В. Цветков Инж, П. Д. ДАИКОВ Коллоидная химия и вопросы научной организации быта
Коллоидная химия недавно заняла подобающее ей место в ряду наук, изучающих природу и делающих практически-приложимые выводы. Еще лет 15-20 тому назад ее не существовало, и лишь отдельные, не связанные друг с другом факты были рассеяны по хранилищам различных областей знания. Но уже в начале настоящего столетия внимание исследователей обратилось к тем явлениям, систематизация и плодотворнее разъяснение которых и создали науку о коллоидах.
Коллоидная химия по своей области применения в науке и технике настолько обширна, что дать очерк, более или менее исчерпывающий ее, в настоящей статье нет возможности. Здесь мы ограничимся лишь беглым знакомством с основными данными науки о коллоидах, с вопросом определения признаков коллоидов и, наконец, с некоторыми приложениями этой науки в задаче по выбору и приготовлению нищи. Вместе с этим мы остановимся и на некоторых других вопросах, связывающих коллоидную химию с бытом.
Мы очень много узнали о двух мирах, противоположных по своим размерам: мире материальных тел, видимых "простым" глазом, и мире элементов матерки- молекул и атомов. В своих представлениях мы строили физические тела из молекул и атомов, как возводят здания из кирпичей. Но во многих случаях при этом мы делали ошибки, приводившие нас к заблуждениям.
Коллоидная химия нарисовала нам действительную картину. Она показала, что многое в природе и во всем том, что нас окружает, построено из частиц материи, значительно больших чем молекулы и атомы, и обладающих особенными, им только присущими свойствами. Вот их то и можно назвать кирпичами здания природы и, если позволительно углубить эту аналогию, то атомы и молекулы явятся здесь теми песчинками и частицами глины, из которых эти кирпичики сформированы.
Указанные частицы, названные коллоидными (от лат. слова "соllа"-клей), образуют мускульные ткани животных (миозин и коллаген), кожу их, серум крови (фибогрсн и др:), белок и желток яйца (альбумины и вителлин), жиры и белки молока (казеин и лактальбумин); хлебные злаки (растительный белок, крахмал и целлюлоза), шелк (фиброген) древесину (целлюлоза), краски, ткани для одежды, почвы; многие горные породы, минералы, драгоценные камни, жемчуг, перламутр, многие металлические сплавы и еще очень многое, о чем в короткой статье не расскажешь. По и этот краткий перечень достаточно сильно говорит о роли коллоидной химики в мировой науке.
Не нужно думать, что коллоиды - коллоидные частицы есть что-то новое и имеющее место только в лабораториях. Нет, это все наши старые знакомые, с которыми мы повседневно встречаемся. Вставая утром с постели, вы идете умываться и пользуетесь мылом, которое есть не что иное, как коллоидная система из солей жирных кислот; пена, которая получается при намыливании, тоже есть коллоидная система из коллоидных частиц жирных кислот, воды и воздуха, а самый процесс вымывания есть процесс коллоидный (объяснение- которого мы дадим в дальнейшем). После умывания, вы принимаетесь за чай или кофе; и то, и другое суть типичные коллоиды, распределенные в воде; они подчиняются всем правилам, установленным коллоидной химией для подобных частиц материи. Хлеб, 2 масло, сыр, колбаса и почти все питательные продукты, которые вы употребляете за чаем, состоят из тех же коллоидных частиц и поступают так, как и полагается всякой коллоидной системе. Отправляясь на работу; вы одеваетесь - в построенное из коллоидных частиц платье,- а- на работе обрабатываете металлы стальными резцами, состоящими из коллоидальной смеси железа и углерода, или точите изделия из- дерева, созданного из коллоида-целлюлозы, или пишете коллоидальными чернилами ко бумаге, сделанной из коллоидного материала. Можно итти дальше в описании рабочего дня человека и доказать, что он всюду сталкивается с коллоидами.
Из сказанного, однако, не следует заключать, что все в природе построено из коллоидных частиц. Нередко мы можем встретить физические тела-кристаллоиды, организованные непосредственно из молекул и атомов. Но роль их в жизни и быту; конечно, менее значительна, нежели роль коллоидов. VU.)
Как же отличить коллоиды от кристаллоидов? Коллоидохимки имеют для этого очень много методов, но наиболее старый способ - способ фильтрации растворов коллоидов через животные перепонки (пергамент и др.) остался и до сих пор очень надежным. При фильтровании крупные коллоидные частицы не проходят через мелкие поры перепонки, тогда как маленькие
молекулы кристаллоидного вещества легко через них проникают.
Казалось бы, микроскопом можно было бы обнаружить мельчайшие частицы. Но в том то и дело, что величина коллоидных частиц лежит как раз но средине между размерами молекул и атомов (которые для нас всегда останутся невидимыми) и величиною, обнаруживаемою наиболее совершенным микроскопом (0,001 мм). К счастью, коллоидная химия получила в свои руки могучее орудие - ультра-микроскоп, изобретенный немецким ученым Зигмонди. Принцип этого прибора можно понять 'по рис. 1. Стеклянный сосудик с раствором коллоида (напр. водной окиси железа или металлического золота или серебра) помещается на столик хорошего микроскопа и освещается сбоку узким пучком интенсивного света так, что часть раствора находится в фокусе собирательного стекла, поставленного между источником света и сосудиком. При этом в поле микроскопа мы увидим прекрасную картину: блестящие точки беспорядочно двигаются в темной массе раствора. Характер движения этих точек приближается к характеру общеизвестного броуновского движения. Разница здесь по существу - в броуновском движении мы видим самые движущиеся частицы, здесь же нами наблюдаются не коллоидные частицы, а дифракционные кольца, вызванные каждой из них.
Наконец, очень простой способ, воспроизводимый во всякой, даже домашней обстановке, заключается в реализации так называемого эффекта Типдаля. Если взять, напр. слабый раствор желатины (очень характерного коллоида) в воде и в темной комнате пропустить через него узкий пучек света, то лучи, встречая на своем пути сравнительно крупные коллоидные частицы, рассеиваются, почему мы ясно видим резко очерченную часть раствора, в которую проникает свет. Это явление подобно тому, как освещаются пылинки в воздухе в комнате с закрытыми ставнями, через щели которых проникают пучки света. И здесь коллоидное явление, т. к. пылинки (коль скоро они достаточно малы) могут быть названы коллоидными частицами. Одинаковый эффект имеет место и в случае растворов других коллоидов.
Из свойств коллоидов особенно большое значение имеет их чрезвычайная изменчивость. Они постоянно находятся в движении и постоянно изменяются, очень чутко отвечая на каждое внешнее воздействие. Эта изменчивость, вероятно, и сделала их теми необходимыми элементами животного и растительного организма, механизма, как известно очень чувствительного и изменчивого. Состояние коллоида, характеризующееся в довольно равномерном и устойчивом распределении в объеме растворителя (чаще всего воды) называется золем, когда же коллоидные частицы под влиянием какого-либо фактора собираются в более или менее крупные образования и обычно выпадают (коагулируют) в виде осадка или образуют достаточно плотный студень, тогда они носят название геля. Эти превращения коллоидных частиц иногда являются необратимыми, иногда обратимыми; т. е. напр., камен (составная часть молока) или альбумин (составная часть белка яйца) при нагревании свертываются (коагулирует) и выпадают из растворяющей среды и уже никаким способом не могут быть возвращены в прежнее состояние (состояние золя - мелкого раздробления); наоборот, другая составная часть молока - лактольбумнн может каогулировать и снова вернуться в состояние золя. Действием химических (чаще электрохимических) агентов мы можем вызвать в различных коллоидных растворах явление коагуляции и обратное явление - раздробление сгустка до золя. Эти превращения имеют место во многих случаях при самом незначительном воздействии извне, и на них то изучена изумительная чувствительность коллоидов к внешним влияниям. Электролиты, т. е. большинство неорганических солей и различных кислот, в своих растворах заключают электрически заряженные частицы. Поэтому их влияние на состояние коллоидных частиц оказалось таким значительным, т. к. и сами коллоидные частицы нередко бывают отрицательно или положительно заряженными. Последний факт установлен целым рядом исследований. Чаще всего, напр., положительно заряженные частицы электролита, взаимодействуя с отрицательной частицей коллоида, вызывают его коагуляцию (свертывание, осаждение). Наблюдалось и обратное явление, но для него имеется довольно сложное объяснение.