ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Молекулярно-кинетические свойства коллоидных растворов из "Физическая и коллоидная химия" Как показали многочисленные исследования, коллоидные системы по своим молекулярно-кинетическим свойствам принципиально ничем не отличаются от обычных (истинных) растворов, только эти свойства у золей и растворов высокомолекулярных соединений выражены значительно (в сотни и тысячи раз) слабее. [c.299] Все их молекулярно-кинетические свойства обусловлены броуновским движением. [c.299] Позднее Гуи (1888) и Экснер (1900) высказали мысль о том, что броуновское движение имеет молекулярно-ки-нетическую природу, т. е. является следствием теплового движения. Это было впоследствии подтверждено теоретическими расчетами Эйнштейна и Смолуховского, а также экспериментальными работами Перрена и Свед-берга. [c.300] Опыты показали, что броуновское движение совершенно не зависит от природы вещества оно изменяется в зависимости от температуры, вязкости среды и размеров частиц. Под действием беспорядочных ударов молекул растворителя частицы дисперсной фазы также совершают беспорядочные движения. Перемещение в пространстве этих частиц совершается в результате усредненного действия всей совокупности ударов за время наблюдения (в 1 с частица испытывает около ударов). Число ударов, приходящихся с разных сторон, при малых размерах частиц обычно неодинаково и они передвигаются в пространстве по сложной траектории (рис. 87). Если размеры и масса частиц дисперсной фазы превышают определенные пределы, вероятность взаимной компенсации ударов оказывается значительно выше. Вот почему частицы размером, например, 4—5 мкм совершают только небольшие колебательные движения около некоторого центра. При более крупных размерах частиц броуновское движение не наблюдается. [c.300] Изучение броуновского движения позволило Перрену при содействии математика Ланжевена впервые экспериментально путем непосредственного подсчета в поле зрения ультрамикроскопа определить одну из наиболее важных констант — постоянную Авогадро Nq. Найденное им ее значение Л/о=6,02-Ю2з хорошо согласуется с другими известными данными. [c.301] Таким образом, изучение броуновского движения (наряду с ультрамикроскопией) имело большое значение не только для коллоидной химии, но и для всего естествознания в целом как одно из доказательств справедливости диалектико-материалистической концепции миропонимания. [c.301] Основная трудность в применении обоих законов Фика до недавнего времени заключалась в определении коэффициента диффузии D. Однако трудности определения этого коэффициента для растворов и золей были преодолены после того, как Эйнштейн, изучая броуновское движение, обнаружил связь этого коэффициента со средним сдвигом Дх уравнение (VHI, 6)]. Используя закон Стокса, Эйнштейн нашел зависимость коэффициента диффузии от вязкости среды и радиуса частиц [уравнение (VHI, 7)]. Диффузионный метод определения размера частиц в настоящее время дает для коллоидных растворов наиболее надежные результаты. [c.302] Флуктуация представляет собой самопроизвольное отклонение плотности, концентрации или параметра от среднего равновесного значения в микрообъемах системы. Так, Сведберг, наблюдая явление флуктуации при подсчете числа частиц, находящихся в 1000 мкмз золя золота, нашел, что в среднем число частиц составило 1,545, но в отдельные моменты оно изменялось в пределах от О до 7. Отклонения можно объяснить тем, что хаотическое движение частиц приводит к случайному попаданию в выделенный микрообъем то большего, то меньшего числа частиц. [c.303] Таким образом, флуктуация представляет собой явление, как бы обратное явлению диффузии, хотя оба они — результат теплового движения. Если диффузия как всякий самопроизвольный процесс должна, в соответствии со вторым началом термодинамики, идти необратимо, то флуктуация указывает на то, что второе начало термодинамики имеет статистический характер, т. е. оно неприменимо к отдельным индивидуальным частицам или к малому числу их. В обоих явлениях мы видим одно из доказательств справедливости закона материалистической диалектики—единства противоположностей. [c.303] Осмотическое давление. Для коллоидиых растворов, как и для истинных, характерно осмотическое давление. Оно, подобно газовому давлению, является коллигативным свойством растворов, т. е. зависящим только от числа свободно движущихся коллоидных частиц. [c.303] Если учесть, что объем и масса коллоидной частицы значительно больше, чем объем и масса молекулы низкомолекулярных веществ, то при одной и той же весовой концентрации коллоидного и истинного растворов в единице объема золя содержится значительно меньше частиц, чем в единице объема истинного раствора. Вот почему по сравнению с последними коллоидные растворы обладают ничтожно малым осмотическим давлением. [c.303] золь золота с массовой концентрацией 10 г/л имеет осмотическое давление, равное 45 Па, а раствор сахарозы той же концентрации и в тех же условиях 7250 Па. Кроме того, какая-то доля измеряемого осмотического давления в коллоидных растворах (главным образом гидрофобных) обусловливается примесью электролитов. [c.303] Если данный золь содержит v коллоидных частиц, а 1 моль — iVo таких же частиц, то n=v No. С учетом этого уравнение (VIII. [c.304] Относительно малые концентрации коллоидных растворов обусловливают также ничтожно малые значения всех других величин, зависящих от числа частиц в растворе (частичной концентрации). Так, все коллоидные растворы обладают чрезвычайно малым понижением упругости пара, ничтожными (практически не поддающимися экспериментальному измерению) величинами понижения температур замерзания и повышения температур кипения. Так, понижение температуры замерзания золя золота концентрации 1 кг/м при размере частиц 4 нм равно всего 0,000004°. [c.304] Таким образом, осмотическое давление коллоидных растворов обратно пропорционально кубу радиуса частиц и, следовательно, прямо пропорционально кубу степени дисперсности. [c.304] Мембранное равновесие Доннана. Более детальное изучение осмотического давления коллоидных растворов показало, что даже применение в качестве внешней жидкости ультрафильтрата этого же золя не дает результатов, которые бы точно соответствовали теоретическим. В некоторых случаях экспериментально определенное осмотическое давление того или иного золя было больше теоретического, оно не зависело в ряде случаев от концентрации коллоида нли изменялось не пропорционально концентрации его и т. п. Как показали более углубленные исследования, проведенные в свое время Доннаном, причина подобных отклонений кроется в особом равновесии электролитов, которое устанавливается в присутствии частиц (или ионов), не способных проникать через полупроницаемую мембрану. [c.305] В этой схеме буквами С и Сг обозначены начальные концентрации соответствующих ионов. [c.305] Если концентрация электролита очень мала по сравнению с концентрацией коллоида С2 ССь то х/СгжО, т. е. электролит практически не переходит из правой половины сосуда в левую. [c.306] Для большей наглядности в табл. 40 приведено распределение электролита Na l при различных соотношениях между Na l и NaR. [c.306] Вернуться к основной статье