Признаки объектов коллоидной химии

Характеристика предмета коллоидной химии.

Коллоидная химия – это наука о поверхностных явлениях и физико-химических свойствах дисперсных систем.

		Адсорб.

Поверхностные явления, как правило, происходят самопроизвольно и присущи всем телам, имеющим реальную поверхность. Далее объектами изучения коллоидной химии являются все системы, в которых хотя бы один компонент находится в дисперсном, т.е. в раздробленном состоянии.

Выделившись из физической химии, коллоидная химия во многом вобрала ее терминологию:

Фаза – совокупность частей системы тождественных по составу и термодинамическим свойствам.

Система, состоящая из двух и более фаз, называется гетерогенной. Дисперсные системы всегда гетерогенные (гетерофазные).

Граница фаз называется межфазной поверхностью раздела.

Вещество, находящееся в дисперсном состоянии, называется дисперсной фазой.

Среда, в которой распределены частицы дисперсной фазы, называется дисперсионной средой.

Дисперсная система минимум двухфазна (фаза + среда). Отсюда объектам изучения коллоидной химии присущи два основных признака: гетерогенность (качественный признак) и дисперсность (количественный признак). К таким системам можно отнести: сыпучие и пористые тела, полимеры, строительные материалы, почвы, сплавы, многие минералы, волокна, биологические ткани, продукты питания, лекарства, косметические средства, облака, туманы и т.д.

Почему возникла потребность в новой науке «коллоидная химия» - разве нельзя было объяснить поведение этих систем в рамках законов физической химии Оказывается в полной мере это сделать невозможно. Дело в том, что между степенью раздробленности вещества и его физико – химическим поведением существует органическая связь. Это определяется изменением величины его удельной и суммарной поверхности S_Σ. Проследим как будет изменяться суммарная поверхность частиц при дроблении кубика с длиной ребра 1 см:

Длина ребра 1см, число частиц – 1, S_Σ = 6 см² .

Длина ребра 1мм, число частиц – 1000, S_Σ = 60 см².

Длина ребра 1мкм, число частиц – 10¹²,  S_Σ = 60 000 см²

Длина ребра 1нм, число частиц – 10²¹, S_Σ = 60 000 000 см² или 6 000 м².

Изменятся ли при этом свойства вещества? Оказывается, изменятся, и очень сильно: температуры плавления и фазового перехода, электропроводность, реакционная способность и т.д. У веществ могут появиться даже новые не характерные для них свойства. Так мука, текстиль, уголь в пылевидном состоянии могут взрываться.

Коллоидная химия стала родоначальницей новых дисциплин: механохимии, нанохимии, супрамолекулярной химии и др.

Почему при дроблении изменяются свойства веществ? Дробление приведет к увеличению удельной поверхности вещества за счет образования новой поверхности.

Посмотрим, к чему приводит образование новой поверхности:

- появлению некомпенсированных химических связей у поверхностных атомов за счет разрыва связей;

- ослаблению физического взаимодействия атомов на поверхности с объемом фазы;

- изменению реакционной способности поверхностных атомов;

- изменению химического состава вещества за счет адсорбционных процессов на поверхности.

Можно сказать, что поверхностный слой по своим физико-химическим свойствам в отличие от объема,  будет представлять собой фактически другой материал. С увеличением степени дробления увеличивается S_Σ, а, значит, физико-химические свойства будут изменяться сильнее.

Ряд явлений на поверхности может быть описан только с использованием новых физических величин: поверхностного натяжения, работы выхода, внутреннего давления и др. Для описания поверхностных явлений потребовался новый понятийный аппарат, а это уже основной признак новой дисциплины.

Коллоидно-химические представления и закономерности используются практически во всех основных отраслях науки и техники:

- материаловедении – «нанохимия», порошковая металлургия, механохимия и т.д;

- производстве строительных материалов – бетонов, пенопластов, красок;

- экологии – борьба с аэрозольными загрязнениями и пылями, очистка сточных вод;

- медицине – изучение механизмов биохимических процессов;

- метеорологии – изучение образования облаков и туманов;

- почвоведении – проявление капиллярных эффектов в пористых тел и их влияние на процессы в почвах;

- косметологии, фармацевтике – изготовление косметических и лекарственных средств;

- пищевой промышленности – изготовление таких продуктов как шоколад, майонез, сладости, маргарин, выпечка хлеба и т.д.;

- текстильной и бумажной промышленности – технология окрашивания, печатания, изготовление бумаги.

Ежегодно изготовляются миллионы тонн веществ в дисперсном состоянии.