Կոագուլում

Անվան այլ կիրառումների համար տե՛ս՝ Անտագոնիզմ (այլ կիրառումներ)

Կոագուլում

Կոագուլում (լատին․՝ coagulatio - մակարդում, խտացում), կոլոիդային համակարգի դիսպերս ֆազի մանրացման աստիճանի փոքրացում, որը տեղի է ունենում առաջնային միցելների իրար կպչելու հետևանքով։

Կոագուլումը միշտ ուղեկցվում է դիսպերս ֆազի տեսակարար մակերեսի փոքրացմամբ։ Եթե միանում են հեղուկ մասնիկները, որը հատուկ է էմուլսիաներին, ապա երևույթը կոչվում է կոալեսցենցում։ Կոագուլումը մեծ մասամբ ավարտվում է մասնիկների նստեցումով՝ սեդիմենտացիայով, որի դեպքում պինդ ֆազը անջատվում է հեղուկ լուծույթից։

Կոագուլման փուլեր

Կոլոիդ համակարգի վիճակի փոփոխությունը, որ կապված է պինդ ֆազի դիսպերսման աստիճանի փոքրացման հետ, անցնում է երկու փուլով՝ *մասնիկի խոշորացում (կոագլում)

• պինդ ֆազի անջատում (սեդիմենտացում)։

Առաջին փուլի ժամանակ զոլում կատարվում է մասնիկների ագրեգացում, այսինքն՝ դիսպերսման աստիճանի անկում, բայց առանց տեսանելի որևէ արտաքին փոփոխության։ Այդ շրջանը անվանում են կոագուլման թաքնված շրջան։

Երկրորդ փուլը կապված է մասնիկների հետագա ագրեգացման հետ, սակայն այն ուղեկցվում է համակարգում ակնհայտ նկատելի փոփոխությամբ (պղտորություն, գույնի առաջացում և այլն), դա ավարտվում է պինդ ֆազի անջատումով։ Կոագուլման այս շրջանը կոչվում է բացահայտ կամ ակնհայտ կոագուլման շրջան, որը լիոֆոբ կոլոիդների մոտ շատ կարճ է տևում։

Կոագուլում կարելի է առաջ բերել կոլոիդ համակարգերի վրա տարբեր բնույթի գործոններ ազդելով, օրինակ, էլեկտրոլիտի կամ ոչ էլեկտրոլիտ ավելացնելով, երկարատև դիալիզով, լուծույթը խառնելով կամ թափահարելով, ուժեղ տաքացումով կամ սառեցումով, էլեկտրական հոսանքով կամ ճառագայթային էներգիայով ազդելիս։ Կոագուլում կարող է տեղի ունենալ նաև զոլում քիմիական փոփոխության հետևանքով (օրինակ, զոլի «ծերացում»)։ Քանի որ կոլոիդ լուծույթների կայունության հիմնական պայմանը նրանց էլեկտրական լիցքի առկայությունն է, այդ պատճառով կոագուլման հիմնական եղանակը տարբեր ճանապարհներով այդ լիցքերի չեզոքացումն է։ Շատ հաճախ դա արվում է կոլոիդների վրա էլեկտրոլիտ ազդելով։

Կոագուլման կրիտիկական պոտենցիալ

Հետազոտություներից պարզ է դարձել, որ բոլոր էլեկտրոլիտները, որոնք վերցված են բավական մեծ քանակությամբ, ընդունակ են կոագուլելու կոլոիդ լուծույթները; Դրա համար որպեսզի սկսվի կոագուլումը անհրաժեշտ է, որ էլեկտրոլիտի կոնցենտրացիան հասնի մի որոշ նվազագույն քանակի, որը կոչվում է կոագուլման շեմ։ Էլեկտրոլիտի այն նվազագույն կոնցենտրացիան (միլիմոլ՝ զոլի 1 լիտրում), որն առաջ է բերում բացահայտ կոագուլում, կոչվում է կոագուլման շեմ։

Մասնիկների ամենափոքր կայունությունը ստեղծվում է իզոէլեկտրիկ վիճակում, երբ ξ=0։ Սակայն կոագուլումն սկսվում է ոչ թե իզոէլեկտրիկ վիճակում, այլ զետա-պոտենցիայի այնպիսի արժեքի դեպքում, որ փոքր է ինչ-որ կրիտիկական արժեքից, որը կոչվում է կոագուլման կրիտիկական պոտենցիալ (ξ_կր)։ Շատ զոլերի կրիտիկական պոտենցիալի մեծությունը կազմում է 25-30 միլիվոլտ, հետևաբար էլեկտրոլիտների տարբեր կոագուլման շեմերին համապատասխանում է մոտավորապես միևնույն կրիտիկական պոտենցիալը։

Էլեկտրոլիտների կոագուլում

Էլեկտրոլիտի կոագուլող մասը այն իոնն է, որը կրում է կոլոիդ մասնիկին հակառակ լիցք, այսինքն՝ դրական զոլերի համար, օրինակ, Fe(OH)₃ կոագուլող իոններ են անիոնները, իսկ բացասականների համար, օրինակ, As₂S₃-ը, ցելյուլոզը՝ կատիոնները։ Էլեկտրոլիտի կոագուլող ընդունակությունը մեծ չափով է աճում այն իոնի արժեքականության մեծացման հետ, որը հենց կոագուլող իոնն է։ Համաձայն Շուլցի-Հարդիի կանոնի, բարձր արժեքականության իոնները ունեն կոագուլման ավելի փոքր շեմ, քան ցածր արժեքականության իոնները։ Տարբեր էլեկտրոլիտների կոագուլող հատկությունների համեմատությունը ցույց է տալիս, որ մի շարք կոլոիդ համակարգերի դեպքում տարբեր արժեքականության կատիոնների կոագուլող ընդունակությունների միջև գոյություն ունի հետևյալ մոտավոր հարաբերությունը՝

${\mathsf {Me^{+}.Me^{2}:Me^{3}=1:25:555}}$

Սակայն այստեղից չի կարելի եզրակացնել, որ կոագուլվող իոնի լիցքի մեծությունը միակ գործոնն է, որ որոշում է կոագուլման շեմը։ Այն կախված է նաև կոագուլվող իոնի բնույթից, էլեկտրոլիտի տեսակից, լուծիչից։ Օրինակ, բացասական լիցքավորված կոլոիդների համարտարբեր միավալենտ մետաղիոնների կոագուլող ընդունակությունը նույնը չէ և ըստ կոագուլող ընդունակության աճման դասավորվում են հետևյալ շարքով՝

${\mathsf {Cs^{+}>Rb^{+}>K^{+}>Na^{+}>Li^{+}}}$

Դրական լիցքավորաված զոլերի համար ըստ կոագուլող հատկության մեծացման միարժեք անիոնները դասավորվում են հետևյալ շարքով՝

${\mathsf {Cs^{+}>Cl^{-}>Br^{-}>NO_{3}^{-}>J^{-}}}$

Ալկալիական մետաղիոնների և անիոնների այդպիսի շարքերը լիոտրոպ անունն են կրում։ Ըստ երևույթին, առանձին իոնների տարբեր կոագուլող ընդունակությունը պետք է բացատրել նրանց սոլվատացման տարբեր աստիճաններով։ Ըստ Մյուլլերի տարբեր արժեքականության իոնների ազդեցության տակ կոլաիդների կոագուլումը բացատրվում է դիֆուզ շերտի էլեկտրաստատիկ սեղմամբ՝ էլեկտրաստատիկ տեսությամբ։ Էլեկտրոլիտների ազդեցությամբ կոլոիդների կոագուլման մյուս բացատրությունը Ֆրեյնդլիխի ադսորբցիոն տեսությունն է։ Այս տեսություններից յուրաքանչյուրը ժխտում է մյուսին։ Սակայն Ռաբինովիչը և նրա աշխատակիցները ցույց տվեցին, որ այդ երկու երևույթները՝ իոնների դիֆուզ շերտի էլեկտրաստատիկ սեղմումը և իոնների ընտրողական ադսորբցիան, տեղի ունեն միաժամանակ և կոագուլման հիմանական պատճառներն են։

Կոագուլումը էլեկտրոլիտների խառնուրդներում

Ձյան բյուրեղները և փաթիլներ մի մեքենայի պատուհանից

Կոլոիդ համակարգերի վրա որոշակի կոնցենտրացիայի էլեկտրոլիտների խառնուրդ ավելացնելիս տեղի են ունենում որոշակի երևույթներ։ Համեմատաբար հազվադեպ է տեղի ունենում էլեկտրոլիտների խառնուրդի կոագուլող ընդունակության ադիտիվությունը։ Այդպիսի գումարային ազդեցություն՝ ադիտիվություն են ցուցաբերում նատրիումի և կալիումի քլորիդները։ Ավելի հաճախ դիտվում է մի էլեկտրոլիտի կոագուլող ակտիվության անկում՝ մի ուրիշ էլեկտրոլիտի ներկայությամբ։ Նման փոխազդեցությունը անվանում են իոնների անտագոնիզմ։ Այդպիսի անտագոնիզմ են ցուցաբերում նատրիումի և կալիումի քլորիդները՝ երկաթի հիդրօքսիդի դրական զոլը կոագուլելիս։ Անտագոնիզմը բացատրվում է նրանով, որ էլեկտրոլիտներից մեկը ավելացված լինելով կոագուլման քանակից բավականաչափ քիչ, առաջ է բերում ոչ թե զետա-պոտենցիալի փոքրացում, այլ ընդհակառակը՝ մեծացում, որի պատճառով զոլը դառնում է ավելի կայուն։

Կոագուլման արագություն

Կոագուլման պրոցեսը ակնթարթորեն չի ընթանում, այլ նրա ավարտի համար պահանջվում է որոշակի ժամանակ։ Կոագուլման արագությունը որոշվում է միավոր ժամանակում իրար ձուլվող մասնիկների թվով։ Կոագուլումը նման է բիմոլեկուլյար ռեակցիաներին, որ երկու դեպքում էլ անհրաժեշտ է երկու մասնիկների հանդիպում։ Տարբերությունը կայանում է միայն նրանում, որ ռեակցվող մոլեկուլները ռեակցիայի հետագա ընթացքին այլևս չեն մասնակցում, որովհետև սպառվում են, իսկ մասնիկների ագրեգատները շարունակում են մասնակցել կոագուլման պրոցեսին, առաջացնելով ավելի բարդ ագրեգատներ, որոնք վերջ ի վերջո դիսպերս միջավայրից անջատվում են։

Կոագուլման արագությունը որոշվում է հետևյալ գործոններով։

• Ձգողական ուժի ազդեցության շառավղով, որը մասնիկների չափսի կարգի մեծություն է։ Կոլոիդ մասնիկի ազդեցության շառավղի մեծացումը նպաստում է կոագուլմանը։
• Բրոունյան շարժման արագությամբ, որը պայմանավորում է միավոր ժամանակում հանդիպող մասնիկների թիվը։ Այդ արագությունը որոշվում է դիֆուզման գործակցի միջոցով։ Դրանից հետևում է, որ ջերմաստիճանի բարձրացումից կոագուլման արագությունը պետք է մեծանա։
• Կոլոիդ լուծույթի կոնցենտրացիայով, որի մեծացումով մեծանում է միավոր ծավալում մասնիկների թիվը, հետևապես նաև մասնիկների հանդիպման հավանակությունը, այսինքն՝ նրանց միաձուլման հավանականությունը, ի վերջո, նաև կոագուլման արագությունը։
• Էլեկտրոլիտի կոնցենտրացիայի մեծացումով փոքրանում է կոագուլման շեմը և մեծանում կոագուլման արագությունը։

Տեսակներ

Տարբերում են՝

• դանդաղ
• արագ կոագուլում։

Դանդաղ կոագուլումն ընթանում է ժամերով, օրերով, իսկ արագը՝ վայրկյաններով։

Տես նաև

• Էմուլսիաներ

Գրականություն

• Ֆիզիկական և կոլոիդային քիմիա, Ս. Կ. Գրիգորյան
• John Gregory (2006), Particles in water: properties and processes, Taylor & Francis, ISBN 1-58716-085-4

Արտաքին հղումներ

• Vidéo sur la floculation(չաշխատող հղում)
• Floculation : liste des entreprises du domaine Արխիվացված 2007-09-29 Wayback Machine

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից  (հ․ 5, էջ 499)։