КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ

Коллоидная химия — наука, изучающая физико-химические свойства гетерогенных дисперсных систем (см. Гетерогенные и гомогенные системы) 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 грубо-дисперсные 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; жидкодисперсные — золи, 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 — происходит 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.

Основы коллоидной химии были заложены в 1860-х гг. английским химиком Т. Грэмом. В 1861 г. он ввел понятие о «коллоидах» (от греческого слова «колла» — «клей») и «кристаллоидах», а в 1864 г. предложил термины «золь» и «гель».

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 практики, 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.