Коллоидные системы Основные понятия

Коллоидная химия - раздел физической химии, изучающий двух- или многофазные системы, в которых хотя бы одна из фаз находится в высокодисперсном состоянии.

Фаза - часть системы одного состава, одинаковых физических и химических свойств, ограниченная от других частей поверхностью раздела. Систему, состоящую из одной фазы, а, следовательно, имеющую одинаковые свойства во всех ее точках, называют гомогенной. Гетерогенная система состоит из 2-х и более фаз. Гетерогенная система, в которой одна из фаз представлена в виде частиц микроскопических размеров, называется микрогетерогенной или ультрамикрогетерогенной. Эти два класса систем являются дисперсными системами. Дисперсными называются системы, состоящие из 2-х или более фаз, одна из которых состоит из отдельных мелких частиц (дисперсная фаза), распределенных в другой фазе (дисперсионной среде). Каждая частица состоит из достаточно большого числа молекул.

Все дисперсные системы можно разделить на 2 класса: грубодисперсные системы с размером частиц больше 10^-7 м, и коллоидные системы (другое название – золи) с размером частиц 10^-7 - 10^-9 м. Системы с размером частиц менее 10^-9 м обычно являются молекулярными (истинными) растворами.

Коллоидные системы характеризуются предельно высокой дисперсностью, т.е. степенью развития поверхности раздела. При раздроблении (диспергировании) дисперсной фазы, т.е. при возрастании ее дисперсности, увеличивается внутренняя поверхность раздела между фазами. При этом возрастает роль граничных слоев и связанных с ними особых явлений. Именно особые свойства раздела фаз и изучает коллоидная химия. Иногда коллоидную химию называют химией поверхностных явлений.

Дисперсность (S) представляет собой удельную поверхность дисперсной фазы и определяется соотношением

S = S_1,2 /V,

где S_1,2 - площадь поверхности раздела между дисперсной фазой (I) и дисперсионной средой (2),V – объем дисперсной фазы. Таким образом, дисперсность обратно пропорциональна линейным размерам частиц и обладает размерностью см^-1.

Коллоидные системы весьма распространены в природе. К ним относятся различные ткани животного и растительного мира, почва.

Коллоидные системы можно классифицировать по агрегатному состоянию. В табл.3 приведены названия некоторых сочетаний дисперсионной среды и дисперсной фазы.

Таблица 3.

Классификация коллоидных систем по агрегатному состоянию

Дисперсная фаза	Дисперсионная среда	Условное обозначение	Примеры дисперсных систем
Жидкость	Газ	ж/г	Туман, облака, жидкие аэрозоли
Твердая фаза	Газ	т/г	Дым, пыль, твердые аэрозоли
Газ	Жидкость	г/ж	Пены, газовые эмульсии
Жидкость	Жидкость	ж/ж	Эмульсии (молоко, латекс)
Твердая фаза	Жидкость	т/ж	Суспензии, коллоидные растворы, гели, пасты
Газ	Твердая фаза	г/т	Твердые пены, пористые тела (пенопласты, силикагель, пемза)
Жидкость	Твердая фаза	ж/т	Жемчуг, опал
Твердая фаза	Твердая фаза	т/т	Цветные стекла, сплавы, почва

К коллоидным систем близки и растворы высокомолекулярных соединений, которые, не являясь коллоидными в прямом смысле этого слова, по многим свойствам близки им. Размеры молекул высокомолекулярных соединений могут даже превышать размеры коллоидных частиц. Водные растворы многих полимеров, например, белков, реально не являются однофазными системами, а микрогетерогенными, т.к. включают гидрофобные области внутри белковых глобул. С другой стороны, в разбавленных растворах высокомолекулярные соединения раздроблены до молекул и, следовательно, эти растворы не могут быть отнесены к типичным коллоидным системам. Растворы высокомолекулярных соединений объединяют свойства и коллоидных систем, и истинных растворов.

Кроме того, любые вещества при определенных условиях могут быть в коллоидном состоянии.