Пенопласт, хозяйственные губки — примеры коллоидных систем, которые окружают нас повсюду

ЖИДКОЕ ИЛИ ТВЁРДОЕ?

При высоких концентрациях частицы в жидких коллоидах начинают сопри­касаться и образуют сеточные струк­туры. Так получаются студни, или гели (от лат. gelare — «застывать»). Фруктовое желе и гель для укладки во­лос — типичные примеры подобных систем. Гелеобразную структуру име­ет даже головной мозг. Недаром вид­ный представитель отечественной коллоидной химии Иван Иванович Жуков (1880—1949) говорил, что «че­ловек — ходячий коллоид».

Уникальное свойство гелей заклю­чается в том, что они, несмотря на по­давляющее преобладание жидкости, имеют многие свойства твёрдого те­ла, такие, как прочность и упругость. В отличие от материалов с кристалли­ческой структурой, гели способны восстанавливать исходную структуру после её временного разрушения. Это свойство называется тиксотропией (от греч. «тиксис» — «прикоснове­ние» и «тропе» — «изменение»). Оно обеспечивается именно жидкими прослойками между частицами, обра­зующими гель.

Чтобы кефир легко вылился из бу­тылки с узким горлышком, надо энер­гично потрясти её. Если же после это­го бутылка примерно час постоит на столе, то кефир из неё не выльется. Причина — тиксотропный эффект: в неподвижном кефире постепенно восстановились контакты между час­тицами вещества-загустителя, кото­рые были разрушены при механиче­ском воздействии. Именно поэтому на некоторых микстурах написано: «Перед употреблением взбалтывать».

ДИФФУЗИЯ

ПРОТИВ СЕДИМЕНТАЦИИ

В 1845 г. английский учёный Майкл Фарадей получил золь золота — кол­лоидные частицы металла размером менее 0,1 мкм, взвешенные в воде. Плотность золота почти в 20 раз больше, чем воды, поэтому все части­цы, даже самые мелкие, казалось бы, должны постепенно осесть на дне со­суда. Однако сам Фарадей за несколь­ко лет наблюдений не обнаружил об­разования осадка. Более того, эти золи сохранились до сих пор и де­монстрируются в Британском музее! Причина такой стабильности зо­лей была найдена только спустя 70 лет после опыта Фарадея. Закон Архиме­да, разумеется, справедлив и для кол­лоидов: под действием силы тяжести твёрдые частицы начинают оседать, и в нижней части сосуда их концентра­ция возрастает, а в верхней — умень­шается. Из-за разности концентраций

тепловое движение частиц, или диф­фузия (от лат. diffusio — «распростра­нение», «растекание»), приобретает направленный характер — снизу вверх. Так что в системе протекают два противоположно направленных процесса: седиментация (от лат. sedimentum — «оседание») и диффузия. Когда их скорости сравниваются, на­ступает динамическое равновесие. В результате достаточно малые части­цы, активно участвующие в диффузии, в осадок не выпадают. Теорию седиментационно-диффузионного равно­весия предложил и подтвердил экспе­риментально французский физик Жан Батист Перрен, награждённый за эту работу в 1926 г. Нобелевской пре­мией по физике.

И всё же можно заставить осесть даже очень малые (менее 0,1 мкм) коллоидные частицы. Для этого ис­пользуют центрифуги с большим числом оборотов — свыше 100 тыс. в минуту (они называются ультрацен­трифугами). Центробежное ускоре­ние, развиваемое в них, способно в сотни и тысячи раз превысить уско­рение силы тяжести. В этих услови­ях диффузия уже не в силах противо­стоять седиментации.

ЖИЗНЬ И СМЕРТЬ КОЛЛОИДА

Благодаря малому размеру коллоид­ных частиц общая площадь их по­верхности может быть очень велика. Отношение общей поверхности к массе частиц (оно называется удель­ной поверхностью S _уд) резко возрас­тает при уменьшении размера частиц. Так, для капель воды диаметром 1 мкм S _уд = 6000 м²/кг, т. е. общая поверх­ность литра мелких водяных капель в 10 раз больше участка в шесть соток! Тончайший поверхностный слой всегда имеет более высокую энергию, чем вещество во внутреннем объёме тела. Ведь молекулы, расположенные на поверхности, взаимодействуют только с соседями снизу и сбоку, так что у них остаётся «неистраченная си­ла». Избыточная энергия, отнесённая