Ə. A.ƏLBƏndov

        

  Bir komponentli sistemlərin faza diaqramları

. Fazaların 

və  faza  tarazlıqlarının  davamlılıq  şəraitlərini  müəyyən  etməyə 

imkan verən diaqramlar faza diaqramları və ya hal diaqramları 

adlanır.  Bir  komponentli  sistemlər  üçün  fazalar  qaydası  aşağı-

daki kimi yazılır: 

                            C = 3 - F                                        6.3 

 

→

← 

→

← 

→

← 

→

← 

→

← 

→

← 

← 

→ ← 

→

 

203

(6.3) tənliyindən görünür ki, bir fazalı sistemlər iki, ikifazalı 

sistemlər  bir,  üç  fazalı  sistemlər  isə  sıfır  sərbəstlik  dərəcəsinə 

malikdirlər.  Bu  sistemlər  uyğun  olaraq  bivariant,  monovariant 

və invariant sistemlər adlanır.

 

   

Misal olaraq şəkil 6.1-də suyun hal diaqramı verilmişdir.  

Diaqramda əyrilərin arasında qalan sahələr bir fazalıdır (C = 

2). Əyrilər iki faza arasında tarazılıq şəraitini müəyyən edir (C = 

1).  OS  əyrisi  qaynama  prosesi 

tarazlığını  əks  etdirir.  Qaynama  əyrisi 

böhran  nöqtəsi

  adlanan  S  nöqtəsində 

qurtarır. Bu temperaturdan yuxarı tem-

peraturda  heç  bir  təzyiqdə  maye  su 

almaq mümkün deyildir. 

Su 

böhran 

temperaturu 

və 

təzyiqdən  yuxarı    ifrat  hal    adla-nan 

xüsusi hala keçir. Maddənin  xassələri 

bu  halda  qazın  və  mayenin  xassələri 

arasında aralıq mövqe tutmuş olur. 

OB əyrisi ərimə əyrisini ifadə edir. Təzyiqi artırdıqda ərimə 

temperaturu müəyyən dərəcədə azalır ki, bu da təziyiqin artması 

ilə hidrogen rabitələrinin qırılması ilə bağlıdır. Əksər maddələr 

üçün  təzyiqin  artırılması  ərimə  temperaturnun  az  dərəcədə  art-

masına səbəb olur. 

OA

  əyrisi  süblümasiya  prosesini,  yəni  bərk  haldan  maye 

fazasına  keçmədən  qaz  halına  keçməsini  ifadə  edir.  OD  əyrisi 

suyun qeyri-stabil (metastabil) halını təsvir edir. Metastabil ha-

lın yaranması hadisəsi  ifratsoyuma adlanır. 

O

 nöqtəsində isə üç faza arasında tarazlıq mövcüd olur. Belə 

nöqtə üçlü nöqtə  adlanır. Su üçün üçlü nöqtədə  təzyiq 610 Pa, 

temperatur isə 273,15K təşkil edir. 

 

                           

Şəkil 6.1.Suyun hal 

diaqrammı

 

 

204

6.3. ADSORBSĐYA TARAZLIĞI

 

 

Səth enerjisi. 

Kondensləçmiş  halda olan  maddə daxilində 

hissəciklərin  qüvvə  sahəsi  onu  əhatə  edən  hissəciklərin  qüvvə 

sahəsi tərəfindən neytrallaşdığı halda, səthdə  yerləşən hissəcik-

lərin səthdən xaricə qüvvə sahələri açıq qalmış olur. Bu qüvvə 

sahələrinin  yaratdığı  enerji 

səth  enerjisi

  adlanır  (şək.6.2, 

A...B). 

Səth  enerjisi  anlayışı  adə-

tən qaz-bərk maddə fazalarının 

ayırıcı sərhəddinə aid edilir.

 

 

Kondensləşmiş 

fazalar 

(maye-maye, maye-bərk mad-

də) sərhəddi üçün “fazalarara-

sı enerji” terminindən istifadə 

olunur.  Maye-qaz  fazalarının  ayırıcı  sərhədi  üçün  isə  səth 

enerjisi  səthi  gərilmə  adlanan  “xüsusi  səth  (1m

2

)  enerjisi”  ilə 

xarakterizə olunur. Səthi gərilmə fazalar ayrıcının vahid səthinin 

əmələ gəlməsinə sərf olunan işlə (C/m

2

) ölçülür.  

 Adətən səth enerjisi dedikdə səthin əmələ gəlməşınin  Hib-

bs  enerjisi  dəyişməsı  (∆G  )  nəzərdə  tutulur.  Hibbs  enerjisi  də-

yişməsı isə xüsusi səth enerjisinin (σ ) fazalar ayrıcının sahəsinə 

(S) vurma hasili ilə xarakterizə olunur: 

                                        

                              ∆G =  σS                                          

6. 4 

 

Xüsusi səth enerjisi bu və ya digər maddənin təbiəti ilə bağ-

lıdır.  Maddənin  hissəcikləri  arasında  qarşılıqlı  təsir  enerjisi  nə 

qədər yüksək olarsa xüsusi səth enerjisi bir o qədər böyük olar. 

Temperaturun  artması  xüsusi  səth  enerjisinin  artmasına  səbəb 

olur.  

Şəkil 6.2. Səth enerjisinin 

sxematik təsviri 

 

 

205

Böhran  temperaturundan  kənar  hallarda  dissosiasiya  et-

məyən mayelər üçün xüsusi səth enerjisi (səthi gərilmə) tempe-

raturun artması ilə xətti azalmaya məruz qalır: 

 

                       σ =  σ

0 

– α (T - T

0

) 

 

Burada  σ

0 

- T

0

  

 temperaturunda  səthi   gərilməni  göstərir. 

 α  = 

0,1mC/m

2

.K.  Böhran  temperaturu  (bax  6.2)  yaxınlı-

ğında səthi gərilmə sıfıra bərabər olur.                                 

Adsorbsiya. 

Bu və  ya digər maddə hissəciklərinin (qaz və 

ya  həllolmuş  hissəciklərin)  digər  maddə  tərəfindən  tutulması 

prosesi ümumi halda sorbsiya, hissəcikləri tutan maddə isə sor-

bent

 adlanır.  

Əgər  maddə  fazaların  ayırıcı  səthində  tutulursa    belə  sorb-

siya tipi adsorbsiya adlanır. Bu zaman maddə hissəciklərini öz 

səthində  saxlayan  maddəyə  adsorbent,  adsorbsiya  olunma  qa-

biliyyətinə malik maddəyə adsorbtiv, adsorbent tərəfindən tutul-

muş maddəyə isə adsorbat deyilir. Adsorbsiya sorbsiyanın şəkil-

dəyişmə formalarından biridir. 

Əgər bu və ya digər maddə hissəciklərinin hər hansı maddə 

tərəfindən  tutulması  maddənin  bütün  həcmi  boyu  baş  verirsə, 

belə sorbsiya tipi  absorbsiya  adlanır. 

Adsorbsiya  miqdari  olaraq  maddənin  adsorbentin  səthində 

adsorbsiya olunmuş qatılığı ilə onun məhlulun həcmindəki qatı-

lığı arasındakı fərqlə (Q) ölçülür. 

Əgər  adsorbsiya  qüvvələrı  vandervaals  qüvvələri  ilə  əla-

qədar olarsa belə adsorbsiya fiziki, kimyəvi qüvvələrlə əlaqədar 

olarsa kimyəvi (xemesorbsiya) adsorbsiya  adlanır.  

Adsorbsiyanın termodinamikası.

 Adsorbsiya öz-özünə ge-

dən proses olduğundan Hibbs enerjisi dəyişməsı mənfi qiymətlə 

xarakterizə olunur: 

 

206

 

                               ∆G

ads.

  <  0 

       

Adsorbsiya  ekzotermik  proses  olduğundan  həmçinin  yaza 

bilərik: 

  

                                ∆H

ads.

 < 0 

     

Adsorbsiya adətən qaz fazasından qaz-maye, qaz-bərk mad-

də  fazalarının  ayırıcı  səthində  və  ya  maye  fazadan  maye-bərk 

maddə  fazalarının  ayırıcı  səthində  baş  verdiyindən  adsorbsiya 

prosesində adsorbsiya olunan hissəciklərin nizamlılığı baş verir. 

Odur ki, yaza bilərik: 

                     

                                 ∆S

ads

 < 0

 

 

Göstərilənlərdən  aydın  olur  ki,  temperaturun  artması  sis-

temin Hibbs enerjisinin artmasına səbəb olur və müəyyən tem-

peraturda (T

p

) adsorbsiya və ona əks proses olan desorbsiyanın 

sürətləri bərabərləşdiyindən sistemdə adsorbsiya tarazlığı adla-

nan  tarazlıq  bərpa  olunur.  Adsorbsiyada  iştirak  edən  maddənin 

A olduğunu qəbul etsək yaza bilərik: 

  

                               

adsorbsiya 

                          A                  A

ads. 

                                     desorbsiya 

 

Tarazlıq halında   ∆G

ads.

 = 0  və   ∆H

ads

= T

p

 ∆S

ad s

 

T>T

p

 olarsa tarazlıq desorbsiya istidamətində yönəlmiş olur. 

Odur ki, aşağı temperaturlarda maddənin adsorbsiya xassəsi, yü-

xarı temperaturlarda isə desorbsiya xassəsi üstünlük təşkil edir.  

 

207

Adsorbsiya  izotermi. 

Adsorbatın  adsorbentin  səthindən 

ayrılması prosesi desorbsiya adlanır. Verilmiş şəraitdə adsorbat-

adsorbent sistemində adsorbsiyanın sürəti desorbsiyanın sürətinə 

bərabərləşdikdə  adsorbsiya  tarazlığı  adlanan  dinamik  tarazlıq 

bərpa olunur.  Sabit temperaturda (T = const ) adsorbsiyanın (Q) 

adsorbatın  tarazlıq  qatılığından  (c)  və  ya  tarazlıq  parsial  təzyi-

qindən (p) asılılıq tənliyı Lenqmuyerin adsorbsiya izotermi tən-

liyi şəklində aşağıdakı kimi yazılır: 

 

                          

p

a

p

a

c

K

c

K

Q

Q

+

=

∞

1

                                    6.5a 

və ya 

                  

                         

p

a

p

a

p

K

p

K

Q

Q

+

=

∞

1

                                   6.5b 

 

Burada 

∞

Q

-adsorbentin səthinin tam tutulmasına (mono-mo-

lekulyar adsorbat təbəqəsinin əmələ gəlməsinə) cavab verən ad-

sorbsiya, c

p 

- adsorbatın tarazlıq qatılığı, p

p 

- tarazlıq parsial təz-

yiqi, K

a 

- isə adsorbsiya tarazlığı sabitidir.  

Q/

∞

Q

  nisbəti  adsorbentin  səthinin  adsorbatla  tutulma  dərə-

cəsi adlanır. Bunu θ ilə işarə etsək yaza bilərik: 

 

                                θ =

p

a

p

a

c

K

c

K

+

1

                                    6.6a 

 

  

                                 θ 

p

a

p

a

p

K

p

K

+

=

1

                                 6.6b 

 

208

Adsorbsiya  izotermi  qrafiki  olaraq  şək.6.2a-da  verilmişdir. 

Q

∞

 və K

a

-

ni müəyyən etmək üçün (6.7) tənliyinə əsaslanan 1/Q–

nün 1/c

p

-dən  asılılıq qrafikindən (şək. 6.2b) istifadə olunur. 

 

         1/Q=1/

∞

Q

+1/

∞

Q K

a

 c

p

                                                 

6.7 

 

Qrafikin  ordinat  oxundan  kəsdiyi 

parça 1/Q-ni ifadə edir. tgα = 1/

∞

Q K

a

. 

(6.5a)  və  (6.5b)  tənliklərini  analiz 

etsək  ğörərik  ki,  kiçik  qatılıqlarda  və 

ya kiçik parsial təzyiqlərdə K

a 

c

p 

<<

  1 

və  ya  K

a

p

p 

<<1  olduğundan  Lenq-

myuer  tənliyi  Henri  izotermi  adlanan 

tənliyə çevrilir:    

 

   

p

a

c

K

Q

Q

∞

=

                      6.8a 

 

   Q=Q

∞

K

a

p

p

                         

6.8b                      

 

Adsorbatın  kiçik  qatılıqlarında və ya parsial  təzyiqlərində 

adsorbsiya  qatılıq  və  ya  parsial  təzyiqlə  düz  mütənasib  olur. 

Yüksək qatılıqlarda (

p

a

c

K

Q

∞

 >> 1)  adsorbentin səthinin mak-

simum  tutulması  (monomolekulyar  təbəqənin  əmələ  gəlməsi) 

baş verir (Q=

∞

Q

). 

Səthi-aktiv  maddələr. 

Adsorbsiya  zamanı  maddənin  səth 

təbəqəsinin, eləcə də səthi gərilmə xassələri dəyişmış olur.

        

Adsorbsiya olunmuş maddə səthi gərilməni azalda (səthi-ak-

tiv  maddələr)  və  habelə  artıra  (səthi-inaktiv  maddələr)  bilər  və 

ya səthi gərilməyə təsir etməz. Sonuncu belə maddələr isə səthi 

qeyri-aktiv maddələr adlanır.  

∞

 

∞

 

Şəkil 6.2.  

Lenqmyuer izotermi 

(iki formada

) 

 

 

209

Göstərilən hallar içərisində səthi-aktiv maddələr geniş tətbiq 

sahələrinə  malikdir.  

Tərkibində  qeyri-polyar  hidrofob  (su  sevməyən)  və  polyar 

hidrofil (su sevən) qruplar olan maddələr səthi gərilməni azalt-

maq xassəsinə malikdir. Belə maddələr əsasən üzvi maddələrdən 

ibarətdir.

           

 

Molekulun  karbohidrogen  hissəsı  onun  hidrofob  hissəsini 

təşkil  edir.  Polyar  qruplara  isə  aşağıdakıları  misal  göstərmək 

olar: 

 

    – COOH,  – COO –,  – OH,   – SO

3

,  – NH

2 

 və s. 

       

Səthi-aktiv  maddələrə  valerian  turşusunu  (CH

3

-(CH

2

)

3

- 

COOH),  natrium  stearinatı  (CH

3

-(CH

2

)

16

–COONa)  misal  gös-

tərə bilərik. 

Səthi-aktiv maddənin səth aktivliyi  molekulun hidrofob his-

səsi ilə bağlıdır.  Belə ki, molekulun bu hissəsi polyar həlledici 

(su)  tərəfindən  itələndiyi  halda,  polyar  hissəsi  bu  həlledici  tə-

rəfindən cəzb olunur. Nəticədə səthi-aktiv maddə fazaların ayrıcı 

səthində adsorbsiya olunur. Bu zaman molekulun hidrofob his-

səsi  qaz  və  ya  qeyri-polyar  mayeyə,  hidrofil  hissəsi  isə  polyar 

mayeyə  və  ya  hidrofil  bərk  maddəyə  doğru  yönəlmiş  olur. 

Fazaların ayırıcı səthində səthi-aktiv maddənin qatılığı mayenin 

həcmindəki qatılığından bir neçə tərtib çox olduğundan, hətta az 

miqdarda  (01-0,1  küt.%)  səthi-aktiv  maddə  səthi  gərilməni  ki-

fayət qədər azaltmış olur. Məsələn, 298 K-də suyun səthi gəril-

məsi 72,8-dən 25 kC/m

2

-a qədər azalır. 

Səthi gərilmənin dəyişməsi mayelərin bərk maddələri islat-

masına  təsir  göstərir.  Bu  amildən  texnikada  geniş  istifadə  olu-

nur.  Məsələn,  parçaların,  metalların  yağ  mənşəli  çirklərdən  tə-

mizlənməsində səthi-aktiv maddələrdən istifadə olunur. 

 

210

Səthi-aktiv maddələrdən istifadə etməklə filizləri boş suxur-

lardan ayırırlar. 

Qeyd etmək lazımdır ki, səthi-aktiv maddələrdən geniş isti-

fadə  müəyyən  ekoloji  çətinliklərin  yaranmasına,  məsələn,  su 

hövzələrinin  çirklənməsinə  səbəb  olur.  Hal-hazırda  tərkibində 

səthi-aktiv  maddələr  olan  suyun  təmizlənməsi  üsulları  işlənib 

hazırlanmışdır. Bu zaman əsasən fermentlərin iştirakı ilə  bioloji 

oksidləşmədən istifadə olunur. 

Bərk  maddə-qaz  sərhəddində  adsorbsiya.

  Qazların  bərk 

maddə  tərəfindən  adsorbsiyası  adətən  adsorbentin  vahid  səthinə 

düşən adsorbatın molları sayı (mol/m

2

 və ya mol/sm

2

) ilə ölçülür. 

Adsorbsiya  izotermi  (6.5)  tənliyinə  görə  adsorbsiya  qazın 

parsial  təzyiqinin  artması  və  temperaturun  azalması  ilə  artır. 

Həmçinin  vahid  kütləyə  aid  edilən  adsorbsiya  adsorbentin  səth 

sahəsi ilə düz mütənasibdir. 

 Adsorbsiya adətən vahid həcmə və ya vahid kütləyə aid edi-

lən xüsusi səth sahəsi ilə xarakterizə olunur. Adsorbentin xırda-

lanma dərəcəsi və ya məsaməliliyi nə qədər yüksək olarsa onun 

xüsusi səth sahəsi bir o qədər artmış olar. Bərk maddəni xırda-

ladıqda  vahid  həcmə  (S

v

)  düşən  səth  xırdalanmış  hissəciklərin 

olçüsü (l ) ilə tərs mütənasibdir: 

 

                             S

v 

= 

l

K

V

S =

 

 

Burada K - sabit kəmiyyətdir. Kub formalı hissəciklər üçün  

K= 6. 

Adsorbsiya  adsorbentin  və  adsorbatın  təbiətindən  asılıdır. 

Ən çox tətbiq olunan adsorbentlərə yüksək xüsusi səth sahəsi ilə 

xarakterizə edilən aktivləşdirilmiş kömürləri misal göstərə bilə-

rik. Aktivləşdirilmış kömürlər yüksək kondensləşmə temperatu-

 

211

runa  malik  az  polyar  qazları  və  buxarları  (Cl

2

,  SO

2

,  NH

3

,  kar-

bohidrogenlər və s.)  yaxşı adsorbsiya etdiyi halda,  yüksək pol-

yarlığa  malik  qazları  və  buxarları  (məsələn,  H

2

O),  aşağı  kon-

densləşmə temperaturuna malik qazları (H

2

, N

2

, CO) adsorbsiya 

etmir. 

Silikat turşusu əsasında alınan hidrofil xassəli silikohel mə-

saməli adsorbent olub suyu və digər polyar qazları yaxşı adsorb-

siya edir. 

Adsorbentlərin  xüsusi  sinfinə  seolitlər  daxildir.  Seolitlər 

məsaməli quruluşlu alüminosilikatlardan ibarət olub 0,3 ÷ 1,5nm 

ölçülü boru şəkilli kanalcıqlara malikdir. Odur ki, seolitdən an-

caq uyğun ölçülü molekullar keçə bilir. Bununla əlaqədar seolit-

lər seçici adsorbsiya etmə qabiliyyətinə malikdir. Odur ki, seo-

litlərı molekulyar  ələklər də adlandırırlar. 

Müəyyən qazları metallar tərəfindən adsorbsiya olunma qa-

biliyyətinə görə aşağıdakı sıra şəklində göstərmək olar: 

 

                O

2 

> C

2

H

4 

> CO > H

2 

> CO

2 

> N

2 

 

Metallar içərisində qazları ən  çox adsorbsiya etmə qabiliy-

yətinə  ІV-VІІІ  qrupların  d-metalları,  ən  kiçik  adsorbsiya  qabi-

liyyətinə isə ağır p-metalları və d-səviyyəsi tamamlanmış metal-

lar daxildir. 

Bərk  maddə-maye  sərhəddində  adsorbsiya.

  Adsorbsiya 

olunan  hissəciklərin  tipindən  asılı  olaraq  molekulyar  və  ion 

adsorbsiya ayırd edilir. Đon adsorbsiyasına fəsil 8.9-da (ion mü-

badilə tarazlığı)  baxılacaqdır. 

Məhluldan  hissəciklərin  adsorbsiyasına  təsir  edən  amillər 

həlledicinin  təsirini  çıxmaqla  qaz  fazasından  adsorbsiyada  ol-

duğu kimidir. Həllolan maddə molekulları həlledici molekulları 

ilə qarşılıqlı təsirdə olmaqla yanaşı, adsorbentin səth molekulları 

 

212

ilə  də  təsirdə  olmaq  qabiliyyətinə  malikdir.  Odur  ki,  həllolan 

maddə molekullarının məhluldan adsorbsiyası bu təsirlərin nis-

bətindən asılıdır. Bir qayda olaraq polyar adsorbentlər polyar ad-

sorbatları qeyri-polyar həlledici mühitindən, qeyri-polyar adsor-

bentlər isə qeyri-polyar adsorbatları polyar həlledici mühitindən 

daha yaxşı adsorbsiya edirlər. 

Molekulların məhluldan xüsusi adsorbsiyası a (mol/kq) aşa-

ğıdakı tənliklə hesablana bilər: 

                         

m

V

c

c

a

)

(

0

−

=

                                        6.10 

 

Burada c

0

 

və c - adsorbatın adsorbsiyadan əvvəl və sonrakı 

qatılıği, V - məhlulun həcmi, m - isə adsorbentin kütləsidir. 

Xromatoqrafiya.  Sorbsiya  və  desorbsiya  proseslərinin  də-

fələrlə  təkrarlanmasına  əsaslanan  çoxkomponentli  sistemin  tər-

kib  hissələrinə  ayrılması  və  analizinin  dinamik  metodu  xroma-

toqrafiya metodu adlanır. 

Maye  və  ya  qaz  qarışığı  içərisində  qeyri-hərəki  vəziyyətdə  

sorbent  olan  kolonkadan  keçdikdə  qarışığın  komponentlərinin 

sorbentlə  qaz  və  ya  maye  axını  arasında  paylanması  baş  verir. 

Adsorbent  olaraq  silikoheldən,  alüminium  oksiddən,  aktivləş-

dirilmiş kömürlərdən, alüminosilikatlardan və s. istifadə olunur. 

Kolonkadan keçən qarışıq axınından ilk növbədə yüksək adsorb-

siya qabiliyyətinə malik maddə adsorbsiya olunur. Zəif adsorb-

siya  olunan  maddələr  xromatoqrafiya  kolonkasından  axınla  bi-

rinci olaraq çıxırlar. Adsorbent doyduqca kolonkadan daha yük-

sək  adsorbsiya  qabiliyyətinə  malik  maddələr  çıxmağa  başlayır. 

Beləliklə, çoxkomponentli qarışığın ayrı-ayrı komponentlərə ay-

rılması baş verir. Kolonkadan çıxan maddələri təyin etmək üçün 

istilik keçiriciliyin və ya elektrik keçiriciliyin təyininə və s. əsas-

 

213

lanan  fiziki  və  ya  kimyəvi  analizin  dinamiki  metodlarından  is-

tifadə olunur. 

Hal-hazırda  xromatoqrafiya  mürəkkəb  qarışıqların  tərkib 

hissələrinə  ayrılmasında  və  analizində,  yüksək  təmizliyə  malik 

maddələrin alınmasında və s. geniş isatifadə olunur