4. Молекулярно-кинетические свойства коллоидных растворов.

Установлено, что по своим молекулярно-кинетическим свойствам коллоидные растворы качественно не отличаются от истин­ных растворов низкомолекулярных веществ и обнаруживают лишь количественные различия. Молекулярно-кинетическая теория рассматривает коллоидные раствори как частный случай истинных растворов (дисперсная фаза - растворенное вещество, дисперсион­ная среда - растворитель). Это позволяет вполне удовлетворительно объяснить явления осмоса, диффузии, седиментационного равновесия и другие неспецифические свойства коллоидов.Как показали обширные теоретические и экспериментальные исследо­вания, молекулярно кинетическая теория применима ко всем тем дис­персным системам, для которых выполняется два основных условия: 1 - частицы достаточно малы, чтобы принимать участие в тепловом движении, включая и броуновское (г  110^-4 см); 2 - в единице объема содержится достаточно большое число частиц, чтобы можно было использовать законы статистики.

Рассмотрим эти свойства - явления, связанные с участием коллоидных частиц в тепловом движении.

Броуновское движение есть хаотическое и непрерывное движение частиц дисперсной фазы под действием ударов молекул дисперсионной среди, находящихся в состоянии интенсивного теплового движения.

Броуновское движение свойственно частицам любых веществ, если размеры их достаточно малы. От размера частиц зависит характер движения. Оно может бить колебательным, вращательным и поступательным. Осо­бенно заметным броуновское движение становится у частиц коллоидной сте­пени дисперсности.Испытывая с разных сторон многочи­сленные удары молекул жидкости, часть которых оказывается нескомпен­сированной, такие частицы могут перемещаться поступательно в самых различных направлениях: статистически всегда возможно, что за время d число ударов молекул или их интенсивность (поскольку в большой совокупности молекул всегда имеются более "горячие", скорость кото­рых превышает среднюю) с одной стороны будут больше, чем с другой; результирующая сила вызовет смещение частиц. Траектория их движе­ния весьма сложна и представляет собой ломаную линию, совершенно неопределенной конфигурации (рис. 2.1).

Рис.2.1. Схема перемещения частицы при броуновском движении:

 - величина смещения от точки А до точки B:  – время

Диффузией называют самопроизвольный процесс выравниванияконцентраций частиц по всему объему системы под влиянием теплового (или броуновского) движения.

Процесс диффузии всегда необратим. Он идет самопроизвольно, по­скольку сопровождается увеличением энтропии системы. Равномерное распределение вещества в системе отвечает наиболее вероятному ее состоянию.

Количественно диффузия может быть описана уравнением, выражающим первый закон Фика в дифференциальной форме:

dm/dt = DS(-dc/dx), (2.6)

где dm/dt - масса вещества, продиффундировавшего за единицу вре­мени, S- площадь поперечного сечения, через которое диффундирует вещество; dc/dx. - градиент концентрации, т.е. изменение кон­центрации на единицу расстояния в направлении процесса диффузии (величина, характеризующая степень невыравненности концентрации в системе). Знак минус указывает, что диффузия идет в сторону уменьшения концентрации; D - коэффициент диффузии.

Осмотическое давление (обозначается π) — избыточное гидростатическое давление на раствор, отделённый от чистого растворителя полупроницаемой мембраной, при котором прекращается диффузия растворителя через мембрану. Это давление стремится уравнять концентрации обоих растворов вследствие встречной диффузии молекул растворённого вещества и растворителя.Малыевеличины осмотического давления обнаруживаются с трудом, не говоря уже о невозможности измерений с достаточной точ­ностью даже при использовании современной измерительной техники.

Осмотическое давление, создаваемое коллоидными ча­стицами, маскируется или искажается неизбежно присутствующими в золях примесями электролитов и растворимых низкомолекулярных ве­ществ. Полностью очистить золь от таких примесей невозможно без нарушения его устойчивости. Также вследствие термодинамической неустойчивости коллоидных растворов в них непрерывно протекают процессы агрегации и дезагрегации, что приводит к непостоянству. Поэтому метод осмометрии для исследования коллоидных растворов применяет­ся редко.

Перечисленные особенности коллоидных растворов затрудняют также измерение других связанных с осмотическим давлением величин: по­нижение упругости насыщенного пара, понижение температуры замер­зания и повышение температуры кипения.