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 $D$;
• удельной поверхностью $S_1$.

Дисперсность — физическая величина, которая показывает 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.

$$D = \frac{S}{V} \qquad\left[см^{-1}\right]$$

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

$$S_1 = \frac{S}{\rho V} = \frac{D}{\rho}\qquad\left[\frac{см^{-1}}{г/см^3}\right]=\left[\frac{см^2}{г}\right]$$

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, м	Система, 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 дисперсией:

	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

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 дисперсной средой и дисперсной фазы

Эта классификация пригодна только для систем с жидкой дисперсионной средой:

1. Лиофильные — термодинамические устойчивые. Например, мыло в воде.

2. Лиофобные — не устойчивы, слабые межмолекулярные взаимодействия. Например, нафталин в воде.

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

• Необратимые коллоидные системы — системы, сухой остаток которых не способен самопроизвольно диспергироваться в дисперсионной среде. Например: лиозоли металлов, гидрозоли иодида серебра.
• Обратимые коллоидные системы — системы, сухой остаток которых при соприкосновении со средой обычно сначала набухает, а затем самопроизвольно растворяется и снова образует коллоидную систему. Например, раствор желатина в воде, раствор 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).
• В случае необратимых — взаимодействия нет, следовательно ДФ не способна растворяться в ней. Такие системы Фрейндлих назвал лиофобными (гидрофобными, если ДС — вода).