Лако-красочные материалы — производство

Для объектов коллоидной химии характерны два общих при­знака: гетерогенность и дисперсность. Все особые свойства, .характерные для объектов коллоидной химии, являются функ­циями или следствием гетерогенности и дисперсности. Эти при­знаки, выделенные одним из основоположников отечественной коллоидной химии Н. П. Песковым еще в начале тридцатых годов, полностью соответствуют современному представлению об объектах коллоидной химии.

Гетерогенность или многофазность, выступает в коллоидной химии как признак, указывающий на наличие межфазной по­верхности, т. е. поверхностного слоя — основного объекта этой науки. Коллоидная наука концентрирует внимание в первую очередь на процессах и явлениях, происходящих на межфазных границах, в пограничных слоях, которые не просто определяют граничную область между фазами, но и представляют коллоид­ное состояние вещества. Гетерогенность — важнейший признак объектов коллоидной химии. Именно этот признак, определяю-

Рис. 1.1. Форма элементов тела в зави­симости от их размеров по трем коорди­натным осям

Щий наличие поверхностей раздела, обусловливает характерные свойст­ва этих объектов.

Дисперсность (раздроблен­

Ность)—второй признак объектов коллоидной науки. Она определя­ется размерами и геометрией тела. Частицы веществ могут иметь са-

J7———— мую различную форму: сфериче-

H скую, цилиндрическую, прямо­

Угольную, а чаще — неправильную, образование различных дисперсий при уменьшении размеров куба по трем его осям. При значительном уменьшении размера в одном его измерении (по оси у) получается пленка или поверхностный слой, при умень­шении размеров куба в двух измерениях (по осям х и у) обра­зуются нити или капилляры, а уменьшение его размеров по всем трем измерениям (по осям х, у и Z) приводит к образова­нию мелких частиц. При этом раздробленность определяется размером тела по той оси, уменьшением которого она достиг­нута, т. е. наименьшим размером а. Раздробленность часто ха­рактеризуют величиной, обратной размеру а, т. е. 1 /а. Эта величина носит название дисперсности D. Широко применяется и третья характеристика раздробленности — удельная поверх­ность sуд, определяемая отношением площади межфазной по­верхности к объему тела S/V. Все три характеристики раздроб­ленности связаны между собой: с уменьшением размера а увеличиваются дисперсность D и удельная поверхность SyA.

Дисперсность — важнейший признак объектов коллоидной химии. Она придает новые свойства не только отдельным эле­ментам дисперсной системы, но и всей дисперсной системе. С ростом дисперсности повышается роль поверхностных явле­ний в системе, так как увеличивается доля поверхностных мо­лекул и соответственно доля вещества в коллоидном состоянии (увеличивается удельная поверхность), т. е. более сильно про­является специфика гетерогенных дисперсных систем. Однако если гетерогенность является универсальным признаком, так как объектом коллоидной химии в принципе может быть любая многофазная система (например, ее межфазная поверхность), то одна только дисперсность без гетерогенности не может опре­делить принадлежность конкретного объекта к коллоидной хи­мии. Например, истинные растворы представляют дисперсию молекулярно растворенного вещества в растворителе, но они
не обладают свойством многофазности, внутренней гетероген­ности. Поверхность является макроскопическим свойством, и поэтому ею не могут обладать отдельные молекулы или ионы небольшой молекулярной массы. Соответственно они не имеют и агрегатного состояния в отличие от частиц коллоидной (дис­персной) системы. Отсюда следует, что истинные растворы не являются гетерогенно-дисперсиыми системами. Однако истин­ный раствор определенного объема имеет внешнюю поверхность, например поверхность на границе с воздухом или твердым те­лом (стенками сосуда), и если рассматриваются свойства меж­фазного поверхностного слоя, система в совокупности представ­ляет объект коллоидной химии.

Сопоставляя два основных признака объектов коллоидной Химии, необходимо отметить, что дисперсность является чисто количественным параметром, характеризующим степень раз­дробленности, размер межфазной поверхности; гетерогенность же в первую очередь указывает на качественную характеристи­ку объектов, что более важно при установлении отличительных особенностей объектов той или иной науки. Безусловно, изме­нение дисперсности—количественной характеристики—может приводить к изменению многих других качественных характе­ристик, о которых будет идти речь в последующих разделах курса.

Однако объекты коллоидной химии качественно отлича­ются от объектов других наук именно гетерогенностью, т. е. наличием межфазной поверхности. Дисперсность определяет количество этой поверхности. Если существует гетерогенность, то существует и дисперсиость, которая может быть большой или малой, но в любом случае объект принадлежит коллоидной химии. Все тела имеют поверхность, происходящие процессы на которой изучаются в коллоидной химии. В этом, как уже было сказано, состоит фундаментальный и общенаучный характер коллоидной химии.

Объекты коллоидной химии можно охарактеризовать и оп­ределенным видом энергии, которым они обладают, исходя из тех же основных признаков. Гетерогенность количественно оп­ределяется поверхностным натяжением — величиной, характе­ризующей энергию единицы поверхности и являющейся факто­ром интенсивности. Поверхностное натяжение определяет как бы степень гетерогенности, резкость перехода от одной фазы к другой, различие между соприкасающимися фазами. Чем сильнее выражена гетерогенность и чем более резко различа­ются по природе сопряженные фазы, тем больше поверхностное натяжение. Отсутствие гетерогенности равнозначно отсутствию поверхностного натяжения. Второй прнзнак — дисперсность, как уже упоминалось, определяется площадью поверхности (фактор емкости). Произведение поверхностного натяжения а на пло-
шадь поверхности s дает поверхностную энергию:

G* = As

Таким образом, объекты коллоидной химии обладают по­верхностной энергией.

Рассмотрение превращения поверхностной энергии в другие виды энергии составляет содержание первой половины курса коллоидной химии — учения о поверхностных явлениях. Основ­ное внимание в этом учении уделяется поверхностному слою, его строению и свойствам. Вторую половину курса составляет учение о дисперсных системах, в котором рассматриваются их синтез и свойства, связанные, главным образом, с дисперсным состоянием, когда поверхностная энергия во многом определяет объемные свойства тел. Две составные части курса также со­ответствуют двум признакам объектов коллоидной химии. По­верхностные явления — результат проявления гетерогенности, дисперсность же в значительной степени определяет вклад по­верхностных явлений в объемные свойства дисперсных систем.

Курс коллоидной химии начинается с учения о поверхност­ных явлениях, так как они могут рассматриваться независимо <)т величины дисперсности, в то время как изучение дисперсных систем нельзя представить без необходимых знаний о поверх­ностных явлениях. Такая последовательность изложения курса логична и вполне оправдана благодаря переходу от общих со­отношений и закономерностей к конкретным, от простых явле­ний к более сложным.