Как возникла и развивалась коллоидная химия
А как возникла и развивалась сама коллоидная химия?
Коллоидная химия возникла в середине XIX века. В 1861 г известный английский химик Томас Грэм (1805-1869 гг) изучал диффузию различных веществ в водных растворах. Он обнаружил, что некоторые вещества (желатин, агар-агар и др.) диффундируют в воду и проходят через полупроницаемые перегородки во много раз медленнее, чем, например, соли и кислоты. Кроме того, эти вещества при пересыщении растворов не кристаллизуются, а формируют студнеобразную клейкую массу. По-древнегречески клей называется «колла », и эти «особые» вещества Грэм назвал «коллоидами ». Так появилось название науки «коллоидная химия» . На основе своих опытов Грэм выдвинул весьма смелую гипотезу о существовании в природе двух диаметрально противоположных классов химических веществ – «кристаллоидов » и «коллоидов ». Эта идея вызвала большой интерес многих ученых, и во второй половине XIX века коллоидная химия стала развиваться очень быстро и плодотворно, причем основное внимание уделялось именно химическим аспектам. В эти годы были открыты многие вещества с типично коллоидными свойствами. Вместе с тем были разработаны различные методы очистки и стабилизации коллоидов (неорганических, органических и белковых веществ), созданы оригинальные и высокочувствительные методы для измерения размеров частиц, поверхностного натяжения чистых жидкостей и растворов, скорости электрофореза и ряда других параметров коллоидных систем. Однако по мере открытия все новых коллоидных систем гипотеза Грэма утрачивала свою привлекательность.
На смену ей пришла концепция универсальности коллоидного (дисперсного) состояния вещества. Решающую роль в утверждении этой концепции сыграли экспериментальные работы профессора Санкт-Петербургского горного института П.П. Веймарна (1906-1990 гг). На множестве примеров он показал, что даже типичные коллоиды (например, желатин) можно выделить в кристаллическом виде и, напротив, из «кристаллоидных » веществ можно приготовить коллоидный раствор (например, поваренной соли в бензоле). На основании этих результатов Веймарн сформулировал следующее положение: «Коллоидное состояние не является обусловленным какими-либо особенностями состава вещества; наоборот, было доказано, что о коллоидах можно говорить как о твердых, жидких, газообразных, растворимых и нерастворимых веществах. При определенных условиях каждое вещество может быть в коллоидном состоянии ».
Концепция универсальности значительно расширила область объектов коллоидной химии и оказала значительное влияние на ее развитие. На первый план было выдвинуто понятие дисперсного состояния вещества и как результат – осознание важнейшей роли поверхностных явлений. Веймарн считал необходимым вообще отказаться от термина «коллоид » и заменить его понятием «дисперсоид », а коллоидную химию переименовать в дисперсоидологию – «науку о свойствах поверхностей и процессах, на них совершающихся ». Это определение очень близко к современной трактовке коллоидной химии как науки о дисперсном состоянии веществ с определяющим влиянием поверхностных явлений. С утверждением концепции универсальности произошло существенное смещение приоритетов коллоидной химии. Главным направлением стало изучение дисперсного (коллоидного) состояния веществ. Для этого необходимо было выяснить, какие свойства достаточно полно и объективно характеризуют это состояние. В начале ХХ века эта проблема представлялась очень сложной. Не случайно Вильгельм Вольфанг Оствальд (1853-1932 гг), один из первых исследователей и преподавателей коллоидной химии, называл ее миром обойденных величин. Он писал: «До недавнего времени мы не видели, что между материей в массе и материей в молекулах существует еще целый мир замечательных явлений. Мы как-то обошли это промежуточное царство с чрезвычайно многочисленными представителями, не зная, что степень дисперсности оказывает значительное влияние на свойства, что многие из свойств как раз в коллоидной степени дисперсности вещества достигают своего максимума или минимума. Только теперь мы знаем, что каждое тело приобретает особые свойства и демонстрирует своеобразные явления, когда его частички больше размеров молекул, но все же еще так малы, что их нельзя различить в оптический микроскоп. Только теперь выяснилось особое значение размеров, характерных для коллоидных систем ».
Рекомендация для Вас - Христианизация Англии.
Примерно к 20-м годам ХХ века стало ясно, что фундаментальные проблемы коллоидной химии в новом понимании ее содержания можно условно разделить на три группы:
1. Состав, строение и свойства коллоидных частиц.
2. Взаимодействие частиц с дисперсионной средой (главным образом, с жидкостями).
3. Контактные взаимодействия частиц друг с другом, приводящие к образованию коллоидных структур.
Здесь, отвлекаясь на исторический экскурс, уместно вспомнить, что в начале XX в в коллоидную химию вошли идеи и методы физики и физической химии. Так начался этап фундаментальных открытий: установлена гетерогенная природа коллоидных растворов; открыто седиментационно-диффузионное равновесие в суспензиях и эмульсиях; разработан метод определения размеров коллоидных частиц и макромолекул с помощью ультрацентрифуг; создана кинетическая теория адсорбции и строения адсорбционных слоев поверхностно-активных веществ. В сочетании с термодинамикой поверхностных явлений Гиббса эти работы составили теоретический фундамент коллоидной химии.
В последующий период (примерно с 1925 по 1975 гг) главные успехи коллоидной химии были достигнуты на перекрестках с другими науками: физикой твердого тела и жидкостей, электрохимией, гидродинамикой, биохимией и рядом технологических дисциплин. Приведем несколько ярких примеров: открытие эффекта адсорбционного понижения прочности твердых тел (П.А. Ребиндер) и расклинивающего давления в тонких пленках (Б.В. Дерягин), изучение строения сывороточных белков методами электрофоретического и адсорбционного анализа (А. Тизелиус). Крупнейшим успехом было построение в 1940-х годах теории устойчивости лиофобных коллоидов (Б.В. Дерягин, Л.Д. Ландау, Э. Фервей, Я. Овербек). Характерная черта этого этапа в развитии коллоидной химии – разработка научных основ прикладной коллоидной химии (П.А. Ребиндер, И.В. Петрянов-Соколов, Ф.Д Овчаренко, М.П. Воларович и др.). Полученные результаты эффективно реализованы в технологиях флотации, полиграфии, в производстве строительных и конструкционных материалов и т. д.
