КОЛЛОИДНЫЕ СИСТЕМЫ

1. Развитие представленийо коллоидных системах

Изучение коллоидных систем было начато в середине 19 века. Английский ученый Томас Грэм установил, что некоторые вещества, обычно трудно растворимые в воде, при определенных условиях все-таки образуют однородные растворы. Однако в отличие от обычных веществ они в этих растворах образуют не кристаллические, а аморфные осадки, их частицы медленно диффундируют и не способны проходить через полупроницаемую мембрану. Все это указывало на большой размер этих веществ в растворе. Поэтому Грэм разделил все вещества на два класса: обычные или кристаллоиды и клееподобные или коллоиды. Кристаллоиды образуют истинные растворы, а коллоиды – коллоидные растворы.

В работах русских ученых Борщова, Веймарна и Менделеева было показано, что такое деление веществ неправомерно, потому что одно и тоже вещество может быть получено как в кристаллоидном, так и в коллоидном состояниях. Например, хлористый натрий образует с водой истинный раствор, а с бензолом дает коллоидный раствор. Таким образом, стало ясно, что кристаллоиды и коллоиды это не разные классы, а разные состояния вещества.

В настоящее время коллоидными растворами называют ультрамикрогетерогенные системы, представляющие собой смеси, в которых скопление атомов или ионов образуют частицы размером 10^-9-10^-7м равномерно распределенные в однородной среде другого вещества. Следовательно, коллоидные системы состоят из двух фаз: совокупность скоплений атомов или ионов в виде частиц представляют прерывную или дисперсную фазу, а однородная окружающая среда, в которой распределены такие скопления, называется дисперсионной средой.

2. Классификация и разновидности дисперсных систем

Коллоидные системы представляют собой частный вид дисперсных систем. Дисперсными системами называются просто неоднородные смеси различных веществ. Неоднородными или гетерогенными называют такие системы, в которых присутствует граница раздела между взвешенными частицами фазы и молекулами окружающей среды. Эта граница появляется тогда, когда размер частиц фазы значительно превышает размер молекул окружающей среды. В однородных или гомогенных системах такой границы раздела не существует из-за почти одинакового размера растворенного вещества и молекул окружающей среды.

Обычно дисперсные системы классифицируют по размеру частиц фазы, по агрегатному состоянию дисперсной фазы и среды, а также в зависимости от природы среды и отношения частиц фазы к окружающей среде и друг к другу.

По размеру частиц фазы дисперсные системы подразделяют на коллоидные и микрогетерогенные системы. В коллоидных системах размер частиц в пределах 10^-9-10^-7м, поэтому они имеют высокий молекулярный вес – порядка десятков и сотен тысяч, медленно диффундируют, не проходят через полупроницаемые мембраны, но не задерживаются обычными фильтрами. Коллоидные частицы невидимы в обычном оптическом микроскопе, но их можно наблюдать в ультра и электроном микроскопах. Коллоидные растворы относительно устойчивы, как и истинные растворы прозрачны, но в отличие от них способны рассеивать свет, давая явления Фарадея-Тиндаля и опалесценции. К типичным коллоидным системам относятся дым, туман, коллоидные растворы труднорастворимых соединений в воде.

В микрогетерогенных системах размер частиц свыше 10^-7м, их растворы в отличие от коллоидных полностью неустойчивы. Частицы задерживаются всеми фильтрами и их можно наблюдать в обычном микроскопе. К типичным микрогетерогенным системам относятся эмульсии, пены, аэрозоли, суспензии, порошки.

По агрегатному состоянию дисперсной среды и дисперсной фазы различают 8 дисперсных систем:

1. газ-жидкость, например, туман, облака;

2. газ-твердое тело, например, дым, пыль;

3. жидкость-газ, пример, жидкие пены;

4. жидкость-жидкость – эмульсии, молоко

5. жидкость-твердое тело – коллоидные растворы труднорастворимых веществ;

6. твердое тело-газ – твердые пены: пемза, хлеб;

7. твердое тело-жидкость – различные минералы, жемчуг;

8. твердое тело-твердое тело – различные сплавы металлов, бетон.

Коллоидные системы в общем понимании представляют собой растворы, поэтому их еще называют золями от латинского слова solutus– растворенный. И в зависимости от природы растворителя: воды, спирта, эфира, воздуха различают соответственно гидрозоли, алкозоли, эфирозоли и аэрозоли.

Коллоидные системы различают также по силе взаимодействия частиц с окружающей средой и между собой. В случае когда частицы и молекулы дисперсионной среды имеют одинаковую полярность они взаимодействуют между собой и вокруг частиц возникают большие сольватные оболочки. Такие системы называются лиофильными, т.е. любящие жидкость. Если у частиц и молекул дисперсионной среды полярность группировок неодинакова, тогда частицы, либо вообще не имеют сольватных оболочек, либо они очень незначительны и такие системы называются лиофобными, т.е. боящимся жидкости. Кроме того, частицы дисперсной фазы способны взаимодействовать и между собой - такие системы называют связаннодисперстными, а если не взаимодействуют - свободнодисперстными.