Таким образом, коллоидными системами называются полидисперсные гетерогенные системы с величиной частиц дисперсной фазы от 10-7 до 10-9 м

Структурной и кинетической единицей коллоидных систем является не ион и не молекула в обычном смысле, а либо ком­плекс (агрегат), состоящий из большого числа обычных молекул, атомов или ионов, называемых мицеллой, либо макромолекула, т.е. молекула-полимер «гигантских» размеров, обладающая мо­лекулярным весом в десятки и сотни тысяч углеродных единиц.

2. По агрегатному состоянию различают дисперсные сис­темы с газообразной, жидкой и твердой дисперсионной средой. Дисперсные системы с газообразной дисперсионной средой на­зываются аэрозолями (дым, туман). Водные коллоидные раство­ры называются гидрозолями, спиртовые - алкозолями, эфирные -эфирозолями и т.д. Затвердевший золь, или отделившаяся от дис­персионной среды дисперсная фаза образует гель.

Каждая дисперсная фаза и дисперсионная среда могут быть в трех агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом. Исходя из этого, можно было бы ожидать существования в при­роде девяти групп различных дисперсных систем, но система газ в газе не образует агрегатов, а представляет собой гомогенную смесь, не имеющую поверхности раздела между фазами (табл. 21).

Таблица 21

Дисперсные системы

  Дисперсионная среда Дисперсная фаза Система
  Газ Жидкость Туман, облака
  Газ Твёрдое тело Дым, пыль
  Жидкость Газ Пена
  Жидкость Жидкость Эмульсии (молоко, маргарин)
  Жидкость Твёрдое тело Суспензии, Коллоиды
  Твёрдое тело Газ Пемза, хлеб
  Твёрдое тело Жидкость Жемчуг
  Твёрдое тело Твёрдое тело Рубин, голубая каменная соль
      ■

3. По интенсивности взаимодействия между частицами дис­персной фазы и дисперсионной средой различают два класса коллоидных систем: лиофилъные (от греческих лио - растворяю и филио - люблю) системы и лиофобные (от греческих лио - рас­творяю и фобос - страх) системы.

Лиофильными коллоидными системами являются такие системы, в которых частицы дисперсной фазы прочно связывают большое количество молекул растворителя и также прочно удер­живают их, если коллоид выделяется из раствора.

Лиофильные системы (растворы высокомолекулярных со­единений) вследствие их «любви» к растворителю образуются самопроизвольно. Так, при помещении кусочка сухого желатина или крахмала (состояние геля) в воду через некоторое время в результате гидратации геля образуется коллоидный раствор (золь).

Лиофобными коллоидными системами являются такие системы, в которых частицы дисперсной фазы очень слабо взаи­модействуют с молекулами растворителя.

Для получения золя гидрофобного коллоида необходимо затратить работу (химическую - получение нерастворимого ве­щества в ходе реакции, или физическую - растирания и др.).

Коллоидные растворы обнаруживают ярко выраженные оптические свойства. Простое наблюдение показывает, что рас­творы лиофильных коллоидов всегда мутные (раствор желатина, альбумина и др.), а растворы лиофобных коллоидов почти всегда имеют окраску ( гидрозоль гидроокиси железа - красно-коричневую; гидрозоль берлинской лазури - синюю).

Было установлено, что при прохождении света через кол­лоидный раствор, коллоидные частицы рассеивают свет и тем больше, чем больше их число и сильнее интенсивность света. Этот эффект получил название конуса Тиндаля, а интенсивность свечения выражается законом Рэлея:

I = I0 k

где I - интенсивность рассеянного света; Iо - интенсивность па­дающего света; k - константа, зависящая от разности показателей преломления дисперсной фазы и дисперсионной среды; n - число частиц в единице объема, т.е. концентрация частиц золя; V-объём частицы дисперсной фазы; λ - длина волны падающего света.

Конус Тиндаля в коллоидном растворе является выражени­ем эффекта светорассеяния. Светорассеяние достигается только тогда, когда величина частицы, рассеивающей свет, начинает приближаться к величине длины световой волны. Истинные растворы таким свойством не обладают. По этому свойству легко отличить истинные растворы от коллоидных.

Так как молекулы некоторых веществ по своим размерам могут быть близки к размерам коллоидных частиц, то с этой точ­ки зрения трудно провести резкую границу между истинными и коллоидными растворами. Все же между ними имеется сущест­венное различие: в то время как истинные растворы - термодинамически устойчивые системы, устойчивость коллоид­ных растворов с большей или меньшей скоростью меняется во времени.

Коллоидные растворы представляют собой гетерогенные системы, что и служит одной из причин их неустойчивости. Кол­лоидные растворы обладают большой свободной энергией поверхности и в соответствии со вторым началом термодинамики стремятся к равновесному состоянию, характеризующемуся разделением сис­темы на две фазы, имеющие минимальные межфазовые поверх­ности и, следовательно, минимальную свободную поверхност­ную энергию.

Устойчивость характеризуется длительностью нахождения системы в неизменном состоянии. Различают кинетическую и агрегативную устойчивость коллоидных систем.

Кинетическая устойчивость характеризуется временем со­хранения равномерного распределения частиц дисперсной фазы по всему объёму дисперсионной среды.

Агрегативная устойчивость характеризуется временем со­хранения неизменной степени дисперсности (раздробления час­тиц) дисперсной фазы коллоидной системы.

С помощью ультрамикроскопа было установлено, что кол­лоидные частицы находятся в интенсивном броуновском движе­нии. Чем мельче частицы, тем интенсивнее движение, и наоборот, чем крупнее, тем меньше скорость их движения. Одновременно с этим частицы находятся под влиянием силы земного притяжения.

Таким образом, коллоидные частицы находятся под воз­действием двух взаимно противоположных сил: броуновского движения, стремящегося равномерно распределить частицы по всему объему дисперсионной среды, и силы тяжести, стремящей­ся собрать эти частицы на дне сосуда. Чем крупнее частицы, тем сильнее проявляется действие земного тяготения, тем скорее они отделяются от дисперсионной среды и тем меньше их кинетиче­ская устойчивость.

В природе коллоидные системы образуются двумя путями: конденсационным и дисперсионным. Воспроизведение этих путей и лежит в основе методов получения коллоидов.

В первом случае коллоиды получаются за счет соединения (конденсации) ионов или молекул с образованием более крупных частиц. Причиной вызывающей образование таких частиц является пересыщенное состояние данного вещества в среде другого вещества, в котором первое находится в растворенном состоянии. Так, например, при понижении температуры воздуха, насыщенного водяными пара­ми, создается пересыщение, которое сопровождается образовани­ем тумана; при сливании спиртового раствора канифоли с водой, образуется золь мастики, так как канифоль трудно растворяется в воде и вследствие этого образуются частицы канифоли коллоид­ных размеров.

Во втором случае - коллоиды образуются за счет раздроб­ления (диспергирования) крупных частиц до частиц коллоидных размеров. Так, например, для раздробления глинистых минералов применяют шаровые мельницы, представляющие собой эксцен­трически вращающиеся барабаны из прочной стали, частично заполненные шарами из того же материала.

Так как почвы в большинстве случаев представляют собой мелкие комочки из слипшихся между собой отдельных частиц, в том числе и коллоидных, то для разделения их на отдельные бо­лее мелкие частицы применяют химический метод раздробления. В этом случае в качестве реагента обычно употребляют растворы различных солей натрия и щелочей. Такой метод раздробления получил название пептизации.

Полученные коллоидные растворы очищают от примесей электролитной природы посредством диализа. Диализ основан на способности полупроницаемых мембран пропускать частицы ис­тинных растворов и не пропускать коллоидные частицы, по­скольку размер пор полупроницаемой мембраны меньше чем d частицы. Диализ продолжают до отсутствия качественной реакции на определяемые ионы или молекулы. Другим методом очистки коллоидных растворов является ультрафильтрация.