11

Лекция 1

1. Предмет коллоидной химии. Историческая справка.

2. Дисперсные системы: характерные признаки и количественные характеристики.

3. Классификация дисперсных систем.

4. Получение дисперсных систем.

Предмет коллоидной химии

Коллоидная химия – наука о дисперсных системах и поверхностных явлениях.

Название «Коллоидная химия» произошло от греческого слова kolloid - клееподобный. Термин «коллоид» ввел шотландский химик Томас Грэм в 1861 г. Он обнаружил, что некоторые вещества, например, желатина, агар-агар, кремниевая кислота, при выпаривании водного раствора не кристаллизуются, а образуют студенистые осадки. Кроме того, скорость их диффузии через мембрану очень мала. Некоторые из этих веществ обладают клеющим действием. Подобные вещества и были названы Грэмом «коллоидами». Он писал: «Так как желатина представляет собой особый тип веществ, было предложено обозначать вещества этого типа названием “коллоиды” и трактовать о такой форме агрегации, как о коллоидном состоянии материи. Противоположным коллоидному является кристаллическое состояние материи. Вещества, принадлежащие к данной форме состояния материи, следует обозначать названием кристаллоиды. Коллоиды представляют собой динамическое состояние материи, кристаллоиды – статическое».

К началу XX в. было открыто много веществ с типичными коллоидными свойствами, разработаны методы получения, очистки и стабилизации разнообразных коллоидных систем, созданы методы их изучения, в т.ч. и методы измерения размера частиц

В 1906-1910 гг. – профессор Горного института Санкт-Петербурга П.П. фон Веймарн выдвинул фундаментальный принцип универсальности

коллоидного состояния вещества: «Коллоидное состояние не является обособленным, обусловленным какими-либо особенностями состава вещества. При определенных условиях каждое вещество может быть в коллоидном состоянии».

Прямым следствием принципа универсальности стало введение понятия о дисперсном (раздробленном) состоянии вещества и в связи с этим осознание важнейшей роли процессов, протекающих на межфазной поверхности. С этого времени коллоидная химия становится самостоятельной дисциплиной со своими объектами, методами и практическими приложениями.

Первая треть XX в. – период плодотворного и быстрого развития коллоидной химии. В этот период за работы в области коллоидной химии были присуждены четыре Нобелевские премии. Лауреатами стали:

– австрийский химик Р. Зигмонди (1925 г.) – «за установление гетерогенной природы коллоидных растворов и за разработанные в этой связи методы, имеющие фундаментальное значение в современной коллоидной химии»;

– французский физик Ж. Перрен (1926 г.) – «за работу по дискретной природе материи и, в особенности, за открытие седиментационно-диффузионного равновесия»;

– шведский ученый Т. Сведберг (1926 г.) – «за работы в области дисперсных систем» (прежде всего за создание ультрацентрифуги для определения размеров высокодисперсных частиц и макромолекул);

– американский физикохимик И. Ленгмюр (1932 г.) – «за открытия и исследования в области химии поверхностных явлений».

Один из основоположников коллоидной химии в нашей стране – Антон Владимирович Думанский. Он создал первую в России лабораторию коллоидной химии (Киев, 1904 г.) и Государственный НИИ коллоидной химии (Воронеж). В 1934 г. по инициативе и активном участии А.В. Думанского в Воронеже состоялась Первая Всесоюзная коллоидная конференция.

А. В. Думанский является одним из основателей нашего Университета и первым заведующим кафедрой физической и коллоидной химии. По его инициативе в 1923 году на агрономическом факультете Воронежского сельскохозяйственного института (ВСХИ) было создано технологическое отделение, которое стало готовить специалистов для сахарной, крахмалопаточной, жировой, бродильной и кожевенной промышленности.

В 1929 г. технологическое отделение было реорганизовано в технологический факультет.

3 июня 1930 г. технологический факультет был преобразован в вуз – Воронежский институт пищевой промышленности народного комиссариата торговли РСФСР (ВИПП).

А.В. Думанский широко использовал физические методы для изучения коллоидных систем. С помощью калориметра изучал взаимодействие дисперсной фазы с растворителем. Разработал новые методы определения связанной воды и общие принципы лиофилизации дисперсных систем. В 1935 г. основал в нашей стране «Коллоидный журнал».

А.В. Думанский – автор учебного пособия «Дисперсность и коллоидное состояние вещества» (1932 и 1934 гг.), оригинального учебника «Учение о коллоидах», который трижды переиздавался.

В 1932 г. А.В. Думанский удостоен большой Менделеевской премии.

Огромный вклад в развитие коллоидной химии внес американский физико-химик, нобелевский лауреат (1932 г.) Ирвинг Ленгмюр. Он создал теорию мономолекулярной адсорбции газов на твердых поверхностях и установил существование предела адсорбции. В 1916 г. развил теорию строения адсорбционных слоев на поверхности жидкостей и показал, что в насыщенных слоях ориентированность молекул позволяет проводить расчет их размеров. Впервые начал разработку теории агрегативной устойчивости коллоидных систем, предложив осмотический механизм стабилизации частиц дисперсной фазы.

Большой вклад в развитие коллоидной химии внесли русские ученые – академики П.А. Ребиндер и Б.В. Дерягин. П.А. Ребиндер является основоположником новой науки – физико-химической механики дисперсных систем, выделившейся в 60-е годы 20-го столетия из коллоидной науки. Кроме того, П.А. Ребиндер создал теорию образования лиофильных систем и внес неоценимый вклад в развитие учения о стабильности коллоидных систем, ввел в научный обиход представления о структурном факторе стабилизации, открыл явление адсорбционного понижения прочности твердых тел, названное его именем (эффект Ребиндера).

Академик Б.В. Дерягин является одним из авторов общепризнанной теории устойчивости лиофобных коллоидных систем, разработанной независимо от него и голландскими учеными Фервеем и Овербеком.

Современная коллоидная химия существенно расширила свои границы и из раздела физической химии выделилась в самостоятельную науку. И надо сказать, современная коллоидная химия – одна из немногих наук, название которой не соответствует содержанию. Она получила это название раньше, чем сформировалась в самостоятельную науку. В некоторых странах она переименована в "Поверхностные явления", "Поверхностные явления и дисперсные системы".