Вступ. Предмет колоїдної хімії

Колоїдна хімія вивчає властивості систем з відносно великими (порівняно з молекулами газів і звичайних рідин) частинками. Ці системи являють собою колоїдні розчини – золі (лат. solutio – розчин), драглисті (структуровані) системи, що утворюються з них – гелі (від лат.gelatinum – желатин), а також суспензії та емульсії.

Колоїдні системи бувають двох типів.

До першого типу належать подрібнені або дисперсні (від лат. dispergare розсіюю) системи, частинки яких нерозчинні в оточуючому їх середовищі і являють собою дуже дрібні уламки твердих або аморфних тіл або ж краплинки рідин. Частинки в колоїдних розчинах цього типу мають розміри від 1 мілімікрона до 100 мілімікрон, т.б. від 10-9 м до 10-7 м. Такі дрібні частинки називають іноді гранично дисперсними , підкреслюючи такою назвою те, що більш дрібні частинки (менше 1 мілімікрона) вже не утворюють окремої фази. В суспензіях і емульсіях частинки більші , ніж у звичайних колоїдних розчинах – їх розміри можуть сягати 10-7 – 10-5 м (по цій причині суспензії і емульсії вважають низькодисперсними). Системи першого типу називають часто ліофобними (грецьк. lio – розчиняю і phobos –страх), підкреслюючи цією назвою відсутність безпосередньої взаємодії між речовиною частинок і оточуючим середовищем. Прикладом може служити колоїдний розчин золота, де найдрібніші частинки золота, що складаються з декількох сотень і навіть тисяч атомів золота кожна і які мають кристалічну структуру ,завислі (суспензовані) у воді (ліофобні золі іноді називають суспензоїдами, т.б. подібними на суспензії). Ліофобні золі і гелі можуть утворюватись як з неорганічних, так і з органічних речовин, нерозчинних у даному середовищі.

Системи другого типу являють собою розчини або студні речовин великої молекулярної маси (М більше 10000) з дуже довгими молекулами, що мають форму ланцюгів протяжністю на відстань більшу , ніж 10-5 м. Раніше їх називали ліофільними (від грецьк. lio – розчиняю, philos – друг, відзначаючи цією назвою взаємодію таких молекул з оточуючою їх низькомолекулярною рідиною, т.б. здатність їх сольватуватись цією рідиною).

В одних випадках частинки в розчинах цих речовин являють собою окремі молекули, в інших – скупчення або пухкі агрегати з порівняно невеликої кількості великих молекул.

До колоїдних близько знаходяться системи напів- або семиколоїдні (розчини мил, дубильних речовин, деяких барвників та ін.), в яких частина розчиненої речовини може знаходитись в істинному розчині, а інша – у вигляді колоїдних частинок.

Системи першого типу (ліофобні) складаються з частинок подрібненої – диспергованої речовини – дисперсної фази і оточуючого їх середовища, яке називається дисперсним. Системи другого типу (ліофільні) є, як правило, однофазовими (в термодинамічному розумінні цього слова); до них поняття дисперсна фаза, дисперсне середовище і назва золь можна застосовувати лише умовно.

Якщо рідиною, що оточує колоїдні частинки. т.б. дисперсним середовищем є вода., то такі золі і гелі називають гідрозолями і гідрогелями. Якщо дисперсним середовищем служить інша рідина, наприклад спирт або ефір, то говорять про алко- або етерозолі та алко- або етерогелі.

Ліофобні (суспензоїдні) золі – мікрогетерогенні і термодинамічно нестійкі, що виражається в їх коагуляції і в прагненні їхніх частинок до росту, що призводить до зменшення поверхні яка розділяє частинки, т.б. дисперсну фазу і дисперсне середовище.

Досить суттєвою ознакою, що відрізняє розчини полімерів (ліофільні системи) від ліофобних золей, є здатність тіла, що складається з високомолекулярної речовини, при зіткненні з рідиною, в якій це тіло може утворювати розчин або драглі, поглинати її, збільшуючи при цьому свій об’єм, набухати в ній. Набухання може закінчитись або повним розчиненням набухаючого тіла (необмежене набухання) і виникненням розчину або утворенням набухшого студня, який знаходиться в надлишку рідини, взятої для набухання (обмежене набухання).

Проте слід зазначити, що терміни ліофобний і ліофільний, які нібито підкреслюють наявність сольватації у розчинах макромолекул і відсутність сольватації у ліофобних або мікрогетерогенних систем є невдалими , так як взаємодія з молекулами дисперсного середовища проходить і в мікрогетерогенних ліофобних системах, поверхня частинок яких ліофільна, т.б. сольватована завдяки адсорбованим на ній речовинам – стабілізаторам.

На сьогодні колоїдну хімію називають фізико-хімією дисперсних систем і розчинів високомолекулярних речовин. Така назва підкреслює тісний зв’язок колоїдної хімії з фізичною хімією. Багато систем, які вивчаються в хімічній технології, геології, метеорології та в інших наукових областях, є колоїдними, через що колоїдною хімією цікавляться спеціалісти багатьох галузей.