Ранее коллоидная химия считалась разделом физической химии, а теперь является самостоятельной дисциплиной.
Название коллоидной химии произошло от греческого – клей.
Первыми объектами изучения коллоидной химии являлись клееподобные вещества – желатин, пектин, казеин и другие высокомолекулярные соединения.
Современная коллоидная химия существенно расширила свои границы и из раздела физической химии выделилась в самостоятельную науку. И надо сказать, современная коллоидная химия – одна из немногих наук, название которой не соответствует содержанию. Она получила это название раньше, чем сформировалась в самостоятельную науку. В некоторых странах она переименована в "Поверхностные явления", "Поверхностные явления и дисперсные системы".
Объектами изучения современной коллоидной химии являются дисперсные системы и высокомолекулярные соединения. Особое внимание в коллоидной химии уделяется поверхностным явлениям – процессам, протекающим на границе раздела фаз.
В курсе физической химии мы рассматривали системы, в которых поверхность раздела не играла существенной роли. Чтобы поверхностные явления были ощутимы, поверхность раздела должна быть развитой, что достигается дроблением одной из фаз.
Предметом изучения коллоидной химии являются гетерогенные смеси веществ (дисперсные системы), их свойства, процессы, протекающие в этих системах.
Задачи коллоидной химии – прогнозирование направления и изучение осо-бенностей протекания физико-химических процессов в дисперсных системах.
|
|
|
Коллоидная химия использует особые методы исследования, как электронная микроскопия, ультрамикроскопия, ультрацентрифугирование, электрофорез, нефелометрия и др.
Для более отчётливого представления роли коллоидной химии кратко остановимся на истории развития этой науки.
Коллоидные системы начали изучать в середине 19 века. В 1845 г. итальян-ский ученый Франческо Сельми установил, что некоторые нерастворимые в воде вещества (например, AgCl, S, берлинская лазурь), в определенных условиях растворяются, образуют однородные растворы, выпадение осадка не сопровож-дается изменением температуры, т.е. аномальное поведение вещества. Он назвал их псевдорастворами. Позднее они по предложению К.Негели получили название «золь». В 1857 году М.Фарадей открыл отличительный признак псевдорастворов – рассеяние света.
Основоположником коллоидной химии считается английский ученый Томас Грэм. Он изучил растворы Сельми и установил (1861 год), что они отличаются от хорошо растворимых в воде соединений. Эти соединения в растворе образуют не кристаллические, а рыхлые аморфные осадки, диффундируют медленно, не проходят через полупроницаемые мембраны с отверстиями молекулярного раз-мера. Это указывало на большой размер частиц таких соединений. Растворы и вещества, которые их образуют, Грэм назвал коллоидами (от гр. kolla – клей + eidos вид), т.к. он проводил эксперименты желатиной, растворы которой используют в качестве столярного клея и считал, что клей является одним из представителей этих соединений. Основные отличительные положения «Коллоидной химии» Т.Грэма заключаются в следующем:
|
|
|
1) свойства коллоидных систем в сильной степени зависят от размеров частиц дисперсной фазы;
2) все коллоидные системы способны интенсивно рассеивать свет;
3) диффузия дисперсных частиц в коллоидных системах выражена в минимальной степени;
4) коллоидные системы способны к диализу;
5) коллоидные системы являются термодинамически неустойчивыми.
Одним из недостатков высказанных концепций Т.Грэма было разделение им всех веществ на два мира. Грэм считал, что коллоиды по своей природе отличаются от обычных веществ и все вещества разделил на две группы – кристаллоиды (обычные вещества, кристаллизующиеся при насыщении раствора) и коллоиды (клееподобные вещества).
Позже русский ботаник И.Г.Борщов (1869 год) установил зависимость ско-рости диффузии коллоидных частиц от их размера и пришел к выводу, что коллоиды имеют кристаллическое строение.
|
|
|
В начале 20 века П.П.Веймарн (1907–1912 г.г.) изучил около 200 веществ и по-казал, что одно и то же вещество может в одних условиях обладать свойствами кристаллоида, а в других – коллоида. Так, канифоль в спирте образует истинный раствор, а в воде – коллоидный раствор, или при растворении NaCl в воде обра-зуется истинный раствор, а в бензоле – коллоидный. Таким образом, установле-но, что правильнее говорить не о коллоидном веществе, а о коллоидном состоянии вещества.
В 1903 году чешский ученый Р.Зигмонди и немецкий ученый Г.Зидентопф сконструировали ультрамикроскоп, с помощью которого можно проводить прямые наблюдения за частицами коллоидного раствора.
Позднее (1907 год) Ф.Ф.Рэлей, М.Смолуховский, А.Эйнштейн установили, что вещество коллоидных растворов находится не в виде отдельных молекул или ионов, а в виде скоплений – агрегатов молекул, названных мицеллами (от лат. micella крошка, крупинка). А.Эйнштейн и М.Смолуховский развили молекулярно-статистическую теорию броуновского движения коллоидных частиц и теорию флуктуаций. Ж.Б.Перрен, Т.Сведберг провели проверку данной теории, определив независимыми путями число Авогадро. В.Оствальдом в начале 20 века достаточно полно было изучено влияние агрегативного состояния и дисперсности на свойства коллоидных объектов.
|
|
|
В 1920 году Н.П.Песковым были введены 2 понятия (вида) устойчивости дисперсных систем: агрегативная и седиментационная устойчивости. Теория строения двойного электрического слоя была развита в работах Х.Гельмгольца и Ж.Перрена (80-ые годы ХХ века) , Г.Гуи и Д.Чапмена (1910 и 1913 г.г.), О.Штерна (1924 г.) и позднее в середине ХХ века в работах А.Н.Фрумкина.
П.П.Веймарн детально изучал конденсационные методы образования лиозолей. Теорией образования аморфных и кристаллических частиц при синтезе коллоидных систем занимался В.А.Каргин. Ф.Ф.Рэлей, а позднее Л.И.Мандельштам, П.Дебай разработали основы теории светорассеяния на неоднородностях среды и успешно применяли эти концепции для анализа коллоидных систем. В 1908 г. Г.Фрейндлих сформулировал основные положения адсорбционной теории коагуляции. Б.В.Дерягин, А.Д.Ландау, Е.Фервей, Т.Овербек разрабатывали (1939-1943 г.г.) и развивали физическую теорию коагуляции. Г.Кройтом предложена теория коагуляции ВМС.
В настоящее время коллоидными считаются такие дисперсные системы, в которых размер частиц составляет 1–100 нм (или 1.10–7–1.10–9 м). Эти границы условны, т.к. имеются системы с более или менее крупными частицами, обла-дающими свойствами коллоидных растворов и те, имея такие же размеры, не проявляют свойств коллоидных растворов. Поэтому можно отметить, что коллоидная система представляет собой дисперсию одного тела в другом, а коллоидная химия изучает физические закономерности поверхностных явлений и обусловленными ими свойства коллоидных растворов. Отсюда вытекает, что коллоидная химия – это наука о свойствах гетерогенных высокодисперсных систем и о протекающих в них процессах.
Следует отметить, что имеются вещества с очень большими молекулами – высокомолекулярные соединения (белки, целлюлоза, каучук и др. полимеры). Молекулы таких соединений могут превышать размеры коллоидных частиц, их растворы могут обладать многими свойствами коллоидных растворов, но не являются скоплениями молекул. Их нельзя отнести к типичным коллоидным системам. Чтобы различить, их называют растворами ВМС. Растворы ВМС также являются объектами изучения коллоидной химии.
Коллоидные системы и растворы ВМС широко распространены в природе. Белки, кровь, лимфа, углеводы, пектины находятся в коллоидном состоянии. Многие отрасли производства (пищевая, текстильная, резиновая, кожевенная, лакокрасочная, керамическая промышленности, технология искусственного волокна, пластмасс, смазочных материалов) связаны с коллоидными системами. Производство строительных материалов (цемент, бетон, вяжущие растворы) основано на знании свойств коллоидов. Угольная, торфяная, горнорудная и нефтяная промышленность имеют дело с дисперсными материалами (пылью, суспензиями, пенами). Особое значение коллоидная химия приобретает в про-цессах обогащения полезных ископаемых, дробления, флотации и мокрого обо-гащения руд. Фото- и кинематографические процессы также связаны с приме-нением коллоидно-дисперсных систем.
К объектам коллоидной химии следует отнести все многообразие форм рас-тительного и животного мира, в частности, типичными коллоидными образова-ниями являются мышечные и нервные клетки, клеточные мембраны, волокна, гены, вирусы, протоплазма, кровь. Поэтому ученый-коллоидник И.И.Жуков констатировал, что «человек по существу – ходячий коллоид». В свете этого, технологию лекарственных средств (мазей, эмульсий, суспензий, аэрозолей, порошков), действие различных лекарств на организм невозможно представить без знаний коллоидной химии.
Поверхностные явления
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[1]. Поверхностные явления изучаются коллоидной химией.
Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 173; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!