Коллоидная химия, область химии. изучающая дисперсные системы и поверхностные явления, возникающие на границе раздела фаз. Поскольку частицы дисперсной фазы и окружающая их дисперсионная среда имеют очень большую поверхность раздела фаз (в высокодисперсных системах размер частиц дисперсной фазы составляет от долей мкм до 1 нм), с ростом дисперсности поверхностные явления оказывают все более определяющее влияние на свойства дисперсной системы. Цель исследований в коллоидной химии - развитие научных основ управления образованием, свойствами и разрушением дисперсных систем (ДС) и граничных слоев путем регулирования межмолекулярных взаимод. на границах раздела фаз, прежде всего с помощью поверхностно-активных веществ(ПАВ), способных самопроизвольно концентрироваться (адсорбироваться) на поверхности частиц дисперсной фазы. Объектами исследований в коллоидной химии являются разнообразные ДС и поверхности раздела между дисперсной фазой и дисперсионной средой, а также границы раздела между макроскопич. фазами: адсорбц. слои (моно- и полимолекулярные) и смачивающие пленки; тонкие пленки - как. плоские, так и замкнутые (ламеллярные системы, в т. ч. липосомы); нити (фибриллярные системы); аэрозоли (дымы, туманы, смог, облака), а также порошки. пены и газовые эмульсии; эмульсии и латексы (см. Латекс натуральный. Латексы синтетические. а также Сказочно-охлаждающие жидкости.
Эмульсионная полимеризация);суспензии. взвеси и пасты; золи и гели; системы с твердой дисперсионной средой (металлы и сплавы. горные породы, газовые и жидкостные включения в твердых телах).
Задачи коллоидно-хим. исследований и наиб. важные методы исследований разнообразны и отвечают рассматриваемым ниже осн. разделам коллоидная химия
1. Поверхностные и капиллярные явления. включая изучение поверхностных сил, термодинамич. и кинетич. закономерностей адсорбции и смачивания, св-в адсорбц. слоев, закономерностей и механизмов действия ПАВ на разл. межфазных поверхностях. Молекулярно-статистическое рассмотрение поверхностных явлений (включая использование методов молекулярной динамики) ведется в контакте с соответствующими разделами мол. физики. Эксперим. исследование поверхностных явлений на легкоподвижных поверхностях жидкость - пар и жидкость - жидкость проводится преим. тензометрич. методами (изучение концентрац. зависимости поверхностного натяжения растворов) или с помощью весов Лeнгмюра в сочетании с оптич., электрич. и реологич. методами (см. Мономолекулярный слои).
2. Химия поверхности твердых тел (см. подробнее Химия твердого тела) - изучение особенностей кристаллич. и электронной структуры приповерхностных слоев твердых тел и закономерностей адсорбции на ней веществ как из газовой фазы, так и из объема тела. Развитие этой области связано с применением многочисл. новых методов исследования (см., например, Рентгеновская спектроскопия. Фотоэлектронная спектроскопия. Электронно-зондовые методы. Дифракционные методы. Эллипсометрия), которые дают сведения о разл. по толщине и площади при поверхностных слоях.
4. Молекулярно-кинетические и транспортные явления в ДС и их приложения к задачам дисперсионного анализа. т.е. к определению функций распределения частиц по размерам в свободнодисперсных системах. Сюда относятся исследования закономерностей броуновского движения, осмоса, возникновения и релаксации флуктуации концентрации. хроматографич. явлений при течении растворов и золей через пористые среды.
Методы гель-хроматографии, седиментации и центрифугирования широко используются в научных исследованиях и хим. технологии; ультрацентрифугирование один из наиб. распространенных методов определения молскулярно-массового распределения в растворах полимеров.
5. Характерные оптич. свойства ДС - прежде всего рассеяние света в них; основанные на изучении этих свойств методы нефелометрии и турбидиметрии также позволяют определять размеры, а в некоторых случаях и форму частиц дисперсной фазы. Большие возможности для исследования ДС открывают методы электрооптики, а также изучение двойного лучепреломления, возникающего при течении ДС (эффект Максвелла), воздействии электрич. (эффект Керра) или магнитного (эффект Коттона-Мутона) полей.
6. Термодинамика образования лиофильных и лиофобных ДС (см. Лиофильность и лиофобность) и теория образования лиофобных систем при зарождении новой фазы. являющиеся научной основой конденсац. методов получения ДС. Важное прикладное значение имеют методы очистки ДС (диализ, электродиализ. ультрафильтрация).
7. Лиофильные коллоидные системы. изучение областей существования (температурных и концентрационных) и строения термодинамически равновесных дисперсий в двух-, трех- и многокомпонентных системах. содержащих мицеллообразующие ПАВ (см. Микроэмульсии).
8. Термодинамика и физико-химическая гидродинамика образования тонких пленок - рассмотрение составляющих расклинивающего давления. возможности существования мстастабильно-равновссных состояний (напр., черных пленок), а также кинетич. закономерностей утоньшения пленок.
9. Теория устойчивости лиофобных ДС, т.е. изучение роли факторов устойчивости, определяющих замедление изменения во времени структуры ДС в результате коагуляции (флокуляции) частиц дисперсной фазы, их коалесценции. переноса вещества от малых частиц к более крупным, седиментации частиц.
10. Физико-химическая механика твердых тел и ДС, изучающая влияние внеш. сред на закономерности деформирования и разрушения твердых тел, образование дисперсных структур и их мех. свойства, механохим. эффекты и на этой основе разрабатывающая пути управления мех. свойствами материалов, облегчения их обработки, управления контактными явлениями при трении и износе. Облегчение деформирования, разрушения и измельчениятвердых тел и материалов в присутствии среды связано с проявлением эффекта Ребиндера - адсорбц. влияния среды на мех. свойства вещества. В основе изучения структурообразования в дисперсных системах лежат реологич. исследования, в частности визкозиметрия, и непосредств. определения сил взаимод. между частицами при образовании коагуляционных и конденсационно-кристаллизац. структур.
Вследствие столь большого разнообразия объектов, охватываемых коллоидная химия, и ее задач проявляется тенденция к обособлению некоторых ее разделов в самостоят, научные дисциплины, а также использование ее методов и идей в смежных областях науки. Так, из коллоидная химия выделилась физ. химия растворов полимеров. в значит. мере самостоятельно развиваются наука о аэрозолях, химия поверхности; некоторые коллоидно-хим. проблемы, связанные с изучением функционирования биол. мембран и липосом, изучаются физ.-хим. биологией, биофизикой и электрохимией мембран.
Коллоидная химия как самостоят. наука возникла в 60-е гг. 19 в. после появления работ Т. Грэма, который ввел термин "коллоид" (от греч. kolla-клей) для обозначения веществ, не кристаллизующихся и слабо диффундирующих. Однако еще М. В. Ломоносов отличал свертывание (коагуляцию) от кристаллизации, а Й. Берцелиус, А. Бодримой, Ф. Сельми в нач. 19 в. рассматривали характерные свойства золей ("псевдорастворов"). В 1777 Ф. Фонтана и К. Шееле открыли адсорбцию газов, в 1785 Т. Е. Ловиц - адсорбцию из растворов, в 1809 Ф. Рейсе - электроосмос и электрофорез. Т. Юнг и П. Лаплас (нач. 19 в.) разработали мех. теорию капиллярности. Термодинамич. теория поверхностных явлений, капиллярности и зарождения новых фаз развита в 1878 Дж. Гиббсом. И. Ленгмюром (1909-17) были установлены осн. закономерности адсорбц. явлений и изучены свойства мономол. слоев ПАВ. Создание Дж. Рэлеем теории рассеяния света способствовало количеств, изучению оптич. свойств коллоидных систем. Исследование Ж. Перреном, Т. Сведбергом и Р. Зигмонди броуновского движения коллоидных частиц на основе теории, разработанной в 1905 А. Эйнштейном и М. Смолуховским, позволило доказать реальность существования молекул и правильность молекулярно-кинетич. представлений.
В СССР создан ряд ведущих школ, имеющих мировое значение: А. В. Думанского (лиофильные коллоиды), Н.П. Пескова (устойчивость дисперсных систем), П. А. Ребиндера (ПАВ, физ.-хим. механика), Б. В. Дерягина (поверхностные силы), И.И. Жукова (электроповсрхностные явления).
Коллоидная химия разрабатывает научные основы многочисл. технол. процессов, включающих ДС: технологии разнообразных дисперсных материалов, в т. ч. совр. композиционных и строит. материалов, силикатов (особенно керамики и стекол), дисперсных пористых структур (катализаторов и сорбентов), пластмасс, резины, прир. и синтетич. волокон, клеев, лакокрасочных материалов; технологии мех. обработки твердых тел (в т.ч. бурения горных пород), извлечения нефти из пласта с послед. ее деэмульгированием, флотации руд, мембранных процессов разделения (см. также Мембраны разделительные), процессов водопад готовки. Среди многочисл. примеров практич. приложений достижений коллоидная химия - разработка и применение ПАВ: флотореагентов, смачивателей, стабилизаторов пен и эмульсий, пеногасителей и деэмульгаторов, пластификаторов высококонцентрир. ДС, компонентов смазок и смазочно-охлаждающих жидкостей, мембран, моющих средств (см. также Моющее действие).
Коллоидно-хим. свойства почв в значит. степени определяют их плодородие; методы коллоидная химия используются для создания оптим. структуры почв, борьбы с их засолением и эрозией при внесении удобрений и применении пестицидов. С развитием коллоидной химии связаны новые направления во мн. областях естествознания и техники, создание новых материалов, совр. методов их переработки и практич. использования.
