تفكيك بين شیمي فيزيك و ترموديناميك
ترموديناميك: بررسي ماكروسكوپي متغير هايي مانند حجم، فشار، حرارت،غلظت و
ارتباط بين آنهاست . فقط مرحله ابتدايي و انتهايي را نگاه مي كند و مسير را مورد
توجه قرار نمي دهد .
ترمو ديناميك امكان پيش بيني را فقط توسط اختلالاف بين حالت اوليه و نهايي در
نظر مي گيرد . بنابراين قادر به تعيين پارامترهايي مثل سرعت نيست.ترموديناميك
بخشي از شيمي فيزيك است .
شيمي فيزيك: تاثير عواملي مثل حرارت، فشار، غلظت و پتانسيل شيميايي را با
استفاده از روابط ترموديناميكي بر واكنش هاي شيميايي، بر تركیب شوندگان و
محصولالات واكنش بررسي مي كند . هدف از بكار گيري اين علم درك تغييرات رخ
داده در حين واكنش شيميايي است .
ترموديناميك علمي است كه در شيمي فيزيك مورد استفاده قرار مي گيرد.
تعاريف اوليه:
(Law) قانون: فرموله كردن نتايج يك سري آزمايشات اوليه در يك زمينه خاص مي
باشد .
(Assuption ) فرضيه: يك فرضيه تلاش مي كند تا واقعيت هاي تجربي را به شكل
ساده تر و قابل فهم تر در آورد .
(Theory) تئوري يا نظريه: هنگامي كه اين فرضيه در مقابل آزمايش هاي متعدد
قرار گرفت و موفق عمل نمود و فرضيه هاي مخالف خود را حذف كرد آنگاه نام
نظريه يا تئوري را پيدا مي كند .
لازم است در هر تحقيق قانون را بدست آورد، فرضيه را براساس قانون تعريف كرد
و پس از موفق عمل كردن فرضيه ها بتوان تئوري يا نظريه لا زم را داد و آنقدر قوي
باشد كه بتواند نظريه هاي قبلي را تاييد يا تكذ يب كند .
نظريه هاي رنگرزي غالبا بر اساس علم شيمي فيزيك است و به جز مواد پيروي
رنگزاي پيگمنت تمامي رنگزاها از پديده جذب سطحي مي كنند .
تقسيم بندي مواد رنگزا:
دسته اول :
محلول در آب (اسيدي، مستقيم و..)
دسته دوم:
نامحلول در آب
الف) دسته اول نامحلول در آب: خمي، ديسپرس، گوگردي كه تمامي اين رنگزاها
در شرايط خاصي حل مي شوند و درهر حال قوانين جذب سطحي حاكم است ..
ب) دسته دوم نامحلول در آب: رنگدانه ها (Master Batch)) رنگرزي توده ،(Pigments)
رنگزاهاي محلول
رنگزاهاي محلول بر اساس جذب سطحي توسط ليف جذب مي شوند.اين پديده
تابع پديده انتقال است. يعني رفتن از يك فاز به فاز ديگر. پديده جذب علالاوه بر
انتقال به پديده نفوذ هم بستگي دارد. انتقال تابعي از آفينيته، پتانسيل شيميايي
و شرايط پتانسيل الكتريكي محلول رنگرزي است.
(Sorption ) جذب سطحي
(Sorbtion) جذب كلي = جذب سطحي + نفوذ به درون بستر
در اغلب رنگزاها جذب سطحي تابعي از انتقال و جذب كلي تابعي از نفوذ است.
تفسير يا تغيير دقيق فرايند رنگرزي و آناليز آن به دليل غيرهمگن بودن حمام رنگرزي
و همچنين فاز جامد با استفاده از سه نظريه اصلي شيمي فيزيك
: 1- مكانيك كوانتم 2- مكانيك آماري 3- ترموديناميك غير ممكن است . لذا براي
تفسير نتايجي كه بدست مي آيد احتياج به استفاده از مدل هاي فرضي مختلف
متناسب با سيستم رنگرزي داريم .
شرايط يك سامانه رنگرزي
در يك سامانه رنگرزي با سيستم مايع جامد مواجه هستيم، كه سسيتم مايع
بسيار ساده تر از جامد است.
فاز مايع به دليل تجمع رنگزا هاي كلوئيدي و ديسپرس بودن آن فاز غير همگن
است كه از شرايط ايده آل به شدت دور مي باشد .
فاز جامد به دليل وجود قسمت هاي آمورف، نيمه آمورف و كريستالي يك محيط
غير همگن بوده است كه موجب مي گردد يك سامانه رنگرزي از شرايط ايده -
آل به شدت دور باشد.
بررسي نحوه توزيع ماده رنگرا حداقل بين دو فاز
(فاز جامد ليف، فاز مايع حمام رنگرزي)
هدف شيمي فيزيك اين است كه براي تامين اهداف زير مورد بررسي قرار
گيرد:
تعادل رنگرزي
سينتيك رنگرزي
تعادل در رنگرزي
- تعيين زمان تعادل
- نحوه توزيع مقادير مختلف از رنگزا در دماي ثابت بين دو فاز (ايزوترم جذب)
- تمايل مواد رنگزا (پتانسيل شيميايي رنگزا در ليف و مايع)
سينتيك رنگرزي
- اهميت نفوذ
- تعيين ضريب نفوذ در حالت هاي ساكن و غير ساكن
- معادلالات ارائه شده براي سينتيك هاي تجربي رنگرزي
تعادل
تعادل در رنگرزي يك تعادل ماكروسكوپيك است كه در آن غلظت با تغيير زمان تغيير
نمي كند . مهاجرت وجود دارد يعني سيستم ساكن نيست يعني غلظت در دو
فاز علي الرغم مهاجرت و ديناميك بودن سيستم ثابت است. در بررسي تعادل
مسير پيموده شده مورد توجه قرار مي گيرد يك سيستم خاص مثلا رنگزا مورد
بررسي واقع مي شود.
تعادل رنگرزي يك تعادل ديناميكي است.
تعادل يك تعادل ديناميكي است. يعني در سطح ميكروسكوپي مولكول رنگزا به
عمل اتصال خود به ليف و خروج از آن با سرعت جذب و دفع يكسان ادامه ميدهد.
تنها استثنا در اين مورد رنگزاهاي راكتيو و مشابه هستند.
در مورد كالاهايي كه با اتصالالات غير قابل شكست در انرژي هاي معمول رنگرزي
مي شوند. تعادل در حد سكون بر قرار است.