2015-06-05
4367
Для объектов коллоидной химии характерны два основных признака, сформулированных одним из основоположников отечественной коллоидной химии Н.П. Песковым: гетерогенность и дисперсность.
Гетерогенность (многофазность) указывает на наличие межфазной поверхности и поверхностного слоя. Количественной характеристикой гетерогенности является величина поверхностного натяжения (удельной поверхностной энергии) на границе раздела фаз. Чем сильнее выражена гетерогенность и чем сильнее по природе отличаются соприкасающиеся фазы, тем больше поверхностное натяжение. Всякая дисперсная система состоит из дисперсной фазы и дисперсионной среды.
Дисперсная система
 |  | ||||
 |
Рис. 1.1. Состав дисперсной системы
Дисперсность (раздробленность) определяется размерами и геометрией частиц. Частицы могут быть сферическими, цилиндрическими, кубическими, а чаще всего имеют неправильную форму.
Мерой дисперсности может служить:
· Поперечный размер частиц (а) – диаметр для сферических частиц (d) и длина ребра для кубических частиц (l).
|
|
|
· Дисперсность (D) – величина, обратная поперечному размеру частицы: D = l/a.
· Удельная поверхность (S уд) – межфазная поверхность, приходящаяся на единицу объема или массы дисперсной фазы:
; или 
. (1.1)
Удельная поверхность связана с размером (дисперсностью) и формой частиц (табл. 1.1).
Таблица 1.1
| Частицы сферической формы | 
|
| Частицы цилиндрической формы | 
|
| Частицы кубической формы | 
|
Таким образом, удельная поверхность прямо пропорциональна дисперсности D, и обратно пропорциональна поперечному размеру частицы а.
Рассчитаем изменение удельной поверхности 1 см3 вещества при дроблении его на кубики меньших размеров.
Таблица 1.2
Изменение S уд при дроблении 1 см3 вещества
| Длина ребра куба l, см | Число кубиков | S уд, см–1 |
| 1·10–1 (1 мм) | 10·10·10 = 1·103 | |
| 1·10–2 | 1·106 | |
| 1·10–4 (1 мкм) | 1·1012 | 60 000 |
| 1·10–7 (1 нм) | 1·1021 | 60 000 000 |
Таким образом, при дроблении вещества до коллоидных размеров удельная поверхность достигает значительных величин – до тысяч квадратных метров на 1 см3.
Рис. 1.2. Зависимость удельной поверхности системы от размера частиц:
I – истинные растворы; II – высокодисперсные (коллоидные); III – среднедисперсные; IV – грубодисперсные
| При увеличении дисперсности, т.е. при уменьшении размера частиц вещества, его удельная поверхность резко возрастает (рис. 1.2). По величине удельной поверхности коллоидные системы занимают особое положение среди дисперсных систем. Это наглядно показано на диаграмме, изображающей резкое увеличение удельной поверхности при уменьшении размеров частиц до коллоидных размеров. В связи с резким увеличением удельной поверхности высокодисперсные системы обладают рядом специфических особенностей. |
Пример 1.1. Дисперсность частиц коллоидного золота 108 м–1. Принимая частицы золота в виде кубиков определить, какую поверхность они могут покрыть, если их плотно уложить в один слой. Масса коллоидных частиц золота 1 г. Плотность золота 19,6·103 кг/м3.
|
|
|
Решение:
1. Общая поверхность частиц коллоидного золота равна S = S уд ·V.
2. Удельная поверхность кубических частиц S уд = 6 D.
3. Объем золота равен V = m/ ρ.
4. Тогда общая площадь поверхности составит:
.
