1. Що вивчає наука колоїдна хімія? Визначте, дві основні ознаки колоїдного стану речовини.

Відповідь. Колоїдна хімія – наука про поверхневі явища і дисперсні системи. До поверхневих явищ належать процеси, що відбуваються на межі поділу фаз, у міжфазному поверхневому шарі, який виникає внаслідок взаємодії супряжених фаз. Особливе значення поверхневі явища мають для дисперсних систем, тобто систем з високорозвиненою поверхнею. Дисперсна система – дво-або багатофазна гетерогенна система, в якій одна з фаз знаходиться у високороздрібленому (високодисперсному) стані. Дисперсна фаза – це роздрібнена фаза. Вона складається з часточок нерозчинного подрібненого тіла, які розподілені по всьому об'єму дисперсійного середовища. Дисперсні системи – це, наприклад, грунти і гірські породи, тканини рослин і тварин, харчові продукти, будівельні матеріали тощо.

Дисперсність і гетерогенність – це дві основні ознаки колоїдного стану речовини. Гетерогенність (багатофазність) вказує на наявність міжфазної поверхні та поверхневого шару. Вона становить собою основну якісну ознаку об'єкта колоїдної хімії. Дисперсність – друга ознака, що визначає розміри тіла в тривимірному просторі. Кількісна міра дисперсності, або просто дисперсність (D), обернено пропорційна лінійному розміру частинок:

D = 1/a.

(1.1)

Для сферичних частинок а – це їх діаметр, для кубічних – довжина ребра. Дисперсні системи, які містять однакові за розміром частинки, називаються монодисперсними, а системи з частинками різного розміру – полідисперсними. Інша важлива характеристика дисперсної системи – питома поверхня (s_пит). Це поверхня, що припадає на одиницю маси чи об’єму тіла:

sпит= s/V , sпит= s/m,

(1.2)

де s та V – сумарні площа і об'єм дисперсної фази. Якщо тіло роздрібнене на n однакових частинок сферичної форми з діаметром d, які утворюють дисперсну фазу, то:

для кубічних частинок: Загалом:

(1.3)

де k – коефіцієнт форми.

Для диспергованого тіла з густиною ρ:

.

(1.4)

Для деяких дисперсних систем s_пит може досягати 10⁵ або навіть 10⁶ м²/кг.

Виділення систем з певним розміром часток в особливий клас колоїдних систем не є суто формальним. Висока дисперсність додає речовинам нових якісних ознак: підвищеної реакційної здатності і розчинності, інтенсивності забарвлення, розсіяння світла тощо. Різка зміна властивостей речовини з|із| підвищенням дисперсності пов'язана зі швидким збільшенням сумарної поверхні розділу між частками|частинками| і середовищем|середою|. Велика поверхня розділу характеризується поверхневою енергією, що зумовлена гетерогенністю і дисперсністю. Гетерогенність, яка визначає різкість переходу з одної фази до іншої, ступінь різнорідності фаз, пов’язана з величиною поверхневого натягу σ. Зі зростанням гетерогенності зростає σ, відсутність першої є рівноцінним відсутності другої. Дисперсність визначається площиною міжфазної поверхні s. Тоді поверхнева енергія дорівнює G^S= σ·s. σ – то є фактор інтенсивності, а s – фактор ємності. Поверхнева енергія є надлишковою, що викликає прагнення системи до її зменшення або до перетворення на інші види енергії, що супроводжується перебіганням відповідних процесів на поверхні. У цих системах легко протікають самочинні процеси, що приводять до зниження запасу поверхневої|зверхньої| енергії: адсорбція, коагуляція (злипання дисперсних часток|частинок|), утворення макроструктур і тому подібне.|тощо|

Сучасна колоїдна хімія вирішує важливі задачі розкриття природи і механізмів поверхневих явищ із залученням різноманітних фізико-хімічних і специфічних (електрофорез, електроосмос, ультрафільтрація, електродіаліз, нефелометрія тощо) методів експерименту.

2. Дайте визначення дисперсної системи. Проаналізуйте, за якими ознаками класифікують дисперсні системи. Наведіть приклади дисперсних систем.

Відповідь. Дисперсна система – дво-або багатофазна гетерогенна система, в якій одна з фаз знаходиться у високороздрібленому (високодисперсному) стані. Дисперсна фаза – це роздрібнена фаза. Вона складається з часточок нерозчинного подрібненого тіла, які розподілені по всьому об'єму дисперсійного середовища. Дисперсні системи – це, наприклад, грунти і гірськи породи, тканини рослин і тварин, харчові продукти, будівельні матеріали тощо.

Існують такі основні способи класифікації дисперсних систем за різними ознаками:

1. за агрегатним станом фаз:

Дисперсна фаза	Дисперсійне середовище	Позначення	Приклад
Тверда	Рідина	т/р	Золі металів, суспензії
Рідина	Рідина	р/р	Емульсії: креми, мастила, нафта
Газ	Рідина	г/р	Мильна піна, протипожежні піни
Тверда	Газ	т/г	Пил, дими, порошки
Рідина	Газ	р/г	Тумани, хмари
Газ	Газ	г/г	Атмосфера Землі
Тверда	Тверде	т/т	Мінерали, бетон, самоцвіти
Рідина	Тверде	р/т	Кольорове скло, сплави
Газ	Тверде	г/т	Пемза, силікагель

2. за ступенем дисперсності:

• грубодисперсні: частинки розміром 10^-2-10^-3 см (порошки);

• мікрогетерогенні: 10^-3-10^-5 см (емульсії, суспензії);

• ультрамікрогетерогенні: 10^-5-10^-7 см (золі, дисперсії колоїдних поверхнево-активних речовин). Частки золів невидимі в оптичний мікроскоп, водні системи прозорі, фільтруються крізь звичайні фільтри.

3. за характером взаємодії частинок дисперсної фази:

• вільнодисперсні, у яких частинки дисперсної фази здатні незалежно пересуватися під дією сили тяжіння і теплового руху в дисперсійному середовищі (золі, розбавлені емульсії і суспензії);

• зв'язнодисперсні, у яких частинки дисперсної фази пов’язані одна з одною за рахунок міжмолекулярних сил і здійснюють лише коливальні рухи (гелі, драглі).

4. за характером взаємодії частинок дисперсної фази і дисперсійного середовища:

• ліофільні системи, в яких частинки дисперсної фази взаємодіють з розчинником, утворюючи навколо себе сольватні оболонки (міцелярні розчини колоїдних поверхнево-активних речовин, розчини ВМС);

• ліофобні системи – частинки дисперсної фази утворені з речовини, яка слабо взаємодіє з рідиною дисперсійного середовища (гідрозолі металів, їх малорозчинних солей).

Окремо, поза класифікацією, є розчини високомолекулярних сполук. Маючи великі розміри молекул, їх розчини є об'єктами вивчення колоїдної хімії. Займаючи положення між дійсними розчинами і колоїдними, вони не є гетерогенними системами. До них відносять розчини білків, полісахаридів, нуклеотидів.