Введение. Предмет и значение коллоидной химии

Коллоидная химия – это выделившийся в отдельную научную и учебную дисциплину раздел физической химии, объектом изучения которого являются дисперсные системы.

Дисперсные системы – это гетерогенные системы, у которых одна из фаз сильно раздроблена (диспергирована) и представлена объектами, имеющими очень малые размеры в 3, 2 или 1 измерениях. Необходимо различать дисперсную фазу – фаза, которая диспергирована до малых частиц, и дисперсионную среду - сплошную непрерывную фазу (она может быть жидкой, газообразной или твердой), в которой распределены частицы дисперсной фазы.

Реальные объекты живой и неживой природы, продукты и материалы, создаваемые человеком почти всегда являются дисперсными системами. Реальные тела – это, как правило, тела поликристаллические, волокнистые, слоистые, пористые, сыпучие, т.е. представляют собой ту или иную разновидность дисперсных систем. Таковы, например, металлы (не являющиеся монокристаллами) и сплавы, резина и пластмассы, адсорбенты и катализаторы, бумага и картон, строительные материалы, малярные и типографские краски, почвы и горные породы, дымы и туманы, ткани растительных и животных организмов. Сам человек – «ходячий коллоид» (И.И.Жуков). Таким образом, коллоидная химия изучает наиболее распространенное (универсальное) дисперсное состояние вещества. Это определяет ее место среди других химических дисциплин, которые рассматривают свойства веществ на двух уровнях организации материи: 1) на макроскопическом – изучение свойств гомогенных объемных фаз; 2) на молекулярном – изучение структуры и свойств отдельных молекул.

Объекты коллоидной химии занимают промежуточное положение по уровню своей организации: вещество диспергировано до микрочастиц, которые, однако, сохраняют свою фазовую определенность и в отличие от гомогенных молекулярно-дисперсных систем отделены от среды границей раздела. Отсюда следует важнейшая особенность дисперсных систем – наличие огромной суммарной поверхности раздела между фазами. А это ключевой принципиально важный фактор, определяющий своеобразие коллоидных систем: на первый план выдвигаются не объемные свойства гомогенных фаз, образующих систему, а взаимодействие между ними на границе раздела, то есть поверхностные явления и процессы. Дело в том, что на межфазной границе вследствие различий в составе и строении сопряженных фаз межмолекулярные (межатомные) силы всегда не насыщены. Отсюда следует, что межфазная граница раздела обладает избытком свободной энергии (ее называют свободной поверхностной энергией).

Действительно, создание новой межфазной поверхности всегда требует совершения работы внешних сил на разрыв межмолекулярных связей. Эта работа переходит в избыточную потенциальную энергию, которая локализуется на поверхности. Доля поверхностной энергии пренебрежимо мала для макросистем, но весьма значительна для дисперсных систем. В связи с этим коллоидная химия рассматривает дисперсные системы в нерасторжимом единстве с поверхностными явлениями. Физическая основа этого единства – огромная поверхность раздела между фазами. Поверхностные явления – это те явления и процессы, которые протекают на поверхности раздела фаз и приводят к снижению избытка свободной поверхностной энергии. К ним относятся, например, адсорбция, адгезия, смачивание и растекание жидкостей, образование двойного электрического слоя и обусловленные им электроповерхностные явления, коагуляция и др. Такие процессы лежат в основе явлений трения и смазки, диспергирования, формирования пространственных структур, флотационного обогащения руд, отмывания загрязнений, выделения каучуков из латексов и т.д. Итак, коллоидная химия – это учение о свойствах веществ в дисперсном состоянии и поверхностных явлениях в дисперсных системах (или физикохимия дисперсных систем и поверхностных явлений (П.А.Ребиндер).

Методы коллоидной химии.Наряду с общей физической химией для изучения и прогнозировкания различных свойств дисперсных систем используются многообразные экспериментальные и теоретические методы физики. Объектами исследования являются разнообразные дисперсные системы и поверхности раздела между дисперсной фазой и дисперсионной средой.

В экспериментальных исследованиях особенно широко применяются различные методы микроскопии, фотометрии, оптической и рентгеноскопии, кондуктометрии.

Исследования молекулярно-кинетических явлений в дисперсных системах (броуновского движения, осмоса, флуктуаций концентраций) основаны на характерных оптических свойствах, например, на рассеянии света. Основанные на изучении светорассеяния методы нефелометрии и турбидиметрии позволяют определять размеры и форму частиц дисперсной фазы. Широко используются также методы седиментации, центрифугирования и ультрацентрифугирования.

Электрокинетические и электрокапиллярные явления. А также электрофорез изучают с помощью методов кондуктометрии и потенциометрии.

Оптические и седиментационные методы широко используются при изучении факторов устойчивости дисперсных систем, изменений во времени структуры дисперсных систем в результате ассоциации частиц дисперсной фазы, переноса вещества от малых частиц к более крупным, седиментации частиц.

Дата добавления: 2014-04-28; просмотров: 867; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!