§ 100. Коллоидные растворы

В некоторых случаях вещество, не растворяющееся в данной жидкости, может быть распределено в ней в виде мельчайших частиц, состоящих, однако, еще из очень многих молекул. Измельченное (или, как говорят, диспергированное) вещество называют при этом дисперсной фазой, а среду, в которой оно распределено,— дисперсной средой. Если порядок величины размера частиц составляет 10-4—

Ю-2 см, то такую смесь называют суспензией или эмульсией, смотря по тому, имеем мы дело с частицами твердого или жидкого вещества (так, молоко есть эмульсия жира в воде).

При еще меньшем размере частиц, составляющих 10~7— Ю-5 см (10— 103 А), смесь называют коллоидным раствором или золем. Характерным для этих растворов является не столько число молекул, составляющих частицы дисперсной фазы, сколько именно размер этих частиц. Так, в коллоидном растворе золота в воде каждая частица, обладая размерами 100—500 А, содержит миллионы атомов золота. В растворах же таких сложнейших веществ, как белки, каждая частица коллоида может содержать всего по одной молекуле.

Дисперсная среда может быть как жидкой, так и газообразной. Так, коллоидными растворами в воздухе (аэрозолями) могут являться дымы, туманы. Наиболее важными являются, однако, коллоидные растворы в жидкостях, в особенности в воде (гидрозоли). Так, большая часть веществ, участвующих в построении растительных и животных организмов, находится в них в виде жидких коллоидных растворов.

Образовывать золи могут самые разнообразные вещества: многие высокомолекулярные органические соединения (белки, крахмал, желатин и др.), кремневые кислоты, гидроокись алюминия и др. Можно получить также золи некоторых металлов, например золота в воде.

Из-за большой степени раздробленности дисперсной фазы общая поверхность ее частиц чрезвычайно велика. Поэтому поверхностные явления играют определяющую роль для свойств коллоидных растворов.

В силу стремления поверхностного натяжения уменьшить поверхность раздела, частицы дисперсной фазы обладают тенденцией к соединению друг с другом и выпадению из раствора в виде плотной массы. Этой тенденции противодействуют силы электрического отталкивания: частицы дисперсной фазы в коллоидном растворе всегда электрически заряжены, причем все частицы — зарядами одного знака (который может быть как положительным, так и отрицательным). Только это обстоятельство и препятствует слипанию и осаждению частиц.

Возникновение заряда у коллоидных частиц происходит либо за счет электролитической диссоциации их молекул,

либо путем адсорбции ионов из окружающей жидкости. При прибавлении к коллоидному раствору какого-либо электролита ионы этого электролита могут скомпенсировать заряд коллоидных частиц и сделать их электрически нейтральными. Это приводит к осаждению или, как говорят, к коагуляции коллоидного раствора. Коагуляция коллоидов может произойти также и от других причин, например в результате нагревания.

По свойствам своей устойчивости коллоидные растворы делятся на две группы. В одних случаях коллоидный раствор является устойчивым состоянием вещества и лишь с трудом поддается осаждению. К этой группе коллоидов (называемых лиофильными) относятся гидрозоли белков, желатина, кремневых кислот и др. При коагуляции лиофильного коллоидного раствора он часто переходит в студнеобразную массу, называемую гелем. Наряду с веществом дисперсной фазы в геле содержится также и значительное количество растворителя — воды. Гель представляет собой как бы неправильную сетку из частиц растворенного вещества, в которой находятся молекулы растворителя. Характерной особенностью перехода лиофильного золя в гель является его обратимость: в соответствующих условиях гель может, вобрав в себя достаточное количество растворителя, снова превратиться в золь.

Коллоидные растворы другой группы, напротив, представляют собой метастабильное состояние вещества и очень легко подвергаются осаждению. К этой группе так называемых лиофобных коллоидов относятся, например, коллоидные растворы металлов в воде. Коагуляция лиофобных коллоидов сопровождается выпадением плотного осадка и является процессом необратимым; выпавший осадок в состояние раствора так просто снова не возвращается.