Существуют способы «продления жизни» коллоидных систем. Эмульсии, например, стабилизируют с помощью

поверхностно-активных веществ.

МОЛЕКУЛЫ-ПОГРАНИЧНИКИ

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) получили ныне широкое распро­странение — промышленность произ­водит их примерно по 3 кг в год на ка­ждого жителя Земли. Используются ПАВ как моющие средства, в качестве эмульгаторов, способствующих обра­зованию эмульсий, флотационных ре­агентов (для обогащения полезных ис­копаемых, мелкие частички которых переходят в пенный слой), косметиче­ских средств и т. д.

Есть у этих веществ и другое назва­ние — сурфактанты (от англ. surface-active agent, или surfactant, — «поверх­ностно-активный агент»). «Любимое занятие» таких соединений — найти по­верхность раздела между жидкостью и газом или между двумя несмешивающимися жидкостями и тут же устроиться на этой границе поудобнее. Подобному поведению способствует двойственная природа молекул ПАВ: с одной сторо­ны, они содержат гидрофильные (т. е. «водолюбивые») группы, например — СООН, которые «тянут» молекулы в во­ду; с другой — в составе тех же моле­кул (часто на значительном отдалении) имеются гидрофобные («боящиеся во­ды») группы, например углеводородные цепочки, которые способствуют раство­рению ПАВ в неполярных жидкостях. Эта двойственность и объясняет особен­ности поведения молекул: наиболее «комфортно» они чувствуют себя имен­но на границе раздела двух фаз, где гид­рофильные группы «погружены» в вод­ный раствор, а гидрофобные обращены в сторону неполярной фазы (воздух, масло, бензин и т. п.).

А что получится, если молекулам ПАВ не предоставить границы раздела? Или если их в растворе намного боль­ше, чем может разместиться на кон­кретной границе? В таком случае десят­ки, а то и сотни молекул собираются в шарообразные скопления — мицеллы (от лат. micella — «маленькая частич­ка»). Если это происходит в водной сре­де, углеводородные цепи ПАВ объеди­няются в компактное ядро, а полярные группы образуют внешнюю оболочку, обращённую к жидкости. В результате вода не контактирует с углеводородны­ми группами: молекулы ПАВ сами со­здали нужную им границу раздела.

Мицеллы обладают типичными свойствами коллоидных систем; их об­разование можно иногда зафиксиро­вать невооружённым глазом. Так, если постепенно добавлять мыло в воду, то при достижении определённой кон­центрации, называемой критической, светорассеяние раствора увеличивает­ся, он мутнеет. Это верный признак коллоидного раствора, содержащего мицеллы.

Не все поверхностно-активные ве­щества «умеют» создавать мицеллы — для этого необходимо определённое соотношение между углеводородным «хвостом» и полярной группой. К мицеллообразуюшим относятся, напри­мер, натриевые и аммониевые соли жирных кислот с 12—20 атомами угле­рода в цепи. Так, олеат натрия (соль олеиновой кислоты) способен порож­дать устойчивые мицеллы диаметром около 5 нм. Одновременно с ними в растворе могут присутствовать также молекулы ПАВ, образующие истинный раствор, однако их концентрация

обычно невелика: количество вещества в мицеллярной форме может в ты­сячи раз превышать его количество в виде раствора.

Механизмы появления и разруше­ния мицелл важно знать, чтобы улуч­шать моющие свойства ПАВ. Другое интересное применение мицелл — ускорение химических реакций (мицеллярный катализ). Это происходит благодаря увеличению концентрации реагирующих веществ, молекулы кото­рых входят внутрь мицелл, причём скорость реакции может увеличиться на два-три порядка по сравнению с идущей в растворе. Если же один из реагентов входит в состав мицелл, а другой остаётся в растворе, скорость реакции между ними резко уменьша­ется.

Джон У. Хилл, преподаватель химии из штата Висконсин (США), поясняет образование мицелл с помощью забав­ной аналогии. «Вы знаете, — говорит он ученикам, — что в полярных обла­стях Северной Америки обитает овце­бык — большое лохматое животное. Его основной враг — волк. При угро­зе нападения хищников на стадо взрос­лые овцебыки образуют защитный круг. При этом они становятся так, что их хвосты обращены внутрь круга, где в безопасности находятся самки и де­тёныши, а рогатые головы — в сторо­ну враждебного полярного мира. Точ­но так же прячут свои „хвосты" от полярной водной среды молекулы мы­ла и других подобных веществ, когда они образуют мицеллы. „Головы" же молекул обращены наружу, в сторону воды — полярного и неприветливого для молекул внешнего мира».

КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ НА СТРАЖЕ ЗДОРОВЬЯ

Коллоидная химия очень важна для ре­шения многих проблем биологии и медицины. Приведём только один при­мер. Немало людей страдает от обра­зования тромбов в кровеносной систе­ме и в сердце. Тромбы — это сгустки крови, которые формируются при определённых биохимических отклоне­ниях, оседают на стенках сосудов и прочно закрепляются на них. Они су­живают сечение артерий и капилляров, сильно затрудняя кровообращение, и в конце концов могут привести к полной закупорке сосудов. Чтобы предотвра­тить это заболевание, кроме чисто медицинских аспектов необходимо учи­тывать и особенности коллоидно-хими­ческих процессов. Поскольку кровь — типичная коллоидная система, образо­вание тромба нужно рассматривать как потерю устойчивости с последующей коагуляцией. Исходя из этого и разра­батываются современные методы про­филактики и лечения.

П. А. Ребиндер назвал эти защитные слои структурно-механическим барь­ером. Примером могут служить бел­ки, находящиеся в молоке: молекулы белков адсорбируются на капельках жира и на длительный срок предот­вращают их слияние. Чтобы удалить с жировых капель защитный слой белка и получить таким образом сливочное масло, необходимо прило­жить значительные механические усилия.

Закончим рассказ о коллоидах про­видческими словами Д. И. Менделеева, сказанными ещё в 1871 г.: «Вопросы коллоидной химии должно считать передовыми и могущими иметь значе­ние во всей физике и химии».