Основные понятия
В других химических дисциплинха свойства вещества рассматриваются на двух уровнях организации материи: макроскопическом (свойства сплошных фаз) и молекулярном (строение и свойства отдельных молекул). В коллоидной химии речь идет о дисперсном (раздробленном) состоянии вещества, когда его частицы крупнее молекул, но меньше макроскопических тел. Итак, мы употребили новое понятие «дисперсное состояние вещества», которое можно назвать коллоидным состоянием вещества. В коллоидном состоянии обычно существуют все реальные тела. Поэтому можно говорить о коллоидном состоянии вещества как о всеобщем особом состоянии материи. 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. Таким агрегатам могут быть приписаны все термодинамические свойства фазы. Молекулы среды, в которой диспергированы коллоидные частицы, образуют другую фазу.
Значение
Огромное значение имеет коллоидная химия в земледелии. Почва является сложнейшей коллоидной системой. Размер и форма частиц почвы, наряду с их природой, определяют водопроницаемость и поглотительную способность почвы, которые в свою очередь влияют на урожайность. Пески, обладающие невысокой дисперсностью, легко пропускают воду, высокодисперсные же глины, наоборот, хорошо удерживают влагу. Присутствие щелочей повышает дисперсность и гидрофильность почв. В противоположность этому соли кальция коагулируют почву и понижают ее гидрофильность. На этом основано известкование почвы, применяемое Для того, чтобы понизить способность почвы удерживать влагу. В последнее время широко применяются так называемые структурирующие агенты на основе некоторых полимеров, внесение которых в почву устраняет эрозию и придает почве желательные свойства.
В народном хозяйстве нет ни одной отрасли промышленности, которая в той или иной степени не имела бы дела с коллоидными системами и коллоидными процессами. Например, задачей металлурга является получение металла с оптимальной микро- и ультрамикроструктурой, что осуществляется введением в сплав определенных присадок. В металлообрабатывающей промышленности такие процессы, как закалка, отжиг и прокатка, также имеют целью изменение в нужном направлении микроструктуры металла.
Керамическое производство теснейшим образом связано с коллоидной химией, поскольку основное сырье этого производства -- глиняное тесто является концентрированной суспензией гидратированных силикатов алюминия. Существенно, что качество глины определяется более физическими свойствами ее частиц (размер, форма, состояние поверхности), нежели химическими свойствами.
Другое использование глин уже в качестве компонентов растворов, используемых при бурении, катализаторов, носителей катализаторов, осушителей и осветлителей различных жидкостей, начиная от вина и кончая продуктами нефтеперерабатывающей промышленности, разрабатывается на Украине Ф.Д. Овчаренко с сотрудниками. Весьма важны закономерности коллоидной химии при создании на базе минерального сырья новых строительных материалов. Фундаментальные исследования П.А. Ребиндера и его школы в области вяжущих средств привели к созданию конструкционных материалов, обладающих повышенной прочностью и рядом других ценных свойств.
С коллоидной химией связаны и производства, перерабатывающие органическое сырье. Например, технология получения бумаги включает процессы измельчения растительного волокна до высокой степени дисперсности, приготовление дисперсий различных проклеивающих агентов (канифоли, искусственных смол, каучука) и отложение на поверхности измельченного волокна в результате коагулирующего действия электролитов частиц этих дисперсий, что придает бумаге ряд ценных свойств.
Крашение волокна и дубление кожи является также примером технологий, где основную роль играют коллоидные процессы. Крашение и дубление заключается в диффузии коллоидных частиц красителя или дубителя в ткань или голье, в коагуляции этих частиц при соприкосновении с элементарными волоконцами и в фиксации скоагулированных частиц на элементарных волоконцах.
В производстве синтетического каучука, резины и пластмасс коллоидные процессы играют немаловажную роль. Так, эмульсионная полимеризация, в результате которой получают дисперсии синтетических каучуков (синтетические латексы), это процесс, протекающий в коллоидной системе. Резина и различные пластмассы обычно содержат мельчайшие частицы минеральных наполнителей, придающие им нужные свойства, и поэтому должны рассматриваться как коллоидные системы.
Основной операцией производства лаков и красок является измельчение пигментов в соответствующих средах до возможно более высокой степени дисперсности. Цвет и кроющая способность лаков или красок в большой степени зависят от размера частиц пигмента.
Многие основные операции в фармацевтической промышленности являются по существу коллоидными процессами Например, изготовление эмульсий, кремов, мазей сводится к диспергированию нужных веществ в подходящих средах. Некоторые лекарства применяются в коллоидной форме. Так, колларгол представляет собою тончайшую дисперсию препарата серебра. Введение в организм лекарства в коллоидной форме, во-первых, локализует его действие, а, во-вторых, увеличивает срок его действия на больной орган, так как такое вещество выводится из тканей организма гораздо медленнее, чем если бы оно было введено в виде обычного раствора. Вспомогательные операции в ряде производств очень часто представляют собою коллоидные процессы. Например, выделение воды из нефти на нефтеперерабатывающих заводах, разрушение эмульсий, образующихся в химических производствах при промывке того или иного жидкого продукта водой, приготовление различных эмульсий в текстильном, кожевенном и ряде других производств. Типичными коллоидными процессами являются водо-и газоочистка. Водоочистка сводится к коагуляции взвешенных в воде мельчайших частиц электролитами или к извлечению из воды примесей путем адсорбции. Один из современных способов газоочистки заключается в придании содержащимся в газе или дыме твердым или жидким частицам достаточно большого электрического заряда и затем в отложении заряженных частиц на противоположно заряженном электроде.