Лако-красочные материалы — производство

Мерой раздробленности всякой дисперсной системы может служить либо поперечный размер частиц а (для сферических частиц — диаметр D, а частиц, имеющих форму куба, — ребро куба /), либо обратная ему величина D = L/а, называемая обычно ПРОСТО диСПерСНОСТЬЮ, ЛИбО, удельная ПОВерХНОСТЬ Яуд, т. е. межфазная поверхность, приходящаяся на единицу объема дисперсной фазы. Все эти величины взаимосвязаны. Чем меньше размеры частиц, тем больше дисперсность или удельная поверх­ность, и наоборот.

К коллоидным системам относятся системы, у которых значе­ние а лежит в пределах 1—100 нм (Ю-7—Ю-5 см), а дисперс­ность— в пределах 1—100 нм-1 (107—105 см-1). Верхний предел дисперсности коллоидных систем обусловлен тем, что при даль­нейшем дроблении вещества в растворе уже будут находиться не агрегаты молекул, а отдельные молекулы, имеющие размер по­рядка 0,1 нм. Нижний предел дисперсности коллоидных систем определяется резким снижением интенсивности теплового движе­ния частиц поперечным размером больше 100 нм. Несмотря на установленный предел в 100 нм в курсе коллоидной химии рас­сматриваются обычно и более грубодисперсные системы, размер частиц которых может достигать несколько микрометров, а иногда и значительно больше. Это целесообразно потому, что свойства подобных систем, называемых микрогетерогенными, частицы ко­торых хорошо видимы в микроскоп,’ во многом совпадают со свойствами коллоидных, или, иначе, ультрамикрогетерогенных

Систем, частицы которых уже не видны в микроскоп. К микрогете­рогенным системам относятся порошки, суспензии, эмульсии, пены и ряд других систем, имеющих огромное практическое значение.

На рис. 1,1 представлено соотношение размеров частиц золо­того золя и некоторых молекул. Как видно из рисунка, мелкие коллоидные частицы могут быть меньше молекул высокомолеку­лярного BeinecYBa (например, гемоглобина) и лишь немногим

Больше молекул низкомолекулярных веществ (например, хлороформа).

Именно сравнительно малым раз­мером коллоидных частиц опреде­ляется сходство некоторых свойств коллоидных систем и истинных рас­творов. С другой стороны, относитель­но большие размеры частиц коллоид­ных систем объясняют их неспособ­ность проникать через полупроницае­мую мембрану, малую диффузионную способность, способность оседать в до­статочно мощном поле ультрацентри­фуги. Более подробно особенности кол­лоидных систем, связанные с разме­рами частиц, будут рассмотрены в гл. III, посвященной молекулярно-ки — нетическим свойствам коллоидных си­стем.

Говоря о размере частиц коллоидных систем, следует иметь в виду два обстоятельства.

Во-первых, понятие «поперечный размер» имеет смысл для сферических частиц и, пожалуй, еще для частиц, имеющих форму куба. Если же частицы по форме сильно отличаются от шара, то размер частицы зависит от направления, в котором проводят из­мерение. Однако очень часто в коллоидной химии частицы при­равнивают к сферическим, принимая, что эти сферические час­тицы ведут себя в определенном отношении точно так. же, как действительная частица. Диаметр такой условной шарообразной частицы называют эквивалентным диаметром.

Во-вторых, в коллоидных системах частицы редко бывают од­ного размера. Системы с частицами одинакового размера, назы­ваемые монодисперсными системами, можно приготовить только искусственно, пользуясь специальными приемами. Большинство же коллоидных систем полидисперсно, т. е. содержит частицы раз­ных размеров.

Удельная поверхность sra дисперсной системы выражается уравнением

(1.1)

Удельную поверхность дисперсной системы нетрудно вычис­лить, если известны размер и форма частиц. Учитывая, что удель­ная поверхность численно равна отношению поверхности частицы S],2 К ее объему У], для системы, содержащей кубические частицы с ребром I, имеем:

TOC o "1-3" h z «уд = «1, = 6W3 = 6// (1,2)

Для системы, содержащей сферические частицы радиусом г, по­лучим:

«УД = «і,2/оі = 4ял2/(7ЗЯГ3) = 3/л = 6/ЙГ (1,3)

В общем случае:

5уд = Su 2/«i = K • 1/а = KD (1,4)

где K — коэффициент, зависящий от формы частиц.

Согласно уравнению (1,4) удельная поверхность прямо про­порциональна дисперсности D и обратно пропорциональна раз­меру частиц а.

С повышением дисперсности коллоидной системы ее удельная поверхность резко возрастает. Это видно из табл. 1,1, в которой показано изменение удельной поверхности 1 см3 вещества при дроблении его на кубики меньших размеров.

По удельной поверхности коллоидные системы занимают осо­бое положение среди дисперсных систем. В самом деле, удельная поверхность в молекулярных системах, например в истинных рас­творах, отсутствует, так как молекулы не обладают поверхностью в обычном смысле слова. Вместе с тем удельная поверхность гру — бодисперсных систем очень невелика. И лишь гетерогенные высо­кодисперсные коллоидные системы имеют сильно развитую удель­ную поверхность. Это наглядно показано на диаграмме (рис. 1,2), изображающей изменение удельной поверхности с размером час­тиц от грубодисперсных систем до систем молекулярной степени
дисперсности. Кривая svn = F(a) = k/a имеет вид равносторонней гиперболы. Справа, в области грубодисперсных систем, кривая асимптотически приближается к оси абсцисс. Слева она обры­вается, когда коллоидные частицы достигают размеров молекул и поверхность раздела между обеими фазами исчезает. Конечна,

Границу между коллоидной и молеку­лярной степенью дисперсности нельзя установить точно — для отдельных си­стем она может быть сдвинута в ту или иную сторону в зависимости от химической природы дисперсной фазы и дисперсионной среды.

Переход от грубодисперсных к мо — лекулярно-дисперсным системам не­прерывен, однако занимающие про­межуточное положение коллоидные и микрогетерогенные системы качествен­но вполне специфичны. Благодаря большой удельной поверхности этих систем для них имеют огромное зна­чение адсорбция и вообще поверх­ностные явления, в то время как по­ведение грубодисперсных и молекулярных систем определяется в основном объемными свойствами.