Л- 8. Начала коллоидной химии

учебник для медицинских вузов (с задачами и решениями). – М.:

ООО "Медицинское информационное агентство", 2008. – 295 с.
2. Семиохин, И.А. Физическая химия: учебник. — М.: МГУ, 2001. — 272 с.
3. Родин, В.В. Основы физической, коллоидной и биологической химии: курс лекций / Ставропольский ГАУ. – Ставрополь: Агрус, 2009. – 124 с.
4. Евстратова, К.И. Физическая и коллоидная химия: учебник для фарм. вузов и факультетов /К.И. Евстратова, Н.А. Купина, Е.Е. Малахова. – М.: В. шк., 1990. — 487 с.

1. Предмет, задачи, понятия коллоидной химии
1.1. Объект, предмет коллоидной химии
1.2. Гетерогенные системы - III
2. Устойчивость дисперсных систем
2.1. Двойной электрический слой
2.2. Электрооптические явления
3. Биологическая роль коллоидов

свойства дисперсных систем в зависимости от их химического состава, строения

и внешних условий.

Объект коллоидной химии – вещества в макро- и микро- диспергированных состояниях.
Предмет коллоидной химии – дисперсные системы, физико-химические явления и процессы в них.
Задачи коллоидной химии:
– обосновать причины физико-химических явлений и процессов; выявить роль среды в их проявлении;
выбор способов их описания;
разработка методов их исследования;
разработка рекомендаций по управлению ими.

системы, различные и по природе фаз, и по размерам частиц,

и по агрегатному состоянию фаз обладают общими свойствами:
– гетерогенностью;
– термодинамической неустойчивостью.
Фаза — это совокупность гомогенных частей системы, имеющих одинаковые химические, физи-ческие и термодинамические характеристики во всех своих точках.
Фаза может быть непрерывной, а может быть дисперсной, т. е. состоять из отдельных фрагментов или частиц.

Примеры дисперсных фаз — льдинки; капельки масла в воде; пузырьки воздуха в воде при нагревании; частицы измельчённого угля; пыль в воздухе.

степени раздробленности (дисперсности) системы делятся на следующие классы:
грубодисперсные, размер

частиц - более 10-5 м;
тонкодисперсные (микро-гетерогенные) с размером частиц от 10-5 до 10-7 м;
коллоидно-дисперсные (ультра-микро-гетерогенные) с частицами размером от 10-7 до 10-9м.
Один компонент дисперсной системы играет роль дисперсионной среды, а другой – роль диспер-сной фазы.
В этом случае все дисперсные системы можно классифицировать по агрегатным состояниям фаз.

Центральное место в коллоидной химии занимают ультра-микро-гетерогенные системы со свободными частицами. Это - так называемые коллоидные системы.

СИСТЕМА (ДИСПЕРСИЯ) - гетерогенная система из двух или большего числа фаз, из которых

одна (дисперсионная среда) непрерывна, а другая (дисперсная фаза) диспергирована (распределена) в ней в виде отдельных частиц (твёрдых, жидких или газо-образных). При размере частиц 10-5 см и меньше система называется коллоидной.
КОЛЛОИДНОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА - высокодис-персное (сильно раздробленное) состояние, в котором отдельные частицы являются не молекулами, а агрегатами, состоящими из множества молекул. Размер частиц должен отвечать размерам 10-5-10-7 см. Для существования таких систем требуется введение стабилизаторов.

ЗОЛЬ – дисперсная система, в которой размер частиц отвечает коллоидной степени дисперсности, т.е.

лежит в пределах от 10-5 до 10-7 см.
Золи с газообразной дисперсионной средой называют аэрозолями, с жидкой - лиозолями. В зависимости от природы дисперсионной среды лиозоли делятся на гидрозоли, алко-золи, этеро-золи и бензо-золи, у которых дисперсионной средой являются соответственно вода, спирт, эфир, бензол.

Физико-химическая система – часть материального мира, ограниченная реально существующей или воображаемой поверхностью раздела и составляющая предмет исследования.

система, в которой твёрдые частицы с размером 10-5-10-7 см распределены в

жидкой непрерывной среде.
ГИДРОЗОЛЬ - свободнодисперсная коллоидная система, в которой твёрдые частицы с размером 10-5-10-7см распределены в водной среде.
ОРГАНОДИСПЕРСИИ, ОРГАНОЗОЛИ - дисперсные системы, в которых дисперсионная среда - органическая жидкость.
Органозоль - дисперсная система, в которой твёрдые частицы коллоидного размера распределены в органической жидкости.

коллоидно-химический комплекс, состоящий из частицы и двойного ионного слоя.
В растворах

поверхностно-активных веществ - это агрегат из длинноцепочечных дифильных молекул или ионов ПАВ, образующийся самопроизвольно при определённой концентрации, зависящей от природы полярной группы и, особенно, от длины цепи молекул.
В водных растворах ассоциация части молекул (ионов) происходит в результате сцепления цепей, в неводных (неполярных) средах - за счёт полярных (функциональных) групп.

многих из них достаточно прибавления ничтожного количества электролита, чтобы вызвать

выпадение осадка. Причина столь лёгкого изменения состояния коллоидных систем связана с непостоянством степени их дисперсности.
Различают два вида устойчивости любой раздробленной системы – кинетическую и агрегативную.
Одно из самых резких и характерных отличий коллоидной системы и от истинного раствора, и от грубодисперсных систем в том, что в ней степень дисперсности является чрезвычайно непостоянной величиной и может изменяться в зависимости от самых разнообразных причин.

которых одна фаза находится в виде отдельных мелких частиц, распределённых

в другой фазе. Такие ультра-микро-гетерогенные системы с определённой (коллоидной) дисперсностью проявляют способность к интенсивному броуновскому движению и обладают высокой кинетической устойчивостью.
Имея высокоразвитую поверхность раздела фаз и, следовательно, громадный избыток свободной поверхностной энергии, эти системы являются принципиально термодинамически неустойчивыми, что выражается в агрегации частиц, т.е. в отсутствии агрегативной устойчивости.

с наличием слоя стабилизатора на поверхности коллоидных частиц.
Необходимым условием

создания устойчивых коллоидных систем является присутствие третьего компонента - стабилизатора.

Стабилизаторы - электролиты или другие вещества не электролитной природы - ВМС или ПАВ.

определяют поведение коллоидных систем.
Эти слои могут быть образованы или

изменены небольшими количествами каких-либо растворенных веществ, поэтому создаётся возможность регулирования ряда свойств коллоидных систем в различных практических приложениях.

Коллоидные системы с частицами диспергированного вещества, способных свободно перемещаться в жидкой дисперсионной среде совместно с адсорбированными на их поверхности молекулами или ионами третьего компонента (стабилизатора), называют лиозолями, а сами частицы, обладающие сложным строением – мицеллами.

фазы которых не взаимодействуют с дисперсионной средой, не сольватируются и

не растворяются в ней.
Лиофильные системы -- частицы дисперсной фазы которых интенсивно взаимодействуют с дисперсионной средой.

Лио-золи по Ребиндеру
Дисперсные много-или двухфазные системы он разделил на два класса, исходя из величины удельной межфазовой энергии (поверхностного натяжения).

неустойчивостью и требуют стабилизации.
Лиофобные системы - золи драгоценных металлов, золи

металлоидов (серы, селена, теллура), дисперсии полимеров в воде (например, полистирола, фторолона), золи сульфидов мышьяка, сурьмы, кадмия, ртути, золи гидроксидов железа, алюминия, …

истинные растворы, т.е. однофазные системы, гомогенные, термо-динамически устойчивые и подчиняющиеся

правилу фаз Гиббса.

Лиофильные коллоидные системы – по Фрейндлиху – растворы, образующиеся при растворении природных или синтетических ВМС:
растворы белков, крахмала, пектинов, камедей, эфиров целлюлозы и разнообразных смол, как природных так и синтетических.

Лиофильные системы считались двух- или многофазными, термодинамически неустойчивыми, неподчиняющимися правилу фаз Гиббса.

двухфазные коллоидные системы с низкой, хотя и положительной межфазовой свободной

энергией, меньшей или равной граничному значению, s12 ≤ sm .
Это системы с очень малой межфазовой энергией, они термо-динамически устойчивы и образуются самопроизвольно.
Дисперсность их вполне определена и находится в коллоидной области.

Лиофобные системы – по Ребиндеру – дисперсные системы с достаточно высоким межфазовым натяжением (s12), большим некоторого граничного значения sm: s12 > sm . У них большая межфазовая свободная энергия, поэтому граница раздела фаз выражена резко:
система является агрегативно неустойчивой и требует введения стабилизатора.
Дисперсность таких систем является произвольной.

среде веществами типа мыл, некоторых красителей и дубителей, а в

неводной среде некоторыми ПАВ. Такие вещества в разбавленных растворах находятся в молекулярном состоянии, при увеличении концентрации происходит агрегация молекул с образованием частиц коллоидного размера, т.е. образуются мицеллы.

Лиофильные системы

1) так называемые критические эмульсии, образующиеся в результате снижения поверхностного натяжения при нагревании до температуры, близкой к температуре неограниченного смешения, или в результате прибавления очень больших количеств ПАВ;

его растворе возникает большое количество мицелл, находящихся в термодинамическом равновесии

с молекулами (ионами), и резко изменяется ряд свойств раствора, называют критической концентрацией мицеллообразования (ККМ). Мицеллами ПАВ называют агрегат из длинноцепо-чечных дифильных молекул или ионов, образующихся самопроизвольно в их растворах выше ККМ, зависящей от природы полярной группы (групп) и особенно от длины цепи молекулы.
В водных растворах ассоциация части молекул (ионов) происходит в результате сцепления цепей, в неводных (неполярных) средах – за счёт сцепления полярных групп.

методом ККМ – это некоторая средняя концентрация в той узкой области, в

которой происходит переход из молекулярного состояния растворенного вещества к мицеллярному.
При этом образуется высокодисперсная система из двух фаз, -- и многие свойства растворов претерпевают подчас скачкообразные изменения.

Зависимость концентрации неассоциированных молекул (с1) и мицелл (сm) от общей концентрации ПАВ

его растворе возникает большое количество мицелл, находящихся в термодинамическом равновесии

с молекулами (ионами), и резко изменяется ряд свойств раствора, называют критической концентрацией мицеллообразования (ККМ). Мицеллами ПАВ называют агрегат из длинноцепо-чечных дифильных молекул или ионов, образующихся самопроизвольно в их растворах выше ККМ, зависящей от природы полярной группы (групп) и особенно от длины цепи молекулы.
В водных растворах ассоциация части молекул (ионов) происходит в результате сцепления цепей, в неводных (неполярных) средах – за счёт сцепления полярных групп.

потенциал
Био-потенциал
Дзета-потенциал
Тот факт, что дисперсные системы классифицируются по величине свободной поверхностной

энергии, показывает, что коллоидные явления тесно связаны со свойствами поверхности раздела фаз.