5. Коллоидные растворы

Коллоидная химия – раздел химической науки, изучающий свойства вещества в дисперсном (т. е. раздробленном) состоянии и поверхностные явления в дисперсных системах.

Дисперсные системы – это гетерогенные системы из двух или большего числа фаз с сильно развитой поверхностью раздела между ними. Они состоят из сплошной непрерывной фазы – дисперсионной среды и находящихся в этой среде раздробленных частиц, разных по размеру и форме, – дисперсной фазы.

Дисперсные системы широко распространены в природе – это облака, туманы, почвы, глинистые и цементные растворы, руды, продукты питания (хлеб, молоко, масло, мёд), напитки (чай, кофе, сок), растительные и животные ткани, биологические жидкости (слюна, кровь, моча) и др.

Многообразие дисперсных систем обусловлено тем, что образующие их фазы могут находиться в любом из трех агрегатных состояний.

Дисперсные системы с газообразной дисперсионной средой называют аэрозолями. Туманы представляют собой аэрозоли с жидкой дисперсной фазой, а пыль и дым – аэрозоли с твердой дисперсной фазой.

Пены – это дисперсные системы газообразной дисперсной фазы в жидкой или твердой дисперсионной среде.

Эмульсиями называют дисперсные системы, в которых одна жидкость раздроблена в другой, не растворяющей ее жидкости.

Низкодисперсные системы твердых частиц в жидкостях называют суспензиями или взвесями, а предельно-высокодисперсные – коллоидными растворами, или золями.

Методы получения и очистки коллоидных систем. Имеются два возможных пути получения коллоидных растворов. Один путь состоит в укрупнении частиц при агрегации молекул или ионов – такой метод называют конденсационным. Второй путь заключается в измельчении крупных частиц до коллоидной дисперсности, его осуществляют методом диспергирования.

Метод конденсации. Конденсационный метод основан на образовании в гомогенной среде новой фазы, имеющей коллоидную степень дисперсности. При этом возможны различные пути:

– получение коллоидного раствора в результате протекания различных по природе химических реакций (гидролиз, окисление, восстановление, реакции двойного обмена и др.), протекающих с образованием труднорастворимых веществ. Стабилизатором коллоидной системы в этом случае обычно служит одно из реагирующих веществ, взятое в избытке по отношению к стехиометрическому составу. Этот метод относится к химической конденсации;

– получение коллоидного раствора методом замены растворителя: раствор вещества понемногу прибавляют к жидкости, которая хорошо смешивается с растворителем, но в которой растворенное вещество настолько малорастворимо, что выделяется в виде высокодисперсной фазы. Этот метод относится к физической конденсации;

– получение коллоидного раствора при помощи конденсации паров: при понижении температуры пар становится пересыщенным и, конденсируясь, образует дисперсную фазу. Так, например, в воздухе образуются туман и облака.

Метод диспергирования. Методы измельчения крупных образований до коллоидного состояния подразделяются на механические, физические и физико-химические.

1. Механическое диспергирование − один из основных путей образования коллоидных систем в природе (при обвалах, выветривании, эрозии почв и т. д.)

2. Диспергирование при помощи ультразвука − под действием ультразвуковых волн взвесь грубодисперсного вещества размельчается до коллоидного состояния. Так получают, в частности, коллоидные растворы лекарственных веществ.

3. Электрическое диспергирование (распыление) − через охлажденную дисперсионную среду пропускают электрический ток между электродами (создается электрическая дуга), изготовленными из материала, коллоидный раствор которого хотят получить.

4. Метод пептизации (физико-химический метод диспергирования). Пептизация – это перевод рыхлого осадка, полученного в результате коагуляции, снова в коллоидный раствор путем промывания осадка растворителем с целью вымывания избытка коагулирующих ионов. Пептизация – процесс, обратный коагуляции. Ее можно осуществить и путем адсорбции на частицах осадка ионов электролита-стабилизатора, который добавляется к осадку.

5. Самопроизвольное диспергирование. Если на границе раздела «твердое тело – дисперсионная среда» или «жидкость – дисперсионная среда» поверхностное натяжение очень мало (0 < 10^–3 Н·м^–1), происходит самопроизвольное диспергирование с образованием термодинамически устойчивой коллоидной системы. Примером самопроизвольного диспергирования может служить самодиспергирование жиров в желудке под действием желчных кислот.