2.2. Поверхностные явления

Поверхностные явления в коллоидах играют первостепенную роль, так как, являясь микрогетерогенными системами, коллоиды характеризуются колоссальной поверхностью раздела между час­тицами дисперсной фазы и дисперсионной среды. Наличие силь­но развитой поверхности в коллоидных растворах объясняет мно­гие физико-химические особенности этих систем. Поэтому можно сказать, что коллоидная химия — это физическая химия дисперс­ных систем и поверхностных явлений.

2.3. Адсорбция

Концентрирование вещества, равномерно распределенного в одной из фаз дисперсной системы, на границе раздела фаз называется адсорбцией.

Адсорбция обусловлена наличием адсорбционных сил, имею­щих различную природу. Различают межмолекулярные (ван-дер-ваальсовы) и химические (ионные, ковалентные) силы.

Иногда адсорбция, начавшись на поверхности, распространя­ется вглубь частицы. Такой процесс называют абсорбцией; если та­кое поглощение сопровождается химическим взаимодействием, то процесс носит название хемосорбции.

Вещество, способное адсорбировать на своей поверхности другое вещество или ионы, называется адсорбентом. Адсорбируемое нещество называется адсорбтивом.

Явления адсорбции, абсорбции и хемосорбции объединены об­щим понятием сорбции.

Процесс адсорбции обратим. Частицы в адсорбционных слоях совершают колебательные движения, то приближаясь к адсорбен­ту, то удаляясь от него. Некоторые из них могут выходить за пре­делы действия сил притяжения адсорбента. В этом случае наблю­дается обратный процесс — десорбция.

Со временем система приходит в состояние адсорбционного равновесия:

Адсорбция Десорбция.

Адсорбция носит избирательный характер. Так, например, ак­тивированный уголь хорошо поглощает хлор, но не адсорбирует оксид углерода.

Процесс адсорбции экзотермичен и, следовательно, в соответ­ствии с принципом Ле-Шателье, с повышением температуры ад­сорбция уменьшается и равновесие сдвигается в сторону процесса десорбции.

Все растворимые вещества по их способности адсорбироваться на границе раздела фаз делятся на две группы: поверхностно-активные (ПАВ) вещества и поверхностно-неактивные. Характер­ной особенностью ПАВ является то, что молекулы их содержат дне части: полярную гидрофильную (растворимую в воде) и непо­лярную гидрофобную (в воде нерастворимую). При растворении таких веществ в воде они погружают свои гидрофильные группы в моду, а гидрофобная часть располагается выше уровня воды, т. е. как бы торчит из воды (рис. 2.1).

Если же поверхностно-активное вещество равномерно распределено в одной из двух несмешивающихся жидкостей, то оно концен­трируется на границе раздела этих двух фаз (рис. 2.2).

Обычно углеводородный радикал гидро­фобный, а функциональные группы —ОН, —СООН, —NH₂ и т. д. — гидрофильные. Чем длиннее углеводородный радикал, тем меньше растворимость его в воде, но тем выше стано­вится его способность к адсорбции. Эта зако­номерность получила название правила Трау- бе—Дюкло. Это правило применимо к разбав­ленным растворам.

Процессы адсорбции происходят и в живых организмах. Роль твердого тела играют мембраны и коллоидные частицы. Так, ве­щества, образующиеся после переваривания в желудочно-кишеч­ном тракте белков, углеводов и т. д. (это соответственно амино­кислоты, глюкоза и т. д.), попадают в кровь и адсорбируются из крови на внешней мембране клеток. Только после этого процесса клетка поглощает эти питательные вещества (служащие либо ис­точником энергии, либо строительным материалом клеток).

Одно из главных свойств адсорбции — ее избирательность. На способности адсорбентов избирательно поглощать растворенные вещества основаны хроматографические методы анализа, позво­ляющие разделять сложные смеси на отдельные фракции. Впер­вые этот метод использовал русский ботаник М. С. Цвет (1903) для разделения зеленого вещества растений — хлорофилла — на составные части. Хроматографию широко применяют при разде­лении и очистке лекарственных веществ, витаминов, аминокис­лот, ионов, углеводородов нефтяных фракций и др.

В последние годы широкое распространение получили методы ионообменной хроматографии.