Дата додавання: | Переглядів: 576 характеристик ПАР

| Наступна сторінка ==> Освіта і структура колоїдної міцели.

Поверхневі явища є галуззю науки, присвяченої вивченню особливих дисперсних систем - колоїдів. Однак поняття «колоїд» або «колоїдна система» вимагає уточнення, так як в різні часи і різними вченими в це поняття вкладався неоднаковий фізичний зміст, а разом з тим неоднакові завдання і зміст приписувалися і самої колоїдної хімії.

У зв'язку з цим і термін «колоїдна хімія» в даний час є дещо застарілим, тому що вона значно менше займається хімічним складом колоїдних систем і хімічними реакціями в них, ніж фізичною структурою, фізичними (і навіть механічними) властивостями і фізико-хімічними процесами, характерними для цих систем. Тому правильніше називати її фізико-хімією колоїдних систем. Оскільки, однак, в даний час коло досліджуваних нею дисперсних систем досить розширився, то точніше було б назвати її і ще більш загальним терміном - фізичної хімією дисперсних систем.

Область сучасної колоїдної хімії дисперсних систем, крім ліофобних золів, високомолекулярних сполук і їх розчинів, суспензій, емульсій, пен, аерозолів і твердих золів, включає ще одну практично важливу групу дисперсних систем, що отримала найменування «полуколлоідов».

У цю групу входять речовини, здатні з одним і тим же розчинником, в залежності від концентрації і температури, давати і молекулярні розчини та типові золі; до них відносяться мила, барвники і дубильні речовини.

Наведемо наступне найбільш сучасне визначення колоїдної хімії, що належить І.І.Жукову:

Поверхневі явища ставить своїм завданням вивчення фізико-хімічних властивостей:

а) всіх високодисперсних гетерогенних систем, кладучи в основу поверхневі явища на межі фаз;

б) високомолекулярних і високополімерних з'єднань - як в твердому стані, так і в стані розчину.

Значення колоїдної хімії надзвичайно великий, так як в ній вивчаються не тільки загальні питання пізнання фізичної сутності оточуючого нас матеріального світу, а й питання, тісно і безпосередньо пов'язані з проблемами самого життя, оскільки все живе складається з найскладніших комплексів речовин в колоїдному стані.

Важко назвати ту галузь промисловості, в якій в наш час колоїдна хімія не знаходила б свого практичного застосування. Такі, наприклад, галузі промисловості та виробництва, як харчова, текстильна, штучного волокна, шкіряна, гумова, синтетичного каучуку, пластмас, лакофарбова, миловарна, вибухових речовин, целюлозно-паперова, гидролизная, фармацевтична, збагачення руд (флотація) - найтіснішим чином пов'язані з колоїдно-хімічними процесами. Навіть в таких галузях промисловості, дуже далеких, здавалося б, від колоїдної хімії, як металургійна, гірничодобувна, нафтовидобувна і нафтопереробна, силікатна і будівельних матеріалів, все ширше впроваджуються методи колоїдної хімії.

Величезне значення мають колоїди і колоїдні процеси, і їх вивчення в сільському господарстві, в першу чергу для грунтознавства - в питаннях підвищення родючості грунтів.

Велико їх значення і в медицині.

У практичній діяльності ми рідко зустрічаємося з чистими речовинами, що складаються з одного компонента. Природні води, більшість мінералів, фізіологічні рідини (клітинний сік рослин, молоко, кров та ін.) Містять кілька компонентів.

Системи, що містять одне або декілька речовин у вигляді частинок (дисперсна фаза), розподілених в тому чи іншому середовищі (дисперсійне середовище), називаються дисперсними (від латинського dispersus). Слово "дисперсніст" означає подрібнення, роздроблення.

Ці системи діляться на однофазні - гомогенні і багатофазні - гетерогенні. Всі молекулярно-іонні розчини відносяться до гомогенним однофазним системам і називаються істинними розчинами.

В основу класифікації гетерогенних дисперсних систем покладено такі ознаки:

1. ступінь дисперсності, тобто розмір часток дисперсної фази;

2. агрегатний стан фаз;

3. інтенсивність взаємодії частинок дисперсної фази з
дисперсійним середовищем. ,

1. Розрізняють три класи дисперсних гетерогенних (неоднорідних) систем, що відрізняються розмірами частинок (d) дисперсної фази:

a) мікрогетерогенні або Грубодисперсні системи, d> 10-7м
(Суспензії, емульсії, порошки та ін.);

b) колоїдні або ул'трамікрогетерогенние системи, 10-9 <d <10-7м;

c) істинні розчини, d <10-9м.

Дисперсні системи, розмір часток дисперсної фази яких лежить в межах від 10-9 до 10-7м, відносяться до колоїдно-дисперсних і є основним об'єктом вивчення колоїдної хімії.

Таким чином, колоїдними системами називаються полідисперсні гетерогенні системи з величиною частинок дисперсної фази від 10-7 до 10-9 м.

Структурної і кінетичної одиницею колоїдних систем є не іон і не молекула в звичайному сенсі, а чи комплекс (агрегат), що складається з великого числа простих молекул, атомів або іонів, які називаються Міцели, або макромолекула, тобто молекула-полімер «гігантських» розмірів, що володіє молекулярною вагою в десятки і сотні тисяч вуглецевих одиниць.

2. По агрегатному стані розрізняють дисперсні системи з газоподібної, рідкої і твердим дисперсійним середовищем. Дисперсні системи з газоподібним дисперсійним середовищем називаються аерозолями (дим, туман). Водні колоїдні розчини називаються гидрозолей, спиртові - алкозолямі, ефірні -ефірозолямі і т.д. Затверділий золь, або відокремилася від дисперсійного середовища дисперсна фаза утворює гель.

Кожна дисперсна фаза і дисперсійне середовище можуть бути в трьох агрегатних станах: газоподібному, рідкому і твердому. Виходячи з цього, можна було б очікувати існування в природі дев'яти груп різних дисперсних систем, але система газ в газі не утворює агрегатів, а являє собою гомогенну суміш, яка не має поверхні розділу між фазами (табл. 21).

Таблиця 21

дисперсні системи

ДисперсійнаСереда Дисперсная фаза Система Газ Рідина Туман, хмари Газ Тверде тіло Дим, пил Рідина Газ Піна Рідина Рідина Емульсії (молоко, маргарин) Рідина Тверде тіло Суспензії, Колоїди Тверде тіло Газ Пемза, хліб Тверде тіло Рідина Перли Тверде тіло Тверде тіло Рубін, блакитна кам'яна сіль ■

3. За інтенсивністю взаємодії між частинками дисперсної фази і дисперсійним середовищем розрізняють два класи колоїдних систем: ліофіл'ние (від грецьких ліо - розчиняю і філіо - люблю) системи і ліофобні (від грецьких ліо - розчиняю і Фобос - страх) системи.

Ліофільними колоїдними системами є такі системи, в яких частинки дисперсної фази міцно пов'язують велику кількість молекул розчинника і також міцно утримують їх, якщо колоїд виділяється з розчину.

Ліофільні системи (розчини високомолекулярних сполук) внаслідок їх «любові» до розчинника утворюються мимовільно. Так, при приміщенні шматочка сухого желатину або крохмалю (стан гелю) в воду через деякий час в результаті гідратації гелю утворюється колоїдний розчин (золь).

Ліофобность колоїдними системами є такі системи, в яких частинки дисперсної фази дуже слабо взаємодіють з молекулами розчинника.

Для отримання золю гидрофобного колоїду необхідно затратити роботу (хімічну - отримання нерозчинної речовини в ході реакції, або фізичну - розтирання і ін.).

Колоїдні розчини виявляють яскраво виражені оптичні властивості. Просте спостереження показує, що розчини ліофільних колоїдів завжди каламутні (розчин желатину, альбуміну та ін.), А розчини ліофобних колоїдів майже завжди мають забарвлення (гидрозолей гідроксиду заліза - червоно-коричневу; гидрозолей берлінської блакиті - синю).

Було встановлено, що при проходженні світла через колоїдний розчин, колоїдні частинки розсіюють світло і тим більше, чим більше їх число і сильніше інтенсивність світла. Цей ефект отримав назву конуса Тиндаля, а інтенсивність світіння виражається законом Релея:

I = I0 k

де I - інтенсивність розсіяного світла; Iо - інтенсивність падаючого світла; k - константа, яка залежить від різниці показників заломлення дисперсної фази і дисперсійного середовища; n - число часток в одиниці об'єму, тобто концентрація частинок золю; V-обсяг частки дисперсної фази; λ - довжина хвилі падаючого світла.

Конус Тиндаля в колоїдному розчині є вираженням ефекту светорассеяния. Светорассеяніє досягається тільки тоді, коли величина частки, що розсіює світло, починає наближатися до величини довжини світлової хвилі. Справжні розчини такою властивістю не володіють. За цій властивості легко відрізнити справжні розчини від колоїдних.

Так як молекули деяких речовин за своїми розмірами можуть бути близькі до розмірів колоїдних частинок, то з цієї точки зору важко провести різку межу між справжніми і колоїдними розчинами. Все ж між ними є велика різниця: в той час як справжні розчини - термодинамічно стійкі системи, стійкість колоїдних розчинів з більшою або меншою швидкістю змінюється в часі.

Колоїдні розчини являють собою гетерогенні системи, що і є однією з причин їх нестійкості. Колоїдні розчини володіють великою вільної енергією поверхні і відповідно до другого початку термодинаміки прагнуть до рівноважного стану, що характеризується поділом системи на дві фази, які мають мінімальні межфазовие поверхні і, отже, мінімальну вільну поверхневу енергію.

Стійкість характеризується тривалістю перебування системи в незмінному стані. Розрізняють кінетичну і агрегатівную стійкість колоїдних систем.

Кінетична стійкість характеризується часом збереження рівномірного розподілу часток дисперсної фази по всьому об'єму дисперсійного середовища.

Агрегативна стійкість характеризується часом збереження незмінною ступеня дисперсності (подрібнення частинок) дисперсної фази колоїдної системи.

За допомогою ультрамікроскопа було встановлено, що колоїдні частинки знаходяться в інтенсивному броунівському русі. Чим дрібніше частинки, тим інтенсивніше рух, і навпаки, чим більше, тим менше швидкість їх руху. Одночасно з цим частки знаходяться під впливом сили земного тяжіння.

Таким чином, колоїдні частинки знаходяться під впливом двох взаємно протилежних сил: броунівського руху, який прагне рівномірно розподілити частки по всьому об'єму дисперсійного середовища, і сили тяжіння, яка прагне зібрати ці частинки на дні посудини. Чим більше частки, тим сильніше виявляється дія земного тяжіння, тим швидше вони відокремлюються від дисперсійного середовища і тим менше їх кінетична стійкість.

У природі колоїдні системи утворюються двома шляхами: конденсаційним і дисперсійним. Відтворення цих шляхів і лежить в основі методів отримання колоїдів.

У першому випадку колоїди виходять за рахунок з'єднання (конденсації) іонів або молекул з утворенням більш великих часток. Причиною викликає утворення таких частинок є пересичений стан даної речовини в середовищі іншої речовини, в якому перше знаходиться в розчиненому стані. Так, наприклад, при зниженні температури повітря, насиченого водяними парами, створюється пересичення, яке супроводжується утворенням туману; при зливанні спиртового розчину каніфолі з водою, утворюється золь мастики, так як каніфоль важко розчиняється у воді і внаслідок цього утворюються частинки каніфолі колоїдних розмірів.

У другому випадку - колоїди утворюються за рахунок роздроблення (диспергування) великих частинок до частинок колоїдних розмірів. Так, наприклад, для роздроблення глинистих мінералів застосовують кульові млини, що представляють собою ексцентрично обертові барабани з міцної сталі, частково заповнені кулями з того ж матеріалу.

Так як грунту в більшості випадків являють собою дрібні грудочки з злиплих між собою окремих частинок, в тому числі і колоїдних, то для поділу їх на окремі більш дрібні частинки застосовують хімічний метод роздроблення. У цьому випадку в якості реагенту зазвичай вживають розчини різних солей натрію і лугів. Такий метод роздроблення отримав назву пептізаціі.

Отримані колоїдні розчини очищають від домішок електролітній природи за допомогою діалізу. Діаліз заснований на здатності напівпроникних мембран пропускати частинки істинних розчинів і не пропускати колоїдні частинки, оскільки розмір пір напівпроникною мембрани менше ніж d частинки. Діаліз продовжують до відсутності якісної реакції на які визначаються іони або молекули. Іншим методом очищення колоїдних розчинів є ультрафільтрація.

| 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 |