ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Дисперсионный анализ. Оптические и молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем из "Общая химия Издание 18" Высокодисперсное состояние вещества — качественно особая форма его существования. Поэтому область естествознания, изучающая объективные физические и химические закономерности поверхностных явлений и гетерогенных высокодисперсных систем сформулировалась в самостоятельную научную дисциплину, называемую коллоиднойхимией. [c.309] Лиофобные золи, как вообще дисперсные системы, в соответствия с их промежуточным положением между миром молекул и крупных тел, могут быть получены двумя путями методами диспергирования, т. е. измельчения крупных тел, и методами конденсации молекулярно- или ионнорастворенных веществ. Измельчение-путем дробления, помола, истирания дает сравнительно крупнодисперсные порошки ( 60 мкм). Более тонкого измельчения достигают с помощью специальных аппаратов, получивших название коллоидных мельниц, или применяя ультразвук. [c.309] Как было выяснено ранее ( 106), чем выше дисперсность, тем больше свободная поверхностная энергия, тем больше склонность к самопроизвольному уменьшению дисперсности. Поэтому для получения устойчивых, т. е. длительно сохраняющихся суспензий, эмульсий, коллоидных растворов, необходимо не только достигнуть заданную дисперсность, но и создать условия для ее стаби лизации. Ввиду этого устойчивые дисперсные системы состоят не менее чем из трех компонентов дисперсионной среды, дисперсной фазы я третьего компонента —стабилизатора дисперсной системы. [c.310] Стабилизатор может иметь как ионную, так и молекулярную, часто высокомолекулярную, природу. Ионная стабилизация золей лиофобных коллоидов связана с присутствием малых концентраций электролитов, создающих ионные пограничные слои между дисперсной фазой и дисперсионной средой (см. 112 и 113). [c.310] Высокомолекулярные соединения (белки, полипептиды, поливиниловый спирт и другие), добавляемые для стабилизации дисперсных систем, называют защитными коллоидами. Адсорбируясь на границе раздела фаз, они образуют в поверхностном слое сетчатые и гелеобразные структуры, создающие структурно-кеханический барьер, который препятствует объединению частиц дисперсной фазы. Структурно-механическая стабилизация имеет, решающее значение для стабилизации взвесей, паст, пен, концентрированных эмульсий. [c.310] Мицеллы представляют собой скопления правильно расположенных молекул, удерживаемых преимущественно дисперсионными силами. [c.310] Разбавленные растворы высокомолекулярных соединений — это истинные, гомогенные растворы, которые при предельном разведении подчиняются общим законам разбавленных растворов. [c.311] Растворы высокомолекулярных соединений могут быть приготовлены также с высокой весовой концентрацией — до десяти и более процентов. Однако мольная концентрация таких растворов мала из-за большого молекулярного веса растворенного вещества. Так,. 10%-ный раствор вещества с молекулярным весом 100000 представляет собой лишь примерно 0,0011 М раствор. [c.311] Для получения растворов молекулярных коллоидов достаточно привести сухое вещество в контакт с подходящим растворителем. Неполярные макромолекулы растворяются в углеводородах (на-пример, каучуки — в бензоле), а полярные макромолекулы — в полярных растворителях (например, некоторые белки — в воде и водных растворах солей). Вещества этого типа назвали обратимыми коллоидами потому, что после выпаривания их растворов и добавления новой порции растворителя сухой остаток вновь переходит в раствор. Название лиофильные коллоиды возникло из предположения (как оказалось, — ошибочного), что сильное взаимодействие со средой обусловливает их отличие от лиофобных коллоидов. [c.311] Растворение макромолекулярных коллоидов проходит через стадию набухания, являющуюся характерной качественной особенностью веществ этого типа. При набухании молекулы растворителя проникают в твердый полимер и раздвигают макромолекулы. Последние из-за своего большого размера медленно диффундируют в раствор, что внешне проявляется в увеличении объема полимера. Набухание может быть неограниченным, когда конечным его результатом является переход полимера в раствор,— и ограниченным, если набухание не доходит до растворения полимера. Ограниченно набухают обычно полимеры с особой, трехмерной структурой, отличающейся тем, что атомы всего вещества соединены валентными связями. Химическая модификация полимеров путем сшивания их макромолекул с целью уменьшения набухания полимера является важной стадией в технологии производства многих материалов (дубление сыромятной кожи, вулканизация каучука при превращении его в резину). [c.312] Растворы высокомолекулярных соединений имеют значительную вязкость, которая быстро возрастает с увеличением концентрации растворов. Повышение концентрации макромолекулярных растворов, добавки веществ, понижающи с растворимость поли-. мера, и, часто, понижение температуры приводят к застудневанию, т. е. превращению сильно вязкого, но текучего раствора, в сохраняющий форму твердообразный студень. Растворы Полимеров с сильно вытянутыми макромолекулами застудневают при небольшой концентрации раствора. Так, желатин и агар-агар образуют студни и гели в 0,2—1,0% растворах. Высушенные студни способны вновь набухать (существенное отличие от гелей). [c.312] Застудневание является важной стадией получения волокнистых материалов из растворов полимеров. Свойства растворов высокомолекулярных соединений с повышением их концентрации все больше н больше отличаются от свойств растворов низкомолекулярных соединений. Это происходит в результате взаимо-лействия друг с другом отдельных макромолекул, приводящего к образованию надмолекулярных структур, оказывающих большое влияние на качества изделий (волокон, пластмасс) из полимеров. [c.312] Высокомолекулярные соединения, как и любые другие вещества, при подходящих условиях могут быть получены в высокодисперсном—коллоидном состоянии. Такие дисперсии полимеров в нерастворяющих их жидкостях, большей частью в воде, называют латексами. Частицы дисперсной фазы латек-сов имеют близкую к сферической форму и размеры порядка 10—100 нм. [c.312] В 30—40-х годах XX века была выяснена химическая природа первичных частиц обратимых (лиофильных) коллоидов, оказавшихся макромолекулами. В связи с этим от коллоидной химии отделилась новая химическая дисциплина — физическая химия высокомолекулярных соединений. [c.313] Простейшим методом дисперсионного анализа является ситовой анализ, состоящий в рассеве исследуемого образца через сита с определенными размерами отверстий. Определив вес каждой из фракций, находят весовое распределение исследуемого образца по фракциям разного размера. Ситовой анализ позволяет анализд -ровать порошки до 60 мкм в поперечнике. Методы дисперсионного анализа более высокодисперсных систем основываются на их оптических и молекулярно-кинетических свойствах. [c.313] Форму коллоидных частиц, вирусов, многих макромолекул, включая молекулы более крупных белков, впервые оказалось возможным увидеть на флуоресцирующем экране и сфотографировать с помощью электронного микроскопа, изобретенного в конце 30-х годов XX века. Длина волны потока электронов при достаточной ускоряющей разности потенциалов имеет порядок 10 м, что меньше размеров коллоидных частиц. Поэтому взаимодействие потока электронов с коллоидными частицами происходит по законам геометрической оп-таки . [c.314] На рис. 94 показаны пределы применимости оптических методов исследования дисперсных систем. Коллоидные часТицы проходят через бумажные фильтры, но задерживаются ультрафильтрами (мембранными фильтрами), представляющими собой гели полимеров в виде пленок. Зная радиус пор ультрафильтров, можно оценить размер коллоидных частиц. [c.314] К молекулярно-кинетическим свойствам дисперсных систем от носятся броуновское движение, диффузия и седиментация. [c.315] Броуновским движением называется беспорядочное, хаотичное—подобно рою комаров, пляшущих в солнечном луче,— движение коллоидно- и микроскопически-дисперсных частиц. Это явление получило название по имени английского ботаника Р. Броуна, впервые в 1827 г. обнаружившего под микроскопом непрерывные колебательные движения пыльцы растений в ее взвеси в воде. [c.315] ООО время наблюдения за броуновским движением используют для определе- ния размеров дисперсных частиц. [c.316] Вернуться к основной статье