МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Технологий и управления

Кафедра органической, физической и коллоидной химии

А.Д. Зимон, Ю.М. Бондарев

КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ НАНОЧАСТИЦ

Учебное пособие для студентов

технологических специальностей всех форм обучения

Москва – 2007

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

1. История возникновения коллоидной химии наночастиц (введение)………3

2. Особенности наносистем……………………………………………………...4

3. Получение наночастиц………………………………………………………...8

4. Поверхностные энергии и поверхностные явления………………………...13

5. Электрокинетические явления и оптические свойства……………………..18

6. Структурно-механические свойства…………………………………………20

7. Устойчивость нанодисперсных систем …………………………..24

7.1 Электростатическая составляющая расклинивающего давления………..27

7.2 Энергия притяжения между частицами и общее уравнение теории

ДЛФО…………………………………………………………………………30

7.3 Поверхностные силы в наносистемах……………………………………...35

7.4 Стабилизация нанодисперсных систем…………………………………….37

8. Литература…………………………………………………………………….39

1. История возникновения коллоидной химии наночастиц (Введение).

Предметом рассмотрения в этой главе будут наночастицы [НЧ]. Наночастицы относятся к наносистемам [НС].

Наносистемами по классификации, принятой в коллоидной химии, называют высокодисперсные (ультрадисперсные) системы. Один из размеров НС должен измеряться в единицах нанометров.

Своим появлением коллоидная химия, как наука, обязана ультрадисперсным (высокодисперсным) системах. Ещё в 40 годах XVIII столетия, т.е. более 160 лет тому назад, итальянский ученый Франческо Сельми обратил внимание на аномальные свойства некоторых растворов, которые по современной классификации относятся к золям, т.е. ультрадисперсным системам с жидкой дисперсной средой. Английский химик Томас Греем десятью годами позже назвал эти растворы коллоидами, полагая, что клей является типичным представителем подобных растворов (по-гречески – клей «колла» - отсюда «Коллоидная химия»). В последующие годы в рамках коллоидно-химической науки проводились исследования ультрадисперсных (высокодисперсных) систем и изучалось практическое использование подобных систем.

Таким образом, пионером в обнаружении, исследовании и обобщении свойств высокодисперсных – НС (в том числе и НЧ) является коллоидная химия. Отметим, что «насос» по-гречески обозначает карлик. Если придерживаться первоначального смысла приставки «нано», то под НС следует подразумевать карликовые системы с очень малым размером частиц.

Затем на особые поверхностные и другие свойства НС обратили внимание физики. Они и ввели понятие «нано». В настоящее время, отдавая дань «моде» порой забывают о коллоидно-химическом происхождении систем, объединённых термином «нано». Произошла своеобразная ассимиляция коллоидной химии в системе нанотерминов.

Название «наносистемы» обязано принятием системы единиц СИ. За последние 30-40 лет изучение наносистем (ультрадисперсных) перестало быть прерогативой коллоидной химии. Существенно расширился круг подобных систем; внедрены современные методы их исследования; широко изучены свойства. Произошёл поистине революционный процесс практического применения НС в различных отраслях.

Для того чтобы подчеркнуть свойства наносистем употребляют термины «нанохимия», «нанофизика», «наноматериалы», «нанотрибология» и др.

Под термином «нанотехнология» подразумевают получение принципиально новых материалов. Объединённое усилие специалистов в различных отраслях (физика, химия, металловедение, биология, медицина, компьютерной техники, электроники и др.) предопределило бурное развитие фундаментальных и прикладных исследований в области нанотехнологии. Объём финансирования этой проблемы в 2004 г. составлял 8,6 млрд. долларов США.

Свойства НС, их получение и применение лежат на стыке материаловедения, физики, химии, медицины и другие наук. НЧ обладают особыми электрическими, магнитными, каталитическими и другими свойствами. Они позволяют создать материалы с уникальной прочностью и пластичностью, способствовать минимизации размеров компьютеров и других электронных устройств, разработать принципиально новые лекарственные препараты и многое другое.

Мир объектов, объединённых термином «нано», поистине безграничен, а наносистемы, как объекты коллоидной химии, лишь часть этого мира.