Коллоидные системы

Знакомство с коллоидами принято начинать с рассмотрения двух всем знакомых систем : раствора, например, сахара в воде и взвеси, например, песка в воде. Если взять два прозрачных стакана с герметически закрывающимися крышками, налить в каждый из них воды, добавить в один стакан немного сахара, а в другой добавить немного песка, как следует перемешать обе системы, закрыть крышки и начать наблюдать за поведением обеих систем, то разница будет очевидной:

(Собственно, герметичные крышки нам особо и не нужны, если мы собираемся вести наблюдение не очень долго. Оговорив герметичность, я просто страхую себя от реплики из зала: "Система "Вода - Сахар" тоже нестабильна, потому что вода может испариться." Из закрытого стакана не испарится.)

Система первого типа (прозрачная и стабильная) называется раствором. Система второго типа (непрозрачная и нестабильная) - взвесью или просто смесью. Вся разница между двумя системами заключается в размере частиц сахара или песка. В случае раствора частицы сахара имеют очень малый размер, более-менее совпадающий с размером молекулы сахара (примерно 1 нм). Такие маленькие частицы не выпадают в осадок, потому что из-за их очень малой массы действующая на них гравитация полностью компенсируется хаотическим тепловым движением. Они значительно меньше длины волны света, поэтому свет проходит систему беспрепятственно. И уж конечно, при таком размере они не могут образовать отдельную фазу.

Для взвеси частицы имеют размер микронного или даже миллиметрового диапазона (10³ - 10⁶ нм). При таких размерах и соответствующих массах хаотическое тепловое движение становится пренебрежимым, зато гравитация неумолимо тянет частички песка вниз - поэтому такая система обязательно расслоится. Размер частиц сравним или превышает длину волны видимого света (400 - 700 нм), поэтому свет преломляется или рассеивается при прохождении через систему. В зависимости от количества песка в воде мы увидим либо муть, либо совершенно непрозрачную жидкость.

А вот в этом месте рассказа принято задавать "коронный вопрос", которым обычно вводят тему коллоидов: А как будет вести себя система, размеры частиц которой занимают промежуточное положение между размерами частиц растворенного вещества в растворе и размерами крупинок в взвеси?

Очевидно, система будет более устойчива, чем взвесь, хотя и менее устойчива, чем раствор. По всей видимости, она будет достаточно прозрачной, хотя свет все же будет как-то искажаться при прохождении через такую систему. В отношении гомогенности-гетерогенности такая система будет пограничной, поскольку как раз в этом диапазоне размеров фаза приобретает самостоятельность. Вот такая промежуточная система и называется коллоидной. Строгое определение звучит так:

Коллоидной называется система, состоящая, как минимум, из двух фаз, одна из которых (дисперсная фаза) присутствует в виде частиц размером 5 - 200 нм.

Коллоидных систем в природе очень много. К ним относятся, например, практически все жидкие ткани организма (кровь, слюна, лимфа), цитоплазма клеток, молоко, растительные соки, супы, бульоны. Коллоидная система не обязательно должна быть жидкой, существуют газообразные и твердые коллоиды. Вот несколько важных примеров: