КОЛЛОИДНОЙ системы, свободная поверхности, удельная свободная

Коллоидные частицы имеют весьма малые размеры и поэтому участвуют в броуновском движении, в то же время они обладают заметной скоростью диффузии (10 —10 см /с), что способствует выравниванию концентрации частиц по объему. Коллоидные системы обладают избытком свободной энергии за счет чрезвычайно развитой удельной поверхности частиц. Термодинамически такая система должна самопроизвольно стремиться к состоянию, в котором ее свободная энергия была бы минимальна, т. е. к самопроизвольному умень-. шению поверхности, а следовательно, и к укрупнению частиц. Однако на практике коллоидные системы обладают весьма высокой агрегативной устойчивостью. Такая устойчивость при малых размерах частиц способствует седиментационной устойчивости (постоянству концентрации примесей по всему объему воды), так как гравитационная сила, вызывающая седиментацию, нивелируется силами диффузии. Агрегативная устойчивость коллоидной системы объясняется существованием двойного электрического слоя ионов и скачка потенциала на границе раздела фаз. [c.30]

Поскольку коллоидные системы, обладающие большой удельной поверхностью и большой свободной энергией, являются принципиально неравновесными системами, к ним неприложимо известное правило фаз. Такие системы, очевидно, всегда будут стремиться к равновесному состоянию, отвечающему разделению системы на две сплошные фазы с минимальной межфазной поверхностью, хотя это равновесие практически может никогда и не наступить. Термодинамическое толкование причин устойчивости или неустойчивости коллоидных систем чрезвычайно просто. Однако, как и всякая термодинамическая трактовка, это объяснение формально, т. е. она не раскрывает сущности свойства агрегативной неустойчивости. Кроме того, термодинамика не устанавливает связи между свободной энергией системы и тем, как долго система может пребывать в неравновесном состоянии. Поэтому более полным в данном случае является объяснение агрегативной неустойчивости или устойчивости коллоидных систем с позиций физической кинетики. [c.19]

Высокодисперсные коллоидные системы обладают поэтому значительной свободной поверхностной энергией, в связи с большой величиной удельной поверхности. Большинство явлений, изучаемых в коллоидной химии, является следствием существования поверхностной энергии, и самопроизвольные коллоидно-химические процессы направлены в сторону уменьшения этой величины в соответствии со вторым началом термодинамики. [c.87]

Как указывалось выше, лиофильные коллоиды характеризуются интенсивным взаимодействием дисперсных частиц со средой и термодинамической устойчивостью системы. Существуют различные точки зрения относительно того, какие коллоидные системы отнести к лиофильным и какова природа их устойчивости. Ребиндером и Щукиным была выдвинута и обоснована идея о том, что истинно лиофильными являются коллоидные растворы, в которых величина удельной свободной межфазной энергии о на поверхности диспергированных частиц меньше граничного значения а<10 Дж/ м , определяемого средней кинетической энергией броуновского движения. Согласно другой, феноменологической, [c.21]

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]

Естественно, что чем больше поверхность раздела между фазами (или поверхность единицы объема системы), тем больше ее избыточная свободная энергия, сконцентрированная на поверхности раздела фаз. Следовательно, все дисперсные и особенно коллоидные системы обладают ббльшим запасом, или избытком, свободной энергии, сконцентрированным на поверхности частиц дисперсной фазы, чем обычные массивные тела. Чем меньше частицы дисперсной фазы, тем больше удельная поверхность системы, следовательно, тем больше запас энергии, сконцентрированной на поверхности раздела фаз. [c.53]

Для получения коллоидных растворов чаще всего применяются энергетически более выгодные конденсационные методы. Дело в том, что в процессе конденсации происходит уменьшение удельной поверхности, что связано с убыванием свободной энергии системы, в то время как при диспергировании удельная поверхность и свободная энергия системы сильно возрастают (за счет энергии, доставляемой системе извне). [c.13]

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]

По сравнению с дисперсионными методы конденсации более многочисленны, разнообразны и находят широкое применение. Это объясняется тем, что в процессе конденсации происходит уменьшение удельной поверхности и свободной энергии системы. Простейшим примером образования коллоидных систем конденсацией может служить образование атмосферного тумана, в котором нахо- [c.314]

По сравнению с дисперсионными методы конденсации более многочисленны, разнообразны и находят широкое применение. Это объясняется тем, что в процессе конденсации происходит уменьшение удельной поверхности и свободной энергии системы. Простейшим примером образования коллоидных систем в результате конденсации пара может служить образование атмосферного тумана, в котором находятся мельчайшие капельки воды, образовавшейся путем конденсации влаги воздуха в результате его охлаждения. Количественные соотношения, определяющ,ие условия образования туманов как в природных, так и в производственных условиях, были недавно установлены А. Г. Амелиным. [c.335]

Чрезвычайно большое развитие удельной поверхности и наличие в связи с этим значительного запаса свободной поверхностной энергии является характерной особенностью коллоидных систем, определяющей их важнейшие свойства. Одним из таких свойств коллоидов является их высокая адсорбционная способность, которая играет важную роль и в почвенных процессах. Почвенные коллоиды адсорбируют различные растворенные вещества, главным образом в виде ионов между почвенными коллоидами и растительными клетками корневой системы происходит обменная адсорбция, что играет существенную роль в.минеральном питании растений. Вторая отличительная особенность коллоидных систем заключается в их агрегативной неустойчивости. Под влиянием различных внешних воздействий, иногда весьма незначительных, а также самопроизвольно с течением времени в коллоидных системах происходят изменения, направленные обычно в сторону уменьшения степени дисперсности, т. е. в сторону укрупнения частиц. Это легко происходящее изменение степени дисперсности, которое влечет за собой изменение удельной поверхности и всех свойств, связанных с величиной поверхности, следует всегда иметь в виду при изучении коллоидных систем. [c.175]

В коллоидных системах, характеризующихся громадной величиной удельной поверхности и обладающих большим запасом свободной поверхностной энергии, играют особенно важную роль поверхностные явления. [c.198]

Коллоидные системы обладают различной степенью устойчивости. Все они стремятся к уменьшению свободной поверхностной энергии за счет сокращения удельной поверхности коллоидных частиц, что происходит при их слиянии. Процесс объединения коллоидных частиц в более крупные агрегаты называйся коагуляцией. [c.201]

П. А. Ребиндер с сотрудниками (с 1923 г.) [89, 90] разработали ряд основных проблем физико-химии поверхностных явлений в дисперсных системах. Таковы проблемы образования и устойчивости дисперсных систем, развития пространственных структур в этих системах, управления их свойствами и соответствующими процессами при помощи введения поверхностно-активных веществ, образующих адсорбционные слои на поверхностях раздела фаз. Эти исследования, проводившиеся в основном в отделе дисперсных систем Института физической химии АН СССР и на кафедре коллоидной химии Московского университета, привели к делению всех дисперсных систем на две большие группы по величине работы образования единицы поверхности раздела фаз (удельной свободной поверхностной энергии ха) 1) лиофобные дисперсии (с высоким межфазным натяжением 12 > т) и 2) лиофильные дисперсии (с низким межфазным натяжением 12 <С т> однако конечным и положительным, обеспечивающим сохранение двухфазности системы > 0). Лиофобные дисперсии всегда термодинамически неустойчивы их частицы самопроизвольно агрегируются, образуя агрегаты различной рыхлости л пространственные структуры, обнаруживая явления коагуляции и коалесценции. Устойчивость таких систем следует понимать лишь в условно-кинетическом смысле как величину, обратную скорости коагуляции или расслоения системы, как медленность ее разрушения в данных условиях. Для обеспечения практической устойчивости лиофобных дисперсий (золей, суспензий, эмульсий, пен) необходима их стабилизация — введение адсорбирующегося вещества — стабилизатора, образующего в дисперсионной среде на поверхности частиц защитную оболочку, которая препятствует коагуляции и коалесценции. Дисперсность таких систем невелика, когда они образуются путем диспергирования размеры капелек в лиофобных эмульсиях не менее 1 мк. Высокая дисперсность может быть достигнута лишь путем конденсации подавлением дальнейшего роста зародышей новой фазы п их стабилизацией. [c.250]

Коллоидные растворы по сравнению с истинными агрегативно неустойчивы. Обладая сильно развитой поверхностью и избытком свободной энергии, такие системы имеют тенденцию к понижению запаса свободной энергии до некоторого минимума. В дисперсных системах уменьшение удельной поверхности и поверхностной энергии достигается в результате укрупнения частиц. Этот процесс называется коагуляцией. Укрупнение частиц, приводит к осаждению коллоидного вещества в осадок, т. е. к седиментации. [c.373]

Кроме классификации коллоидов по размерам частиц (или по удельной поверхности) существуют классификации по агрегатному состоянию (табл.1), структуре (свободно или связнодисперсные системы), межфазному взаимодействию дисперсной фазы и дисперсионной среды (лиофильные и лиофобные коллоиды). Особое место занимают растворы высокомолекулярных соединений (полимеров), которые являются по существу термодинамически устойчивыми истинными растворами. Однако размеры молекул полимеров значительно превышают размеры обычных молекул (в том числе и растворителя), поэтому данным растворам свойственны многие свойства обычных классических коллоидных систем. В настоящей работе из-за ограниченного объема рассматриваются в основном только классические коллоиды. [c.41]

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]

Для гетерофазных примесей воды определенное значение имеет размер частиц нерастворимых веществ, что указывает на ориентировочные пределы максимального развития удельной поверхности. Если размер частиц превышает 10 см, то они постепенно теряют кинетическую устойчивость и образуют суспензии или эмульсии. Интервал 10 — 10 см соответствует области существования коллоидно-дисперсных систем со специфичной кинетической и агрегативной устойчивостью. При более высокой степени дисперсности утрачивается физическая поверхность раздела. В связи с наличием у частиц свободной поверхностной энергии, гетерогенные системы являются термодинамически неустойчивыми. [c.50]

Величины, приведенные в примере, взяты для ртути на границе с ее собственным паром (в вакууме). В коллоидных же системах мы всегда имеем минимум две различные соприкасающиеся между собой фазы коллоидно-дисперсная фаза и дисперсионная среда. Поверхностная энергия коллоидных частиц при этом в большой степени зависит от того, с каким веществом они граничат. Например, поверхностная энергия ртути на границе с бензолом равна 362 эрг см , т. е. значительно меньше, чем на границе ртуть — пар Нд (480 эрг1см ). В связи с этим в отношении гетерогенных коллоидных систем в дальнейшем будем говорить о пограничной (межфазной) энергии, подразумевая под ней свободную энергию поверхности раздела фаз коллоидное вещество—дисперсионная среда. Удельную свободную энергию на границе двух фаз (фаза 1—фаза 2) будем обозначать через 012, причем под фазой 1 всегда будем подразумевать дисперсную фазу, а под фазой 2—дисперсионную среду (жидкую или газообразную). Тогда Wl2 будет обозначать собой свободную межфазную энергию. Она равна [c.264]

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]

Лиофяльные коллоиды характеризуются интенсивным взаимодействием дисперсных частиц со средой и термодинамической устойчивостью системы. По Ребиндеру и Щукину [7], истинными лиофильньв1и являются коллоидные растворы, в которых величина удельной свободной меж-фазной энергии а на поверхности диспергированных частиц меньше граничного значения а< 10 Дж/см , определяемого средней кинетической энергией броуновского движения. Согласно другой, феноменологической, точке зрения, лиофильными золями следует считать коллоидные растворы, которые сохраняют стабильность даже в довольно концентрированных растворах солей. Их коагуляция наступает лишь при очень высоком содержании электролитов в растворе, причем (в отличие от лиофобных золей) коагулирующее действие здесь уже не зависит от знака и величины заряда противоиона, а определяется их положением в лиотропном ряду (Глазман, 1962—1969). [c.9]

П. А. Ребиндер с сотрудниками (с 1923 г.) [89, 90] разработалп ряд основных проблем физико-химии поверхностных явлений в дисперсных системах. Таковы проблемы образования и устойчивости дисперсных систем, развития пространственных структур в этих системах, управления их свойствами и соответствующими процессами тгри помощи введения поверхностно-активных веществ, образующих адсорбционные слои на поверхностях раздела фаз. Эти исследования, проводившиеся в основном в отделе дисперсных систем Института физической химии АН СССР и на кафедре коллоидной химии Московского университета, привели к делению всех дисперсных систем на две большие группы но величине работы образования единицы поверхности раздела фаз (удельной свободной поверхностной энергии 1) лиофобные дисперсии (с высоким межфазным натяжением 12 т) и лиофильные дисперсии (с низким межфазным натяжением 012 <С однако конечным и положительным, обеспечиваю-пщм сохранение двухфазности системы > 0). Лиофобные [c.250]

Эмульсии относятся к микрогетерогенным системам, частицы которых видны в обычный оптический микроскоп, а коллоидные растворы принадлежат к ультрамикрогетерогенным системам, их частицы не видны в обычный микроскоп. Хотя по своей природе эти системы близки, но физико-химические их свойства различны и зависят в значительной степени от дисперсности. При образовании эмульсии образуется огромная поверхность дисперсной фазы. Так, количество глобул воды в одном литре 1%-ной высокодисперсной эмульсии исчисляется триллионами, а общая межфазная площадь поверхности — десятками квадратных метров. На такой огромной межфазной поверхности может адсорбироваться большое количество веществ, стабилизирующих эмульсию. В процессе образования эмульсии на хщспергирование жидкости затрачивается определенная работа и на поверхности раздела фаз концентрируется свободная поверхностная энергия — избыток энергии, содержащейся в поверхностном слое (на границе двух соприкасающихся фаз). Энергия, затраченная на образование единицы межфазной поверхности, называется межфазным поверхностным натяжением. Удельная поверхностная энергия измеряется работой изотермического и обратимого процесса образования единицы поверхности поверхностного слоя и обозначается а. [c.15]

Свойства коллоидных систем определяются процессами, происходящими на поверхности частиц их размеры столь малы, а удельная поверхность (отношение общей поверхности к массе осадка) столь велика, что именно эти процессы, которыми можно пренебречь в крухшодисперсных системах, здесь выступают на первый план. Ионы на поверхности обладают повышенной свободной энергией, что приводит к адсорбции ионов из раствора и образованию электрически заряженных частиц. Одноименно заряженные частицы отталкиваются. Это и является одной из причин устойчивости коллоидного состояния. Например, в кубическом кристалле Ag l каждый ион серебра внутри кристалла окружен шестью хлорид-ионами, на поверхности же кристалла (особенно на гранях и в углах) ионы имеют частичный остаточный заряд. Поэтому, хота в целом поверхность незаряжена, на ней локализованы положительные и отрицательные заряды. [c.12]

О(арактерной особенностью коллоидно-дисперсных систем является большая удельная поверхность частиц, достигающая для высокодисперсных тел многих сотен или даже тысяч метров квадратных на грамм. Это придает дисперсным системам особые свойства, которые проявляются прежде всего в поверхностных явлениях, происходящих на границе раздела фаз в межфазных поверхностных слоях. Связано это с тем, что в таких системах значительная доля атомов или молекул, из которых состоит данное тело, локализована на поверхности раздела фаз. Эти молекулы или атомы находятся в несимметричном силовом поле и обусловливают появление избыточной свободной энергии системы, что и яв- [c.5]