Файл: Общая химия методичка.pdf

161 

     поверхностно-неактивные вещества. Правило Траубе 

Вещества,  добавление  которых  к  растворителю  уменьшает  поверх-

ностное натяжение, называют поверхностно-активными (ПАВ). Вещест-

ва, добавление которых увеличивает или не изменяет поверхностное натя-

жение, называют поверхностно-инактивными.  

Рассмотрим  поверхностно-активные,  или  дифильные  (двояколюбя-

щие),  вещества.  Поверхностно-активные  вещества  состоят  из  двух  частей 

(рис. 6.5): полярной; неполярной. 

Рис. 6.5. Строение поверхностно-активных веществ 

ПАВ являются следующие классы веществ:  



спирты R-OH; 



альдегиды R-COH; 



карбоновые кислоты R-COOH. 

Углеводородные радикалы (CH

3

-; C

2

H

5

-; C

17

H

35

- и т.д) представляют со-

бой  неполярную  часть  поверхностно-активного  вещества,  которая  может 

быть как угодно длинной. 

Функциональные группы – COH, COOH представляют полярную часть 

поверхностно-активного  вещества  (ПАВ).  Примеры  ПАВ:  олеиновая  ки-

слота (С

17

H

33

COOH), натриевая соль стеариновой кислоты (C

17

H

35

COONa, 

мыло). 

Молекулы  ПАВ  менее  полярны,  чем  молекулы  воды.  Благодаря  этому 

взаимодействие молекул воды между  собой сильнее, чем молекул воды с 

молекулами ПАВ. В результате молекулы ПАВ будут вытесняться из рас-

твора в поверхностный слой. Повышение концентрации третьего вещества 

в поверхностном слое, в частности, молекул ПАВ, приводит к понижению 

162 

поверхностного натяжения (рис. 6.6). 

Рис. 6.6. Предельная ориентация молекул поверхностно-активных веществ в поверхно-
стном слое 

Исследуя поверхностное натяжение водных растворов органических 

веществ, Траубе и Дюкло установили для гомологических рядов поверх-

ностно-активных веществ следующее эмпирическое правило: 

В  любом  гомологическом ряду  при  малых  концетрациях удлинение 

углеродной  цепи  на  одну  группу  СН

2

  увеличивает  поверхностную  актив-

ность в 3−3,5 раза. 

Изменение поверхностного натяжения под действием ПАВ влияет на 

смачиваемость  твердых  тел  жидкостью.  Например,  для  очистки  тканей 

(стирка,  чистка)  или  металлов  от  жировых  загрязнений  применяют  ПАВ. 

ПАВ позволяет разделить пустую породу и руду при флотации руд. 

Ионные ПАВ применяются в хирургии в качестве антисептиков. Меха-

низм  молекулярной  адсорбции  лежит  в  основе  гемосорбции  –  очищении 

крови от токсических веществ с помощью различных адсорбентов. 

6.4. Дисперсные системы и их классификация   

Дисперсные  системы,  рассматриваемые  в  коллоидной  химии,  гетеро-

генны,  поэтому  состоят  как  минимум  из  двух  фаз.  Одна  из  них  является 

сплошной и называется  дисперсионной средой. Другая фаза раздроблена 

и распределена в первой; еѐ называют дисперсной фазой. 

Наиболее  общая  классификация  дисперсных  систем  основана  на  опре-

делении агрегатного состояния дисперсной фазы и дисперсионной среды. 

Сочетания  трѐх  агрегатных  состояний  (твѐрдое,  жидкое  и  газообразное) 

позволяют выделить девять типов дисперсных систем (табл.6.1). Для крат-

163 

кости их условно обозначают дробью, числитель которой указывает на аг-

регатное состояние дисперсной фазы, а знаменатель – дисперсионной сре-

ды,  например  обозначение  Т/Ж  показывает,  что  система  состоит  из  твѐр-

дой  дисперсной  фазы  и  жидкой  дисперсионной  среды  (твѐрдое  в  жидко-

сти). 

Табл. 6.1.  

Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз 

Дисперси-

онная среда 

Дисперсная 

фаза 

Условное 

обозна-

чение 

системы 

Название системы и примеры 

Твѐрдая 

Твѐрдая 

Т/Т 

Твѐрдые гетерогенные системы: 

минералы, сплавы, бетон, компо-

зиционные материалы 

Жидкая 

Ж/Т 

Капиллярные системы: жидкость в 

пористых телах, адсорбентах; 

влажные почвы, грунты 

Газообраз-

ная 

Г/Т 

Пористые тела: адсорбенты и ката-

лизаторы 

Жидкая 

Твѐрдая 

Т/Ж 

Суспензии и золи: промышленные 

суспензии, пульпы, взвеси, пасты, 

илы 

Жидкая 

Ж/Ж 

Эмульсии: природная нефть, кре-

мы, молоко 

Газообраз-

ная 

Г/Ж 

Газовые эмульсии и пены 

Газообраз-

ная 

Твѐрдая 

Т/Г 

Аэрозоли: пыли, дымы. 

Порошки 

Жидкая 

Ж/Г 

Аэрозоли: туманы, в том числе 

промышленные облака 

Газообраз-

ная 

Г/Г 

Коллоидная система не образуется 

Одно из девяти сочетаний Г/Г не может соответствовать коллоидной 

системе, так как газы в обычных условиях при любых концентрациях дают 

истинные растворы (при очень высоких давлениях некоторые газовые сис-

темы образуют гетерогенные системы). Однако газовые смеси могут про-

164 

являть  отдельные  свойства  гетерогенно-дисперсных  систем  благодаря  не-

прерывным  флуктуациям  плотности  и  концентрации,  вызывающим  неод-

нородности  в  системе.  Рассматривая  жидкие  растворы  с  молекулярной 

степенью дисперсности, к гетерогенно-дисперсным системам можно отне-

сти растворы полимеров. Размеры макромолекул могут превышать разме-

ры обычных коллоидных частиц. Эти системы обладают многими свойст-

вами,  характерными  для  типичных  гетерогенно-дисперсных  систем.  Они 

как бы связывают в единое целое все дисперсные системы и указывают на 

непрерывность  перехода  от  истинных  молекулярных  растворов  к  гетеро-

генным дисперсным системам. 

Все  дисперсные  системы  также  можно  разделить  на  два  класса  по 

кинетическим свойствам дисперсной фазы: свободнодисперсные систе-

мы, в которых дисперсная фаза подвижна, и связнодисперсные системы – 

системы с твердообразной дисперсионной средой, в которой частицы дис-

персной фазы не могут свободно перемещаться. 

И еще эти системы классифицируют по степени дисперсности. Сво-

боднодисперсные  системы  подразделяют  на  ультрамикрогетерогенные, 

размер частиц которых лежит в пределах от 10

-9

 до 10

-7

 м (от 1 до 100 нм), 

микрогетерогенные с размером частиц от 10

-7

 до 10

-5

 м (от 0,1 до 10 мкм) и 

грубодисперсные с частицами, размеры которых превышают 10

-5

 м. 

Ультрамикрогетерогенные системы часто называют истинно кол-

лоидными или просто коллоидными, так как раньше только такие системы 

считались объектом коллоидной химии. С ростом числа молекул в частице 

она постепенно приобретает все свойства фазы. В современной литературе 

малоконцентрированные  свободнодисперсные  ультрамикрогетерогенные 

системы чаще называют золями (нем. Sole от лат. solutio – раствор). Среди 

них различают аэрозоли – золи с газообразной дисперсионной средой; лио-

золи – золи с жидкой дисперсионной средой (греч. lios – жидкость). В за-

висимости от природы среды лиозоли называют гидрозолями (вода), орга-

нозолями (органическая среда) или, более конкретно, алкозолями (спирты) 

165 

и т.д. 

Cвязнодисперсные  (структурированные)  системы  с  жидкой  диспер-

сионной средой называют гелями. 

К  микрогетерогенным  системам  относят  суспензии  (Т/Ж),  эмуль-

сии (Ж/Ж), пены (Г/Ж), порошки (Т/Г). Эти системы имеют большое зна-

чение в промышленности.  

Из грубодисперсных систем наиболее распространены системы Т/Г 

(песок, щебень и др.). 

По  характеру  взаимодействия  между  частицами  дисперсной  фа-

зы  и  дисперсионной  среды  системы  делят  на  лиофобные  коллоиды  и 

лиофильные коллоиды. 

К лиофобным коллоидам относятся системы: 



со  слабым  взаимодействием  (или  его  отсутствием)  частиц  дисперс-

ной фазы с дисперсионной средой; 



с низкой смачиваемостью частиц вещества дисперсионной средой; 



несамопроизвольностью диспергирования; 



устойчивостью лишь в присутствии стабилизатора; 



с  особой  структурой  частиц,  составляющих  дисперсную  фазу  -  ми-

целлами. 

К лиофильным коллоидам относятся системы:  



образующиеся самопроизвольно; 



термодинамически устойчивые; 



характеризующиеся  сильным  межфазным  взаимодействием  частиц 

дисперсной фазы с дисперсионной средой. 

6.5. Получение лиофобных коллоидных растворов.   

       Образование и строение мицелл 

Так  как  по  размерам  частиц  коллоидные  системы  занимают  промежу-

точное положение между грубодисперсными и молекулярными системами,