Одно из главных свойств глин - их пластичность, способность при смешивании; с водой давать связную массу, которой можно придать формованием любую желательную форму. Необходимо подчеркнуть, что многие другие Вещества даже в очень тонко порошковатом состоянии не обладают таким свойством, т.е. остаются непластичными, как, например, песок, кремень, мел и т.д. При добавлении к глине достаточного количества воды образуется суспензия, которая после удаления избытка воды превращается в тестообразную массу или; пасту. Так как эта уникальная особенность глин, проявляющаяся при добавлении воды, обусловлена их коллоидными свойствами, то для по- нимания поведения глин необходимо иметь общее представление о коллоидных системах.
КОЛЛОИДЫ
Из житейского опыта известно, что глина, взболтанная в воде, образует суспензию, которая долго сохраняется. Мутность такой суспензии часто удерживается в течение дней или даже недель. Это обусловлено тем, что глина образует в воде коллоидный раствор. Глинистые частицы в нем настолько межи, что осаждаются чрезвычайно медленно и частично практически не оседают. Можно привести много примеров коллоидных растворов. Например, при пропускании сероводорода через окисляющий раствор может осаждаться коллоидная сера. Хорошо знакомая нам берлинская лазурь, получаемая пу-тем добавки раствора железоцианистого калия к хлориду железа, также представляет собой коллоидный раствор.
Приведенные примеры относятся к коллоидным системам типа твердое - жидкость, но существуют и другие их виды: твердое в газе (например, дым), жидкость в газе (например, аэрозоли), жидкость в жидкости (например, эмульсии) и твердое в твердом (например, некоторые цветные стекла). Разобщенное вещество коллоидных систем называют дисперсной фазой, а суспендирующую его среду — дисперсионной средой. Мы, следовательно, определяем коллоид в очень общем виде как фазу , диспергированную настолько, что начинают резко доминировать ее поверхностные свойства. Каких-либо резких границ между обычным измельченным веществом и коллоидом в действительности не существует, однако в общем принято считать, что коллоидные свойства начинают проявляться у частиц диаметром меньше примерно 0,2 мкм. Для иллюстрации сказанного рассмотрим кубик твердого вещества плотностью 2,5 г • см3 со стороной 1 мм. Удельная поверхность этого кубика (т.е. площадь по-верхности на единицу массы) составляет 24 см2 • г . Тот же материал в виде кубиков с ребром, равным 0,2 мкм, обладает удельной поверхностью, равной 120 ООО см •г. Громадная удельная поверхность частиц коллоидных размеров и служит главной причиной проявления их характерных свойств. Отметим для сравнения, что размеры атомов и молекул порядка 0,0005 мкм или 0,5 нм.
Другой важный аспект коллоидных систем заключается в способности взвешенной фазы неопределенно долго оставаться в суспендированном состоянии. При сопоставлении уравнений осаждения и диффузии становится ясным, что первый из этих двух процессов, подчиняющийся квадратичной зависимости, должен быстро замедляться для частиц коллоидных размеров, тог да как второй — быстро возрастать по мере уменьшения величины г.. Очевидно, что существует такой предел размеров частиц, при котором диффузия осуществляется со скоростью, предотвращающей осаждение вещества. Такие соотношения возникают в том случае, когда величина составляет около 0,2 мкм. Приведенный ход рассуждения упрощен согласно предположению, что все частицы представляют сферы одинаковых размеров и что они действуют обособленно как отдельные единицы. Ниже будет рассмотрена и возможность взаимодействия частиц.
ПРИГОТОВЛЕНИЕ коллоидов
В коллоидную форму могут перейти почти все вещества. В 'общем приготовление коллоидной суспензии включает либо разрушение, либо диспергирование крупных частиц, либо воссоздание частиц коллоидных размеров из атомов, ионов или молекул.
ДИСПЕРГАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ
С целью диспергации вещество может быть тонко перемолото совместно с дисперсной средой в специальной мельнице. В случае электропроводности диспергируемого вещества из него можно изго-товить электроды и пропустить через них вольтову дугу. Порощковатые же материалы можно попросту вводить в дисперсионную среду, особенно если в нее добавлен химический диспергатор.
КОНДЕНСАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ
В условиях, препятствующих росту крупных кристаллов, коллоидные суспензии можно получить при взаимодействии двух растворов напольная плитка. Так, при пропускании H2S через раствор окиси мышьяка в воде в подходящих условиях возникает коллоидный сульфид мышьяка As2S3. Многие сульфиды и гидроокиси можно получить химически, путем осаждения в коллоидной форме. В тех случаях, когда необходимо, например при химическом анализе, отфильтровать сульфиды или гидроокиси, конечно, нужно предотвращать образование коллоидных суспензий, поскольку коллоидные частицы легко проходят даже Сквозь самую тонкую фильтровальную бумагу. Однако некоторые мембраны живых тканей способны задерживать частицы коллоидных размеров. Для фильтрования коллоидов можно также использовать фильтровальную бумагу, обработанную коллодием, а также пористые керамические сосуды.
ОБЩИЕ СВОЙСТВА КОЛЛОИДОВ
Коллоиды подразделяют на лиофильные (притягиваемые дисперсной средой) и лиофобные (отталкиваемые дисперсной средой). Лиофильные коллоиды очень стабильны, адсорбируют среду и обладают высокой вязкостью. Кроме того, они обратимы, т.е. могут быть выпарены
досуха, а затем повторно диспергированы при добавке свежей порции дисперсной среды. Примерами лиофильных коллоидов могут служить клей, крахмал и желатин. Лиофобные коллоиды, напротив, менее стабильны, не адсорбируют дисперсную среду и обратимы лишь с трудом. Примерами Лиофобных коллоидов могут служить берлинская лазурь, сульфид мышьяка и коллоидное золото. Разграничение между лиофильными и лиофобными коллоидами не резкое, и некоторые вещества имеют промежуточный характер, обладая рядом свойств обоих Классов. Глины в целом преимущественно лиофобны, но некоторые их разновидности, например монтмориллониты, имеют лиофильные свойства. (В тех случаях, когда роль дисперсной среды играет вода, иногда используют термины "гидрофильный" и "гидрофобный").
В коллоидных суспензиях обнаружен так называемый эффект Тиндаля. Если рассматривать луч света под прямым углом к направлению его распространения в коллоидной суспензии,, то можно заметить, что частицы рассеивают свет и в световой микроскоп выглядят, как яркие точки, хотя сами частицы слишком мелки и форма их неразличима. На этом явлении основан главный принцип действия ультрамикроскопа .
Ультрамикроскоп позволил увидеть, что коллоидные частицы находятся в состоянии быстрого беспорядочного Движения, названного броуновским. Оно вызывается молекулами дисперсной среды, которые находятся в состоянии термического движения, зависящего от температуры. Молекулы ударяют коллоидные частицы, обусловливая их беспорядочные перемещения. Так как скорость движения частиц при некоторой данной кинетической энергии, обратно пропорциональна их массе, то очевидно, что лишь очень мелкие частицу могут приобрести скорость, достаточную для определения их движения.
