43. Коллоидная химия как наука. Признаки, классификация и значение коллоидных систем и коллоидных процессов в природе и технике.

Коллоидная химия – наука, изучающая физико-химические свойства гетерогенных, высокодисперсных и высокомолекулярных систем.

Коллоидная химия — наука о дисперсных системах и поверхностных явлениях.

Коллоидные системы чрезвычайно широко распространены в природе. Огромное значение они имеют и в современной технике.

Основные виды коллоидных систем:

• дым — взвесь твёрдых частиц в газе.

• туман — взвесь жидких частиц в газе.

• аэрозоль — состоит из мелких твёрдых или жидких частиц, взвешенных в газовой среде

• пена — взвесь газа в жидкости или твёрдом теле.

• эмульсия — взвесь жидких частиц в жидкости.

• золь — ультрамикрогетерогенная дисперсная система.

• гель — взвесь жидких частиц в твёрдом теле.

• суспензия — взвесь твёрдых частиц в жидкости.

44. Поверхностные явления: поверхностная энергия и поверхностное натяжение.

Пове́рхностные явле́ния — совокупность явлений, обусловленных особыми свойствами тонких слоёв вещества на границе соприкосновения фаз. К поверхностным явлениям относятся процессы, происходящие на границе раздела фаз, в межфазном поверхностном слое и возникающие в результате взаимодействия сопряжённых фаз. Поверхностные явления обусловлены тем, что в поверхностных слоях на межфазных границах вследствие различного состава и строения соприкасающихся фаз и соответственно из-за различия в связях поверхностных атомов и молекул со стороны разных фаз существует ненасыщенное поле межатомных, межмолекулярных сил. Вследствие этого атомы и молекулы в поверхностных слоях образуют особую структуру, а вещество принимает особое состояние, отличающееся от его состояния в объеме фаз различными свойствами.

На границе раздела фаз каждая из граничащих фаз имеет избыток потенциальной энергии, который называется поверхностная энергия. Стремление вещества уменьшить поверхностную энергию – поверхностное натяжение у. Существует оно потому, что состояние молекулы внутри фазы и на её границе различно:

Внутри фазы молекула окружена другими такими же молекулами. Силовые поля этих молекул полностью компенсированы друг другом, молекулы связаны между собой одинаково

На границе раздела фаз молекулы рассматриваемой фазы одновременно взаимодействуют с молекулами как своей, так и другой фазы, причём характер взаимодействия между молекулами разных фаз другой, нежели между молекулами одной фазы. Это приводит к тому, что молекулы рассматриваемой фазы «выталкиваются» из своей фазы в другую или сильнее притягиваются к молекулам другой фазы, чем к «своим» молекулам

Поверхностное натяжение – это величина свободной энергии Гиббса на единицу поверхности вещества. Стремление вещества уменьшить эту величину приводит к самопроизвольному сокращению границы раздела фаз. Примеры: круглая форма капли жидкости при отсутствии воздействий со стороны (в невесомости, при достаточно малом объёме жидкости (поверхностное натяжение сильнее силы тяжести)), коагуляция, коалесценция и др.

Если площадь поверхности равна Щ, то при Р, Т=const

у = (dG/dЩ)_P,T,nj (1)

Щ = Щ_удV (2),

где Щ_уд – удельная поверхность фазы. Для сферических частиц

Щ_уд = 6/d (3),

d – диаметр частиц

Экспериментально можно определить лишь величину поверхностного натяжения. Существуют статические и полустатические (метод отрыва кольца) методы.

ПОВЕРХНОСТНАЯ ЭНЕРГИЯ, энергия, сосредоточенная на границе раздела фаз, избыточная по сравнению с энергией в объеме. При увеличении пов-сти раздела фаз уд. полная поверхностная энергия (на единицу пов-сти) e характеризует увеличение энергии системы. Поверхностная энергия связана с меж молекулярным взаимодействием, т.к. состояние частиц (атомов, молекул) на границе раздела фаз отличается от состояния в объеме фаз вследствие нескомпен-сированности силовых полей частиц на пов-сти раздела.