Kolloidkémiában - enciklopédia - Knowledge Alap „Lomonoszov”
Kolloidkémiában - kémiai profillal tudomány tanulmányozása microheterogeneous diszperz rendszerek és jelenségek a felületek, azaz interfészeket. Az angol irodalom a használt kifejezések kolloid és felületi (vagy felület) Science.
A tárgyak a tanulmány kolloid kémia diszperz rendszerek - heterogén többfázisú rendszer, amelyben az egyik fázis, amelynek szemcsés, diszpergált állapotban. Diszperz rendszerek tartalmazhatnak olyan objektumokat, amelyek egy kis léptékű, legalább egy dimenzióban - a részecskék, vékony filmek, membránok, szálak vagy kapillárisok. Részecskeméret-tartománya változás (filmvastagság, szál átmérője) 1 nanométer (több molekuláris méretben) egy milliméter töredéke. Kolloidkémiában célja nyilvánosságra a funkciók a szerkezetét és tulajdonságait a rendszer kapcsolódó diszpergált halmazállapot. Kolloidkémiában hagyományosan figyelembe kell venni a témákat, mint a felszíni jelenségek, nedvesítő. hajszálcsövesség kontroll felületi tulajdonságainak révén felületaktív anyagok (tenzidek), az elméleti alapjait a kialakulását és stabilitását a diszperz rendszerek electrosuperficial jelenségek micellaképződés. molekuláris-kinetikai, optikai, szerkezeti és mechanikai tulajdonságait diszpergált rendszerek.
Kolloidkémiában származott a korai XIX. munkájának köszönhetően T.Grema, F.F.Reyssa, T. Young, M. Faraday, R.Brouna et al., Science Az elnevezés a görög szó æóλλα (ragasztó). Brit kémikus T.Grem kolloidok megnevezett anyagok megoldások, amelyek nem kristályosodnak során a párolgás, de alkotnak gélszerű csapadékok (gélek), amelyek közül néhány rendelkeznek tapasztó hatása. Az ilyen anyagok közé tartoznak az alumínium-oxid, a titán és a kovasavak, zselatin, agar-agar. Azt találtuk, hogy a diffúziós kolloidok lassú, az ozmotikus nyomás nagyon kicsi, opálos rendszer. Ezt követően, számos anyagot fedeztek fel, hogy a tipikus kolloid tulajdonságai kifejlesztett módszereket előállítását, tisztítását és stabilizálása kolloid rendszerek és a különböző tudományos tanulmányozása ezen rendszerek vált ismertté, mint a kolloid kémia.
Fejlesztése nagyon gyorsan és eredményesen, Kolloidkémiai alakult, mint önálló tudományág, a huszadik század elején. Az első harmadában a huszadik században. Négy Nobel-díjat ítéltek oda felfedezések terén kolloidkémia. Díjat Chemistry 1925-ben R.A.Zigmondi „létrehozása heterogén természetének a kolloid oldatok és a technika fejlődésének ebben a tekintetben, amelyek alapvető fontosságú a modern kolloidkémiában” 1926 T.Svedberg „munkája terén diszperz rendszerek „I.Lengmyur 1932” az ő felfedezései és a kutatás területén a felszíni jelenségek „díjat fizika nyerte 1926 Zh.B.Perren” az ő munkáját a diszkrét természete anyag, és különösen az ő felfedezése ülepedési egyensúly. " Valamint ezek a tudósok, az elején a XX század. területén kolloidkémia dolgozott Einstein. aki kidolgozott elmélet Brown-mozgás és terjesztését diszpergált részecskéket és áramlási elmélet diszperz rendszereket. M.Smoluhovsky létrehozott kinetikus elméletét a diszpergált részecskék koagulációját. J. Mack Ben felfedezett aggregációt a felületaktív anyagok vizes oldatban képeznek micellákat. Ebben az időszakban meghatároztuk a fő fejlesztési irányok kolloidkémia.
A fő jellemzője a legfinomabb rendszerek - a rendelkezésre álló rendkívül felület. Befolyásolja a felszíni jelenségek a tulajdonságairól diszperz rendszerek megléte miatt a felesleges energiát ezeken a felületeken, miatt nem kompenzált intermolekuláris kölcsönhatások. A fajlagos értéke a felesleges felületi szabad energiával nevezzük felületi feszültség. Termodinamika felszíni jelenségek alakult ki a tizenkilencedik század végén. Gibbs. amely azt javasolta, hogy úgy a felesleges felületi mennyiség - a értéke közötti különbség a termodinamikai funkciót a valós rendszer (a végső vastagsága a határfelületi réteg) és egy összehasonlító rendszert (a elválasztó felülete nulla vastagságú).
A felületi feszültség határozza olyan jelenségeket, mint nedvesítő. Az arány a felületi energia közötti határfelületen a szilárd / folyadék, folyadék / gáz és szilárd / gáz határozza meg a egyensúlyi alak a csepp a szilárd felületen (Young-egyenlet). Hatékony többutas menedzsment nedvesedés felületaktív anyagok alkalmazásával, felületmódosító kemiszorpcióval különböző vegyületek vagy megváltozik felületi topográfia.
Szabad a görbült felület a határfelületen a diszpergált fázis részecskéinek a diszperziós közeget vezet a megjelenése a nyomást ugrás a fázisok közötti. A nyomás különbség a fázisok elválasztott íves felület nevezzük kapilláris (vagy Laplace) nyomáson. A létezését a kapilláris nyomás társított jelenlétében kapilláris jelenségek. kapilláris emelkedés a folyékony, impregnálás porózus testek, kapilláris vonzás a részecskék kötött folyadék meniszkusz. A jelenléte kapilláris nyomás változásokat okoz a gőznyomása felett íves felületek. A függőség gőznyomás görbületi ad jogot Thomson (Kelvin). Ez a törvény az alapja a magyarázata olyan jelenségeket, mint az izotermikus lepárlás és kapilláriskondenzáció.
Felületi tulajdonságok is vezérelhető adszorpciója felületaktív anyagok (tenzidek), amely képes spontán koncentráció egy interfész és a felületi feszültség csökkenését. Kolloidkémiában biztosítja az elméleti alapja a felületaktív anyagok használata sok fontos technológiák: a flotációs bányászatban, sziklafúrásra, a tisztítóhatás, a technológia, állítják elő a színeket, kiváló minőségű építőanyagok, termékek, élelmiszerek, kozmetikai és a gyógyszeripar.
Megváltoztatása a felület erők léphetnek beadva egy diszperziós közegben elektrolitok miatt az adszorpciós ionok és előfordulása határfelületi villamos kettős réteg. A jelenléte felületi töltés miatt a létezését elektrokinetikus jelenségek. elektroforézis, eiektroozrnózist jelenlegi potenciális megjelenés és ülepítő. Kezdve F.F.Reysa munka, tanulmányozása elektrokinetikus, electrocapillary és bonyolultabb folyamatok (termikus ozmózis, kapilláris ozmózis, diffúziós, felületvezető et al.) Egy fontos területe a modern kolloidkémia.
A jelenléte a kis részecskék egy diszperziós rendszer ad okot, hogy különleges optikai tulajdonságok - fényszórás. Elméleti alapja fényszórás kis, izometrikus, optikailag izotrop, nem nyelik el a fényt, és nem folytat az elektromos áram részecskéket kaptak Rayleigh. Ezt követően nagy fényszórás minták, és konkrétan a vezetőképes fényelnyelő részecskéket kapunk Mie elmélet.
Mivel a nagy terület a felület, a felületi energiája diszperz rendszerek, mint a felületi energiája a makrofágok az azonos térfogatú, és szükségessé teszi a költségek jelentős munkát a kialakulását diszpergált rendszerek, mint például őrléssel makrofágok (levegő diszperzió előállítására szolgáló eljárás diszpergált rendszerek), és a részecskék kialakulásához a metastabil homogén rendszerek (kondersatsionno -kristallizatsionny eljárás képező diszpergált rendszerek). Vannak azonban olyan termodinamikailag stabil diszperziókat keletkezik spontán: az energia költsége, hogy a kialakulását egy új felületet ellensúlyozza entrópiás nyerhetnek részt részecskék Brown-mozgás. P.A.Rebinderom és E.D.Schukinym kaptuk kritérium makrofágok spontán diszperziót alkotnak termodinamikailag stabil diszperziók. A termodinamikailag stabil rendszerek közé micelláris felületaktív oldatok, mikroemulziós rendszerek. Tipikus képviselői ezeknek a termodinamikailag instabil diszperziókat olyan habok, aeroszolok és szuszpenziók.
Az instabilitás termodinamikailag instabil rendszereknél okozza őket, hogy folyni a folyamatok csökkenéséhez vezet a felületi energia, mind azáltal, hogy csökkenti a terület a felület és a részleges telítettségét a felületi erők. Folyamatokban, hogy zavar a stabilitás és megsemmisítése diszpergált rendszerek koaleszcencia (fúziója cseppek vagy buborékok), koagulációs (részecske tengelykapcsoló) vagy izoterm desztillációval (transzfer anyagot a kisebb részecskék a nagyobb). A probléma a szabályozására a stabilitás a diszperz rendszerek egyik központi problémák kolloid kémia. A fő módszerei stabilizálása diszperz rendszerek létrehozása a adszorbens réteg a felületen (felületaktív anyagok, bizonyos polimerek, néha szilárd nano és mikrorészecskék), a formáció a felületén elektromos kettős réteg, a stabilizációs miatt sajátos szerkezetét az oldószer a felszín közelében.
Törvények koagulációs szolok által stabilizált képződése részecskék körül, az elektromos kettős réteg, úgy a DLVO elmélet. Központi, hogy az elmélet DLVO veszi kiszámítása során ható erők vékony filmek - a rések a részecskéket vagy ömlesztett állapotban B.V.Deryaginym fogalmát disjoining nyomáson vezették be - túlnyomás, amelyet alkalmazni kell, hogy a felületek korlátozzák a film, hogy a film vastagsága nem változik. Jellegétől függően ható erők a film, vannak különböző komponensei disjoining nyomást. Molekuláris komponense határozza meg a molekuláris vonzó-, előnyösen a a diszperzió természetétől. Elektrosztatikus disjoining nyomás asszociált komponenshez jelenlétében a felületek a villamos kettős réteg. Megkülönböztetése és más komponensek: egy blokk (társított egy adott oldószer a határfelületi a szerkezet felületén) adszorpciós (miatt bekövetkező adszorpció a felületaktív anyag), sztérikus (társított a szterikus taszítást adszorpciós réteg felületaktív anyagok vagy polimerek). Az arány az alkatrészek közötti disjoining nyomás meghatározására a vonzás és taszítás, és a változás a köztük fennálló egyensúly hatása alatt hozzáadott elektrolit, határozza meg a stabilitását szolok vagy destabilizáció marad koaguláció.
Elvesztése aggregációs stabilitás okozhat térszerkezetére összekapcsolódott részecskék, azaz a emelkedni svjaznodispersnye rendszer. Jellegétől függően a kapcsolatok a részecskék között különböztetik koagulációs és kristályosítással szerkezetét. Kolloidkémiában nyújt elméleti alapot a formáció szétszórt irányítási struktúrák és azok tulajdonságait. Egy tanulmány szabadon informatív módszerek és rendszerek svjaznodispersnye reológiai módszer alapja a tanulmány miatt alkalmazott mechanikai hatásokkal rendszer (például, nyírófeszültség), és a rendszer válasz (deformációs vagy alakváltozási sebességgel).
Redukált fajlagos felületi szabad energiája a szilárd anyagok miatt reverzibilis fizikai-kémiai hatásai a közeg vezet a különféle hatások képlékeny megkönnyítése csökkentése az erő a szilárd anyagok (Rebinder hatás). Ahhoz, hogy érzékeli a hatását egyidejű hatása szükséges betölteni a szilárd test és a az aktív közeg, és a jelenléte bizonyos rendellenességek szilárd fázisú szerkezetükben. Nyitva Rehbinder hatása vezetett a fejlődés egy új tudományterület - fizikai és kémiai mechanika - és fontos szerepet játszott a létrehozásában új feldolgozási technikák és az új anyagok a fúrás kőzetek és számos más folyamat.
Az elmúlt 15-20 évben jelentős új irányzatok alakultak ki és fejlődött kolloidkémiában. Közülük - Kolloidkémiai nanodisperse rendszerek (szemcsenagyságú több nanométer), Kolloidkémiai fehérje rendszerek, kémiai reakciók kolloid mikroreaktorok (micelláris rendszerek és mikroemulziók), önszerveződő kolloid szerkezetet (felületi és térfogati). Új távlatokat nyitott a használatát kolloid-kémiai törvények biotechnológia, a farmakológia, új anyagok és technológiák mikroelektronika, a nyomdaiparban, a fejlesztés a nanoméretű katalizátorok, festékek, adszorbens, új környezetvédelmi technológiák és számos más iparágban. Nagy előrelépés történt a fejlesztés a kutatási módszerek kolloid rendszerek és a határfelületi felületek (atomerő és elektronmikroszkópos, foton korrelációs spektroszkópia, kis szög neutronvisszaszórási új radiokémiai módszerekkel, módszerek mérési pontosság és felületi feszültség erők közötti érintkezést diszpergált részecskék). Jelentősen is kinyerésére szolgáló eljárásokat dúsított diszpergált részecskéi szabályozott összetétele, mérete és alakja, valamint ezek előállítására szolgáló eljárások szemcsés szerkezetek. Az elméleti megközelítések elmagyarázza a kolloid-kémiai folyamatok sikeresen alkalmazták a nem egyensúlyi termodinamika, fraktálgeometria az önszerveződés elmélete, számítógépes szimulációs módszerekkel.
Modern kolloidkémiában - a tudomány „kereszteződésében” a kémia, fizika, biológia. Ő lett az egyik kötelező másodlagos kémiai tudományok számos tudományág (kémia, vegyészmérnöki, biológia, az orvostudomány, a geológia, talajtani, a környezetvédelem, gyógyszertár, stb.) Kolloidkémiában felsőfokú oktatás hazánkban gazdag hagyománya van, és alapja a kiváló tankönyvek, kézikönyvek és monográfiák elő hittudósok és tanárok (lásd. Az ajánlott irodalom).
Ajánlott irodalom
A. Adamson Physical Chemistry of Surfaces. - M., "Mir" Könyvkiadó. 1979.