1. Коллоидное состояние вещества - это такое состояние, в котором вещество находится в высокодисперсном (сильно раздробленном) виде, отдельные его частицы являются не молекулами, а агрегатами, состоящими из множества молекул.

1. Определенная степень раздробленности (~1 нм-1 мкм) вещества хотя бы в одном из трех измерений, при которой система приобретает ряд специфических свойств, не присущих (или выраженных незначительно) макроскопическим телам того же химического состава.

2. Наличие в системе двух или более фаз, ограниченных поверхностью раздела (гетерогенность, многофазность).

Понятие «коллоид» применимо к любой системе, удовлетворяющей указанным признакам, независимо от ее химического состава, структурно-фазового и агрегатного состояния, а также морфологии. Таким образом, основными признаками коллоидных систем являются гетерогенность и дисперсность.

Основные свойства.

-Коллоидные частицы не препятствуют прохождению света.

-В прозрачных коллоидах наблюдается рассеивание светового луча (эффект Тиндаля).

-Дисперсные частицы не выпадают в осадок — Броуновское движение поддерживает их во взвешенном состоянии

2. Классификация дисперсных систем

Многообразие свойств дисперсных систем приводит к нескольким видам их классификации.

1. Классификация по дисперстности

а) Грубодисперсные системы, l ³ 10 -3 см. Это наиболее распространенные системы. Строительные материалы (песок, щебень, бетон); продукты питания – крупы, сахар, крахмал и т.д.

б) Микрогетерогенные системы, 10 -5 £ l £ 10-3 см, S уд » 1 м2/г. Это – суспензии, эмульсии, пены, порошки, имеющие большое значение в химической, пищевой и других технологиях.

в) Коллоидные растворы или ультрамикрогетерогенные системы, 10 £ l £ 10-5 см. Это системы с высокоразвитой поверхностью раздела. Золи: твердые золи, лиозоли, аэрозоли, S уд » 1000 м2/г.

г) Истинные растворы или молекулярные, l £ 10-7 см. Это гомогенные системы, не имеющие поверхности раздела, S уд = 0 . Они изучаются в курсе физической химии.

2. Классификация по агрегатному состоянию фаз

Это наиболее общая классификация. Три агрегатных состояния фаз (Т, Ж, Г) позволяют иметь девять типов комбинаций.

Согласно этой классификации дисперсные системы обозначаются дробью: числитель – агрегатное состояние фазы, а знаменатель – дисперсионной среды.

Кроме простых дисперсных систем могут быть сложные, которые содержат две, три и более дисперсных фаз или дисперсионных сред.

Пример, система Т,Ж/Г содержит две дисперсионные фазы и называется смогом.

Изменение типа дисперсной системы может происходить в технологическом процессе. Так при выпечки хлеба из муки система Т/Г (это мука) превращается в систему Г/Т (это хлеб).

Таблица 1.1

Классификация ДС по агрегатному состоянию фаз

Дисперсная Дисперсионная среда

фаза Т Ж Г

Т Т/Т. Твердые золи или твер- Т/Ж. Лиозоли зо- Т/Г. Аэрозоли

дые коллоидные растворы. ли « гели (высо- Дым, пыль, пе-

Горные породы, строймате- кодисперсные); ристые облака,

риалы, сплавы, пластмассы, суспензии « мука, порошки

замороженное масло, сталь, пасты (грубодис-

чугун, цветные стекла, драго- персные)

ценные камни

Ж Ж/Т. Твердые эмульсии Ж/Ж. Эмульсии Ж/Г. Аэрозоли

Почва, живые клетки, адсор- Сырая нефть, ла- Туман, слои-

бенты, сыр, фрукты, овощи, текс, молоко, стые облака,

вода в графине, природные масло, маргарин, выхлопные газы

минералы с жидкими включе- майонез, кремний

ниями

Г Г/Т. Твердые пены Г/Ж. Газовые Г/Г. Гомоген-

Пористые тела. Адсорбенты, эмульсии, пены ные системы.

уголь, пемза, пенобетон, пе- Газированная во- Нет поверхно-

нопласт, хлеб да, мыльная пена, сти раздела.

лечебный кисло- Дисперсная

родный коктейль, система отсут-

пивная пена ствует. Пример

– атмосфера Земли

3. Классификация по характеру межфазного взаимодействия

По степени взаимодействия ДФ и ДС дисперсные системы делятся на два вида – лиофильные и лиофобные.

Для лиофильных систем характерно сильное межмолекулярное взаимодействие дисперсной фазы и дисперсионной среды.

Это приводит к образованию сольватных оболочек вокруг частиц дисперсной фазы и снижению свободной поверхностной энергии. Поэтому они термодинамически устойчивы против агрегирования частиц и характеризуются самопроизвольным диспергированием.

К лиофильным системам относятся растворы коллоидных ПАВ и растворы ВМС.

В лиофобных системах наблюдается слабое взаимодействие дисперсной фазы и дисперсионной среды. В них связи на границе раздела фаз не скомпенсированы и имеется большой избыток свободной поверхностной энергии.

Лиофобные системы термодинамически неустойчивы и требуют дополнительной стабилизации. К ним относятся коллоидные растворы, микрогетерогенные системы – именно такой тип систем является наиболее распространенным.

4. Классификация по межчастичному взаимодействию

По данному признаку ДС подразделяют на два класса:

I класс – свободнодисперсные (бесструктурные) системы, в которых частицы дисперсной фазы не связаны между собой и могут свободно передвигаться в дисперсионной среде.

II класс – связнодисперсные (структурированные) системы, в которых частицы дисперсной фазы связаны друг с другом за счет межмолекулярных сил, образуя пространственные сетки (структуры).

В таких системах частицы дисперсной фазы не способны свободно перемещаться, а могут совершать только колебательные движения.

Любая из рассмотренных классификаций не является абсолютной, каждая имеет свои ограничения, но в то же время одна дополняет другую.

3. Поверхностное натяжение — термодинамическая характеристика поверхности раздела двух находящихся в равновесии фаз, определяемая работой обратимого изотермокинетического образования единицы площади этой поверхности раздела при условии, что температура, объём системы и химические потенциалы всех компонентов в обеих фазах остаются постоянными.

Поверхностное натяжение имеет двойной физический смысл — энергетический (термодинамический) и силовой (механический). Энергетическое (термодинамическое) определение: поверхностное натяжение — это удельная работа увеличения поверхности при её растяжении при условии постоянства температуры. Силовое (механическое) определение: поверхностное натяжение — это сила, действующая на единицу длины линии, которая ограничивает поверхность жидкости.

Сила поверхностного натяжения направлена по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно к участку контура, на который она действует и пропорциональна длине этого участка. Коэффициент пропорциональности фи— сила, приходящаяся на единицу длины контура — называется коэффициентом поверхностного натяжения. Он измеряется в ньютонах на метр. Но более правильно дать определение поверхностному натяжению, как энергии (Дж) на разрыв единицы поверхности (м²). В этом случае появляется ясный физический смысл понятия поверхностного натяжения.