Курс лекций по физической и коллоидной химии. Часть II коллоидная химия. Для студентов фармацевтических вузов

Н. БОГДАШЕВ, В. А. ПОПКОВ

КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ

КУРС ЛЕКЦИЙ

Пятигорск

2004

ББК 24.6

УДК: 541.1 (042.4)

Р е ц е н з е н т ы:

Маршалкин Михаил Федорович, доктор химических наук

Авторы: доктор фармацевтических наук Н. Н. Богдашев,

доктор фармацевтических наук, академик РАО В. А. Попков

Курс лекций по физической и коллоидной химии. Часть II - Коллоидная

химия.

Для студентов фармацевтических ВУЗов.

Редакционный совет:
Председатель - проф. Е. Н. Вергейчик, проф. В. Г. Беликов, проф. В. И. Погорелов, проф. Ю. Г. Пшуков, проф. М. Д. Гаевый, проф. Д. А. Муравьева, доц. В. В. Гацан, доц. Б. И. Литвяк, В. В. Карпова, Т. М. Браташова.

ОГЛАВЛЕНИЕ

		Стр.
Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .		. . 7
Принятые обозначения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .		. . .8
Основные физические константы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .		. . .9

ВВЕДЕНИЕ
1.	Предмет коллоидной химии, её место среди естественнонаучных дисциплин и значение для фармации, медицины и биологии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .10
2	Признаки объектов коллоидной химии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .12
3.	Краткий исторический очерк . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .14

I. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ

ГЛАВА	1. Особенности строения поверхностного слоя. Поверхностное натяжение	. .16
1.1.	Поверхностная энергия Гиббса. Поверхностное натяжение. . . .	. .16
1.2.	Пути уменьшения свободной поверхностной энергии . . . . . . .	. .17
1.3.	Поверхностно-активные вещества . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .19
1.4.	Классификация поверхностно-активных веществ . . . . . . . . . . .	. .19
1.5.	Применение поверхностно-активных веществ . . . . . . . . . . . . . .	. .21
1.6.	Изотерма поверхностного натяжения. Уравнение Шишковского . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .22
1.7.	Свойства ПАВ: поверхностная активность, гидрофильно- липофильный баланс. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .23
1.8.	Мицеллообразование в растворах МПАВ. Критическая концентрация мицеллообразования. Солюбилизация . . . . . . .	. .25
1.9.	Липосомы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .27

ГЛАВА	2. Когезия. Адгезия. Смачивание
2.1.	Когезия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .29
2.2.	Адгезия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .30
2.3.	Смачивание. Растекание . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .30
2.4.	Инверсия смачивания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .34

ГЛАВА	3. Адсорбция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1.	Общие понятия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .36
3.2.	Адсорбция на поверхности раздела «жидкость – газ» . . . . . . . .	. .39
3.3.	Адсорбция на поверхности раздела «жидкость – жидкость» . .	. .43
3.4.	Адсорбция на поверхности раздела «твёрдое тело – газ» . . . , .	. .44
3.4.1.	Мономолекулярная адсорбция. Уравнение Лэнгмюра . . . . . . . .	. .46
3.4.2.	Уравнение Фрёйндлиха . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .51
3.4.3.	Полимолекулярная адсорбция. Капиллярная конденсация . . . .	. .52
3.5.	Адсорбция на поверхности раздела «твёрдое тело – жидкость» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .55
3.5.1.	Молекулярная адсорбция. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .56
3.5.2.	Адсорбция из водных растворов электролитов. . . . . . . . . . . . . .	. .58
3.5.3.	Влияние природы адсорбирующихся ионов. . . . . . . . . . . . . . . . .	. .58
3.5.4.	Влияние природы адсорбента . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .59
3.5.5.	Образование двойного электрического слоя . . . . . . . . . . . . . . . .	. .59
3.5.6.	Обменная адсорбция. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .60
3.5.6.1.	Иониты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .63
3.6.	Хроматография . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .66
3.6.1.	Общие представления и классификация хроматографических методов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .66
3.6.2.	Газовая хроматография . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .67
3.6.3.	Жидкостная хроматография. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .68
3.6.3.1.	Адсорбционная хроматография . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .68
3.6.3.2.	Распределительная хроматография . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .70
3.6.3.3.	Аффинная хроматография . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .71
3.6.3.4.	Эксклюзионная хроматография . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .71
3.6.3.5.	Ионообменная хроматография. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .72
3.6.4.	Хроматография на бумаге . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .73
3.6.4.1.	Осадочная хроматография . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .73

II. ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ

ГЛАВА	4. Получение и очистка дисперсных систем
4.1.	Классификация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .75
4.2.	Получение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .78
4.2.1.	Диспергационные методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .80
4.2.2.	Конденсационные методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .84
4.2.3.	Комбинированные методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .86
4.3.	Очистка коллоидных растворов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .89

ГЛАВА	5. Двойной электрический слой. Строение мицеллы лиофобных золей	91
5.1.	Строение двойного электрического слоя. . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .92
5.2.	Влияние на двойной электрический слой разбавления и введения электролитов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .96
5.3.	Строение мицеллы лиофобных золей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. .97
5.4.	Формула мицеллы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.100
5.5.	Электрокинетические явления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.103
5.6.	Экспериментальное определение электрокинетического потенциала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.105

ГЛАВА	6. Устойчивость и коагуляция дисперсных систем
6.1.	Виды устойчивости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.109
6.2.	Факторы агрегативной устойчивости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.111
6.3.	Коагуляция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.113
6.4.	Коагуляция под действием электролитов. Порог коагуляции . .	.116
6.5.	Теории коагуляции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.119
6.6.	Кинетика коагуляции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.123
6.7.	Коагуляция смесью электролитов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.124
6.8.	Привыкание . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.126
6.9.	"Неправильные ряды" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.126
6.10.	Взаимная коагуляция золей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.127
6.11.	Коллоидная защита . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.128

ГЛАВА	7. Молекулярно-кинетические и реологические свойства дисперсных систем
7.1.	Броуновское движение и диффузия в коллоидных системах . .	.131
7.2.	Седиментация и седиментационная устойчивость . . . . . . . . . . .	.136
7.3.	Закономерности седиментации в гравитационном поле. Уравнение Стокса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.137
7.4.	Седиментация в центробежном поле . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.139
7.5.	Седиментационный анализ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.140
7.6.	Вязкость дисперсных систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.148
7.7.	Осмотическое давление дисперсных систем . . . . . . . . . . . . . . . .

ГЛАВА	8. Оптические свойства и методы исследования дисперсных систем
8.1.	Явления, наблюдаемые при попадании света в дисперсные системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.152
8.2.	Рассеяние света. Уравнение Рэлея . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.153
8.3.	Оптические методы исследования и анализа . . . . . . . . . . . . . . .	.159

ГЛАВА	9. Отдельные классы дисперсных систем
9.1.	Суспензии и пасты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.166
9.2.	Эмульсии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.169
9.3.	Пены . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.176
9.4.	Аэрозоли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.179
9.5.	Порошки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.187

iiI. ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВЕЩЕСТВА И ИХ РАСТВОРЫ

ГЛАВА	10. Высокомолекулярные вещества
10.1.	Классификация высокомолекулярных веществ . . . . . . . . . . . . .	.191
10.2.	Получение, применение и свойства высокомолекулярных веществ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.193
10.3.	Фазовые и физические состояния полимеров . . . . . . . . . . . . . . .	.195
10.4.	Набухание . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.197
10.5.	Растворение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.201
10.6.	Свойства растворов высокомолекулярных веществ . . . . . . . . . .	.203
10.6.1.	Вязкость. Вискозиметрия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.206
10.6.2.	Осмотическое давление, Осмометрия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.211
10.6.3.	Мембранное равновесие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.213
10.6.4.	Оптические свойства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.216
10.7.	Полиэлектролиты. Белки. Изоэлектрическая точка . . . . . . . . . .	.217
10.7.1.	Методы определения изоэлектрической точки белков . . . . . . .	.219
10.8.	Выделение ВМВ из растворов. Коацервация . . . . . . . . . . . . . . .	.221
10.9.	Застудневание . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.223
10.10.	Пластическая вязкость. Уравнение Бингема . . . . . . . . . . . . . . .	.225

ГЛАВА	11. Гели и студни
11.1.	Классификация и применение гелей и студней. . . . . . . . . . . . . .	.225
11.2.	Свойства гелей и студней . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.229
11.2.1.	Тиксотропия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.230
11.2.2.	Синерезис . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.231
11.2.3.	Диффузия в гелях и студнях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.232
11.2.4.	Периодические реакции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	.234

Использованная литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .		.238
Предметный указатель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .		.240

следующая страница>