2. Признаки объектов коллоидной химии
Для объектов коллоидной химии характерны два общих признака - гетерогенность и дисперсность. Все особые свойства, присущие им, являются следствиями или функциями гетерогенности и дисперсности.
Гетерогенность (многофазность) - признак, указывающий на наличие межфазной поверхности раздела. В отличие от других гетерогенных систем дисперсные системы обладают высокой степенью раздробленности и большим количеством частиц дисперсной фазы.
Дисперсность (раздробленность) определяется размерами частиц дисперсной фазы. Чем меньше линейные размеры частиц фазы, тем больше её дисперсность. Количественно дисперсность может быть выражена такими характеристиками:
1) линейные размеры частиц а. Размерность а в системе СИ - м. В случае изометрической формы частиц – кубической или сферической, под линейными размерами подразумевается диаметр или ребро куба, а в случае нитей, капилляров, плёнок и других неизометрических частиц - это длина наименьшей оси частицы.
2) степень дисперсности D, часто называемая просто дисперсностью. D - это величина, обратная линейным размерам частиц D = 1/a. Размерность D в системе СИ – м1. D можно представить себе как число частиц, укладывающихся на единице длины, т. е. на 1 м.
3) удельная поверхность Sуд, определяемая отношением межфазной поверхности к объёму или к массе частиц дисперсной фазы. Различают два вида удельной поверхности:
Удельная поверхность по объёму:
,
где n - число частиц, S - площадь поверхности одной частицы, V - объём одной частицы. Размерность Sуд V м2/м3 (или менее правильно м1).
Во многих случаях дисперсии самопроизвольно принимают форму, близкую к сферической или к кубической. Это связано с тем, что из всех геометрических тел сфера и куб имеют наименьшую площадь поверхности при том же объёме. Поэтому существуют простые формулы для расчёта Sуд V:
для систем со сферическими частицами
,
где r - радиус частицы, d - её диаметр;
для систем с кубическими частицами
,
где а - длина ребра куба.
Удельная поверхность по массе:
,
где
m
- масса одной частицы. Так как m
= V,
где
- плотность вещества частиц, то можно
записать:
.
Значит,
для систем со сферическими частицами
;
для систем с кубическими частицами:
.
Все три характеристики дисперсности связаны между собой: с уменьшением а увеличиваются дисперсность D и удельная поверхность Sуд.
При уменьшении количественной характеристики - размера частиц - с достижением определённой степени дисперсности наступает качественное изменение свойств гетерогенной системы, а именно: из множества физических и химических свойств ведущую роль приобретают поверхностные явления. Начинает проявляться это качественное своеобразие при уменьшении размеров частиц дисперсной фазы до 104 106 м, а особенно ярко выражается в системах с частицами размером 107 109 м. Именно такие системы собственно и являются объектами изучения коллоидной химии (коллоидными системами). Поэтому принято говорить о частицах коллоидных размеров и об особом коллоидном состоянии вещества, подчеркивая этим своеобразие систем с чрезвычайно мелкими частицами.