Что такое коллоидная химия
Коллоидная химия
Колло́идная хи́мия (др.-греч. κόλλα — клей) — наука о дисперсных системах и поверхностных явлениях и традиционное название физической химии дисперсных систем и поверхностных явлений, возникающих на границе раздела фаз. Изучает адгезию, адсорбцию, смачивание, коагуляцию, электрофорез. Разрабатывает технологии строительных материалов, бурения горных пород, зол-гель технологии. Играет фундаментальную роль в нанотехнологии.
Современная коллоидная химия — это наука на стыке химии, физики, биологии. Особое междисциплинарное положение коллоидной химии подчёркивается тем, что в англоязычной литературе часто используют название «коллоидная наука» (англ. colloid science ).
История коллоидной химии
Коллоидная химия как наука имеет небольшую историю, однако свойства коллоидных систем и коллоидно-химические процессы человек использовал с давних времён. Это, например, такие ремёсла, как получение красок, керамики, глазури, прядение льна, хлопка, шерсти, выделывание кож.
Начиная с XVIII века появляются описания отдельных исследований, позже вошедшие в соответствующие разделы коллоидной химии. К ним относят работы М. В. Ломоносова по кристаллизации, получению цветных стёкол с применением дисперсии металлов (1745—1755 гг.). В 1777 г. К. Шееле и Ф. Фонтана независимо друг от друга обнаружили явление адсорбции газов углём. В 1785 г. Т. Е. Ловиц обнаружил явление адсорбции из растворов. П. Лаплас в 1806 г. получил первые количественные отношения для капиллярного давления. В 1808 г. Ф. Ф. Рейсс, проводя опыты с элементом Вольта, открыл явления электрофорез и электроосмос.
Одни из наиболее ранних исследований коллоидных систем выполнены итальянцем Ф. Сельми в 1845 году. Он изучал системы, представляющие собой хлорид серебра, серу, берлинскую лазурь, распределенную в объёме воды. Эти системы, полученные Сельми, очень похожи на истинные растворы, однако Сельми полагал, что ни изученные им, ни другие подобные вещества не могут находиться в воде в виде таких же мелких частиц, как и образующиеся в истинных растворах, то есть в виде отдельных молекул или ионов.
Взгляды, близкие к Сельми, высказывал К. Нэгели, считавший, что в таких системах частицы серы, хлорида серебра и других веществ — более крупные агрегаты, чем отдельные молекулы. Для полимолекулярных агрегатов он ввел понятие «мицелла». Чтобы отличать системы, содержащие мицеллы, от растворов, где растворенное вещество находится в виде отдельных молекул, Нэгели назвал мицеллосодержащие системы «золями». Термины «мицелла», «золь» стали общепринятыми.
М. Фарадей в 1857 году исследовал системы, содержащие золото, распределенное в объёме воды, известные ещё алхимикам, получившим их восстановлением солей золота и давшим их им название aurum potabile (питьевое золото). Изучая оптические свойства золей золота, М. Фарадей пришёл к выводу, что золото в них содержится в виде очень маленьких частиц.
Основоположником коллоидной химии принято считать Т. Грэма, выполнившего в 60-х годах XIX века первые систематические исследования коллоидных систем (золей). Ему же принадлежит и введение термина «коллоид». Впоследствии коллоидная химия включила в себя результаты, полученные в других областях физики и химии, и в конце XIX — начале XX веков сформировалась в самостоятельный раздел химии.
На основе механической теории капиллярности, разработанной в начале XIX века Т. Юнгом и П. Лапласом, и термодинамики поверхностных явлений, созданной Дж. У. Гиббсом в 1878, были сформулированы основные направления исследования коллоидной химии: изучение процессов образования новой фазы в гомогенных системах, термодинамическая устойчивость коллоидных систем, количественное описание адсорбции на границе раздела фаз. Развитые в 1853 Г. Гельмгольцем представления о строении двойного электрического слоя позволили дать объяснение электрокинетическим и электрокапиллярным явлениям. Создание Дж. Рэлеем теории рассеяния света способствовало количественному изучению оптических свойств коллоидных систем. Исследование Ж. Перреном, Т. Сведбергом и Р. Зигмонди броуновского движения коллоидных частиц на основе теории, разработанной в 1905 А. Эйнштейном и М. Смолуховским, позволило доказать реальность существования молекул и правильность молекулярно-кинетических представлений. На основе предложенной в 1917 И. Ленгмюром кинетической теории адсорбции были разработаны методы исследования состояния молекул поверхностно-активных веществ (ПАВ) в мономолекулярных слоях. В 1928 П. А. Ребиндер открыл адсорбционное понижение прочности (эффект Ребиндера) и в 40—50-х годах на основе развития этого направления и исследования структурообразования в дисперсных системах создал физико-химическую механику. Физическая теория устойчивости коллоидных систем была разработана в 1937 Б. В. Дерягиным совместно с Л. Д. Ландау и независимо от них Э. Фервеем и Я. Овербеком (теория ДЛФО). Дерягиным же введено представление о механизме действия тонких слоёв жидкости расклинивающее давление.
Современное состояние
Основные направления современной коллоидной химии:
Поскольку дисперсное состояние материи универсально и объекты изучения коллоидной химии весьма разнообразны, коллоидная химия тесно связана с физикой, биологией, геологией, почвоведением, медициной и др.
Существует Институт коллоидной химии и химии воды им. А. В. Думанского НАНУ (Киев).
ХИМИЯ КОЛЛОИДНАЯ
Полезное
Смотреть что такое «ХИМИЯ КОЛЛОИДНАЯ» в других словарях:
Химия почв — Химия почв это раздел почвоведения, изучающий химические основы почвообразования и плодородия почв. Основой для решения этих вопросов служит исследование состава, свойств почв и протекающих в почвах процессов на ионно молекулярном и… … Википедия
Химия одноуглеродных молекул — (С1 химия) раздел химии, изучающей различные классы веществ, в состав молекулы которых входит только один атом углерода. Как отдельная отрасль знаний С1 химия появляется с развитием перспективных технологий получения углеродсодержащего сырья,… … Википедия
Химия высокомолекулярных соединений — Химия полимеров один из перспективных и успешно развивающихся разделов химической науки. Делится на разделы: физическая химия полимеров, структурная и т. д. Благодаря успешному развитию химии полимеров создаются новые материалы, нашедшие… … Википедия
химия — – наука о составе, строении, свойствах и превращениях веществ. Словарь по аналитической химии [3] • аналитическая химия коллоидная химия неорганическая химия … Химические термины
Коллоидная химия — (др. греч. κόλλα клей) наука о дисперсных системах и поверхностных явлениях и традиционное название физической химии дисперсных систем и поверхностных явлений, возникающих на границе раздела фаз. Изучает адгезию, адсорбцию, смачивание … Википедия
Химия — У этого термина существуют и другие значения, см. Химия (значения). Химия (от араб. کيمياء, произошедшего, предположительно, от египетского слова km.t (чёрный), откуда возникло также название Египта, чернозёма и свинца «черная… … Википедия
ХИМИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ЯВЛЕНИЙ — изучает химические силы, действующие на поверхности. В общем случае химия поверхности рассматривает свойства трех состояний вещества твердого (Т), жидкого (Ж) и газообразного (Г) и дает описание вещества как фазовой системы. Однако если два… … Энциклопедия Кольера
Химия окружающей среды — Не следует путать с Экологическая химия. Химия окружающей среды раздел химии, изучающий химические превращения, происходящие в окружающей природной среде. Основные сведения Химия окружающей среды включает в себя более узкие разделы химии,… … Википедия
Химия полимеров — Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей … Википедия
ХИМИЯ. РАЗДЕЛЫ — Химию довольно произвольно делят на несколько разделов, которые нельзя четко отграничить ни от других областей химии, ни от других наук (физики, геологии, биологии). Неорганическая химия занимается изучением химической природы элементов и их… … Энциклопедия Кольера
КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ
В биол, и мед. исследованиях широко используются методы К. х.: диализ (см.) и особенно электродиализ, применяющиеся для очистки и изучения ферментов, гормонов, вирусов, токсинов, антибиотиков, антител и т. п.; ультрафильтрация (см.), используемая для тех же целей, а также для разделения и фракционирования сложных полидисперсных систем; коагуляция (см.), с помощью к-рой определяют состояние полидисперсных систем крови и других биол, жидкостей; ультрацентрифугирование (см.), широко используемое для получения физ.-хим. характеристик белков и других высокомолекулярных биологически активных соединений.
Для любой коллоидной системы, содержащейся в живом организме, важен потенциал и заряд ее частиц. Для определения величины электрокинетического потенциала частиц используют электрофорез (см.), а при изучении поведения биол, мембран и тканей живого организма по отношению к омывающим их р-рам исследуют явления электроосмоса (см.). Метод электрофореза широко применяется для фракционирования и изучения белков, в т. ч. белков плазмы крови, а также для диагностики многих заболеваний, в частности при энзимодиагностике различных патол, процессов (см. Ферменты). В практической медицине широко применяются разнообразные коллоидные лекарственные средства (см.). Область К. х., изучающая высокомолекулярные соединения, приобрела важное практическое значение, явившись теоретической основой для развития производства синтетических волокон, каучука, новых полимеров и пластмасс.
Со многими из высокомолекулярных веществ, находящихся в живых организмах в виде коллоидных р-ров или студней, связаны процессы технологии изготовления пищевых продуктов. Важное значение имеет К. х. для сельского хозяйства. Будучи самостоятельным разделом физ. химии, К. х. пользуется ее методами исследования, применяя их как для микрогетерогенных и многофазных, так и для гомогенных р-ров и студней высокомолекулярных веществ.
Термин «коллоидная химия» был введен в 1861 г. Грэмом (Th. Graham), который обнаружил, что вещества, образующие р-ры, похожие на клей, очень медленно в них диффундируют и не проходят через животные мембраны. Это дало ему повод назвать такие р-ры «коллоидными». Подобными же свойствами обладали и ранее изученные, гл. обр. Сельми (F. Selmi), так наз. псевдорастворы йодистого серебра, берлинской лазури, золота и др.; позже их стали называть лиофобными, а р-ры высокомолекулярных соединений — лиофильными коллоидами. В устаревших, но еще часто употребляемых терминах «лиофильный» и «лиофобный» отражаются наличие или отсутствие сродства между частицами и жидкостью.
Почти одновременно с Грэмом коллоидные системы изучал И. Г. Борщев, который уже в 1869 г. придерживался того мнения, что малая скорость диффузии коллоидных частиц объясняется их значительными размерами, причем вопреки господствующим в то время взглядам, он считал, что коллоидные частицы могут иметь кристаллическое строение.
В 19 и в начале 20 в. были проведены фундаментальные исследования, имевшие большое значение для развития К. х. Лаплас (P. Laplace) разработал теорию капиллярности, Гиббс (J. Gibbs) — теорию поверхностных явлений и правило фаз, Рэлей (J. Rayleigh) — теорию рассеяния света и др., Эйнштейн и Смолуховский (A. Einstein, М. Smoluchowski) — теорию броуновского движения. Перрен (J. Perrin) наблюдал движение частиц в монодисперсных суспензиях, а Т. Сведберг — движение частиц коллоидных систем в ультрамикроскопе. Было установлено, что коллоидные системы содержат частицы более крупные, чем молекулы обычных газов и жидкостей. Оствальдом (W. Ostwald) и П. П. Веймарном было введено понятие степени дисперсности коллоидных систем. Оствальду принадлежит заслуга издания первых в мире журналов, печатавших статьи ученых разных стран об исследованиях в области К. х.
В России с 1903 г. начал свои исследования в области К. х. А. В. Думанский (1880—1966), который в 1912 г. прочитал первый курс К. х. студентам, а в 1913 г. организовал научную лабораторию К. х., преобразованную в 1932 г. во Всесоюзный ин-т коллоидной химии. В 1935 г. под его редакцией начал выходить «Коллоидный журнал». А. В. Думанский ввел в К. х. многие физ. методы исследования. Им была высказана идея создания мощной центрифуги для измерения величины коллоидных частиц (заслуга ее практического применения принадлежит швед, ученому Сведбергу, сконструировавшему в 1922 г. ультрацентрифугу для анализа высокодисперсных коллоидных систем по скорости осаждения их частиц в центробежном поле и седиментационному равновесию).
Большое значение для развития К. х. имели работы амер. ученого Ленгмюра (I. Langmuir) по строению мономолекулярных слоев и теории адсорбции. Н. П. Песков разработал теорию устойчивости коллоидных систем, отличающихся высокой поверхностной активностью. Дальнейшее развитие высказанных им положений привело к представлению о мицелле. Как показал Н. П. Песков, коллоидная система обладает двумя видами устойчивости: кинетической, т. е. способностью частиц дисперсной фазы сохранять состояние равномерного распределения в дисперсионной среде, и агрегативной, характеризующей их сопротивляемость силам агрегации.
П. А. Ребиндер, А. Н. Фрумкип и их сотр. изучили влияние поверхностных слоев на свойства коллоидных и других дисперсных систем; А. И. Рабинович, В. А. Каргин, Б. В. Дерягин и др. создали теории коагуляции золей (см.).
С 20-х гг. К. х. введена как самостоятельный курс в хим. вузах или в виде специальных глав курса физ. химии — в мед., с.-х., пищевых, хим.-технол. и других вузах СССР.
Научные исследования по К. х. проводятся в специальных лабораториях и ин-тах, в СССР — в Физическом ин-те АН СССР, Ин-те физической химии АН СССР, Ин-те коллоидной химии и химии воды АН УССР и в академиях наук союзных республик, отраслевых НИИ и на кафедрах К. х. и физической К. х. вузов и ун-тов.
Библиография: Воюцкий С. С. Курс коллоидной химии, М., 1975; Думайский А. В. Развитие отечественной коллоидной химии, Киев, 1952; Пасынский А. Г. Коллоидная химия, М., 1968, библиогр.; Писаренко А. П., Поспелова К. А. и Яковлев А. Г. Курс коллоидной химии, М., 1969; Развитие физической химии в СССР, под ред. Я. И. Герасимова, с. 239, М., 1967, библиогр.; Тюдзе Р. и Каваи Т. Физическая химия полимеров, пер. с японск., М., 1977; Фридрихсберг Д. А. Курс коллоидной химии, Л., 1974.
Коллоидная химия. Шпаргалка
Данное издание создано в помощь студентам вузов, которые хотят быстро подготовиться к экзаменам и сдать сессию без проблем. Пособие составлено с учетом Государственного образовательного стандарта.
Оглавление
Приведённый ознакомительный фрагмент книги Коллоидная химия. Шпаргалка предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.
1. Возникновение и основные этапы развития коллоидной химии. Предмет и объекты исследований коллоидной химии
Возникновение науки коллоидной химии связано с исследованиями английского химика Т. Грэма. После пионерских исследований М. Фарадея (1857 г.), когда впервые были получены устойчивые коллоидные растворы высокодисперсного золота, в 1861 г. Грэм изучал диффузию разных веществ в водных растворах и обнаружил, что некоторые из них (желатин, агар-агар и т. п.) диффундируют в воде намного медленнее, чем, например, соли и кислоты. Также эти вещества при пересыщении растворов не кристаллизовались, а формировали студнеобразную, клейкую массу. Эти вещества Т. Грэм назвал коллоидами (от греч. kolla — «клей», eidos — «вид»). Так появилось название науки — «коллоидная химия». Т. Грэм выдвинул гипотезу о существовании в природе двух противоположных классов химических веществ — кристаллоидов и коллоидов. Эта идея заинтересовала многих ученых, и во второй половине XIX в. началось бурное развитие коллоидной химии. В России в это время коллоидной химии также уделялось большое внимание, во многом под влиянием Д. И. Менделеева. Исследования температурной зависимости поверхностного натяжения органических жидкостей (1861 г.) привели Менделеева к открытию понятия критической температуры веществ. Менделеев высказал также идею о связи между поверхностным натяжением и другими свойствами вещества. В эти годы были открыты многие вещества с коллоидными свойствами, разработаны различные методы очистки и стабилизации коллоидов, созданы методы их исследования. По мере открытия новых коллоидов на смену гипотезе Т. Грэма в первой половине XX в. пришла концепция универсальности коллоидного (дисперсного) состояния вещества: «Коллоидное состояние не является обусловленным особенностями состава вещества. При определенных условиях каждое вещество может находиться в коллоидном состоянии». Эту концепцию сформулировал профессор Санкт-Петербургского горного института П. П. Веймарн в 1906–1910 гг. Он показал, что типичные коллоиды (например, желатин) можно выделить в кристаллическом виде и, напротив, из кристаллоидных веществ можно приготовить коллоидный раствор (например, поваренной соли в бензоле). Произошло смещение приоритетов коллоидной химии. Главным направлением стало изучение дисперсного (коллоидного) состояния веществ. Примерно к 1920-м гг. фундаментальные проблемы коллоидной химии условно разделили на три группы: состав, строение и свойства коллоидных частиц; взаимодействие частиц с дисперсной средой; контактные взаимодействия частиц друг с другом, приводящие к образованию коллоидных структур. В этот период были открыты основные законы коллоидной химии — закон броуновского движения и диффузии коллоидных частиц (А. Эйнштейн), гетерогенной природы коллоидных растворов (Р. Зигмонди), седиментационно-диффузионного равновесия дисперсий в поле силы тяжести (Ж. Перрен) и в центрифуге (Т. Сведберг), светорассеяния (Дж. Рэлей), коагуляции золей электролитами (Г. Шульце и В. Гарди). Появление во второй половине XX в. высокоразрешающих методов изучения строения веществ (ЯМР, электронной и атомно силовой микроскопии, компьютерного моделирования, фотон-корреляционной спектроскопии и др.) позволило перейти к систематическому исследованию строения и свойств коллоидных систем. Современное определение данной науки гласит: коллоидная химия — это учение о свойствах и превращениях веществ в дисперсном и ультрадисперсном состояниях и поверхностных явлениях в дисперсных системах. Объекты исследования коллоидной химии имеют высокоразвитую поверхность и представляют собой различные золи, суспензии, эмульсии, пены, поверхностные пленки, мембраны и пористые тела, наноструктурированные системы (нанотрубки, пленки Ленгмюра-Блоджетт, гибридные органо-неорганические композиционные материалы, нанокомпозиты).
Оглавление
Приведённый ознакомительный фрагмент книги Коллоидная химия. Шпаргалка предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.
Смотрите также
Философия. Конспекты + Шпаргалки. Две книги в одной!
Группа авторов, 2012
Гражданское право. Часть первая. Краткий курс
Коллектив авторов, 2016
Психология. Полный курс
Татьяна Петровна Ритерман, 2010
Статистика. Ответы на экзаменационные билеты
Ангелина Витальевна Яковлева, 2009
Уголовный процесс. Шпаргалка
Михаил Белоусов, 2009
Бухгалтерское дело. Ответы на экзаменационные вопросы
Ценные бумаги. Ответы на экзаменационные билеты
Надежда Новикова, 2009
Учебное пособие по органической химии. Часть 1. Алифатические соединения
Политология. Вопросы и ответы
Теория организации. Ответы на экзаменационные билеты
Сергей Викторович Загородников, 2009
Патентование изобретений в области высоких и нанотехнологий
Ответы на экзаменационные вопросы по арбитражному процессуальному праву
Галина Корнийчук, 2009
Аудит. Ответы на экзаменационные билеты
Светлана Юсупова, 2009
Экономический анализ деятельности предприятия. Ответы на экзаменационные вопросы
Что такое коллоидная химия
«Вопросы коллоидной химии
должно считать передовыми и могущими иметь
значение во всей физике и химии.»
Д.И. Менделеев.
«Основы химии». 1871 г.
Новизна и оригинальность проблем коллоидной химии, открытие совершенно новых путей проникновения в мир молекулярных явлений на основе макроскопических исследований привлекли к новой науке многих крупнейших ученых. Вполне закономерно поэтому, что этот период коллоидной химии оказался чрезвычайно плодотворным. За работы по коллоидной химии стали лауреатами Нобелевской премии
Эти успехи коллоидной химии привели к тому, что во многих университетах и технологических институтах Европы создаются кафедры коллоидной химии.
В начале ХХ века уровень коллоидной химии в России отвечал самым высоким стандартам. Уже упоминалось выше фундаментальное открытие П.П. Веймарна об универсальности дисперсного состояния вещества. Этот критерий быстро получил мировое признание.
В 1913 г. была защищена первая в России магистерская диссертация по коллоидной химии. Ее автор А.В. Думанский стал впоследствии одним из крупнейших организаторов коллоидно-химических исследований в СССР. Таким образом, к началу 30-х годов в СССР были созданы все необходимые предпосылки для преподавания коллоидной химии в высшей школе.
Профессор Б.Д. Сумм
Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
Написать письмо редактору