- •Физическая химия дисперсных систем Определение дисперсных систем
- •Классификация дисперсных систем и их общая характеристика
- •Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию вещества дисперсной фазы и дисперсионной среды
- •Классификация по взаимодействию между частицами дисперсной фазы или степени структурированности системы
- •Классификация по характеру взаимодействия дисперсной фазы с дисперсионной средой
- •Методы получения дисперсных систем
- •Диспергирование жидкостей
- •Диспергирование газов
- •Конденсационные методы
- •Методы физической конденсации
- •Методы химической конденсации
- •Очистка золей
- •Компенсационный диализ и вивидиализ
- •Молекулярно-кинетические свойства золей
- •Броуновское движение
- •Диффузия
- •Седиментация в золях
- •Осмотическое давление в золях
- •Оптические свойства золей
- •Рассеяние света (опалесценция)
- •Оптические методы исследования коллоидных систем Ультрамикроскоп
- •Механизм образования и строение коллоидной частицы – мицеллы
- •1. Получение золя берлинской лазури:
- •2. Получение с помощью гидролиза FeCl3 золя гидроксида железа (III).
- •3. Получение золя As2s3:
- •Электрокинетические свойства золей
- •Устойчивость гидрофобных коллоидных систем. Коагуляция золей Виды устойчивости золей
- •Теория коагуляции Дерягина-Ландау-Фервея-Овербека
- •Влияние электролитов на устойчивость золей. Порог коагуляции. Правило Шульца-Гарди
- •Чередование зон коагуляции
- •Коагуляции золей смесями электролитов
- •Скорость коагуляции
- •Коллоидная защита
- •Роль процессов коагуляции в промышленности, медицине, биологии
- •Растворы высокомолекулярных соединений
- •Общая характеристика высокомолекулярных соединений
- •Классификация полимеров
- •Набухание и растворение вмс
- •Термодинамические аспекты процесса набухания
- •Давление набухания
- •Свойства растворов высокомолекулярных соединений
- •Осмотическое давление раствор вмс
- •Онкотическое давление крови
- •Вязкость растворов полимеров
- •Свободная и связанная вода в растворах
- •Полиэлектролиты
- •Факторы, влияющие на устойчивость растворов полимеров. Высаливание
Растворы высокомолекулярных соединений
Кроме так называемых лиофобных золей (подробно рассмотренных нами выше) коллоидная химия изучает и другие высокодисперсные системы – растворы полимеров: белков, полисахаридов, каучуков и т.д. Причем изучение их свойств сыграло огромную роль в коллоидной химии.
Первые исследования диффузии, осмоса, оптических свойств коллоидов были проведены с растворами желатина, агара, целлюлозы, т.е. с растворами ВМС. Полученные результаты показали существенные отличия данных систем по многим физико-химическим свойствам от хорошо изученных ранее истинных растворов низкомолекулярных соединений и послужили причиной выявления и последующего всестороннего изучения коллоидного состояния вещества.
Растворы полимеров на начальном этапе развития коллоидной химии были причислены к типичным коллоидным системам, т.к. они обладают многими общими с ними свойствами, главными из которых являются:
1) своеобразное тепловое движение частиц растворенного вещества, схожее с броуновским движением мицелл в золях;
2) очень малые, как и в типичных гидрофобных золях, скорости диффузии растворенного вещества;
3) неспособность частиц дисперсной фазы проходить через полупроницаемые мембраны;
4) сравнительно небольшая величина осмотического давления (по сравнению с истинными растворами) даже при значительных весовых концентрациях растворенного вещества;
5) способность частиц дисперсной фазы коагулировать под влиянием внешних факторов, например, при добавлении электролитов, изменении температуры.
Кроме того степень дисперсности вещества в коллоидах и в растворах ВМС также близка. Для типичных золей она составляет 107-109 м–1, а для растворов полимеров – чаще всего 108-109м–1.
В тоже время растворы полимеров обладают и определенными отличительными особенностями по сравнению с гидрофобными золями.
Так они гораздо более устойчивы, как правило, образуются самопроизвольно и не требуют обязательного присутствия специальных веществ, играющих роль стабилизатора. Осадки, образовавшиеся после добавления в раствор полимера электролита, снова легко растворяются в чистом растворителе. Для высаждения полимера из раствора электролит нужно добавлять в гораздо больших количествах (в сотни раз больше) чем в гидрофобный золь.
Долгое время эти особенности растворов ВМС объяснялись их высоким сродством к дисперсионной среде и протеканием процессов сольватации. Именно сольватным оболочкам на поверхности частиц растворенного вещества обязаны растворы полимеров своими свойствами.
Это нашло отражение в первоначальном исторически сложившемся названии растворов полимеров – лиофильные золи.
Со временем однако было показано, что несмотря на высокое сродство ВМС к дисперсионной среде, доля растворителя, входящего в сольватные оболочки частиц дисперсной фазы в таких системах не очень велика. Следовательно, сольватация не является единственной причиной высокой устойчивости растворов полимеров. Истинная причина термодинамической устойчивости данных систем состоит в отсутствии поверхности раздела между веществами дисперсной фазы и дисперсионной среды. То есть растворы полимеров являются гомогенными системами и их следует относить не к золям, а к истинным растворам.
Частичками дисперсной фазы в них являются не мицеллы (как в лиофобных золях), а отдельные макромолекулы (по своим размерам сравнимые с мицеллами).
В связи с этим для разбавленных растворов ВМС термин «лиофильный золь» является принципиально неправильным.
Но с увеличением концентрации полимера или с ухудшением растворяющей способности растворителя макромолекулы ВМС или сворачиваются в относительно простой клубок – глобулу, или образуют агрегаты из нескольких макромолекул. Оба эти процесса приводят к возникновению новой фазы, т.е. к появлению гетерогенности и к образованию мицелл. Раствор полимера, содержащий такие мицеллы, приобретает свойства золя.
Таким образом, как и в коллоидных растворах ПАВ, в реальных растворах высокомолекулярных соединений в равновесии находятся макромолекулы и их ассоциаты – мицеллы. Крайними случаями этого равновесия являются идеальный молекулярный раствор и лиофильный золь. Между ними возможны различные переходные системы, обладающие одновременно свойствами коллоидных систем и молекулярных растворов. Для таких систем предложен термин молекулярные коллоиды.