Коллоидная химия

Коллоидная химия - наука, изучающая физико-химические свойства гетерогенных дисперсных систем и некоторых высокомолекулярных продуктов, а также поверхностные явления - физико-химические процессы, протекающие на границе раздела фаз.

Дисперсные системы, являющиеся основным объектом изучения коллоидной химии, состоят из двух или большего числа фаз. В дисперсной системе по крайней мере одна из фаз-дисперсная фаза-распределена в виде мелких частиц в другой, сплошной фазе-дисперсионной среде. Дисперсные системы по размерам частиц делятся на грубодисперсные и высокодисперсные, или коллоидные, системы. В грубодисперсных системах частицы имеют размер от 10^-4 см и выше, в коллоидных - от 10^-4-10^-5 до 10^-7 см.

По агрегатному состоянию дисперсионной среды различают газодисперсные системы -аэрозоли, пыль; жидкодисперсныезоли, суспензии, эмульсии, пены; твердодисперсные-стеклообразные или кристаллические тела с включениями мельчайших твердых частиц, капель жидкости или пузырьков газа.

Коллоидные растворы образуют клеи, крахмал, белки, многие полимеры. Коллоидные частицы не оседают даже при длительном хранении из-за непрерывных соударений частиц с молекулами растворителя за счет теплового движения. Они не слипаются и при ударении друг с другом из-за наличия одноименных поверхностных электрических зарядов.

Коагуляция - явление слипания коллоидных частичек в частицы более крупного размера - присходит при нейтрализации зарядов этих частичек, когда в коллоидный раствор добавляют электролит (см. Электролиты). При этом раствор превращается в суспензию. Некоторые органические коллоиды коагулируют при нагревании (клей, яичный белок) или изменении концентрации ионов водорода (водородного показателя, см.) в растворе.

Коллоидные системы были открыты в середине XIX в. английским химиком Т. Грэмом. Он и дал им название (от греческого слова "колла"-"клей"). С этого времени коллоидная химия стала развиваться как самостоятельная наука.

Первоначально под коллоидами понимали особую группу веществ, которые в растворе диффундируют очень медленно и не проходят через полупроницаемые перегородки, например пергамент. Однако в начале XX в. было доказано, что в виде коллоида может быть получено любое вещество и, следовательно, нужно говорить не о коллоидных веществах, а о коллоидном состоянии вещества. Это состояние является универсальным, поскольку при соответствующих условиях в него может перейти практически любое твердое тело или жидкость. Многие минералы, природные воды, вирусы, мышечные и нервные клетки, кровь - все это коллоидные системы. Установлена связь между коллоидно-химическими свойствами почвы и ее плодородием. Историю развития жизни на Земле одновременно можно считать и историей эволюции коллоидного состояния вещества.

Для изучения коллоидных систем созданы специальные методы: ультрацентрифугирование, ультрафильтрация, диализ и электродиализ, электроосмос, электрофорез и др.

Нет ни одной отрасли народного хозяйства, где не приносило бы реальной пользы знание закономерностей коллоидов. Они помогают бурить горные породы и обрабатывать особо твердые сплавы, способствуют выбору наиболее рациональных путей использования поверхностно-активных веществ.

Коллоидную химию интересуют такие, казалось бы, разнородные явления, как самопроизвольное образование или разрушение эмульсий, флотация, застудневание жидких дисперсных систем, образование оползней и плывунов. От коллоидно-химических свойств исходных материалов зависит качество цемента, фарфора, красок, синтетических волокон. Наряду с биохимией коллоидная химия составляет фундамент учения о биологических структурах.

Принципы коагуляции широко используют при очистке сточных вод промышленных предприятий, особенно в производствах органического синтеза.