Е.Д. Щукин, А.В. Перцов, Е.А. Амелина - Коллоидная химия (1157045), страница 92
Текст из файла (страница 92)
Так, непосредственные экспериментальные исследования показывают, что оксидные и силикатные расплавы могут в несколько раз понижать прочность горных пород. Это позволяет сопоставить действие сходных по составу магматических расплавов в таких явлениях, как образование разломов земной коры. Подводя итоги, можно сказать, что в зависимости от характера взаимодействия между составляющими твердое тело и среду компонентами, структурных особенностей твердого тела, а также от совокупности внешних условий могут наблюдаться весьма разнообразные по форме и интенсивности проявления эффекты. Это — облегчение пластического течения твердого тела или, наоборот, хрупкое разрушение под действием пониженных напряжений; механохимические процессы в зоне контакта; механическая активация коррозии; процессы, приближающиеся по характеру к самопроизвольному диспер- 425 гированию (квазисамопроизвольное диспергирование); истинное самопроизвольное диспергирование, приводящее к возникновению термодинамически равновесной лиофильной коллоидной системы.
Сложный и разнообразный характер процессов взаимодействия между механически напряженным твердым телом и контактирующей с ним средой требует тщательного всестороннего анализа закономерностей и условий протекания этих процессов, а также их взаимосвязи для сознательного использования (или предотвращения) эффекта Ребиндера.
Заключение Подытожим кратко основные задачи и подходы коллоидной химии, а также рассмотрим историю и перспективы ее развития. Универсальность дисперсного состояния вещества обусловливает широту объектов изучения и разнообразие явлений природы, находя- шихся в сфере внимания коллоидной химии, специфику ее подхода к их рассмотрению. Ставя во главу угла анализ роли поверхностных явлений и поверхностных сил в формировании свойств дисперсных систем, коллоидная химия разрабатывает пути управления свойствами дисперсных систем, изучает термодинамику, механизмы и кинетические закономерности протекающих в них процессов и явлений, анализирует зависимость свойств дисперсных систем от дисперсности вещества дисперсной фазы. По мере роста дисперсности все ярче проявляется роль поверхностных явлений в свойствах частиц дисперсной фазы: растет их химическая активность и как следствие — растворимость в среде и равновесное давление пара, увеличивается скорость процессов массо- и теплообмена со средой, возрастает вклад поверхностных сил в характер межчастичных взаимодействий, в явления переноса в дисперсных системах.
Наряду с этим приближение к коллоидной дисперсности ведет к увеличению диффузионной подвижности частиц дисперсной фазы и росту вклада дисперсных частиц в энтропию системы, приближая, тем самым, свойства дисперсной системы к свойствам растворов. Возможность радикально изменять свойства межфазных поверхностей введением в систему ПАВ и электролитов позволяет в нужном направлении регулировать процессы образования и разрушения дисперсных систем, получения структурированных систем и материалов с заданными структурно-механическими свойствами. Использование ПАВ и активных сред в огромном числе современных технологических процессов, основанное на понимании механизмов их действия, является существенным фактором совершенствования многих технологий, экономии энергии и ресурсов.
В создании различных разделов коллоидной химии или смежных областей, обеспечивших ее становление, приняли участие крупнейшие химики и физики. Рождение коллоидной химии как самостоятельной области принято датировать 60-ми годами 427 Х!Х столетия с появлением работ выдающегося английского химика Т. Грэма. Однако здесь, как и в других областях, была своя длительная предыстория.
Так, специфические коллоидно-химические рецептуры известны уже из египетских папирусов и пергаментов алхимиков. Но лишь Й. Берцелиус, Ф. Сельми и М. Фарадей заинтересовались природой коллоидно-дисперсных систем (преимущественно в водной среде). Из наших соотечественников следует назвать Т.Е. Ловица (Петербург, ХУ) П в.), предложившего адсорбцию углем из растворов, и профессора химии Московского университета Ф.Ф.
Рейеса, в начале Х1Х в. открывшего электрокинетические явления — электроосмос и элекгрофорез. В этот же период П. Лаплас и Т. Юнг дали количественное описание капиллярных явлений. Р. Броуи (1827) открыл незатухающее тепловое движение коллоилных частиц (цветочной пыльцы), которому лишь через много лет было дано правильное обьяснение и строгое математическое описание. Т.
Грэм (1861), обобщая предшествующие и свои исследования, сформулировал ведущие представления в этой области, надолго определившие пути ее развития. Ему принадлежит сам термин «коллоид» вЂ” клееподобное, образующее студень-гель — вещество, растворимое в воде, ионе проходящее через перепонку из бычьего пузыря, т. е.
недиализирующее и не обнаруживающее в заметной мере диффузии. Этим коллоид отличался, например, от растворов неорганических солей — «кристаллоидов». Будущее покажет, что такое деление неверно, но подтвердит представление о специфических коллоидных свойствах. Приблизительно в это же время И.Г. Борщов предвосхитил будущее коллоидной химии как науки о дисперсных системах и поверхностных явлениях.
С большим вниманием отнесся к рождению новой области химии Д.И. Менделеев, подчеркивавший ее универсальный характер, а также особое значение для биологии. В 70-е годы Х1Х в. Дж. Гиббс в своих основополагающих трудах по термодинамике гетерогенных систем подготовил количественный аппарат изучения поверхностных явлений.
Этот решающий вклад определил теоретический фундамент новой области, обогащению которого способствовали также работы У. Томсона (Кельвина), Л. Больцмана, В. Нернста, Я. Вант-Гоффа. Вслед за классическими исследованиями (Ж. Пуазейль и Дж. Стоке, а намного раньше И. Ньютон) вязкого течения жидкостей Дж. Максвелл и Ф.Н. Шведов дали описание реологических свойств линейных и нелинейных — структурированных систем; позднее существенный вклад в эту область бьш сделан и А. Эйнштейном. Закономерности вязко-пластического течения, характерные для дисперсных систем, были изучены в дальнейшем Э. Бингамом, Г.
Фрейндлихом (ему принадлежит и понятие тиксотропии), М. Рейнером, Ф, Эйрихом, П.А. Ребиндером. Интенсивное развитие коллоидной химии относится к концу Х)Х вЂ” началу ХХ в. всвязи с разработкой специфических коллоидно-химических экспериментальных методов. Дж. Рэлей и позднее Л.И. Мандельштам и П, Дебай создали основы теории свето- рассеяния на неоднородностях среды. В дальнейшем в работах Г.
Ми, Р. Ганса, Г. Фрейндлиха, О. Винера, К. Кришнана нашли объяснение различные отклонения от закона Рэлея, позволяющие оценивать размеры, форму, свойства рассеивающих коллоидных частиц. Р. Жигмонди (1903) предложил оптический ультрамикроскоп. М.С. Цвет стал создателем длсорбционной хроматографии. А.В. Думанский предло:кил использовать в седиментационном анализе центрифугу. Т. Сведберг создал ряд конструкций ультрацентрифуг. Вошли в практику неизвестные ранее способы получения и очистки коллоидных систем. А.
Эйнштейн и М. Смолуховский развили теорию броуновского движения коллоидных частиц и теорию флуктуаций. Ж. Перрен и Т. Сведберг провели всестороннюю 428 экспериментальную проверку этой теории, определив несколькими независимыми путями число Авогадро, что явилось торжеством молекулярного учения. Вместе с тем получили обоснование новые независимые способы оценки размеров частиц и молекулярных масс. Применение новых количественных методов исследования и энергичное расширение круга обьектов позволили окончательно установить, что нет веществ «коллоидов» и «неколлоидов», а есть универсальное л и с п е р с н о е с о с т о я н и е, в котором, в зависимости от условий, могут находиться любые вещества (металлические, неметаллические, органические, биоорганические).
Трудно переоценить значение этого шага в развитии науки. На этом этапе, характеризуя данное состояние, В. Оствальд и П.П. Веймар подчеркивали преимущественно дисперсность, т. е. размер коллоивных частиц, как величину, промежуточную между размерами молекул и макротел. Специфическая роль высоко развитых межфазных поверхностей оставалась при этом в тени. Предстояло сделать новые шаги, которые бьши уже подготовлены на предшествующих этапах трудами Дж. Гиббса и экспериментальными исследованиями адсорбции. Поглощение углем впервые описали уже в конце Х«(П вз К.
Шееле и Ф. Фонтана — из газовой фазы, Т.Е. Ловиц — из раствора. Закономерности понижения поверхностного натяжения растворов ПАВ, наблюдавшиеся И. Траубе, П. Дюкло и др., были обобщены в изотерме Б. Шишковского. Л.Г. Гурвич сформулировал предсивления о природе адсорбции как о проявлении вторичных валентностей в связи с «нескомпенсированностью» молекулярных сил в поверхностном слое. В теориях адсорбции газов и паров, разработанных с разных позиций И. Ленгмюром, М.
Поляни, С. Брунауэром и др., описаны различные типы адсорбционных изотерм. В годы первой мировой войны Н.Д. Зелинский создал первый противогаз. В дальнейшем учение об адсорбции развивалось в работах Н.А. Шилова, М.М. Дубинина, Дж. Мак-Бена, А.В. Киселева. И. Ленгмюр с помощью разработанного им (вслед за А. Покельс и Дж. Рэлеем) метода установил строение мономолекулярных слоев, образованных дифильными молекулами ПАВ на поверхности воды (двухмерное состояние вещества).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
