Коллоидная химия - [5]
Третий период. Развитие современной коллоидной химии (XX в.).
Начало XX в. ознаменовалось развитием теоретических исследований объектов коллоидной химии.
М. С. Цвет (1903) в Варшаве открыл хроматографи-ческий метод анализа, основанный на адсорбционном разделении веществ в пористых адсорбентах. В дальнейшем учение об адсорбции развивалось в работах таких ученых, как Б.А. Шишковский (1908), И. Ленгмюр (1917), Г. Фрейндлих (1926), Н.А. Шилов (1915-1930). Н.Д. Зелинский во время Первой мировой войны создал угольный противогаз.
Работы П.А. Ребиндера (с 1923 г.) были посвящены проблемам влияния адсорбционных слоев на свойства коллоидных и грубодисперсных систем.
Теория двойного электрического слоя возникла благодаря работам Г. Гун, Д. Чепмена, О. Штерна (1910-1924). Н.П. Песков положил начало учению о лиофильности и лиофобности золей и выяснил значение этих свойств в проблеме устойчивости. Н.П. Пескову принадлежит заслуга в формировании представлений о коллоидной химии как науке о поверхностных явлениях и дисперсных системах (1932).
А. Эйнштейн (1908) и М. Смолуховский (1906) разработали теорию броуновского движения и диффузии в коллоидных системах. Ж. Перрен (1909) и Т. Сведберг (1907) экспериментально подтвердили правильность этой теории, которая имела существенное значение для развития молекулярно-кинетических представлений.
Перечисленные теоретические вопросы будут нами рассмотрены при изложении различных разделов курса.
2.1.5.
ЗНАЧЕНИЕ КОЛЛОИДНОЙ ХИМИИ
Коллоидная химия является научной основой многочисленных технологических процессов, включающих использование или образование дисперсных систем. Назовем некоторые из них.
• Технологии производства современных композиционных и строительных материалов, силикатов (керамики, стекол и т.д.)
• Получение дисперсных, пористых структур - катализаторов и сорбентов.
• Производство пластмасс, резины, природных и синтетических волокон, клеев, лакокрасочных материалов.
• Технологии производства продуктов питания.
• Извлечение нефти из пласта с последующим деэмульгированием.
• Технологии флотации руд.
• Мембранные процессы разделения и водоподготовки.
• Разработка и применение поверхностно-активных веществ: флотореагентов, смачивателей, стабилизаторов пен и эмульсий, пеногасителей и деэмульгаторов, компонентов смазок и охлаждающих жидкостей, моющих средств.
Без преувеличения можно сказать, что коллоидная химия - химия реальных тел. Примерами материи в коллоидном состоянии являются типографская краска и бумага, большая часть одежды и обуви, продукты питания, почва, атмосфера Земли, строительные материалы и т.д. Более того, наше тело - пример материи в коллоидном состоянии. По словам И.И. Жукова, крупного российского химика, человек - это ходячий коллоид.
Вследствие большого разнообразия объектов, изучаемых коллоидной химией и решаемых ею задач, происходит обособление некоторых разделов в самостоятельные научные дисциплины, а также использование ее методов в смежных областях науки. Так из коллоидной химии выделилась физическая химия растворов полимеров, в значительной степени самостоятельно развиваются наука об аэрозолях, химия поверхности. С коллоидно-химическими проблемами связаны изучение биологических мембран, биохимия, биофизика и т.д.
Закончив изучение главы 1, вы должны знать:
• количественные характеристики дисперсных систем, формулы для их расчета;
• классификацию дисперсных систем по дисперсности, агрегатному состоянию фаз, по взаимодействию дисперсной фазы и дисперсионной среды, по характеру межчастичного взаимодействия.
2.2.
ГЛАВА 2. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
2.2.1.
ПРИРОДА ПОВЕРХНОСТНОЙ ЭНЕРГИИ
Дисперсные частицы и дисперсионная среда относятся к различным фазам. Система может существовать из разных фаз только в том случае, если межмолекулярные взаимодействия в граничных фазах различны. Единственной системой, в которой межмолекулярные взаимодействия отсутствуют, является идеальный газ. Интенсивность молекулярных взаимодействий возрастает при переходе от реальных газов к твердым телам.
Рассмотрим систему, состоящую из жидкости (фаза 1) и газа (фаза 2). Силы межмолекулярного взаимодействия в жидкости
Чем сильнее различаются межмолекулярные взаимодействия в граничащих фазах, тем больше внутреннее давление. Для жидкостей на границе с воздухом внутреннее давление очень велико, например, для воды Р = 14 800 атм. Внутреннее давление Р стремится втянуть молекулу в глубь фазы 1.
Чтобы образовать межфазную поверхность, необходимо перевести часть молекул из объема жидкости на поверхность. Для этого надо совершить работу против внутреннего давления, очевидно, чем оно больше, тем больше энергии требуется затратить. Эта энергия сосредоточивается в молекулах, находящихся на поверхности, и называется поверхностной энергией.
