Поверхностная энергия в коллоидах

Из элементарных курсов общей химии и физики известно, что вследствие сильно развитой межфазной поверхности гетерогенные дисперсные системы обладают большим избытком свободной поверхностной энергии и, следовательно, являются в принципе неустойчивыми. Позднее мы еще обсудим этот вопрос и покажем, что данное утверждение, которое во многих случаях не вызывает возражений, не настолько правильно, чтобы его абсолютизировать. Возникает вопрос, в какой мере законно применение термодинамических зависимостей к фазовым равновесиям в подобных системах. Гетерогенная дисперсная система может приобретать за счет замедляющих кинетику факторов известную устойчивость, позволяющую ей существовать в дисперсном состоянии достаточно долгое время. В течение этого времени вследствие молекулярного переноса (например, благодаря диффузии) устанавливается такое распределение ее компонентов в объеме и около межфазной поверхности, которое практически соответствует равновесию. Очевидно, что возникающее при этом состояние можно анализировать на основе соответствующих термодинамических представлений. В дальнейшем при рассмотрении вопроса об устойчивости лиофобных коллоидов мы увидим, что такая устойчивость действительно существует и именно этим объясняется широкое распространение подобных систем в природе и технике. Если какая-либо жидкость диспергирована в газе или п другой жидкости, то состояние относительного равновесия, о котором мы говорили выше, придает частицам термодинамически устойчивую форму — форму с наименьшей поверхностью, которая в простейшем случае является сферической. Не будем приводить других аргументов в пользу приложимости термодинамики равновесных систем к дисперсным гетерогенным системам и перейдем к рассмотрению самой термодинамики гетерогенных систем. [c.75]

ПАВ, уменьшая поверхностную энергию дисперсной системы, как бы защищают ее от возможного нарушения устойчивости. Поэтому повышение устойчивости дисперсных систем под влиянием ПАВ называют коллоидной защитой или стабилизацией коллоидов. В качестве стабилизирующих веществ для золей обычно, используют высокомолекулярные ПАВ, желатин, альбумин, казеин, крахмал, пектин, каучуки, мыла поливалентных металлов, гемоглобин, мыла щелочных металлов и т. д. [c.282]

Выше была рассмотрена группа коллоидных систем, объединенных под общим названием лиофобных (гидрофобных) коллоидов, которые обладают сильно развитой физической поверхностью раздела и большим избытком свободной поверхностной энергии. Благодаря этому образуются ионные и молекулярные адсорбционные слои, которые и сообщают агрегативную устойчивость коллоидным частицам, тогда как стремление свободной поверхностной энергии лиофобных (гидрофобных) коллоидов к самопроизвольному уменьшению в силу второго начала термодинамики делает их термодинамически неустойчивыми. Весьма характерным свойством этих коллоидных систем является, как известно, слабое взаимодействие между веществами дисперсной фазы и молекулами дисперсионной среды. [c.326]

Оболочка из полярных групп на поверхности мицелл сообщает им гидрофильные свойства, обеспечивает малую поверхностную энергию и создает сродство мицелл к дисперсионной среде. Указанные особенности состояния растворов МПАВ при концентрациях выше ККМ позволяют отнести их к классу лиофильных коллоидов они являют собой пример термодинамически равновесных и обратимых ультра-микрогетерогенных систем. В таких системах коллоидно растворенное (мицеллярное) ПАВ находится в термодинамическом равновесии с истинно (молекулярно) растворенной частью, т. е. существует равновесие мицеллы молекулы (ионы), которое может смещаться в ту или иную сторону при изменении условий. Сами же мицеллы — термодинамически стабильные обратимые образования, которые возникают в области ККМ и распадаются при разбавлении раствора. [c.39]

Синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ). Поверхностно-активными веществами называются такие соединения, которые понижают межфазную поверхностную энергию. Эти вещества адсорбируются в поверхностном слое в большей концентрации, чем внутри жидкости. Из всех поверхностно-активных веществ особое значение имеют те, которые способны образовывать мицеллярные коллоиды (мицеллярные электролиты). К ним относятся органические соединения с открытой цепью, содержащие от 10 до 20 атомов углерода в состав их молекул входят также гидрофобные радикалы и гидрофильные группы, для которых характерен оптимальный баланс гидрофильных и гидрофобных свойств. [c.136]

Все ферменты представляют собой белковые комплексы. Они обладают свойствами гидрофильных коллоидов, с высокой поверхностной энергией, поэтому они чувствительны к действию различных факторов внешней среды. Активность ферментов снижается при резких изменениях температуры и pH среды, повышении осмотического давления, избыточной концентрации субстрата, накапливании продуктов обмена, действии бактерицидных лучей, повышении концентрации самих ферментов и т. д. Наибольшую активность оии проявляют при 25—35° С. Большинство ферментов разрушается при 55—60° С. [c.257]

Изучение свойств растворов высокомолекулярных соединений сыграло огромную роль в развитии коллоидной химии. Первые исследования диффузии, осмоса, оптических свойств коллоидов были проведены с растворами желатины, агара, целлюлозы, т. е. с растворами ВМС. При этом выяснилось, что растворы ВМС более устойчивы по сравнению с золями. В течение длительного времени это объяснялось высоким сродством растворенных веществ к растворителю (дисперсионной среде) и связанной с этим высокой сольватацией. Это нашло отражение в исторически сложившемся названии таких растворов — лиофильные золи или обратимые коллоиды в отличие от лиофобных золей — обычных (необратимых) коллоидных систем. Позднее была найдена истинная причина термодинамической устойчивости лиофильных золей — отсутствие поверхности раздела фаз и поверхностной энергии — их гомогенность. Было показано также, что, хотя свойства растворов высокомолекулярных соединений в значительной степени определяются их сродством к растворителю, доля растворителя, вошедшего в сольватные оболочки, не очень велика. Поэтому правильным следует считать термин растворы ВМС или молекулярные коллоиды , а не лиофильные золи . [c.435]

Лиофобные золи — гетерогенные (микрогетерогенные) системы, и в этом отношении их нельзя относить к истинным растворам. Лиофильные золи — однофазные системы, обладающие многими свойствами истинных растворов. Вследствие высокой поверхностной энергии лиофобные дисперсные системы термодинамически и кинетически не устойчивы. Лиофильные коллоиды устойчивы. От истинных растворов они отличаются размером частиц и формой (длинные нитеподобные и свернутые в клубок молекулярные структуры). [c.424]

Выше мы видели, что термодинамическая неустойчивость дисперсных и коллоидных систем выражается в самопроизвольном укрупнении частиц — коагуляции и коалесценции. Однако скорость коагуляции может быть различной. Если система обладает большим избытком свободной энергии на границе раздела фаз, т. е. и поверхностное. натяжение а и площадь S поверхности раздела фаз достаточно велики, то коагуляция идет с большой скоростью. Такие системы называют агрегативно неустойчивыми. Но иногда в колЛоиде с такой же степенью дисперсности коагуляция идет очень медленно, практически незаметно. В таких системах, называемых агрегативно устойчивыми, очевидно, поверхностное натяжение на границе фаз невелико. Отсюда можно сделать вывод о том, что важный фактор получения устойчивых коллоидных систем — уменьшение поверхностной энергии за счет адсорбции поверхностноактивных веществ на коллоидных частицах. [c.55]

Коллоидные растворы обладают большим запасом свободной энергии, а поэтому термодинамически неустойчивы. Огромная удельная поверхность дисперсной фазы создает избыток поверхностной энергии, которая, согласно второму закону термодинамики, стремится к наименьшему значению, что связано с уменьшением поверхности раздела между частицами и средой. Это вызывает переход системы в такое состояние, когда частицы объединяются, сцепляясь под действием молекулярных сил в агрегаты. В одних коллоидах объединение идет довольно быстро, в других сравнительно медленно. [c.111]

Коагуляция коллоидов. Коллоидные системы обладают различной устойчивостью. Все они стремятся к уменьшению свободной поверхностной энергии за счет сокращения удельной поверхности коллоидных частиц, что происходит при их стремлении к объединению. [c.154]

Таким образом, дисперсные системы могут быть разделены на два основных класса суспензоиды — высокодисперсные гетерогенные системы (лиофильные или лиофобные), частицы которых представляют собой агрегаты атомов или молекул, отделенные четко различимой физической границей раздела фаз от окружающей среды молекулярные коллоиды — гомогенные однофазные системы, устойчивые и обратимые, образующиеся самопроизвольно, с отдельными сольватированными макромолекулами в качестве кинетических единиц. Размеры макромолекул (хотя бы в одном измерении) относятся к коллоидной области дисперсности. По этой причине мы считаем целесообразным в нащей классификации отнести растворы ВМС к дисперсным системам, в частности к коллоидным (молекулярные коллоиды), несмотря на то, что гомогенность этих систем как будто не позволяет говорить ни о границе раздела фаз, ни о свободной поверхностной энергии в растворах ВМС. Как мы увидим далее (см. раздел V. 8), понятия гетерогенности и гомогенности относительны. [c.16]

Лиофобные коллоиды, характеризующиеся слабым взаимодействием дисперсной фазы и дисперсионной среды, характеризуются неустойчивостью и склонностью к уменьшению дисперсности со временем. Избыток свободной поверхностной энергии, полученной частицами при их образовании, является, согласно второму началу термодинамики, основной причиной перехода в более устойчивое состояние, которое определяется укрупнением частиц. [c.336]

Всякий лиофобный золь образуется с затратой работы. В результате этого возникающая система обладает избытком свободной энергии в виде свободной поверхностной энергии. Отсюда следует термодинамическая неустойчивость лиофобных коллоидов. [c.341]

Помимо двух фаз—рассеянной и непрерывной,— в состав коллоида всегда входит еще третий компонент. Этот компонент обычно содержится в коллоиде в очень небольших количествах и сосредоточен на поверхности раздела между двумя фазами. Он образован ионными или молекулярными частицами, адсорбированными на поверхности раздела фаз, в частности, по той причине, что эта поверхность обладает определенной энергией. Форму энергии, присущую поверхности раздела фaз, принято называть поверхностной энергией. В следующем разделе мы подробнее познакомимся с этой особой формой энергии. [c.494]

Для всех коллоидных систем, частицы которых суспендированы в инертной среде и образуют с ней физическую поверхность раздела, процесс диспергации означает значительное увеличение поверхностной энергии системы. Легко видеть, что если некоторое количество вещества в виде кубика в I см имеет общую поверхность 6 см , то это же количество вещества в виде кубиков в 1 х будет иметь общую поверхность 60 ООО см . Таким образом, удельная поверхность вещества (суммарная поверхность 1 см вещества) резко возрастает в диспергированном состоянии, приблизительно пропорционально уменьшению линейных размеров частиц. Значение этого фактора особенно велико для лиофобных коллоидов, частицы которых инертны по отношению к среде в этом случае увеличение удельной поверхности непосредственно связано с увеличением свободной поверхностной энергии, что лежит в основе наиболее характерных свойств лиофобных коллоидов. Благодаря большому значению поверхностных явлений для проблем коллоидной химии, необходимо вначале рассмотреть на простых примерах некоторые общие физико-химические свойства поверхностей раздела. [c.74]

Лиофильные и лиофобные коллоидные системы по устойчивости резко различаются между собой. Лиофильные системы, являющиеся молекулярными коллоидами (например, глины), диспергируются самопроизвольно, образуя термодинамически устойчивые коллоидные растворы, в то время как лиофобные коллоиды не могут диспергироваться самопроизвольно. Формирующиеся при этом дисперсии термодинамически неустойчивы и характеризуются высоким значением свободной поверхностной энергии на межфазной границе. Диспергирование лиофобных коллоидов осуществляется за счет внешней работы или химических процессов. [c.157]

Очень ярко проявляется поверхностная энергия в коллоидных растворах, отличающихся от истинных растворов большей величиной частиц — от 10 до 10 см. Коллоидный раствор (состоит из дисперсной фазы (частицы коллоида) и дисперсионной среды (растворитель). Коллоидные частицы мицеллы) представляют собой агрегат большого числа молекул или атсмов. Ядро мицеллы адсорбирует на своей поверхности слой ионов, [c.64]

В целом, состояние и свойства ионных и молекулярных адсорбционных слоев, рассмотренные в гл. IV—VI, полностью определяют агрегативную устойчивость лиофобных коллоидов без этих слоев лиофобные коллоиды являются агрегативно совершенно неустойчивыми системами, ввиду наличия на частицах значительной свободной поверхностной энергии. [c.133]

Поверхностно-активные коллоиды могут быть двух типов электролиты и неэлектролиты. Их действие сводится к понижению поверхностной энергии на границе раздела фаз с образованием на поверхности раздела защитной структурированной пленки, которая может резко изменять свойства тех или иных диснерсных систем. [c.69]

В соответствии с приведенными выше выводами необходимо-признать, что огромное число молекул (или атомов, ионов) дисперсной фазы у коллоидов должно находиться в поверхностном слое их частиц. Так, легко подсчитать, что в коллоидных частицах, содержащих 1000 молекул (т. е. при дисперсности 10 - 10 смГ ), даже при шарообразной, кубической и октаэдрической их формах, как самых экономных, все же около половины молекул должно оказаться в поверхностном слое при неправильной же форме—палочкообразной или пластинчатой—доля поверхностных молекул должна быть еще больше. В связи с этим очевидно, что и запас свободной поверхностной энергии в суспензиях, эмульсиях и особенно в золях должен быть весьма значительным что, в свою очередь, должно обусловливать наличие в этих системах ряда особых поверхностных явлений и поверхностных свойства [c.62]

ПОВЕРХНОСТНАЯ ЭНЕРГИЯ В КОЛЛОИДАХ Коллоиды — гетерогенные системы. Понятие о фазе [c.231]

Итак, когда говорят о поверхностной энергии или поверхностном натяжении коллоидов, то имеют в виду, конечно, не поверхность раздела гидрозоля и воздуха, а ту суммарную поверхность раздела, которая имеется на границе каждой коллоидной частицы в месте контакта ее с дисперсионной средой. [c.241]

Таким образом, при дроблении вещества быстро растет удельная поверхность. Совершенно очевидно, что в такой же степени растет и свободная поверхностная энергия. При значительном раздроблении вещества поверхностная энергия начинает играть значительную и даже решающую роль. Из приведенной таблицы видно, что удельная поверхность достигает громадных цифр при той степени раздробленности, которой характеризуются коллоиды. Естественно, что в коллоидных системах в связи с этим имеется огромная поверхностная энергия. [c.242]

Удельная поверхность у истинных растворов еще больше, однако на границе между растворителем и молекулами растворенного вещества поверхностная энергия уже отсутствует. Она возникает только на границе фаз у гетерогенных систем, в то время как любой истинный раствор является гомогенной дисперсной системой. Следовательно, наш вывод о качественном отличии между коллоидам и истинными растворами является отражением объективной реальности. [c.242]

Однородность кристаллов по форме и размерам важна для наилучшего осуществления процессов фильтрации и промывки осадков. Так, наличие даже малых количеств дисперсных и особенно коллоидных частиц в составе крупнокристаллического осадка затрудняет его отфиль-тровывание и промывку эти частицы заполняют капиллярные каналы между крупными частицами, залепляют поры фильтровальной ткани и адсорбируют жидкую фазу. Обладая огромной поверхностной энергией, коллоиды с большим трудом отдают адсорбированные вещества, а потому промывка подобных осадков затруднена. В некоторых случаях для устранения этих трудностей применяют приемы пептизации, коагуляции, прибавки кристаллических веществ, затравок, изменяют температурные условия и пр. [c.426]

Коллоидные системы, кроме растворов ВМС, представляют собой термодинамически неустойчивые системы. Такие растворы не могут образоваться самопроизвольно, так как диспергирование твердого тела сопровождается увеличением поверхностной энергии. При дроблении твердого тела изменение внутренней энергии больше нуля ДС/ х >0. Изменение внутренней энергии, связанное с сольватацией, А С/а отрицательно А11г < 0 для коллоидов величина обычно незначитель- [c.415]

Коллоидные системы, образованные мицеллами новерхностно-актив-ных веществ или высокомолекулярных соединений, являются термодинамически равновесными и при данных условиях устойчивыми. К ним можно применять термин лиофильные коллоиды (но, разумеется, не к истинным растворам тех же веществ, не содержащим коллоидных мицелл). Понятие лиофильный не означает какой-то исключительной способности к образованию мощных сольватных оболочек, оно указывает лишь на то, что величина удельной свободной поверхностной энергии на поверхности раздела с окружающей дисперсионной средой сравнительно невелика и соизмерима с энергией теплового движения мицелл. [c.40]

Важвое П. я.— поверхностная активность, проявляющаяся в понижении поверхностного ватяжения при адсорбции одного из компонентов р-ра. Поверхностно-активные вещества имеют огромное практич. значение как регуляторы П. я. они влияют на смачивание, диспергирование, адгезию и др. Особенно велика роль ПАВ в коллоидных сист., обладающих большим избытком поверхностной энергии. Термодинамич. неустойчивость таких сист. проявляется в коагуляции и коалеси/гнции при сближении частиц, к-рому может препятствовать расклинивающее давление, возникающее вследствие перекрывания поверхностных слоев сближающихся частиц. На этой основе возникла физ. теория устойчивости коллоидов Дерягина — Ландау — Фервея — Овербека. [c.451]

Соотношение между коллоидными системами и истинными растворами полимеров. Наряду с описанными выше системами к кол.яоидам раньше относили и истинные р-ры полимеров. Однако изучение последних показало, что они термодинамически равновесны и природа их устойчивости не заключается, как это характерно для классич. коллоидов, в наличии адсорбционных стабилизирующих слоев с участием третьего компонента. Соответственно этому для истинных р-ров при наличии оддого из критериев коллоидного состояния — малой кинетической подвижности из-за большой мол. массы — отсутствуют другие обязательные критерии гетерофазность, адсорбционные явления на высокоразвитой поверхпости раздела фаз, стаби,т1изация дисперсного состояния за счет снижения свободной поверхностной энергии третьим компонентом, чувствительность к малым добавкам электролитов и др. [c.535]

Гетерогенность (точнее—микрогетер еенность) коллоидных систем (золей, суспензий, эмульсий),, т. е. их многофазность и наличие в них огромной межфазной поверхности раздела, является, наряду со специфической степенью дисперсности, важнейшим признаком этих систем, качественно отличающим их от молекулярных растворов. Именно гетерогенность обусловливает проявление в коллоидах таких качественно новых свойств, изучение которых имеет исключительно большое значение как теоретическое, например в понимании своеобразной структуры золей и их заряда, так и практическое, например в разнообразных каталитических и адсорбционных технологических процессах. Свойства эти связаны с наличием в дисперсных системах—золях, суспензиях и эмульсиях—значительного запаса особого вида энергии—так называемой свободной поверхностной энергии Р, выражаемой произведением двух сомножителей поверхностного натяжения о, как фактора интенсивности, и величины общей поверхности 5 системы, как фактора емкости (экстенсивности) [c.60]

Образование поверхностного натяжения у коллоидов идет по тому же пути, какой демонстрировался выше для макроповерхностей. Из приводимой на рис. 67 схемы можно видеть образование поверхностного натяжения на поверхности каждой коллоидной частицы. Здесь, как и на макроповерхностях, поверхностный слой молекул коллоидной частицы претерпевает одностороннее притяжение внутрь. В связи с этим на поверхности каждой коллоидной частицы имеются ненасыщенные силы сцепления, в результате чего возникает избыточная поверхностная энергия. А так как в любом золе [c.240]

Итак, поверхностная энергия является главной формой энергии в коллоидах. Подчиняясь 2-му закону термодинамики, она стремится к минимуму. Величина поверхностной энергии определяется произведением поверхностного натяжения на величину поверхности. Поэтому уменьшение поверхностной энергии производится или за счет понижения поверхностного нагяжения, нли за [c.256]

Следовательно, наличие поверхностной энергии должно как будто с неизбежностью вызывать коагуляцию. Создается с этой точки зрения весьма противоречивое положение. Поверхностная энергия является характернейшей, преобладающей формой энергии коллоидных систем. Без наличия большой поверхностной энергии немыслимо существование коллоидных растворов. Эта энергия образуется в момент возникновения коллоидов, и в то же врем1Я эта поверхностная энергия является причиной их гибели. [c.263]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология