Дисперсные системы и их классификация

В середине 19 века английский химик Томас Грэм (1805-1869) обнаружил вещества с загадочными свойствами. При выпаривании их растворов вместо кристаллов получались аморфные студенистые массы. Они имели клеющие свойства. По-гречески клей – «колла», поэтому Грэм назвал эти вещества коллоидами.

Позже выяснилось, что из одного и того же вещества можно приготовить и обычный, и коллоидный раствор. Просто в обычных растворах вещество находится в виде отдельных молекул или ионов, а в коллоидных в виде крупных частиц.

Например, поваренная соль в органическом растворителе (бензоле) образует типичную коллоидную систему.

В любом коллоиде выделяются две фазы: сплошная (дисперсионная среда) и дисперсная или прерывистая – мелкие твердые частицы, капли жидкости или пузырьки газа.

Крайне редки газы, жидкости или твердые материалы, в которых отсутствуют коллоидные частицы.

Гелеобразную структуру имеет даже головной мозг. И. И. Жуков (представитель коллоидной химии) говорил, что «человек – ходячий коллоид».

В зависимости от размера частиц дисперсные системы подразделяют на группы:

а) взвеси (суспензии, эмульсии), у которых частицы имеют размер 10^{-6 м и более (1000 нм);}

б) коллоидные системы, размер частиц (от 10^{-9 м до м) от 1 до 500 нм.}

Дисперсные системы также классифицируют по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды.

Коллоидные растворы.Коллоидное состояние характерно для многих веществ, если их частицы имеют размер от 1 до 500 нм (10^{-9 м} м).

Коллоидная частица имеет сложное строение.

Она включает в себя:

1) ядро;

2) адсорбированные ионы;

3) противоионы;

4) растворитель.

Примеры коллоидных частиц:

ядро

золь

ядро

золь

ядро

золь

Как видно, ядро состоит из электронейтрального агрегата с адсорбированными ионами элементов ( ).

Коллоидная частица кроме ядра имеет противоионы и молекулы растворителя.

Адсорбированные ионы и противоионы с растворителями образуют адсорбированный слой.

Заряд коллоидной частицы равен разности зарядов адсорбированных ионов и противоионов.

Вокруг частиц находится диффузный слой ионов, заряд которых равен заряду коллоидной частицы. Коллоидная частица и диффузный слой образуют электронейтральную мицеллу.

Методы получения коллоидных растворов.Для приготовления коллоидных растворов следует получить частицы размером от 1 до 500 нм, подобрать дисперсионную среду, в которой не растворяется вещество частиц, обеспечить устойчивость частиц.

Частицы соответствующих размеров получают:

I. Дробление крупных частиц. Эти методы называются диспергационными.

1) механическое диспергирование (раздавливание, расщепление, истирание);

2) ультразвуковое диспергирование;

3) электрическое диспергирование.

II. Объединение молекул или ионов. Такие методы называются конденсационными.

В качестве вещества коллоидных частиц в водных средах служат металлы, оксиды, гидрокисды, сульфиды и другие. Для повышения устойчивости коллоидов в раствор вводят стабилизаторы, например, ПАВ или ионы вещества, из которого состоит частица.