Лекция 5. Дисперсность и классификация коллоидных систем

5.1. Предмет коллоидной химии. Общие свойства коллоидных растворов. 5.2. Дисперсность коллоидных систем. 5.3. Классификация коллоидных систем.

5.1. Предмет коллоидной химии. Общие свойства коллоидных растворов

Рождение коллоидной химии как самостоятельной науки относят к 60-м гг. XIX в. Начало коллоидной химии положено работами английского ученого М. Фарадея. В 1857 г. М. Фарадей синтезировал коллоидные растворы (золи) золота – взвесь дисперсных частиц золота в воде размером от нескольких единиц до десятков нанометров.

Другое важное открытие, ставшее стартовой точкой коллоидной химии сделал в 1861 г. английский химик Т. Грэм, который обнаружил, что некоторые вещества (например, оксид алюминия, кремниевая, оловянная и титановая кислоты, желатин, агар-агар) при выпаривании водного раствора не кристаллизуются, а образуют студенистые осадки (гели).

Чтобы ясно представить себе, чем занимается коллоидная химия, надо ответить на вопрос, что такое коллоиды или коллоидные системы. Как показали многочисленные исследования правильнее говорить не о коллоидном веществе, а о коллоидном состоянии вещества. Исследования, проводившиеся на протяжении многих десятилетий, показали, что коллоидное состояние вещества, это высокодисперсное (сильно раздробленное) состояние, в котором отдельные частицы являются не молекулами, а агрегатами, состоящими из множества молекул. Поэтому им могут быть приписаны все термодинамические свойства фазы. Молекулы же среды, в которой диспергированы коллоидные частицы, образуют другую фазу. Следовательно, всякий коллоидный раствор является гетерогенной, многофазной (в простейшем случае двухфазной) системой в отличие от истинных растворов, которые являются гомогенными системами. Поскольку коллоидный раствор представляет гетерогенную систему, условием ее образования является нерастворимость (или очень малая растворимость) вещества одной фазы в веществе другой фазы, ибо только между такими веществами могут существовать физические поверхности раздела. Принятое определение коллоидных систем подтверждается характерными свойствами коллоидных растворов.

1. Все коллоидные растворы способны рассеивать свет, т. е. опалесцировать. Опалесценция становится особенно заметной, если через коллоидный раствор пропускать пучок сходящихся лучей, поставив между источником света и кюветой с раствором линзу. В коллоидном растворе, наблюдаемом при этом сбоку, виден ярко светящийся конус (конус Тиндаля). Это безусловно указывает на неоднородность коллоидных растворов.

2. Диффузия частиц в коллоидных растворах протекает весьма медленно.

3. Коллоидные растворы имеют очень малое осмотическое давление, которое часто даже трудно обнаружить. [Осмос - это самопроизвольное проникновение растворителя в раствор, отделенный от него полупроницаемой перегородкой, через которую может проникать растворитель, но не может проходить растворенное вещество. Осмотическое давление равно избыточному внешнему давлению, которое нужно приложить к раствору, чтобы прекратить осмос и в системе установилось равновесие.]

Два последних свойства (2 и 3) .указывают на то, что коллоидные растворы содержат относительно крупные частицы растворенного вещества.

4. Коллоидные растворы способны к диализу, т. е. с помощью полупроницаемой перегородки (мембраны) могут быть отделены от растворенных в них примесей низкомолекулярных веществ.

5. В отличие от истинных растворов, являющихся вполне устойчивыми (стабильными) системами, коллоидные растворы агрегативно неустойчивы (лабильны), т. е. коллоидно растворенное вещество способно сравнительно легко выделяться из раствора (коагулировать) под влиянием незначительных внешних воздействий. В результате в коллоидном растворе образуется осадок (коагулят, коагулюм), представляющий собой агрегаты из слипшихся первичных частиц.

6. Коллоидные растворы обычно (но не всегда) обнаруживают явление электрофореза, открытое Ф. Ф. Рейссом в России в 1808 г. Это явление заключается в переносе коллоидных частиц в электрическом поле к тому или иному электроду. Оно отличается от электролиза тем, что продукты электролиза выделяются на электродах в эквивалентных количествах; при электрофорезе же происходит заметный перенос вещества только в каком-нибудь одном направлении.

Коллоидные системы могут быть газообразными, жидкими и твердыми. В качестве примеров коллоидных систем можно привести обычный туман, дымы, растворы некоторых органических красителей и мыл, эмульсии (например, молоко), пемзу, рубиновое стекло и т. п.

Поскольку из сказанного выше ясно, что всякая коллоидная система представляет собой дисперсию одного тела (дисперсная фаза) в другом (дисперсионная среда), то вообще более правильно говорить не о коллоидах, а о коллоидных системах.

Таким образом, после всего изложенного можно дать определение коллоидной химии как науки. Коллоидная химия - это наука о свойствах гетерогенных высокодисперсных систем и о протекающих в них процессах. Следует подчеркнуть условность термина "коллоидная химия", т. к. подавляющее большинство процессов, характерных для коллоидных систем, являются физическими и физико-химическими. В принципе коллоидная химия - это физическая химия гетерогенных высокодисперсных систем.