Коллоидная химия

Коллоидная химия
Т. Грэм, 1861г
Коллоидами Грэм назвал вещества,
которые образуют водные растворы с клееподобными свойствами и не проходят через полупроницаемые перегородки – мембраны. По гречески колла (æω) означает клей, эйдос (eio) – вид.
В коллоидных растворах мельчайшие частицы вещества образуют одну фазу, а среда, в которой они находятся,– другую.
Вещества, дающие молекулярные или ионные растворы, Грэм назвал кристаллоидами.

Коллоидная химия
Т. Грэм, 1861г
коллоидное состояние вещества - состояние материи, промежуточное между молекулярным состоянием (атомы, ионы, молекулы) и макросостоянием.
свойства вещества в коллоидном состоянии определяет не его природа, а размер частиц.
К признакам объектов коллоидной химии относится не только дисперсность, но и гетерогенность

Современная коллоидная химия –область химической науки, изучающая свойства веществ в дисперсном состоянии и поверхностные явления в дисперсных системах.
Поверхностные явления (ПЯ) – процессы, происходящие на границе раздела фаз, в межфазном поверхностном слое, и возникающие в результате взаимодействия контактирующих фаз, имеющих различный состав и строение.
Коллоидная химия

Коллоидная химия
В геометрии
Поверхность имеет площадь, но не имеет толщины. Это общая часть
двух смежных областей пространства.
В коллоидной химии
Поверхность раздела фаз – это граничная область между фазами, конечный по толщине слой, в котором происходит изменение свойств от значений, характерных для одной фазы, до значений, характерных для другой.

На границе раздела фаз формируется поверхностный слой (межфазная поверхность) толщиной в один или несколько молекулярных размеров (диаметров).
Коллоидная химия

Дисперсная система – такая многофазная система (по крайней мере, двухфазные), в которой одна из фаз является раздробленной (т. е. представлена более или менее крупными частицами) и распределена во второй (непрерывной) фазе. Необходимым условием существования дисперсных систем является нерастворимость ДФ в ДС.
Коллоидная химия

Коллоидная химия

Коллоидная химия

Коллоидная химия
3. Классификация по характеру взаимодействия между веществами дисперсной фазы и дисперсионной среды

Коллоидная химия
4. Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды

Коллоидная химия
4. Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды

Коллоидная химия
4. Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды

Самопроизвольное диспергирование характерно для лиофильных систем.
Несамопроизвольное диспергирование характерно для лиофобных систем.
Несамопроизвольное диспергирование бывает:
• механическое;
• физическое (диспергирование ультразвуком, электрическими методами);
• физико-химическое (пептизация).
Коллоидная химия

Пептизацией называют переход осадков под действием пептизаторов в состояние коллоидного раствора.
Коллоидная химия

Пептизацией называют переход осадков под действием пептизаторов в состояние коллоидного раствора.
Коллоидная химия

Пептизацией называют переход осадков под действием пептизаторов в состояние коллоидного раствора.
Коллоидная химия

Пептизацией называют переход осадков под действием пептизаторов в состояние коллоидного раствора.
Коллоидная химия

Дисперсионный анализ (ДА) – это совокупность методов измерения размеров частиц.
Процедура ДА различается для высоко- и грубодисперсных систем.
Существует три группы методов ДА
Методы измерения параметров отдельных частиц (размеров, массы и т. д.), например, с помощью оптического микроскопа, с последующей статистической обработкой результатов большого числа измерений (микроскопический анализ).
Коллоидная химия

Дисперсионный анализ (ДА) – это совокупность методов измерения размеров частиц.
Процедура ДА различается для высоко- и грубодисперсных систем.
Существует три группы методов ДА
Методы, основанные на механическом разделении дисперсной системы на несколько классов по крупности частиц, например, ситовый анализ.
Методы, основанные на изучении свойств ансамбля частиц. Это адсорбционные методы, используемые для определения удельной поверхности, седиментационный анализ и др.
Коллоидная химия

седиментационный анализ
Коллоидная химия

седиментационный анализ
Коллоидная химия

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И ОСОБЫЕ СВОЙСТВА
ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛА ФАЗ
Коллоидная химия
Поверхностные молекулы втягиваются в глубь жидкости, и возникает внутреннее давление. Следствием этого является поверхностное натяжение (σ) – важная характеристика поверхности.

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И ОСОБЫЕ СВОЙСТВА
ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛА ФАЗ
Коллоидная химия

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И ОСОБЫЕ СВОЙСТВА
ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛА ФАЗ
Коллоидная химия

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И ОСОБЫЕ СВОЙСТВА
ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛА ФАЗ
Коллоидная химия
Адгезия – это слипание двух разнородных твердых тел или жидких поверхностей за счет межмолекулярных сил.

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И ОСОБЫЕ СВОЙСТВА
ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛА ФАЗ
Коллоидная химия
Работа когезии – работа, необходимая для разрыва однородной объемной конденсированной фазы Wк

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И ОСОБЫЕ СВОЙСТВА
ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛА ФАЗ
Коллоидная химия
Смачивание – разновидность адгезии, относящаяся к взаимодействию типа ЖТ.

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И ОСОБЫЕ СВОЙСТВА
ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛА ФАЗ
Коллоидная химия
Адсорбция – самопроизвольное перераспределение компонентов между поверхностным слоем и объемной фазой.
Удельная (гиббсовская) адсорбция Гi:

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И ОСОБЫЕ СВОЙСТВА
ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛА ФАЗ
Коллоидная химия
Полная адсорбция – количество вещества в поверхностном слое толщиной δ на единицу поверхности или массы адсорбента:
Между Гi и аi существует взаимосвязь:

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И ОСОБЫЕ СВОЙСТВА
ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛА ФАЗ
Коллоидная химия
Равновесие между объемными фазами и поверхностным слоем при постоянных температуре и объеме
Процессы адсорбции в коллоидных системах идут в сторону самопроизвольного увеличения градиента концентрации веществ на межфазной поверхности.

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И ОСОБЫЕ СВОЙСТВА
ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛА ФАЗ
Коллоидная химия
Вещества, для которых Г > 0,
Снижают
это ПАВ, поверхностно-активные вещества;
вещества, для которых Г < 0, повышают σ, но незначительно – это ПИВ, поверхностно-
инактивные вещества;
вещества, которые не влияют на σ – поверхностно-неактивные вещества (ПНВ).

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И ОСОБЫЕ СВОЙСТВА
ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛА ФАЗ
Коллоидная химия

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И ОСОБЫЕ СВОЙСТВА
ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛА ФАЗ
Коллоидная химия
Для важнейших фосфолипидов характерно наличие гидрофильного фрагмента, содержащего одновременно положительный и отрицательный заряды (цвиттер-ион) в сочетании с большими гидрофобными фрагментами.

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И ОСОБЫЕ СВОЙСТВА
ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛА ФАЗ
Коллоидная химия
Строение фосфолипидной мембраны:
1 – гидрофобная область;
2 – гидрофильные цвиттер-ионные фрагменты;
3 – дипольные молекулы растворителя.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ
Коллоидная химия
ДЭС – важнейший фактор, обеспечивающий агрегативную устойчивость дисперсных систем. В коллоидных системах он возникает в результате адсорбции ионов на поверхности частиц дисперсной фазы или диссоциации расположенных на поверхности функциональных групп и
представляет собой систему пространственно разделенных зарядов противоположного знака на межфазной поверхности.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ
Коллоидная химия
Избирательная адсорбция регулируется правилом Фаянса –Панета: На поверхности твердого тела, в том числе частицах дисперсной фазы, преимущественно адсорбируются те ионы, которые
а) способны достраивать кристаллическую решетку твердого тела и образовывать с ионами, входящими в ее состав, нерастворимые соединения;
б) присутствуют в растворе в избытке. Кроме того, могут адсорбироваться и изоморфные (близкие по структуре и размерам) с данной кристаллической структурой ионы.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ
Коллоидная химия
Заряд ядра мицеллы золя иодида серебра, получаемого по реакции AgNO3 c КI при избытке последнего
При избытке AgNO3 ядро приобретает положительный заряд

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ
Коллоидная химия
Способность к адсорбции зависит от заряда и размера иона: чем больше размер иона, тем меньше плотность заряда и меньше размеры гидратной оболочки, следовательно, тем легче адсорбируется ион.
ДЭС образуется не только на поверхности частиц золей, но и эмульсий.

ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ
Коллоидная химия
явления, при которых происходит движение двух фаз дисперсной системы относительно друг друга – либо под действием электрического поля, либо само движение вызывает образование электрического поля.

ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ
Коллоидная химия
Электрофорез (от греч. φορеο – увлекать) – это перемещение под действием электрического поля неэлектропроводных частиц ДФ относительно ДС.
При наложении внешнего электрического поля частицы ДФ начинают двигаться к электроду, заряд которого противоположен по знаку заряду потенциалопределяющих ионов.
Величина -потенциала связана со скоростью электрофореза заряженных частиц уравнением Гельмгольца – Смолуховского:

ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ
Коллоидная химия
Электроосмосом называется протекание дисперсионной среды через неподвижную пористую перегородку под действием приложенного электрического поля.

ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ
Коллоидная химия
Если в этой же установке не подавать напряжения на электроды, но создать ток жидкости мимо неподвижных частиц, то между электродами возникнет разность потенциалов (так называемый потенциал протекания).

объяснения строения ДЭС
Коллоидная химия
Теория Гельмгольца – Перрена
ДЭС представляется в виде плоского конденсатора, обкладки которого состоят из слоев противоположных зарядов и расположены на расстоянии порядка молекулярного диаметра. Падение потенциала между слоями ДЭС происходит линейно в зависимости от расстояния от поверхности раздела фаз.

объяснения строения ДЭС
Коллоидная химия
Теория Гуи – Чепмена
На твердой поверхности адсорбируются ионы определенного знака и, помимо электростатических сил, на их распределение влияет тепловое движение.