Коллоидная химия

Введение

В данном разделе представлены конспекты лекций по коллоидной химии, которые читаются на химическом факультете ИЕНиМ УрФУ.

Преподаватель: д.х.н, проф. Адамова Лидия Владимировна

Год: 2016

Основные определения коллоидной химии

1861 г. Томас Грэм ввел термин коллоиды (κόλλα— клей).

Коллоидная химия — наука, изучающая вещества, находящиеся в дисперсном состоянии и поверхностные явления в дисперсных системах.

Диспергирование — тонкое измельчение твердого тела или жидкости, в результате которого образуются порошки, суспензии, эмульсии.

Дисперсная система — гетерогенная двух- или многофазная система, в которой одно вещество, находящееся в диспергированном состоянии (дисперсная фаза) распределено в среде другого (дисперсионная среда). Степень измельчения можно характеризовать следующими параметрами: линейным размером частиц r, дисперсностью D, либо удельной поверхностью S1.

Дисперсность — физическая величина, показывающая какое число частиц можно уложить вплотную в одном кубическом метре. Чем меньше размер частиц, тем больше дисперсность. Определяют как отношение суммарной поверхности раздела фаз  к объему этих частиц.

Удельная поверхность — это отношение суммарной поверхности к общей массе частиц.

Влияние диспергирования на свойства системы: высокая развитая поверхность.

Такая большая поверхность придает дисперсным системам особые свойства.

Классификация дисперсных систем

По размерам частиц дисперсной фазы:

Размер частиц  Система
м см
10-10 10-8 Молекулярный раствор
10-9–10-8 10-7–10-6 Ультра-микро-дисперсная
10-8–10-6 10-6–10-4 микрогетерогенная (высокодисперсная)
>10-6 >10-4 Грубой дисперсии

Различия между истинным раствором, коллоидной системой и грубой дисперисей:

  Истинный раствор Коллоидная система Грубая дисперсия
Видимость в оптическом микроскопе Нет Нет Видны
Проходимость через бумажный фильтр Да Да Нет
Через полупроницаемую перегородку Да Нет Нет
Самопроизвольное образование Да, ΔG<0 Нет, ΔG>0 Нет, ΔG>0
Термодинамическая устойчивость Да Да/нет Нет
Гомогенность Да Нет Нет

Классификация дисперсных систем по агрегатным состояниям дисперсной среды и дисперсной фазы:

Д.С. Д.Ф. Условное обозначение Примеры:
1 Тв Тв Т/Т Минералы, сплавы, горные породы
2 Тв Ж Ж/Т Почва, грунт, ткани жив. орг.
3 Тв Г Г/Т Пористые тела, катализаторы в газах
4 Ж Тв Т/Ж Суспензии, пасты, пульпы, золи
5 Ж Ж Ж/Ж Эмульсии
6 Ж Г Г/Ж Пены
7 Г Тв Т/Г Пыль, порошки, дым
8 Г Ж Ж/Г Облака, туман
9 Г Г

По характеру межмолекулярных взаимодействий между ДС и ДФ:

Эта классификация пригодна только для систем с жидкой дисперсионной средой.

1. Лиофильные. Термодинамические устойчивые (н-р: мыло в воде);

2. Лиофобные. Не устойчивы, слабые межмолекулярные взаимодействия (н-р: нафталин в воде).

Первоначально Зигмонди предложил классифицировать коллоидные растворы по способности сухого остатка, полученного в результате осторожного выпаривания жидкости, растворяться в чистой дисперсионной среде.

Системы, сухой остаток которых был не способен самопроизвольно диспергироваться в дисперсионной среде, он назвал необратимыми (н-р: лиозоли металлов, гидрозоли иодида серебра и т.д). Обратимыми коллоидными системами он назвал системы, сухой остаток которых при соприкосновении со средой обычно сначала набухает, а затем самопроизвольно растворяется и снова образует коллоидную систему (н-р: раствор желатина в воде или каучука в бензоле)

Фрейндлих высказал мнение, что обратимость и необратимость коллоидной системы определяется взаимодействием дисперсной фазы с дисперсной средой. В случае обратимых коллоидов есть взаимодействие между дисперсионной средой и фазой. Такие растворы называются лиофильными коллоидными растворами (если ДС — вода, то гидрофильными). А в случае необратимых — взаимодействия нет, следовательно ДФ не способна растворяться в ней. Такие системы Фрейндлих назвал лиофобными (гидрофобными, если ДС — вода).

Поделиться: