ПРАКТИКУМ
ПО КОЛЛОИДНОЙ 
ХИМИИ

Под редакцией 
члена-корреспондента РАН  В.Г. Куличихина

Допущено УМО  по классическому 
университетскому образованию 
в качестве учебного пособия 
для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по направлению ВПО 020100.62 — химия 
и специальности 020101 — химия

Москва
ВУЗОВСКИЙ УЧЕБНИК
ИНФРА-М
2012

УДК 
541.18
ББК 
24я73
 
П69

А в т о р с к и й  к о л л е к т и в 
кафедра коллоидной химии Химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова:
В.Д. Должикова – канд. хим. наук, доц. (гл. 3);
Н.М. Задымова – канд. хим. наук, ст. науч. сотр. лаб. коллоидной химии (гл. 1, 2, 6);
Н.И. Иванова – канд. хим. наук, доц. (гл. 5, 7);
В.Г. Куличихин – чл.-кор. РАН, д-р хим. наук, проф., зав. каф. коллоидной химии 
(гл. 10);
Л.И. Лопатина – канд. хим. наук, доц. (гл. 4);
З.Н. Скворцова – д-р хим. наук, проф., зав. лаб. физико-химической механики 
(гл. 9);
О.А. Соболева – канд. хим. наук, доц. (гл. 3);
В.Ю. Траскин – канд. хим. наук, вед. науч. сотр. лаб. физико-химической механики 
(гл. 11);
Г.П. Ямпольская – канд. хим. наук, вед. науч. сотр. лаб. коллоидной химии 
(гл. 2, 6, 8)

Р е ц е н з е н т ы:
зав. каф. коллоидной химии Московской государственной академии тонкой 
химической технологии им. М.В. Ломоносова, д-р хим. наук  М.Ю. Плетнев;
акад. РАН, зав. каф. коллоидной химии Санкт-Петербургского государственного 
университета  А.И. Русанов

Практикум по коллоидной химии: Учеб. пособие для вузов  / 
Под ред. В.Г. Куличихина. — М.: Вузовский учебник: ИНФРА-М, 
2012. — 288 с.

ISBN 978-5-9558-0217-6 (Вузовский учебник)
ISBN 978-5-16-004978-6 (ИНФРА-М)

Практикум по коллоидной химии содержит описания лабораторных 
работ и контрольные вопросы по всем разделам коллоидной химии: по-
верхностные и капиллярные явления, адсорбционные явления на границах 
раздела фаз разной природы (жидкость–газ, твердое тело–водные рас-
творы поверхностно-активных веществ и электролитов), электрокинети-
ческие явления, методы исследования дисперсных систем, образование 
и свойства самоорганизованных наносистем, а также лиофобных дисперс-
ных систем, устойчивость дисперсных систем. Описанию практических 
работ предшествуют краткие теоретические введения, помогающие как 
при выполнении работы, так и при подготовке к теоретическим коллокви-
умам. Предлагаемый практикум ставит своей целью развитие у студентов 
навыков самостоятельного научного поиска. В соответствии с этим часть 
работ, приведенных в практикуме, требует углубленного изучения теоре-
тического материала и сопоставления полученных данных с теорией.
Практикум по коллоидной химии предназначен для студентов хими-
ческих и химико-технологических факультетов высших учебных заведений, 
изучающих курс коллоидной химии.
ББК 24я73

ISBN 978-5-9558-0217-6 (Вузовский учебник) 
©  Вузовский учебник, 2012
ISBN 978-5-16-004978-6 (ИНФРА-М)

П69

Практикум посвящается 
Перцову Александру Валерьевичу,
который внес неоценимый вклад 
в развитие преподавания коллоидной химии
на Химическом факультете 
МГУ им. М.В. Ломоносова

ПРЕДИСЛОВИЕ

Практикум по коллоидной химии является неотъемлемой 
частью курса коллоидной химии. Теоретические основы курса кол-
лоидной химии изложены в классическом учебнике «Коллоидная 
химия» Е.Д. Щукина, А.В. Перцова, Е.А. Амелиной и в учебном по-
собии «Основы коллоидной химии» Б.Д. Сумма, написанными со-
трудниками кафедры коллоидной химии Химического факультета 
МГУ имени М.В. Ломоносова.
Лабораторные работы, представленные в данном практикуме, 
отражают многолетний опыт научных исследований коллектива 
кафедры и охватывают все основные разделы коллоидной химии: 
термодинамику поверхностных явлений, адсорбцию поверхностно-
активных веществ из растворов на разных границах раздела фаз, ме-
ханизмы устойчивости лиофильных и лиофобных коллоидов, роль 
поверхностно-активных веществ в стабилизации дисперсных систем, 
способы их получения, методы анализа степени дисперсности, взаи-
модействие и структурообразование частиц дисперсной фазы, осно-
вы реологии и физико-химической механики и др.
В каждой главе перед описанием практических работ дается тео-
ретическое введение, в котором дана сумма знаний, позволяющая 
студенту самостоятельно выполнить работу. Поэтому книга может 
быть полезной не только для студентов-химиков, но и более широ-
кого круга лиц, интересующихся методами экспериментальной кол-
лоидной химии.
Одной из главных задач практикума является стремление к раз-
витию у студентов самостоятельного научного поиска. В соответ-
ствии с этим основная часть работ, по сути, представляет небольшое 
научное исследование, на базе которого студенты должны грамотно 
обработать полученные данные и сделать определенные выводы. Для 
студентов, специализирующихся в области коллоидной химии, 
в данном учебном пособии приведены задачи повышенной сложно-
сти, обозначенные звездочкой.

Курс коллоидной химии читается не только студентам Химфака 
МГУ, но и студентам биологического, геологического факультетов, 
а также факультетов наук о материалах и фундаментальной медици-
ны. В зависимости от профиля факультета несколько изменяются 
объекты исследования и цели экспериментальных работ практикума. 
В последнее время в связи с резким ростом интереса к нанострук-
турированным системам на кафедре уделяется особое внимание 
обеспечению практическими работами студентов Научно-образова-
тельного центра МГУ по нанотехнологиям по специальностям 
«Функциональные наноматериалы» и «Нанобиоматериалы и нано-
технологии», поскольку коллоидная химия с момента своего возник-
новения имеет дело с наноразмерными системами.
Глава 1 написана Н.М. Задымовой; главы 2, 6 — Н.М. Задымовой, 
Г.П. Ямпольской, глава 3 — О.А. Соболевой, В.Д. Должиковой; 
глава 4 — Л.И. Лопатиной, главы 5 и 7 — Н.И. Ивановой; глава 8 — 
Г.П. Ямпольской; глава 9 — З.Н. Скворцовой; глава 10 — В.Г. Кули-
чихиным; глава 11 — В.Ю. Траскиным.
Основную редакционную работу выполнили ст. науч. сотр. 
Н.М. Задымова, доц.: Н.И. Иванова, Л.И. Лопатина, О.А. Соболева. 
Рукопись подготовлена к изданию Л.И. Лопатиной.
Авторы приносят благодарность сотрудникам кафедры коллоид-
ной химии Химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова 
А.А. Еленскому, В.Н. Матвеенко, А.М. Парфеновой, М.В. Потешно-
вой, П.В. Проценко за конкретные рекомендации по выполнению 
некоторых работ спецпрактикума.
Предлагаемый «Практикум по коллоидной химии» предназначен 
для студентов химических специальностей университетов и высших 
учебных заведений.

Глава 1. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ 
В ОДНОКОМПОНЕНТНЫХ 
ДВУХФАЗНЫХ СИСТЕМАХ

Поверхностная энергия и поверхностное натяжение 
на границе раздела жидкость—воздух
Поверхностные явления в дисперсных системах, характери-
зующихся высокоразвитой поверхностью раздела фаз, определяют 
основные свойства этих систем.
Рассмотрим простейший случай — однокомпонентную двухфаз-
ную систему с плоской границей раздела фаз, т.е. поверхность жид-
кость–собственный пар. В случае плоской поверхности давление 
в обеих фазах, находящихся в равновесии, одинаково и капиллярные 
эффекты отсутствуют. Состояние вещества в области межфазной 
границы отличается от его состояния внутри фазы. В объеме жид-
кости равнодействующая всех сил, приложенных к одной молекуле, 
равна нулю вследствие симметрии ее микроокружения. Поэтому пе-
ремещение молекул внутри жидкости не требует совершения работы.
Межмолекулярные взаимодействия при этом могут быть диспер-
сионными, диполь–дипольными и индукционными, а также обуслов-
ленными водородными связями. Величина межмолекулярных сил 
притяжения зависит не только от природы молекул, но и от расстоя-
ния между ними, уменьшаясь обратно пропорционально высокой 
степени расстояния. Поэтому взаимодействие между молекулами, 
находящимися друг от друга на расстоянии порядка нескольких мо-
лекулярных диаметров, практически отсутствует. На поверхности на 
молекулу действуют те же силы, что и в объеме, но она (в силу несим-
метричности микроокружения) испытывает более сильное притяже-
ние со стороны конденсированной фазы (большее число соседей), 
нежели со стороны газовой фазы (практическое отсутствие соседних 
молекул). В результате на каждую молекулу, находящуюся на поверх-
ности, действует нескомпенсированная равнодействующая сила, 
направленная внутрь фазы (по нормали к поверхности).
Для перемещения молекулы из объема жидкости на поверхность 
необходимо совершить работу против этой нескомпенсированной 
равнодействующей силы. Поскольку поверхность жидкости одно-
родна в тангенциальном направлении (ее свойства неизменны), про-
цесс образования новой поверхности площадью  ds  связан с совер-
шением работы:
 
dW = σds, 
(1.1)
где  dW — работа образования поверхности раздела;  ds — площадь 
созданной поверхности;  σ — постоянный коэффициент, который 
называют поверхностным натяжением.

Поверхностное натяжение (σ) равно работе образования единицы 
площади поверхности в обратимом изотермическом процессе. Едини-
цами измерения  σ  являются: Дж/м2 или Н/м.
Из вышесказанного следует, что поверхностное натяжение жид-
кости на границе с воздухом (собственным паром) является резуль-
татом нескомпенсированности межмолекулярных взаимодействий 
в поверхностном слое. Его величина тем выше, чем выше энергия 
взаимодействия для данного вида молекул. Так, среди веществ, на-
ходящихся при комнатной температуре в жидком агрегатном состоя-
нии, наиболее низкие значения поверхностного натяжения имеют 
фторированные углеводороды (перфторалканы), в которых реали-
зуются крайне слабые межмолекулярные взаимодействия дисперси-
онной природы (см. ниже). Значения  σ  для перфторгексана, пер-
фторгептана и перфтороктана при 20 °С составляют соответственно 
11,9; 12,8 и 14,0 мДж/м2. Предельные углеводороды, также проявля-
ющие исключительно дисперсионные взаимодействия, имеют не-
сколько большие значения поверхностного натяжения, нежели их 
фторированные аналоги: гексан — 18,4; гептан — 20,1 и октан — 
21,6 мДж/м2. Вода, для молекул которой характерен широкий спектр 
взаимодействий, вплоть до водородных связей, имеет заметно более 
высокое поверхностное натяжение (72,75 мДж/м2 при 20 °С).
Поскольку граница раздела фаз характеризуется избытком сво-
бодной энергии, жидкость самопроизвольно стремится уменьшить 
ее площадь. Поэтому термодинамические уравнения для гетероген-
ной системы, содержащей межфазные границы (поверхности), долж-
ны содержать дополнительный член  σds.  Поскольку условия посто-
янства температуры (T ) и давления (p) наиболее часто реализуются 
в условиях эксперимента, в качестве термодинамического потенциала 
при определении поверхностного натяжения целесообразно выбрать 
изобарный потенциал (свободную энергию Гиббса)  G.  Известно, что 
свободная энергия Гиббса является характеристической функцией 
при переменных давлении и температуре, т.е.  G = f(p, T, ni),  и через 
ее производные различных порядков выражаются в явном виде раз-

личные свойства системы. Например,  dG
dp
V
dG
dT
S

T n
p n
i
i

⎛
⎝⎜
⎞
⎠⎟
=
⎛
⎝⎜
⎞
⎠⎟
= −

,
,
;
 

и  dG
dni
p T
i
⎛

⎝⎜
⎞

⎠⎟
=

,
μ   (где  V  и  S  — объем и энтропия системы;   ni  и  μi — 

число молей и химический потенциал i-го компонента).
Для двухфазной однокомпонентной системы (в отсутствие внеш-
него поля) изменение свободной энергии Гиббса запишется следу-
ющим образом:

dG
G
p
dp
G
T
dT
G
n
T n
p n
i
=
∂
∂
⎛
⎝⎜
⎞
⎠⎟
+
∂
∂
⎛
⎝⎜
⎞
⎠⎟
+
∂
∂

⎛

⎝⎜
,
,

⎞

⎠⎟
+

p T
dn
ds

,
;
σ
 
(1.2)

или
 
dG = Vdp − SdT + μdn + σds. 
(1.3)

Для многокомпонентной системы уравнение для свободной 
энергии (1.3) может быть переписано следующим образом:

 
dG
Vdp
SdT
ds
dn
i
i
i
=
−
+
+ ∑
σ
μ
. 
(1.4)

При постоянных значениях  p, T  и  ni  из уравнения (1.2) или (1.4) 
имеем

 
σ = ⎛
⎝⎜
⎞
⎠⎟
dG
ds
p T ni
,
,
. 
(1.5)

Таким образом, поверхностное натяжение есть частная произ-
водная от свободной энергии Гиббса по площади межфазной поверх-
ности при постоянстве температуры, давления и числа молей ком-
понентов.
Аналогичные уравнения для гетерогенной системы можно запи-
сать и относительно других характеристических термодинамических 
функций, а именно изохорного потенциала (свободной энергии 
Гельмгольца)  F = f(V, T, ni),  внутренней энергии  U = f(S, V, ni) 
и энтальпии  H = f(S, p, ni):

 
dF
pdV
SdT
ds
dn
i
i
i
= −
−
+
+ ∑
σ
μ
; 
(1.6)

 
dU
pdV
TdS
ds
dn
i
i
i
= −
+
+
+ ∑
σ
μ
;  
(1.7)

 
dH
Vdp
TdS
ds
dn
i
i
i
=
+
+
+ ∑
σ
μ
. 
(1.8)

По аналогии с вышесказанным при постоянстве соответству-
ющих параметров можно получить

σ =
∂
∂
⎛
⎝⎜
⎞
⎠⎟
=
∂
∂
⎛
⎝⎜
⎞
⎠⎟
=
∂
∂
⎛
⎝⎜
F
s
U
s
H
s
T V n
S V n
i
i
,
,
,
,

⎞
⎠⎟
S p ni
, ,
.

Таким образом, можно заключить, что поверхностное натяжение 
определяется частной производной от любого термодинамического 

потенциала по площади межфазной поверхности при постоянстве 
соответствующих параметров.
Наряду с энергетическим определением, существует и силовой 
подход, рассматривающий поверхностное натяжение как силу, стре-
мящуюся уменьшить площадь поверхности, действующую танген-
циально (по касательной) к этой поверхности на единицу длины ее 
контура.
Единство энергетического и силового подхода не вызывает 
сомнений только для жидкостей. В случае твердых тел удельную сво-
бодную (избыточную) поверхностную энергию можно считать тож-
дественной поверхностному натяжению лишь в некоторых особых 
случаях, например в условиях ползучести при повышенных темпе-
ратурах, когда подвижность атомов достаточно велика. Обычно же 
эти величины не совпадают. В связи с этим для твердых тел правиль-
нее говорить об удельной свободной поверхностной энергии. Подробное 
рассмотрение методов измерения удельной свободной поверхност-
ной энергии твердых тел будет изложено в Главе 11.

Термодинамические свойства поверхности. 
Метод избыточных величин Гиббса

Граница раздела фаз представляет собой слой определенной 
толщины с изменяющимися по нормали к поверхности значениями 
термодинамических параметров (энергии, плотности и т.д.), по-
скольку межмолекулярные силы действуют на определенном рассто-
янии. Это обстоятельство учитывают оба наиболее известных в тер-
модинамике поверхностных явлений подхода: метод избыточных 
величин Гиббса и метод «слоя конечной толщины». За толщину по-
верхностного слоя в обоих подходах принимают расстояние по обе 
стороны от поверхности, за пределами которого свойства перестают 
отличаться от свойств объемных фаз.
В методе Гиббса этот неоднородный по свойствам слой толщи-
ной  δ  между двумя объемными фазами называется «поверхностью 
разрыва». Вопрос о структуре и толщине поверхностного слоя был 
совершенно не изучен во времена Гиббса и остается дискуссионным 
по настоящее время. Однако Гиббсу удалось обойти этот вопрос пу-
тем введения понятий идеализированной системы, геометрической 
разделяющей поверхности и поверхностных избытков экстенсивных 
термодинамических параметров (свободных энергий Гиббса G s 
и Гельмгольца  F s,  внутренней энергии  U s,  энтальпии  H s  и энтро-
пии  S s).
Наиболее часто используется подход Гиббса, который позволяет 
получить наиболее компактные и изящные термодинамические со-
отношения, в равной мере применимые к плоским и искривленным 

поверхностям. При этом сравниваются реальная и идеализированная 
системы. В реальной системе, как уже отмечалось, существует име-
ющий толщину переходный слой («поверхность разрыва»). Именно 
в этом слое происходят все изменения интенсивных свойств, а за его 
пределами (в каждой из фаз) свойства сохраняют постоянные зна-
чения.
В идеализированной системе свойства фаз  α  и  β  одинаковы во 
всем объеме, вплоть до геометрической разделяющей поверхности 
(ГРП), где они скачком переходят в свойства другой фазы. Общие 
объемы реальной и идеализированной систем равны. Разделяющая 
поверхность по Гиббсу — это не имеющая толщины геометрическая 
поверхность, которая воспроизводит форму «поверхности разрыва» 
и располагается параллельно последней. В простейшем случае 
ГРП — это плоскость.
Поверхностные избытки экстенсивных термодинамических 
свойств — это разность между соответствующими параметрами для 
реальной и идеализированной систем:

 
F s = F − (F α + F β);       G s = G − (G α + G β);

 
S s = S − (S α + S β);       U s = U − (U α + U β); 
(1.9)

 
H s = H − (H α + Hβ),

где термодинамические функции имеют общепринятые обозначе-
ния; поверхностные избытки обозначены надстрочным индексом  s; 
обозначения без индексов соответствуют реальной системе; суммы 
в скобках отражают свойства идеализированной двухфазной сис-
темы.
Удельные, т.е. отнесенные к единице площади поверхности, по-
верхностные избытки термодинамических функций могут быть вы-
ражены следующим образом: свободной энергии Гельмгольца 
(ψ = F s/s),  свободной энергии Гиббса  (g = G s/s),  энтропии  (η =
= S s/s),  внутренней энергии  (ε = U s/s)  и энтальпии  (h = Hs/s).
По аналогии избыток вещества (в молях) в поверхностном слое 
может быть выражен следующим образом:

 
ns
i = ni − (nα
i  − nβ
i). 
(1.10)

Удельная величина поверхностного избытка вещества называет-
ся адсорбцией:

 
Гi
i
s
n
s
=
.  
(1.11)

Рассмотрим подробнее метод избыточных величин на примере 
введения понятия избытка свободной поверхностной энергии Гельм-
гольца  (F s)  для простейшего случая однокомпонентной двухфазной 
системы с плоской границей раздела фаз, т.е. для поверхности жид-

кость–собственный пар. Сопоставим реальную и идеализи рованную 
системы с одинаковым объемом   V   и одинаковой площадью  s  при 
постоянной температуре. Как только геометрическая разделяющая 
поверхность выбрана, объемы каждой из фаз в идеализированной 
системе считаются фиксированными; следовательно, величина сво-
бодной энергии идеализированной системы также фиксируется 
и значение поверхностного избытка свободной энергии  F s  приобре-
тает строго определенный смысл.
Проведем плоскость, перпендикулярную поверхности. Для дан-
ного поперечного сечения рассмотрим зависимость плотности сво-
бодной энергии Гельмгольца  ( f = ∂F/∂V),  т.е. свободную энергию, 
приходящуюся на единицу объема, от пространственной координа-
ты  z,  выбранной по нормали к поверхности, а также изменение мо-
лярной концентрации вещества  (c = dn/dV)  в зависимости от той же 
координаты  z.  При этом ось абсцисс соответствующего интенсив-
ного параметра  ( f  и  c)  располагается в плоскости ГРП. Анализ 
зависимости  c(z)  необходим для обоснования выбора положения 
ГРП. Функции  f(z)  и  с(z)  представлены на рис. 1.1а,б, который 
является иллюстрацией к определению избытка свободной энергии 
по методу Гиббса (в расчете на единицу площади поверхности).

ГРП

а)
б)

0
0
f

f β

δ
V β
V α

V β
id
V α
id

f α

z
z

C
c
B

A

D
D ′

C ′
B ′

A ′

сα

сβ

+

–

Рис. 1.1.  Зависимости плотности свободной энергии (а) 
и концентрации вещества (б) от пространственной 
координаты  z  при переходе из фазы  α  в фазу  β:
Vid — объем идеализированной системы; 
V — объем реальной системы