Колоидна химия - химически профил на науката изучава microheterogeneous разпръсне системи и явления, възникващи при интерфейси, т.е. най-интерфейси. В английската литература термините, използвани колоидна и Surface (или интерфейс) Science.
Обектите на проучване на колоидна химия са дисперсни системи - хетерогенна многофазната система, в която една фаза от които е в частици, диспергирани състояние. Дисперсни системи могат да съдържат обекти, които имат малък мащаб в поне едно измерение - частиците, тънки филми, мембрани, влакна или капиляри. Размер на частиците диапазон на промяна (дебелина на филма, диаметър влакно) е от 1 нанометър (няколко молекулни размери) на част от милиметъра. Колоидна химия цели разкриване характеристиките на структурата и свойствата на системите, свързани с диспергирана състояние на материята. Колоидна химия традиционно включва разглеждане на теми като повърхностни явления, намокряне. контрол капилярност повърхностните свойства с помощта на повърхностно активни вещества (сърфактанти), теоретичните основи на образуването и стабилността на дисперсни системи electrosuperficial явления мицелизацията. молекулни-кинетични, оптични, структурни и механични свойства на диспергирани системи.
Колоидна химия възникнали в началото на XIX век. Благодарение на работата T.Grema, F.F.Reyssa, Т. Young, М. Фарадей, R.Brouna и др. Science Името идва от гръцката дума æóλλα (лепило). Британски химик T.Grem колоиди посочени вещества разтвори, които не кристализират по време на изпаряването, но образува гелообразни утаява (гелове), някои от които притежават лепило действие. Такива вещества включват алуминиев оксид, титанов и силициеви киселини, желатин, агар-агар. Установено е, че разпространението на колоиди е бавна, осмотичното налягане е много малък, непрозрачен система. След това, много вещества са открити за типични колоидни свойства разработени методи за получаване, пречистване и стабилизиране на колоидни системи и различни науката изучаване тези системи става известен като колоиден химия.
Разработване много бързо и успешно, колоидна химия е създадена като независима научна дисциплина в началото на ХХ век. В първата третина на ХХ век. Четири Нобелови награди са отличени за открития в областта на колоидна химия. Награда за химия през 1925 г. получи R.A.Zigmondi "за създаването на разнородния характер на колоидни разтвори и развитието на техники в това отношение, които са от основно значение в съвременната колоидна химия" през 1926 г. T.Svedberg "за работата си в областта на дисперсни системи "I.Lengmyur през 1932 г." за неговите открития и изследвания в областта на повърхностните явления, "награда за физика е спечелил през 1926 Zh.B.Perren" за работата му върху дискретен характер на материята, и по-специално за неговото откритие на равновесие седиментация. " Наред с тези учени, в началото на ХХ век. в областта на колоидна химия работил Айнщайн. който е развил теорията на Брауновото движение и дифузия на диспергирани частици и поток теория разпръсне системи. M.Smoluhovsky създаден кинетичната теория на коагулация на разпръснати частици. J. Mack Бен открити агрегиране на повърхностно активни вещества във воден разтвор за образуване на мицели. През този период, ние определено основните направления на развитие на колоидна химия.
Основната характеристика на фин системи - е наличието на силно интерфейс. Влияние на повърхността явления върху свойствата на дисперсни системи, поради наличието на излишък от енергия на тези повърхности, поради некомпенсирани междумолекулни взаимодействия. Специфичната стойност на излишък повърхност свободната енергия се нарича повърхностно напрежение. Термодинамика на повърхностните явления е разработен в края на деветнадесети век. Гибс. който се предлага да се разгледа излишък количество повърхност - разликата между стойността на термодинамичен функция в реалната система (с крайна дебелина на междуфазова слой) и система за сравнение (с отделяне на повърхността на нула дебелина).
Повърхностното напрежение се определя явления като омокрящо. Съотношението на повърхностната енергия на граничната повърхност между твърдата / течност, течност / газ и твърдо вещество / газ определя формата на равновесие на спада на твърдата повърхност (уравнение Янг). Ефективно омокрящо управление път е използването на повърхностно активни вещества, промяна на повърхността от хемисорбция на различни съединения или промяна на повърхността релеф.
Наличие на извитата повърхност на интерфейса на диспергирани частици фаза с дисперсионната среда води до появата на скок в налягането между фазите. Разликата в налягането между фазите се разделят чрез извита повърхност се нарича капилярна (или лапласовата) налягане. С наличието на налягането на капилярна, свързани с присъствието на капилярните явления. капилярна покачване на течност, импрегниращи порьозни тела, капилярна привличане на частици свързани течност менискус. Наличието на капилярно налягане причинява промени в налягането на парите през извити повърхности. В зависимост на парното налягане на кривина дава право Thomson (Келвин). Това право е в основата на обяснението на явления като изотермична дестилация и капилярна кондензация.
Повърхностните свойства могат да се контролират чрез адсорбция на повърхностно активни вещества (ПАВ), способни да спонтанно концентрация на интерфейс и намаляване на повърхностното напрежение. Колоидна химия осигурява теоретичната основа на използването на повърхностноактивни вещества в много важни технологии: флотационната обогатяването на руди, пробиване на скали, в миещото технологии, производство на цветове, висококачествени строителни материали, продукти, храни, козметичната и фармацевтичната промишленост.
Промяна на силите на повърхността може да се случи, когато се прилага в дисперсионна среда на електролити, поради адсорбцията на йони и поява на междуфазова електрически двоен слой. Наличието на повърхностен заряд се дължи на наличието на електрокинетични явления. електрофореза, електроосмоза, ток потенциал външен вид и утаяване. Като се започне от F.F.Reysa работа, проучване на електрокинетични, electrocapillary и по-сложни процеси (топлинна осмоза, капилярна осмоза, дифузно повърхност проводимост и др.) Е важна област на съвременната колоидна химия.
Наличието на малки частици в система дисперсия поражда специални оптични свойства - разсейване на светлината. Теоретична основа на разсейване на светлината от малки, изометрия, оптически изотропен, не абсорбират светлина и не провежда електрически ток частиците са дадени от Rayleigh. Впоследствие големи леки модели разсейване, и специално проводимия поглъщащ светлината частици са получени в теорията Мие.
Поради големия областта на интерфейса, повърхностната енергия на дисперсни системи от повърхностната енергия на macrophase на същия обем и изисква разходи значителна работа на образуването на разпръснати системи, като например чрез смилане (метод въздух дисперсия на производство разпръснати системи) macrophase и образуването на частици от метастабилни хомогенни системи (kondersatsionno -kristallizatsionny метод за образуване диспергирани системи). Все пак, има термодинамично стабилни дисперсии се спонтанно: цената на енергията до образуването на нова повърхност компенсира от ентропична печалба от участващите частици в брауново движение. P.A.Rebinderom и E.D.Schukinym се получава критерий macrophase спонтанно дисперсия за образуване термодинамично стабилни дисперсии. Чрез термодинамично стабилни системи включват мицеларни повърхностно разтвори, микроемулсии системи. Типични представители са термодинамично нестабилни дисперсии са пени, аерозоли и суспензии.
Нестабилността термодинамично нестабилни системи ги кара да тече в процесите, водещи до понижаване на повърхностната енергия, както чрез намаляване на площта на интерфейса и частичното насищане на сили на повърхността. Процеси, водещи до разрушаване на стабилността и унищожаване на диспергирани системи са срастване (сливане на капки или мехурчета), коагулация (съединител на частиците) или изотермични дестилация (прехвърляне материал от малки частици с по-голям). Проблемът за контролиране на стабилността на дисперсни системи е един от основните проблеми в колоидна химия. Основните методи за стабилизиране на дисперсни системи са създаването на адсорбция слой върху повърхността (повърхностно активни вещества, някои полимери, понякога твърдо вещество нано и микрочастици), образуването на повърхността на електрическата двоен слой, стабилизиране поради специалната структура на разтворителя близо до повърхността.
Закони коагулацията золове стабилизирани чрез образуване около частиците, електрически двоен слой, разглеждани в теорията DLVO. Централна теорията DLVO се изчисление на сили, действащи в тънки слоеве - празнините разделяне на частиците или насипни фаза B.V.Deryaginym понятието disjoining налягане се въвежда - свръхналягане, което трябва да се приложи към повърхностите ограничаващи филм за дебелината на филма не се променя. В зависимост от характера на силите, които действат във филма, има различни компоненти на disjoining налягане. Молекулно компонент се определя от молекулните сили на привличане, за предпочитане от естеството на дисперсията. Електростатично компонент disjoining налягане, свързани с присъствието на интерфейси на електрически двоен слой. Разграничаване и други компоненти: блок (свързана с конкретен разтворител на междуфазова повърхност на структура) адсорбция (възникващи поради адсорбция на повърхностно активното вещество), етерично (свързани с пространствени отблъскване адсорбционни слоеве от повърхностно активни вещества или полимери). Съотношението между компонентите на disjoining налягане определяне на привличане и отблъскване, и промяната в баланса между тях под въздействието на добавен електролит, определя стабилността на золове или дестабилизиране по време на коагулацията.
Загуба на стабилност агрегация може да предизвика пространствени структури на свързани частици, т.е. нарасне svjaznodispersnye система. В зависимост от естеството на контактите между частиците са разграничени коагулация и кристализация структура. Колоидна химия осигурява теоретична основа за образуване на диспергирани управленски структури и техните свойства. Едно проучване свободна информация методи и системи svjaznodispersnye реологичният метод се основава на изследването поради приложна система механично въздействие (например, стрес срязване), и реакция на системата (деформация или скорост щам).
Намалена специфична повърхност свободна енергия на твърди вещества поради обратими физикохимически свойства на средата води до различни ефекти пластмаса поток и да се улесни намаляване на силата на твърди вещества (Rebinder ефект). За откриване на ефекта от едновременното действието, необходимо за зареждане на твърдо тяло и активна среда, и наличието на определени дефекти в твърдо състояние структура. Откриване Rehbinder ефект доведе до разработването на нова област на науката - физични и химични механика - и играе важна роля в създаването на нови техники за обработка и нови материали при сондиране на скали и редица други процеси.
През последните 15-20 години, основните нови тенденции са се появили и развили в колоидна химия. Сред тях - nanodisperse системи Colloid Chemistry (с размер на частиците от няколко нанометра), Colloid Chemistry протеинови системи, химични реакции в колоидни микрореактори (мицеларни системи и микроемулсии), самостоятелно сглобени колоиден структура (повърхност и в насипно състояние). Отваря нови перспективи за използване на колоидно-химични закони в областта на биотехнологиите, фармакология, създаване на нови материали и технологии за микроелектроника, в печатната индустрия, развитието на наноразмерни катализатори, бои, адсорбенти, нови технологии, опазване на околната среда и много други индустрии. Голям напредък са направени в развитието на изследователски методи колоидни системи и междуфазовите повърхности (атомен сила и електронна микроскопия, фотонна корелационна спектроскопия, малък ъгъл неутрони отражение нови радиохимично методи, методи за прецизно измерване и повърхностно напрежение контакт сили между разпръснати частици). Значително също методи за получаване на обогатени диспергирани частици с контролиран състав, размер и форма, и методи за образуване на структури от частици. Теоретичните подходи към разясняване колоидно-химични процеси са били успешно използвани за неравновесни термодинамиката, фракталната геометрия, теорията за самоорганизация, методи компютърни симулации.
Модерен колоидна химия - науката "на кръстопът" на химията, физиката, биологията. Тя е станала едно от задължителните вторични химически дисциплини за много дисциплини (химия, инженерна химия, биология, медицина, геология, почвознание, опазване на околната среда, аптека и др.) Колоидна химия обучение във висшето образование в страната ни има богата традиция и се основава на отлични учебници, ръководства и монографии, изготвени от изтъкнати учени и преподаватели (вж. Препоръчителната литература).
Препоръчителна четене
А. Adamson Физикохимия на повърхности. - М., "Мир" Издателска къща. 1979.
Свързани статии