Введение. 
Коллоидная химия

Коллоидная химия — учение о раздробленном состоянии вещества и процессах, происходящих на различных поверхностях, иначе это физическая химия поверхностных явлений и дисперсных систем. Основной коллоидно-химической характеристикой системы является дисперсность (раздробленность). В коллоидной химии понятие дисперсности распространяется на широкую область размеров (от КГ⁹ до КГ² м), характерную для многих реальных тел. Главной чертой высокоразвитого коллоидного состояния системы является ведущая роль поверхностных явлений на границе раздела фаз.

Выделение коллоидной химии как самостоятельной области знания имеет необходимые и достаточные основания. Коллоидная химия изучает как грубодисперсные системы, так и высокодисперсные (собственно коллоидные) системы с размерами от 1 мкм до 1 нм. При измельчении любого твердого тела непрерывно увеличивается его суммарная поверхность при неизменном общем объеме и массе. Определенной форме существования вещества соответствует свое специфическое содержание и именно здесь количественные изменения приводят к возникновению нового качества. Так, коллоидные частицы обладают более интенсивной окраской, большей прочностью и твердостью, чем крупные частицы того же вещества. Многие вещества, практически нерастворимые, заметно растворяются в коллоидном состоянии. Наряду с изменениями свойств появляются и совершенно новые, характерные для коллоидного состояния свойства.

Изучение этих качественных особенностей при переходе от химических веществ и предельных систем к реальным телам и материалам и составляет предмет коллоидной химии.

Законы физической химии, как правило, установлены для идеализированных предельных систем с перспективой дальнейшего их усложнения на пути к реальным условиям. Реальный окружающий нас мир, да и сами мы, состоит из дисперсных систем. Применение законов химии к реальному миру неизбежно несет на себе отпечаток «коллоидно-химического» своеобразия.

В коллоидной области существования вещества появляется новая независимая переменная — дисперсность. Все свойства вещества становятся функциями этой переменной. Увеличение числа переменных усложняет систему. При этом усложняются и законы, поскольку они являются обобщением свойств. Многие основные законы (закон постоянства состава, правило фаз, закон Фарадея) в коллоидной области приобретают совершенно иное значение.

Необходимо отметить, что реальная поверхность твердого тела состоит из выступов, впадин, участков различной кривизны. Силовое иоле и локальные значения поверхностной энергии различны на этих участках. Поэтому две системы одного и того же состава с одинаковой удельной поверхностью могут оказаться энергетически неравноценными. При переходе от обычных физико-химических систем к коллоидному состоянию впервые проявляется такое свойство как невоспроизводимость системы, ее индивидуальность. Например, в технологическом процессе, полностью отработанном и совершенно стандартном, не всегда удается получить одинаковые образцы активного угля.

Особенности дисперсных систем имеют огромное значение в процессе эволюции материи к наиболее высокоорганизованной ее форме — жизни. Потенциальные возможности жизненных процессов уже заключены, как в зародыше, в дисперсных системах, из которых построено живое вещество. Коллоидный уровень материи, надмолекулярный или высокомолекулярный, соответствующий «молекулярному уровню» в биологии, является необходимым и неизбежным звеном в процессе эволюции.

Комплексные биологические проблемы, доминирующие в настоящее время в естествознании, решаются в значительной степени на основе физикохимии дисперсных систем. Поэтому изучение коллоидной химии приобретает особенно важное и принципиальное значение для развития науки.

Дисперсное состояние предполагает наличие малых частиц, тонких пленок, волокон с четко выраженными поверхностями этих микроскопических фаз. Поверхностные явления сильнее всего проявляются в телах с высокоразвитой поверхностью (раздробленных телах). К таким относятся пленки, нити, капилляры, порошки, губки и др. Совокупность этих дисперсий вместе со средой, в которой они распределены, представляет собой дисперсную систему.

В дисперсных системах большая доля вещества находится в «коллоидном» состоянии, в них проявляется все многообразие поверхностных явлений, формирующих особые объемные свойства этих систем, поэтому именно они являются объектами коллоидной химии.

Различные поверхностные явления: смачивание, капиллярность, адсорбция, использование поверхностно-активных веществ, каогуляция, седиментация и другие лежат в основе различных технологических, в том числе химико-технологических процессов.

Для объектов коллоидной химии характерны два признака — гетерогенность и дисперсность. Гетерогенность (многофазность) указывает на наличие межфазной поверхности, то есть поверхностного слоя — основного объекта коллоидной химии. Гетерогенность несет качественную информацию о системе.

Дисперсность (раздробленность) определяется размерами и геометрией тела и является количественным параметром системы. Кроме указанных особенностей для дисперсных систем характерна высокая свободная поверхностная энергия. Следствием избытка свободной поверхностной энергии в дисперсных системах является их термодинамическая неустойчивость.