Тема 2.1. Коллоидные системы
Коллоидная химия изучает гетерогенные дисперсные системы и поверхностные явления, наблюдаемые на границе раздела фаз в таких системах.
Дисперсной системой называется такая двух- или многокомпонентная система, в которой одно вещество (или несколько) находится в состоянии более или менее высокого раздробления и равномерно распределено в окружающей среде (лат. dispersus – рассеянный).
Совокупность раздробленных мелких частиц одного вещества образует дисперсную фазу (ДФ), а окружающее их вещество – дисперсионную среду (ДС).
Степень раздробленности вещества дисперсной фазы (степень дисперсности) – величина, обратная размеру (диаметру) частиц. Степень дисперсности – это число частиц, которые можно было бы уложить вплотную на расстоянии 1 см. чем больше степень дисперсности, тем меньше размер частиц дисперсной фазы и наоборот. Степень дисперсности можно охарактеризовать удельной поверхностью s0:
S – общая поверхность частиц дисперсной фазы, V – объем вещества, подвергнутого дроблению.
Дисперсные системы, в которых размер частиц дисперсной фазы лежит в пределах 10-9 – 10-7 м, называют коллоидными системами.
Классификацию дисперсных систем см. в теме 1.7. Растворы (Растворы – физико-химические системы).
Методы получения и очистки коллоидных растворов
Благодаря тому, что коллоидные растворы занимают по степени дисперсности частиц промежуточное положение между грубодисперсными и молекулярно-дисперсными системами, их можно получать двумя методами:
Дробление более грубых по размеру частиц до коллоидной степени дисперсности (дисперсионный метод);
Укрупнение частиц путем соединения (конденсации) атомов и молекул под действием остаточных ван-дер-ваальсовых сил притяжения в агрегаты с коллоидной степенью дисперсности (конденсационный метод).
При использовании обоих методов необходимы стабилизаторы – вещества, создающие защитные адсорбционные слои вокруг частиц (молекулы или ионы, являющиеся продуктами взаимодействия вещества дисперсной фазы с дисперсионной средой или специальные добавки ПАВ).
К дисперсионному методу относится раздробление:
- механическое,
- с помощью коллоидных мельниц различных конструкций, работающих по принципу удара, трения или вибрации,
- с использование ультразвуковых колебаний;
а также электрическое диспергирование металлов.
Конденсацию частиц истинных растворов до размеров коллоидных частиц могут вызвать физические и химические факторы: резкое охлаждение паров вещества, замена лучшего растворителя на худший, образование золей при химических реакциях.
Приготовленные золи необходимо очищать от содержащихся в них примесей электролитов, так как эти вещества понижают их устойчивость и мешают изучению систем. Процесс очистки золей называют диализом. Он осуществляется в приборах диализаторах, содержащих полупроницаемые перегородки, через которые свободно проходят ионы и молекулы низкомолекулярных веществ, но задерживаются более крупные по размеру коллоидные частицы. В качестве перегородок используют пленки из полимерных материалов, ацетил-целлюлозы, желатина и пр. Диффузия ионов электролитов через полупроницаемую мембрану в чистый растворитель идет очень медленно. Процесс ускоряется под действием электрического поля и применения проточной воды. Такие более усовершенствованные приборы называются электродиализаторами.
При пропускании электрического тока ионы перемещаются к соответствующим электродам и уносятся водой. Очистка в этих условиях требует значительно меньше времени, чем без применения электрического тока. Этим методом очищают от солей пищевой желатин, клей, красители, дубильные вещества, силикагель.