| Головна » Статті » Хімія | [ Додати статтю ] |
Колоїдна хімія
|
Сучасна колоїдна хімія - це велика, самостійна частина хімічної науки,
що вивчає дисперсний стан речовини і поверхневі явища в дисперсних
системах. Курс колоїдної хімії ставить метою дати чітке уявлення про
теоретичні і експериментальні основи цієї науки, виділяючи її особливу
роль як міждисциплінарної науки, що синтезує знання з суміжних розділів
хімії, фізики, біології і інших природних наук. Колоїдна хімія виходить з уявлень про дисперсність - мікрогетерогеності як уні-версальному стані речовини у всіх природних об'єктах і технологічних системах. Такі гірські породи і грунти, тканини живих організмів, такі всілякі матеріали, суспензії, ему-льсії, піни, аерозолі, побудовані з малих (дуже малих, до нанометрів) часток: зерен, кліток, волокон, плівок, які зберігають ще, однак, властивості даної фази і межі розділу з сусідніми фазами. Високе розвинення міжфазних поверхонь - носіїв енергетичних надлишків (тобто специфічного, активованого стану речовини)- служить спільною ме-жею всіх цих об'єктів і систем і визначає різні їх властивості і протікаючі в них процеси. Особливе місце займає тут адсорбція - мимовільне концентрування певних, поверхо-во-активних компонентів на міжфазных кордонах, що міняє хімічну природу кордонів і що дозволяє керувати процесами в природних і технологічних дисперсних системах. Розвиваючи ці уявлення, колоїдна хімія послідовно розглядає будову міжфаз-них кордонів в дисперсних системах, закономірності і механізми фізико-хімічних про-цесів на цих кордонах; умови утворення нових дисперсних фаз і їх властивості (спе-цифічні - колоїдно-хімічні властивості і "неспецифічні - загальні і для колоїдно-дисперсних, і для молекулярно-дисперсних систем); загальні закономірності стійкості дисперсних систем, принципи і методи їх стабілізації і дестабілізації і їх додаток до конкретних дисперсних систем з різними твердими, рідкими і газооподібними фазами; взаємодія часток і структуроутворення в дисперсних системах - як вступ в новий роз-діл колоїдної хімії - фізико-хімічну механіку. Широта концепцій, об'єктів, проблем, методів колоїдної хімії зумовлює її участь в розвитку інших хімічних наук, а також геології, метеорології, біології, медицині. Разом з тим, розкриваються роль і перспективи колоїдної хімії як загальної наукової основи інтенсифікації і оптимізації технологічних процесів з участю дисперсних фаз буквально у всіх галузях виробництва: хімічної, нафтодобувної і нафтопереробної, гірнорудної, металургійної, легкої, харчової, фармацевтичної промисловості; пояснюються механі-зми природних колоїдно-хімічних явищ і регулювання впливів на природні об'єкти (структуроутворення в ґрунтах, колоїдно-хімічні аспекти функціонування клітинних структур);розглядаються корінні проблеми захисту навколишнього середовища. "Питання колоїдної хімії повинні вважати передовими і що можуть мати значення у всій фізиці і хімії." Д.І.МенделєєвКолоїдна хімія виникла в середині ХIХ століття. У 1861 р. відомий англійський sхімік Т.Ґрем вивчав дифузію різних речовин у водних розчинах. Він виявив, що деякі речовини (желатин, агар-агар і т.п.) дифундують у воді у багато разів повільніше, ніж, наприклад, солі і кислоти. Крім того, ці речовини при пересиченні розчинів не криста-лизувались, а формували клейку масу. Древньогрецький клей називається "колла", і ці "особливі" речовини Ґрем назвав "колоїдами". Так з'явилася назва науки - колоїдна хімія.На основі своїх дослідів Ґрем висунув вельми сміливу гіпотезу про існування в природі двох діаметрально протилежних класів хімічних речовин - "кристалоїдів" і "колоїдів". Ця ідея викликала великий інтерес багатьох вчених, і у другій половині Х1Х віку колоїдна хімія стала розвиватися дуже швидко і плідно, причому основна увага приділялася саме хімічним аспектам. У ці роки були відкриті багато які речовини з ти-пово колоїдними властивостями. Разом з тим були розроблені різні методи очищення і стабілізації колоїдів (неорганічних, органічних і білкових речовин), створені оригінальні і високочутливий методи дослідження колоїдів для вимірювання розмірів дисперсних часток, поверхневого натягнення чистих рідин і розчинів, швидкості електрофорезу і ряду інших параметрів колоїдних систем. Однак по мірі відкриття всі нових колоїдних систем гіпотеза Ґрема втрачала свою привабливість. На зміну їй прийшла концепція універсальності колоїдного (дисперсного) стану речовини. Вирішальну роль в її твер-дженні зіграли експериментальні роботи професора Санкт-Петербургського гірничого інституту П.П. Веймарна (1906 - 1910). На безлічі прикладів він показав, що навіть ти-пові колоїди (наприклад, желатин) можна виділити в кристалічному вигляді і, навпаки, з "кристалоїдних" речовин можна приготувати колоїдний розчин (наприклад, куховар-ської солі в бензолі). На основі цих результатів Веймарн висунув наступне положення: "Колоїдний стан не є зумовленим якими-небудь особливостями складу речовини; на-впаки, було доведено, що про колоїди можна говорити як про тверді, рідкі, газоподібні, розчинних і нерозчинні речовини. При певних умовах кожна речовина може спромога-тися колоїдному ". Концепція універсальності значно розширила область об'єктів колоїдної хімії і вплинула значний чином на її розвиток. На перший план було висунене поняття дис-персного стану речовини і як результат - усвідомлення найважливішої ролі поверхне-вих явищ. Веймарн вважав за необхідним взагалі відмовитися від терміну "колоїд" і замінити його на поняття "дисперсоїд", а колоїдну хімію перейменувати в дисперсої-дологію - "науку про властивості поверхонь і процеси, на них що здійснюються". Це визначення дуже близько до сучасного трактування колоїдної хімії як науки про дис-персний стан речовин з визначальним впливом поверхневих явищ. С затвердженням концепції універсальності сталося істотне зміщення пріоритетів колоїдної хімії. Голо-вним напрямом стало вивчення дисперсного (колоїдного) стану речовин. Для цього необхідно було з'ясувати, які властивості досить повно і об'єктивно характеризують цей стан. На початку ХХ століття ця проблема представлялася дуже складною. Не ви-падкове В. Оствальд, один з перших коллоїдників, називав колоїдну хімію "світом непізнаних величин". Приблизно до 20 -м рр. стало ясно, що фундаментальні пробле-ми колоїдної хімії в новому розумінні її змісту можна умовно розділити на три групи: 1. Склад, будова і властивості колоїдних часток. 2. Взаємодія часток з дисперсною середою (головним чином, з рідинами). 3. Контактні взаємодії часток один з одним, що призводять до утворення колоїдних структур. Новизна і оригінальність проблем колоїдної хімії, відкриття цілком нових шляхів проникнення в світ молекулярних явищ на основі макроскопічних досліджень залучили до нової науки багатьох найбільших вчених. Цілком закономірно тому, що цей період колоїдної хімії виявився надзвичайно плідним. За роботи по колоїдній хімії стали лау-реатами Нобелівської премії Р.Зігмонді (1925 р.) " за встановлення гетерогеної природи колоїдних розчинів і за розроблені в зв'язку з цим методи, що мають фундаментальне значення в сучасній колоїдній хімії"; Ж.Перрен (1926 р.) - "за роботу за дискретній природою матерії і особливо за від-криття седиментационного рівноваги"; Т.Сведберг (1926 р.) - "за роботи в області дисперсних систем" (передусім за вико-ристання ультрацентрифуги для дисперсійоного аналізу); І.Ленгмюр (1932р.) - "за відкриття і дослідження в області хімії поверхневих явищ". Ці успіхи колоїдної хімії призвели до того, що в багатьох університетах і техно-логічних інститутах Європи створюються кафедри колоїдної хімії. У Росії колоїдної хімії велика увага приділялася ще у 2-ой половині Х1Х віку, багато в чому під впливом Д.І. Менделеєва. Дослідження температурної залежності поверх-невого натягнення органічних рідин (1861 р.) призвели Менделеєва до відкриття фун-даментального поняття критичної температури речовин.Менделеєв висловив також ідею про глибокий зв'язок між поверхневим натяг-ненням і іншими властивостями речовини. У зв'язку з цим він ще на початку своєї дія-льності сформулював наступну програму робіт в цьому напрямі: "Головна мета зроб-лених мною досліджень над капілярністю і питомою вагою рідин складає збори мате-ріалів, необхідних для молекулярної механіки. Для успіхів цієї науки необхідно мати наступні точні дані. 1) Вага частинки. 2) Питома вага. 3) Зчеплення, що визначається волосяними (тобто капілярними ) явищами, може слу-жити до розуміння деяких фізичних і хімічних явищ". На початку ХХ століття рівень колоїдної хімії в Росії відповідав самим високим стандартам. Вже згадувалося вище фундаментальне відкриття П.П.Веймарна про уні-версальність дисперсного стану речовини. Цей критерій швидко отримав світове ви-знання. У 1913 р. була захищена перша в Росії магістерська дисертація по колоїдній хімії. Її автор А.В.Думанський став згодом одним з найбільших організаторів колоїдно-хімічних досліджень в СРСР. Таким чином, до початку 30-х років в СРСР були створе-ні всі необхідні передумови для викладання колоїдної хімії у вищій школі. | |
| Переглядів: 936 | |
| Всього коментарів: 0 | |