Краткая история коллоидной химии

Первые практические сведения о коллоидах содержатся в трудах Аристотеля и алхимиков.

Затем у Берцелиуса (1824 – 1834 г.г.) обратил внимание на особые свойства суспензий нерастворимых осадков: их неустойчивость и опалесценцию.

Сельми Франческо 1845 г. (Италия) исследовал свойства истинных растворов и псевдорастворов. Он обратил внимание на аномальны свойства некоторых растворов – гидрозолей неорганических веществ (серы, сульфида, мышьяка):

1) сильно рассеивают свет;

2) растворенные в них вещества выпадают в осадок при добавлении солей, не взаимодействующих с растворенным веществом.

Ф. Сельми рассматривал псевдорастворы как «распределение вещества в жидкой среде, не сопровождающееся разбавлением до молекул».

В 1857 г. Макс Фарадей исследовал системы, содержащие золото, распределенное в воде (питьевое золото).

1751 г. в трудах М.В. Ломоносова описываются различия между явлениями кристаллизации и свертывания, также описывается получение золей золота в воде и стекле (цветные стекла).

1809 г. Ф.Ф. Рейс (Россия) описывал явления электрофореза и электроосмоса.

1851 г. Давидов разработал теорию капиллярных явлений.

Впервые термин и понятие «коллоиды» были четко сформулированы Томасом Грэмом (Англия) в 1861 г., с появлением трудов которого обычно связывается возникновение коллоидной химии.

Т. Грэм разработал ряд методов приготовления и очистки коллоидов, используя различия в диффузии и диализе, и назвал коллоидами клееобразные вещества, от греч «колла» - клей (например, желатин, клей).

Большой вклад в развитие коллоидной химии внесли такие ученые как И.И. Борщев (Россия), П.П. Веймарн (Россия), П.Сухомлинский, Р. Зигмонди, И.И. Жуков, В. Оствальд, Б.В. Дерягин и т.д.

Основные понятия и определения

Истинные растворы являются гомогенными смесями веществ, в которых составные части нельзя обнаружить ни визуально, ни с помощью оптических приборов.

Кроме гомогенных, существуют гетерогенные смеси, в которых визуально или с помощью оптических приборов можно различить области различных веществ, разграниченные поверхностью раздела. Такие области называются фазами.

Гетерогенная смесь состоит из двух или большего числа фаз.

Дисперсная система – гетерогенная смесь, в которой одна фаза в виде отдельных частиц распределена в другой.

В таких системах различают:

дисперсную фазу – раздробленное вещество (частицы) того или иного размера и формы.	дисперсионную среду – среда, в которой находится раздробленное (диспер-гированное) вещество.

Важнейшей характеристикой дисперсных систем является степень дисперсности – средний размер частиц дисперсной фазы или степень раздробленности D – величина обратная размеру дисперсных частиц, измеряется [см^-1].

D =

а – равно либо диаметру сферических или волокнистых частиц, либо длине ребра кубических частиц, либо толщине пленок.

а – называется поперечник частицы.

Степень дисперсности D численно равна числу частиц, которые можно уложить плотно в ряд (или в стопку пленок) на протяжении 1 сантиметра.

С повышением дисперсности все больше число атомов вещества находится в поверхностном слое – на границе раздела фаз, по сравнению с их числом внутри объема частиц дисперсной фазы.

Соотношение между поверхностью и объемом характеризует удельная поверхность:

S_уд =

S_уд: а) для частиц сферической формы:

S_уд = 4πr²/4/3πr³ = 3/r = 6/d,

r – радиус шара,

d – диаметр шара.

б) для частиц кубической формы:

S_уд = 6l²/l³ = 6/l,

l – длина ребра куба.

Так, удельная поверхность вещества, раздробленного до микронных кубиков S_уд = 6·10⁴ см^-1.

При этом в объеме V = 1 см³ образуется 10¹² микронных кубиков (1 микрон = 1 мк = 10^-6 м, 1 м = 10² см, 1 мк = 10^-4 см) с суммарной поверхностью S = S_уд ·V = 6·10⁴ см^-1 · 1 см³ = 6·10⁴ см² = 6·10⁴ м².

При дальнейшем дроблении 1 см³ вещества до кубиков коллоидной дисперсности, например, с длиной ребра l = 10^-6 см их число в объеме V = 1 см³ равно 10¹⁸ частиц с суммарной поверхностью S = 6 · 10⁶ см² (600 м²) и S_уд = 6 · 10⁶ см^-1.

Таким образом, с повышением дисперсности вещества все большее значение имеют его свойства, определяемые поверхностными явлениями, т.е. совокупностью процессов, происходящих в межфазовой поверхности.

Своеобразие дисперсных систем определяется:

1) большой удельной поверхностью дисперсной фазы;

2) физико-химическим взаимодействием дисперсной фазы и дисперсной среды на границе раздела фаз.