу үшін (бұл кезде γ тері таңбалы аймаққа өтуі мүмкін), ал γ азайған сайын, солюбилизация тез жүруі σ және γ өсуіне әкеліп соғады. σ өсуі полярлық топпен қапталмаған беттің бөлігінің көбейетінін көрсетеді. Көмірсутек ядросының кіндігінде қысыммен ғана анықталынатын (берілген температурада) химиялық потенциалы бар таза солюбилизат фазасы пайда болады. Оң беттік керілуінде p^α>p^β және μ₁^α>μ₂^β, сондықтан солюбилизат мицелладан өзінің макроскопиялық фазасына өте бастайды, нөльдік беттік керілуінде тепе-теңдік мүмкін болар еді. p^α=p^β , бірақ көмірсутек ядросының кіндігін қоршаған қабатында еріген потенциалдың онда сол молекулаларға қатысты химиялық потенциалдың μ₂ біркелкілігі бұзылады. Бұдан шығудың бір-ақ жолы бар, ол жол солюбилизаттың таза фазасының көмірсутек ядросының кіндігінде жоғалуы. Шындығында онда солюбилизат молекуласының біраз мөлшері болуы мүмкін.

Бұл (σ) жағдайда жалпы түрде былай жазуға болады.

W^γα=KTln(1+V₁/V₂S) (9)

мұндағы, W^γα –солюбилизат молекулаларының өздерінің таза фазасынан көмірсутек радикалына өткендегі орташа жұмысы.

(9)-шы өрнек (4)-тің (7)-ге жақындатылып жазылған орташа түрі. W^γα жұмысын тек қана капиллярлық қысым арқылы ғана емес, σ₀ – су-көмірсутек жанасу бетінің бірлік көлеміндегі адгезиялық жұмыс шамасы арқылы да өрнектеуге болады. Солюбилизаттың бір молекуласының тасымалдануы бос (полярлық топтармен толмаған) беттің өсуін тудырады.

W^γα=σ₀δA/dn₂=2σ₀V₂/R (10)

мұндағы, R-радикал ядросының радиусы. (9) және (10) өрнектерін біріктіре отырып, мына қатынасты аламыз:

2σ₀ /R=(kT/V₂)ln(1+V₁/V₂S) (11)

Бұл қатынасты солюбилизаттың сыйымдылықтың тәжірибелік шамасы бойынша σ₀ бағалауда қолдануға болады.

Жоғарыдағы қорытылған жалпы жағдайлар шар тәрізді мицеллаларға арналған. Осыған ұқсас талдауды басқа конфигурациядағы мицеллаларға да жүргізуге болады. Ол үшін солюбилизациялық сыйымдылыққа мицелла формасының қалай әсер ететінін білу керек. Егер тура мицелланың ядросындағы көмірсутектің солюбилизациясы туралы айтатын болсақ, онда мұндай талдаудың негізін мицелла түрімен байланыссыз (8) қатынасымен анықтайды. Ол қатынасты солюбилизациялық сыйымдылық үшін өрнектелген теңдеу түрінде жазуға болады:

S=V₁/V₂[exp(V₂∆p/kT)] (12)

Бұдан S-тің ∆p-ға тәуелді екені шығады.

Шар тәріздіден цилиндрлік түрге өткенде ∆p 2 есеге төмендейді (беттің қисықтығы екі есеге азаяды) және солюбилизациялық сыйымдылық тез көтеріледі.

Осылай термодинамикалық мәні солюбилизаттың мицелладағы және оның өз фазасындағы химиялық потенциалдарын теңестіруге әкелетін солюбилизация теориясын жасауға оңайлатылған қадам жасалынды.

1.12 Солюбилизацияны бақылау әдістері
Солюбилизацияны әртүрлі әдістермен жүргізуге болады.

Солюбилизацияны рефрактометриялық әдіспен зерттеу ерітіндідегі солюбилизацияланушы зат мөлшеріне байланысты БАЗ ерітіндісінің сыну көрсеткішін өлшеуге негізделген. Солюбилизатпен қаныққан ерітінділер үшін сыну көрсеткіші өседі және тұрақты мәнге жетеді. Сулы ерітіндіде көмірсутектің артық мөлшерінің пайда болуы эмульсия түзілуіне әкеледі, сондықтан дистперсті жүйенің лайлылығы тез өседі. Бұл солюбилизацияны турбидиметриялық әдіспен бақылауға мүмкіндік береді.

Солюбилизацияны МТКК анықтау әдісі ретінде де қолданады. Осы мақсатпен ерігіштіктің (көмірсутектің сулы ерітінділерінде) БАЗ концентрациясына тәуелділігін анықтайды. МТКК-мен төменде ерігіштік аз және БАЗ концетрациясына тәуелді емес, ал МТКК –нен жоғарыда концетрацияға байланысты сызықты өседі.(3-сурет). Сызықты өзгерісі солюбилизациялық сыйымдылықтың тұрақтылығын білдіреді. (S=const), яғни ол шар тәрізді мицеллаларға тән және МТКК-ге өткенде бұзылады.(3-сурет қара).

МТКК анықтаудың мұндай әдісі толық қолайлы емес, мұнда үшінші компоненттің қатынасуы МТКК шамасына әсер етеді. Көмірсутек молекулаларының аздау кезінде көмірсутек ядросының түзілуі жеңілдейді (құрастыру заттары әр түрлі болғанда тығыздау жеңілдейді) және сондықтан МТКН таза сулы ортадағыдан төмен болады [1].

с₁









с₂

МТКК₁ МТКК₂

3-сурет. Солюбилизация кезіндегі БАЗ концентрациясының (с₁)

ерігіштікке (с₂) тәуелділігі.

1.13 Солюбилизацияның қолданылуы

Солюбилизация құбылысы сабынды ерітінділердің жуғыштығын анықтайтын факторлардың бірі, яғни ол адамзат өмірінде ерте кезден бастап қолданылып келеді.

Мицелладағы солюбилизат молекуласын бағыттау және концентрлеу ортада еріген солюбилизирленген молекулалардың өзара және басқа заттармен химиялық әрекеттесуінің кинетикасын көрнекі түрде өзгертеді.

Кейбір жағдайларда солюбилизация химиялық әрекеттесу жылдамдығының белгілі мөлшерде артуымен жүреді, мұның негізінде химиялық кинетиканың жаңа бағыты-мицеллярлы катализ жатыр.

Солюбилизация құбылысы қанықпаған көмірсутектердегі эмульсиялық полимерленуде, каучуктің сулы дисперсиясы-латекстерді синтездеуде маңызды роль атқарады.

Бұнда полимерлену процесі көмірсутекті эмульсиялардың тамшысында емес, құрамында солюбилизацияланған көмірсутегі бар мицеллада жүреді. БАЗ жоғары концентрациясында және салыстырмалы солюбилизациясының жоғары шамасында мицеллалар өлшемі S белгілі мөлшерде артады. Мұндай термодинамикалық тұрақты жүйелер микроэмульсиялар деп аталады.

Құрамында мицелла түзуші БАЗ, кәдімгі БАЗ (с₅-с₁₂ спирт көбінесе), көмірсутек және суы бар төрткомпонетті микроэмульсиялы жүйелер, сол сияқты құрамында осылардан басқа, электролиттері бар бескомпонетті жүйелер пласттардың мұнай беруін арттыру проблемасында маңызы артты.

Мұнай өндіру арттыруда мицеллалы ерітінділеріндегі жүйелерді қолдану келесі жағдайға негізделген өндіру скважинасының айналасында бірнеше қашықтықта орналасқан, қосымша скважиналарға олардың нақты көлемі құйылады. Осы қосымша скважинаға одан соң құрамында электролиттің қажетті мөлшері бар суды айдалып енгізіледі. БАЗ-дың артық мөлшерде концентрациясы бар микроэмульсия мұнай кені арқылы өтіп, кеннен мұнайды өндіру скважинасына итере отырып, мұнайды кеннен тазалайды.

Микроэмульсиялы жүйелердегі мұндай әрекеттің механизмі әлі ашылған жоқ. Осы бағыттағы соңғы зерттеулер, пласт арқылы жүретін ерітіндінің өзіндік фазаларының арасындағы беттік керілудің төменгі мәні мұнай (қабаттарының ) қабықшалардың эмульгирленуіне және оның ішкі заттан (кеннен) бөлінуіне әкеледі деген қорытынды жасауға мүмкіндік береді [10].

1.15 Зерттеу нысанының сипаттамасы
Солюбилизациялайтын қабілеті бар БАЗ ерітінділерінің зерттеу нысаны қатты кір сабын болып табылады.

Сабын, жоғары майлы (с₈-с₁₈) нафтен және шайыр қышқылдарының тұздары; бірден-бір негізгі жуғыш заттар болып табылады. Осы қышқылдардың суда ерігіш тұздарының (калий, натрий, аммоний және үшаммоний этанол) техникалық қоспаларын сілтілі сабындар деп атайды, ал ІІ,ІІІ және басқа да қатар элементтерінен тұратын (мысалы: Са, Мg, Ni және т.б.) суда ерімейтін тұздарды-металды сабындар дейді.

Сілтілі сабындарды негізінен стеарин , пальмитин, лаурин, олейн, нафтен қышқылдарынан, канифол және талл майынан алады.
Кесте 1. Зерттеу нысаны 64 %-дық кір сабын (ІІІ-топ). ГОСТ-30266-95.

Көрсеткіштердің аталуы	ІІІ топтағы кір сабынға арналған мөлшері
Сапалық саны: (май қышқылының массасы, кір сабынның 100г бөлігіне шағып есептеген массасы), Граммнан кем емес.	64,0
Бос көмірқышқыл содасының массалық үлесі, %-бен (100г бөлігіне шағып есептелген масса) жоғары емес.	1,0

Қатты кір сабынды молекулалық массасы (М(С₁₇Н₃₅СООNa))=306г/моль тең натрий стеараты деп есептейді.

ІІ Тәжірибелік бөлім

2.1 Натрий стеаратының солюбилизациялау қабілеттілігінің әдістемесі

Аппаратура, ыдыс және реагенттер:

Концентрациялы фотоэлектрлі калориметрі КФК-2.

2 класты АДВ-200м аналитикалық таразысы.

кюветалар №10.800.

Сыйымдылығы 100,50 см³ өлшеуіш колбалар.

Сыйымдылығы 50 см³ тығыны бар конус түрлі колбалар.

Өлшеуіш пипеткалар, сүзгіштер.

Сүзгі қағаздары, дистильденген су.

Натрий стеараты (берілген жағдайда 64 % -дық құрғақ кір сабын пайдаланылады, оны натрий стеараты деп есептейді).

Судан ІІІ деген бояу (Судан ІІІ-тің орнына басқа бояуларды ала беруге болады).

Бензол (Судан ІІІ еритін басқа органикалық еріткіштерді қолдана беруге болады).

2.2 Ерітінділер дайындау
А-ерітіндісін дайындау:

Сыйымдылығы 100 см³ өлшеуіш колбаға концентрациясы 8,4∙10^-3 моль/л –ге тең натрий стеаратының ерітіндісін дайындайды. Бұл үшін 64 %-дық кір сабынның 0,3991 г өлшендісін құрғақ өлшеуіш колбаға салып, белгіге дейін дистильденген сумен толтырады да, араластырады.

В-ерітіндісін дайындау:

Сыйымдылығы 50 см³ өлшеуіш колбаға концентрациясы 0,0825 г/л –ге тең судан ерітіндісін дайындайды. Бұл үшін суданның 0,0042 грамм өлшендісін аналитикалық таразыда өлшеп, құрғақ өлшеуіш колбаға салады да, нөльдік белгіге дейін бензолмен толтырып, араластырады.

Жұмыс барысы

Конус тәрізді колбаларға А ерітіндісін біртіндеп екі есе сұйылту арқылы ерітілген натрий стеаратының 6 ерітіндісін дайындайды. Дайындалған әрбір натрий стеаратының ерітіндісіне 5-10 мг суданды (скальпельдің ұшындағы мөлшері ) қосады. Колбаны тығынмен жауып, қоспаны жақсылап сілку арқылы араластырады, 60 минут тыныштықта ұстайды да, сүзгі қағаз арқылы сүзеді.

Сонымен қатар конус тәрізді колбаларда В ерітіндісін біртіндеп сұйылту арқылы бензолмен судан ІІІ-тің бензолдағы 6 ерітіндісі дайындалады.
2.3 Оптикалық тығыздықты өлшеу
Дайындалған натрий стеараты ерітіндісінің оптикалық тығыздығын, фотоэлектроколориметрде, №10.080 кюветасында жарық өткізу облысы (590±1)нм сәуле сүзгісін қолдану арқылы өлшейді. Ерітіндіні кюветаға құяр алдында бірнеше рет дистильденген суды қолданады.

Сонымен қатар судан ерітіндісінің де оптикалық тығыздығын өлшейді. Салыстыру ерітіндісіне бензолды алады.

2.4 Нәтижелерді өңдеу
Сабынның концентрациясы (берілген жағдайда С₁₇Н₃₅СООNa) мынадай жолмен табылады.

Өлшенді массасы (құрғақ 64%-дық сабынның)= 0,3991г

V(су)=100см³=0,1дм³

0,3991г құрғақ қатты кір сабын 100%

х 64% х=

m(С₁₇Н₃₅СООNa)=0,2554г

См(С₁₇Н₃₅СООNa)= моль/л

Кесте 2. Натрий стеаратының концентрациясына байланысты судан (ІІІ) – тің солюбилизацияланғандағы зерттеу нәтижесі.

№	ПАВ ерітінділерінің концентрациясы		Оптикалық тығыздық Д	S-ауданның ∙102 г/л	Sм∙10 г/моль
	г/л	103 моль/л
1	2,543	8,4	0,275	12,15	1,47
2	1,272	4,2	0,26	11,5	2,74
3	0,636	2,1	0,115	5	2,38
4	0,318	1,1	0,1	4,35	3,96
5	0,159	0,6	0,095	4	6,67
6	0,079	0,3	0,0825	3,6	12,0

Кесте 3. Судан ІІІ-тің бензолдағы ерітіндісін зерттеу нәтижелері.

№	Судан ІІІ концентрациясы ∙102 г/л	Оптикалық тығыздық Д
1	8,25	0,19
2	4,13	0,085
3	2,07	0,05
4	1,04	0,03
5	0,52	0,007
6	0,26	0,005

Оптикалық тығыздығы бойынша калибрленген графиктен ерітіндінің бірлік көлеміндегі солюбилизациялаушы бояудың мөлшерін анықтайды.

Берілген БАЗ ерітіндісінің мольдік солюбилиздейтін қабілетін Sм, алынған S мәнінің БАЗ концентрациясына қатынасымен есептейміз:

Sм=

мұндағы, с-ерітіндідегі БАЗ концентрациясы, моль/л.

Д, S және Sм БАЗ концентрациясына (натрий стеараты) тәуелділігінің графигін тұрғызады.

Бастапқы концентрация осіне тәуелді бөліктері, экстраполяциялау жолымен МТКК анықтайды.
2.5 Тәжірибе нәтижелерін талқылау

Тәжірибеден алынған нәтижелер 4 – 7 суреттермен көрсетілген.

Д

0,3

0,2

0,1

2 4 6 с_ПАВ∙10^-3 моль/л

4-сурет. Оптикалық тығыздықтың үш компонетті жүйедегі (БАЗ- бояу-

су) БАЗ концентрациясына тәуелділігі.

4-суретте берілген үшкомпонетті жүйе (БАЗ-бояу-су) мәліметтері бойынша , натрий стеаратының концентрациясы өскенде, жүйенің лайлануының артуына байланысты оптикалық тығыздық артады. БАЗ концентрациясы 2,1∙10^-3 моль/л болғанда қисықта сынық байқалады, ол мицелла түзілудің дағдарыстық қоюлығына сәйкес сфералық мицелланың түзілуін дәлелдейді.

Бірақ, берілген МТКК төменделуі мүмкін, себебі үш компонетті жүйеде (БАЗ –бояу-су) мицелла түзілуі екі компонетті жүйеліге (БАЗ-су) қарағанда төменгі концентрацияда жүреді, ол бір сәтте көмірсутегінің солюбилизациялау жолымен мицелланың ішіне кіруінен.

5-суретте келтірілген зерттеу нәтижелері толығымен Бугер-Ламберт-Бер заңына сәйкес келеді:

Д=E ∙c ∙l

Оптикалық тығыздық Д, судан ІІІ концентрациясына тура пропорционал тәуелділікте өседі.Өте төмен концентрацияларда, МТКК сәйкес келетін, коллоидты БАЗ сулы ерітінділерінде, 20-дан 100 молекулалары бар және бөлшектерінің өлшемдері жұқа аралықта таралуымен сипатталатын сфералық мицеллалар түзіледі.
Д

0,3

0,25

0,2

0,15

0,1

0,05

2 4 6 8 10 12 с_{судан ∙10}² г/л

5-сурет. Оптикалық тығыздықтың Д судан ІІІ концентрациясына

тәуелділігі.

Сәйкес критикалық концентрацияда - МТКК₂, МТКК ₃ және т.б. [3], БАЗ концентрациясын жоғарылатқанда мицелла бір түрден басқа бір түрге ауысады (цилиндр тәрізді және т.б.).

Нартий стеаратының концентрациясын жоғарлытқанда, солюбилизациялайтын бояудың S көлем бірліктегі (солюбилизациялайтын қабілет 6-суретті қараңыз) мөлшері өседі.

БАЗ концентрациясы 2,1∙10^-3 моль/л болғанда МТКҚ ауданына сәйкес келетін қисықтың сынуы байқалады.
S∙10²

г/л 11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0 МТКК₁ МТКК₂

1 2 3 4 5 6 7 8 9 с _ПАВ∙10^-3 моль/л

6-сурет. БАЗ концентрациясына солюбилизациялау қабілетінің

тәуелділігі.

Төменде МТКК₁-ғы судан ІІІ ерігіштігі аз және БАЗ концентрациясына тәуелді емес, ал жоғарыда МТКК₁-сызықты өседі. Солюбилизациялаудың бастапқы сатысындағы сызықтық солюбилизденетін сыйымдылығының (S₁=const) тұрақтылығын көрсетеді, ол сфералық мицеллаға тән және МТКК₂ өткенде бұзылады МТКК ₂ натрий сеаратының 4,2∙10^-3 моль/л концентрациясына сәйкес келеді.

Алынған мәліметтерге сүйене отырып, натрий стеараты ерітіндісінің мольдік солюбилизациялаушы қабілеті Sм есептелінеді.

S∙10²

г/л 11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 с _ПАВ∙10^-3 моль

7-сурет. Мольдік солюбилизациялау қабілетінің Sм БАЗ

концентрациясына тәуелділігі.

7-суреттен МТКК₁ сәйкес келетін минимумды көруге болады. Осындай жолмен жүргізілген зерттеулер, натрий стеаратының концентрациясы 2,1∙10^-3 және 4,2∙10^-3 моль/л болғанда ерітінділерінің қасиетінің өзгеруі болады және ол өзгеру МТКК₁, МТКК₂-сәйкес келеді.

Қорытынды

1. Үшкомпонетті жүйеде (БАЗ – бояу -су) натрий стеаратының солюбилизациялық қабілетін зерттеу МТКК₁ және МТКК₂-ң сәйкес болатын БАЗ концентрацияларына 2,1∙10^-3 және 4,2∙10^-3 моль/л көрсетті.

2. Берілген тәжірибе нәтижелердің дәлдігін арттыру үшін басқа да әдістермен ары қарай зерттеуді қажет етеді.

3. БАЗ-дың беттік активті қасиеттерінің және мицеллалық құрылым ерекшеліктерінің өзара байланысын ерітінді көлемінде, сондай-ақ әртүрлі фазаларындағы шектерінің активті қабаттарында ары қарай зерттеу беттік құбылыстардың физико-химиялық дамуы үшін және де БАЗ-ды әртүрлі жағдайға қолданылуын ғылыми тұрғыдан түсіндіруге жол ашады.

Әдебиеттер тізімі

1. 
   Мицеллообразование в растворах поверхности-активных веществ /А.И. Русанов-СПб: Химия, 1992-250с
   
2. 
   Фридрихсберг Д.Э. Курс коллоидной химии. Учеб. для вузов. 2-е изд., перераб. и доп.-Л: Химия, 1984-368 с.
   
3. 
   Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии.- Под ред. Ю.Г. Фролова и А.С. Гродского – М: Химия, 1986-216 с.
   
4. 
   Ребиндер П.А. Успехи коллоидной химии. М: Наука,1973-930с.
   
5. 
   Межфазные слои полиэлектролитов: (синтетические полимеры) /Мусабеков К.Б., Жубанов Б.А., Измайлова В.Н., Сулим Б.Д.-Алма-Ата: Наука, 1987.-112с
   
6. 
   «Химия: наука, образование, промышленность. Возможности и перспективы развития» Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию академика А. Бектурова. 15-16 ноября 2001г. Том 2.-Павлодар: ПГУ им. С. Торайгырова, 2001, 572с.
   
7. 
   Абрамзон А.А. Поверхностно-активные вещества. Свойства и применение. А., «Химия», 1975, 275 с.
   
8. 
   Практикум по коллоидной химии. Учеб. пособие для хим.- технол. спец. вузов / Баранова В.И., Бибик Е.Е., Кожевникова Н.М и др., под ред. Лаврова И.С. – М.: Высш. шк., 1983-216 с,
   
9. 
   Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. М.: Химия, 1975. 512 с
   
10. 
    Щукин Е.Д., Перцов А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия. М.: Изд-во МГУ, 1982г, 352с.