ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Природа коллоидных систем из "Коллоидная химия Издание 3" С учетом исторического развития коллоидной химии можно дать следующее более точное определение предмета коллоидной химии. [c.13] Коллоидная химия — это физико-химия гетерогенных высокодисперсных систем и высокомолекулярных соединений. [c.13] Как видно из определения, к коллоидным системам относятся два основных типа систем. Первому типу — гетерогенным высокодисперсным системам — соответствует первый указанный ранее тип укрупнения частиц путем образования трехмерных и двухмерных структур в инертной среде он характеризуется наличием развитой поверхности раздела. [c.13] Таковы основные черты первого типа коллоидных систем, которые характеризуются, по Пескову, как гетерогенные высокодисперсные системы, обладающие агрегативной устойчивостью только в присутствии стабилизатора. [c.14] Второй основной тип систем — высокомолекулярные системы — соответствует второму структурному типу укрупнения частиц, ведущему к образованию цепных макромолекул. Они дают при смешении с растворителями молекулярные растворы, подобные обычным растворам низкомолекулярных веществ, но с очень длинными цепными молекулами. Такие растворы относятся к однофазным (гомогенным) системам, как и растворы сахара или мочевины, они образуются самопроизвольно, потому что сам процесс растворения идет с уменьшением свободной энергии и не требует наличия стабилизаторов. Растворы оказываются вполне устойчивыми, независимо от длительности их существования. Они являются молекулярными, термодинамически равновесными и поэтому обратимыми системами. Точно так же обратим, например, 10%-ный раствор сахара при 20° С, всегда обладающий определенными свойствами независимо от пути его получения. Таким образом, ко второму типу коллоидных систем относятся термодинамически обратимые молекулярные гомогенные системы. [c.14] Вследствие больщой длины молекулярных цепей коллоидные системы второго типа по отдельным свойствам отличаются от растворов низкомолекулярных веществ. Важно, что эти отличия вызваны теми же свойствами макромолекул, которые определяют их поведение и в твердых полимерах. Поэтому твердые полимеры изучаются в коллоидной химии наряду с их растворами. Однако в инертной, нерастворяющей среде полимеры образуют дисперсные системы со свободными поверхностями раздела, которые по своим свойствам относятся к первому типу систем. [c.14] Для низкомолекулярных систем, изучаемых в курсе физической химии, эти условия обычно удовлетворяются для отдельных макромолекул в растворе условия фазы обычно отсутствуют, хотя Лангмюр считал возможным рассматривать энергию сил притяжения между большими молекулами как поверхностную энергию. В коллоидных дисперсных системах частицы, очевидно, должны быть достаточно большими, чтобы положение о наличии у них поверхности раздела имело определенный физический смысл. В этом отношении указание о приближенном интервале размеров коллоидных частиц от 1 до 100 ммк (стр. 9), хотя и не должно пониматься слишком строго, но все же имеет то значение, что указывает приблизительные пределы максимального развития удельной поверхности (см. стр. 67), выше которых частицы постепенно теряют кинетическую устойчивость, а ниже — утрачивается физическая поверхность раздела. Аналогично в цепных молекулах должно содержаться достаточное число звеньев для того, чтобы могли проявиться особые свойства макромолекул (см. гл. XIII и X). Таким образом, ясно, что необходима определенная степень укрупнения частиц, количественного увеличения их размеров, для того чтобы в системах появились качественно новые свойства, в одном типе систем связанные с доминирующей ролью поверхностной энергии, а в другом — с особыми свойствами лепных макромолекул. [c.15] Вопрос осложняется в тех случаях, когда частицы в коллоидных системах находятся как бы на грани возникновения или исчезновения фазы, например, в случае критических и самопроизвольных эмульсий (стр. 139), случайных статистических роев и ассоциаций больших молекул, растворов мыл и детергентов (стр. 107), явлений кристаллизации в полимерах (стр. 207) и др. В этих случаях возможно расхождение-структурных и термодинамических критериев фазового состояния, проявление гомогенности по одним свойствам и гетерогенности — по другим. [c.15] Важно отметить, что для многих свойств коллоидных систем наличие или отсутствие поверхности раздела не имеет существенного значения, хотя, как мы видели, оно весьма важно в проявлении устойчивости. [c.15] Поэтому как гетерогенные высокодисперсные системы, так и высокомолекулярные системы, различаясь в природе устойчивости, обладают рядом общих свойств. Такие важные процессы, как установление равновесия при поглощении ионов электролитов или нейтральных молекул (электрохимическое, сольватационное равновесие и др.), зависят лишь от природы и плотности расположения ионогенных или полярных групп, но не от того, находятся ли эти группы на дисперсной частице или макромолекуле, возникли ли они путем адсорбции из раствора или диссоциации групп на поверхности. [c.15] Различными авторами было показано, что при большом числе ионогенных групп диссоциация полиосновных кислот приводит к тем же результатам, что и адсорбция ионов на поверхности раздела доннановское равновесие (см. гл. V) также не зависит от природы фиксированных коллоидных частиц, много общего наблюдается в обменной адсорбции ионов и др. Таким образом, большинство проблем электрохимического равновесия можно рассматривать одновременно для лиофобных коллоидов, белков и полиэлектролитов. [c.16] Точно также динамическое равновесие при связывании сотен молекул воды на молекуле белка или сотен молекул ацетона на молекуле нитроцеллюлозы неотличимо от равновесия сольватации на дисперсных частицах. Образуется ли гидратный слой на молекуле белка, поливинилового спирта или силикагеле,— во всех случаях процесс идет с положительным тепловым эффектом, низкой начальной упругостью пара, понижением энтропии растворителя и т. д. [c.16] Особенности молекулярно-кинетических свойств коллоидных систем — медленность диффузии, низкое осмотическое давление, неспособность к диализу, условия оседания и др. — не зависят от наличия поверхности раздела, а определяются лишь размерами и формой частиц. [c.16] При изучении механических свойств полимерных и структурированных коллоидных систем пользуются общими методами анализа объективных констант деформации. [c.16] Характерной особенностью полимерных систем является то, что природа связей в макромолекулах резко отличается от природы сил межмолекулярного взаимодействия, однако то же самое имеет место и в дисперсных системах, где природа связей в решетках частиц дисперсной фазы резко отличается от природы сил межчастич-ного взаимодействия. [c.16] В кристаллических полимерах установлено наличие большого количества структур, обладающих поверхностью раздела и поверхностным натяжением, а изменение их свободной поверхностной энергии, как и в дисперсных системах, играет важную роль в образовании вторичных структур. В явлениях защитного эффекта, в действии наполнителей в полимерах, в водных дисперсиях полимеров поверхностные свойства дисперсных частиц и свойства макромолекул непосредственно связаны между собой. Интересной переходной формой между дисперсными и полимерными систе.мами являются дисперсии полимеров в пластификаторах (гл. IX). Много общего имеется также в диэлектрических свойствах, оптических свойствах (например, в явлениях светорассеяния, в двойном лучепреломлении при течении), гидродинамических свойствах. [c.16] Полимеры с жесткими цепями иногда обладают рыхлостью упаковки и сорбционными свойствами, позволяющими скорее сравнивать их с твердыми пористыми сорбентами, чем с эластическими полимерами. Для многих новых видов полимеров, в том числе для неорганических полимеров, гибкость цепей и особые термодинамические свойства растворов, которыми ранее характеризовались полимеры, вообще теряют свое значение. [c.17] Синтез большого числа неорганических и элементорганических полимеров в последнее время постепенно заполняет разрыв между двумя описанными классами коллоидных систем. Выяснена важность поверхностных сил в образовании вторичных структур в полимерных материалах теряют свое исключительное значение вопросы получения дисперсий и взаимодействия их с растворителем. Вопросы устойчивости и коагуляции дисперсных систем, хотя они и остаются для частного случая лиофобных дисперсных систем, уже нельзя считать центральной проблемой коллоидной химии. Все большую роль приобретают твердые материалы не только среди ( полимеров, но и среди неорганических материалов. Основной проблемой коллоидной химии, по-видимому, становится изучение законо- чмерности образования вторичных структур во всевозможных строительных и конструкционных материалах бетонах, металлах, сплавах, покрытиях, полимерах. [c.17] Образование вторичных структур имеет первостепенное значе- ние и в биологии, где в химическом составе и строении биополимеров как бы сконцентрированы, эволюционно отобраны и закреплены все те условия, которые необходимы для наилучшего осуществления биологических функций. [c.17] Получение материалов с заранее заданными свойствами (не только механическими ) и изучение взаимосвязи этих свойств и вторичных структур составит, по-видимому, главную задачу коллоидной химии. Коллоидная химия, включая сюда и физико-химию полимеров, эволюционирует таким образом в сторону науки, которую можно будет назвать физико-химическим материаловедением, независимо от того приведет ли эта эволюция к изменению названия самой науки или к изменению ее фактического содержания. [c.17] Вернуться к основной статье