Воспоминания о П.А.Ребиндере
К.С. Ахмедов, С.С. Хамраев, У.К. Ахмедов

Роль академика П.А.Ребиндера в углублении и развитии коллоидно-химических исследований в Узбекистане

Коллоидники Узбекистана с чувством глубокой признательности постоянно помнят о той бескорыстной помощи, которую оказал Петр Александрович Ребиндер нам в организации науки, определении направлений коллоидно-химических исследований, подготовке высококвалифицированных специалистов, успешно работающих в настоящее время в научно-исследовательских институтах и высших учебных заведениях республики, развивая традиции его научной школы.

Становление коллоидной химии в Узбекистане началось в 1932 году, когда на кафедре неорганической химии Среднеазиатского Государственного Университета (САГУ) в Ташкенте была организована лаборатория коллоидной химии. На ее базе в 1937 году была создана первая в Средней Азии кафедра коллоидной химии, на которой велись систематические исследования структуры и свойств коагулятов гидрозолей, различающихся по химическому составу, степени гидрофобности, форме и размеру частиц.

В этих работах [1,2] находили широкое применение структурно-механические, реологические и другие в то время актуальные методы количественной характеристики параметров структуры и других свойств дисперсных систем. Примечательно, что разработанный на кафедре коллоидной химии САГУ электролизный метод синтеза гидрозолей труднорастворимых солей позволял решить сложный вопрос о форме и размере частиц, их строении и выяснить роль этих важных параметров в процессе структурообразования и формирования свойств коагулятов. Результаты этих исследований подтвердили, что процесс взаимной коагуляции коллоидных частиц нельзя считать механическим и химическая специфика частиц отражается на характере их связи с окружающей дисперсионной средой, степени гидратации частиц гидрозолей и устойчивости окружающих их ионных слоев.

Было установлено, что от коагулятов гидрофобных золей значительно отличаются коагуляты гидрофильных золей. Их структурно-механические свойства резко изменяются с изменением природы применяемого электролита-коагулятора. Валентность, гидратация, поляризуемость обоих ионов – коагулятора и иона-спутника, а также концентрация электролита изменяли плотность агрегатов частиц, структуру коагулятов, их прочность на сдвиг.

При сравнении структурно-механических свойств коагулятов, полученных из золей различного состава, авторы пришли к очень важному выводу, что степень гидрофобности исходных коллоидных частиц – наиболее существенный фактор коагуляционного структурообразования.

П.А. Ребиндер дал высокую оценку проводимым в то время исследованиям в Узбекистане, выступил в качестве официального оппонента докторской диссертации Б.Г.Запрометова. Он отмечал, что "эти исследования показали высокий экспериментальный уровень коллоидно-химических исследований, тем более, что в настоящее время мало работ по гидрофобным коллоидным системам. Работы Б.Г.Запрометова охватывают ряд разнообразных систем этого рода, проводятся с учетом всех основных классических исследований по коллоидному синтезу. Эти работы показали, что в САГУ создан коллоидно-химический центр, работы которого имеют все основания для дальнейшего успешного развития" [3].

Действительно, начатые Б.Г.Запрометовым коллоидно-химические исследования успешно развивались его учениками во главе с К.С. Ахмедовым и "коллоидно-химический центр САГУ" стал коллоидно-химической школой Узбекистана, в которой ныне успешно развиваются следующие четыре научных направления:

1. Синтез, исследование свойств и разработка научных основ направленного и эффективного применения низко- и высокомолекулярных (водорастворимые полимеры и полиэлектролиты) поверхностно-активных веществ (ПАВ) и олигомеров для управления коллоидно-химическими свойствами дисперсных систем, процессами химической технологии.

2. Изучение адсорбционных свойств глин и получение на их основе адсорбентов с заданными свойствами.

3. Изучение процессов и механизма образования в минеральных дисперсиях структур, их управление добавками различного рода, в том числе ПАВ.

4. Коллоидно-химическое решение проблем охраны окружающей среды.

В ноябре 1964 г. под руководством П.А.Ребиндера в Ташкенте была проведена Всесоюзная конференция по проблемам коллоидной химии и физико-химической механики почв, грунтов, глин и строительных материалов [4]. Она сыграла большую роль в дальнейшем интенсивном развитии фундаментальных и прикладных исследований в области коллоидной химии в Узбекистане.

На конференции было решено создать в Ташкенте при Академии Наук УзССР филиал научного Совета Академии наук СССР по коллоидной химии и физико-химической механике АН СССР, призванный координировать исследования в этой области, проводимые в научных учреждениях и высших учебных заведениях Узбекистана. П.А.Ребиндер неустанно следил и оказывал большую помощь в работе этого филиала. В настоящее время он преобразован в самостоятельный республиканский научный совет по проблемам химии и технологии неорганических материалов и дисперсных систем и координирует научно-исследовательские работы по коллоидной химии и физико-химической механике., проводимые почти в 20 научно-исследовательских организациях, среди которых Институт химии Академии Наук Республики Узбекистан (АН РУз), Ташкентский государственный университет (ТашГУ), химико-технологический институт ТашХТИ, институт текстильной и легкой промышленности, фармацевтический, железнодорожный, автодорожный институты и др.

П.А. Ребиндер горячо поддерживал и консультировал проводимые в Узбекистане исследования по почвенным дисперсиям, в частности по вопросам создания с помощью добавок водорастворимых полимеров (ВРП) и полиэлектролитов (ПЭ) агрономически ценной водопрочной структуры в почвах, которая позволяет не только улучшить физическое состояние почвы, но и способствует ее защите от водной и ветровой эрозии, повышению ее производимости (плодородия) за счет улучшения воднофизических, теплообменных, аэробных и других свойств. Ребиндер участвовал в обсуждении результатов исследований механизма формирования агрономической структуры в почвах, создаваемой полимерными добавками, рекомендовал широкое привлечение для этих целей структурно-механических методов исследования.

Отрадно отметить, что при выяснении механизма формирования искусственной структуры в почвах подтвердились развитые П.А.Ребиндером представления об исключительной роли структурно-механического фактора устойчивости в обеспечении стабильности почвенной дисперсной системы: в разбавленных водных суспензиях тонких (высокодисперсных) частиц образование мощных адсорбционных слоев выделившихся фаз полимеров препятствовало их коагуляции (флокуляции), а в концентрированных - обеспечивало защитное (закрепляющее) действие на вторичные агрегаты частиц - водопрочные структуры почв.

Становление и развитие нового научного направления по разработке коллоидно-химических основ выбора и рационального применения ПАВ для регулирования свойств дисперсий природных минералов также тесно связано с сотрудничеством с П.А.Ребиндером. Он пристально следил за развитием этих исследований, уделял много внимания и консультировал их. Особенно в самом начале при постановке вопроса и определении круга задач, которые следовало решить, а также при выборе объектов исследования П.А.Ребиндер давал много ценных советов и оказывал большую помощь. Он настаивал на необходимости привлечения для этих целей комплекса методов исследования элементарных актов структурообразования (контактное взаимодействие частиц) и их сочетания с интегральными методами количественной характеристики параметров структуры (коагуляционной и седиментационной).

По указанию П.А. Ребиндера в Институте физической химии АН СССР был изготовлен вариант прибора Вейлера-Ребиндера и безвозмездно передан в Институт химии АН РУз.

П.А. Ребиндер также способствовал установлению тесных контактов с профессорами Г.И. Фуксом и А.Б.Таубманом, что впоследствии перешло в большую плодотворную научную дружбу не только с ними, но и с их учениками - профессорами Е.Д.Яхниным и С.Н.Толстой.

При проведении указанной серии исследований, как П.А. Ребиндер подчеркивал, необходимо было особо обратить внимание на химические аспекты действия ПАВ и на специфику их свойств, так как суть поверхностной активности ПАВ – не только в их липофильно-гидрофильном балансе, но и в их составе, природе полярной группы, величине молекулярной массы и др.

При изучении влияния ПАВ на состояние и свойства минеральных дисперсий, многие вопросы подчинены решению технических задач и в силу этого соответствующие работы большей частью ограничены эмпирическим подбором ПАВ и изысканием их оптимальных концентраций [5-9]. Поэтому в данном вопросе до наших работ не было должной ясности несмотря на то, что управление процессами флокуляции и стабилизации в указанных системах является важной задачей с точки зрания не только создания научных основ направленного выбора и эффективного применения ПАВ, но и практического регулирования с их помощью технологических процессов (в отношении как их общих закономерностей, так и механизма действия). Это следует объяснить, по-видимому, упрощенным подходом к исследованию флокуляционных и стабилизационных процессов. Нам представляется, что они – достаточно сложные явления, зависящие от многочисленных факторов, и в рассматриваемом аспекте представлены по меньшей мере двумя стадиями: адсорбцией ПАВ на твердой фазе и связанным с ней адсорбционным модифицированием свойств ее поверхности, а также собственно флокуляцией системы как следствием контактной связи частиц (элементарные акты структурообразования), либо стабилизацией системы как следствием отсутствия такой связи.

Исследовались [10-14] три основных взаимосвязанных коллоидно-химических эффекта: контактное взаимодействие частиц, агрегативная устойчивость и структурообразование в дисперсиях природных минералов. Установлено, что действие ПАВ на эти важные параметры системы не ограничивается формированием адсорбционного слоя. Не менее, а иногда более существенным может быть влияние на двойной электрический слой адсорбированных ионов, их выделение в виде новой микроскопической фазы на поверхности частиц дисперсной фазы.

Разные типы концентрационной зависимости прочности контактов частиц связаны с различным механизмом действия ПАВ:

1. С ростом концентрации прочность контакта уменьшается и затем стабилизируется, что реализуется в растворах мицеллообразующих ПАВ до С₈ (спирты, амины, кислоты) и соответствует их пептизирующему действию за счет изменения гидрофильных свойств поверхности частиц.

2. Прочность проходит через два максимума, что отмечается в растворах мицеллообразующих низко- и .высокомолекулярных ПАВ неионогенного характера, а также ионогенных ПАВ, активная группа которых имеет заряд, по знаку противоположный знаку заряда частиц.

3. Прочность проходит через минимум, реализуется в растворах ионогенных ПАВ, активная группа которых имеет одноименный заряд с зарядом частиц.

При сравнении результатов исследования прочности контактов частиц с данными по адсорбции ПАВ, их влияния на двойной электрический слой, а также с материалами по изменению свойств поверхности адсорбционно-модифицированных частиц выяснено, что упрочнение контакта до максимума на кривой зависимости 2-го типа соответствует влиянию ПАВ как электролита; ее ослабление после максимума - действию ПАВ на гидрофильность частиц, а повторное упрочнение после минимума - выделению высокомолекулярного ПАВ в виде самостоятельной микроскопической фазы. В соответствии с переходом из одной области концентраций ПАВ в другую изменяется направление его действия или усиливается наблюдаемый эффект. Появление того или иного эффекта действия ПАВ зависит от полярности молекулы ПАВ и дисперсной частицы.

В отличие от низкомолекулярных ПАВ, стабилизирующее действие которых значительно усиливается в растворах выше ККМ, защитное действие высокомолекулярных ПАВ может проявляться при образовании монослоев (условных) за счет подвижных сегментов адсорбированных молекул.

Эффективность стабилизирующего действия ВМПАВ типа полиэлектролитов является линейной функцией от их молекулярной массы и линейных размеров макромолекул. Существует определенная корреляция между эффективностью стабилизирующего действия полиэлектролитов и конформационным состоянием их молекул в растворе. Переходу макромолекул из состояния довольно жесткого компактного клубка в состояние гибкого стабильного клубка соответствует улучшение эффективности их стабилизирующего действия. Выявлена оптимальная степень ионизации полярных групп, обеспечивающая максимальные линейные размеры в сочетание с определенной плотностью заряда вдоль цепи макромолекулы и максимальный эффект действия.

При увеличении только линейных размеров макромолекулы без изменения плотности заряда в цепи может иметь место изменение направления действия полиэлектролита за счет изменения механизма его действия, например, замены ионной стабилизации системы ее флокуляцией по "мостиковому "механизму.

Выявление разных типов концентрационной зависимости и ее соответствие разному механизму действия ПАВ на прочность контакта частиц и соответственно прочность структуры и агретативную устойчивость суспензии минералов позволили определить критерии подбора ПАВ для той или иной цели, установить четкие концентрационные границы, что существенно при направленном регулировании свойств дисперсий природных минералов.

Другим направлением систематических исследований по взаимодействию ПЭ с минеральными дисперсиями, также поддержанным и консультированным П.А.Ребиндером, явилось изучение структурообразования в системах вяжущих с добавками различных ПЭ [15-17].

Основным предметом дискуссии по механизму структурообразования в системах вяжущих в настоящее время служит самая начальная стадия гидратации - механизм образования гидрата и роль растворения исходного вещества в этом процессе. С помощью обычно используемых в исследованиях гидратации методов невозможно получить однозначную информацию в прямом эксперименте, поскольку присутствие воды в качестве обязательного компонента реакции не позволяет исключить растворение исходного вещества как первичный акт.

Для решения этого вопроса и получения дополнительной информации о начальных стадиях гидратообразования в прямом эксперименте впервые был использован метод сорбции из газовой фазы.

Метод сорбции использовался в сочетании с синхронным определением изменения проводимости системы в процессе взаимодействия вяжущих и составляющих их мономинералов с парами воды при контролируемых относительных давлениях водяных паров, что позволяет получить в прямом эксперименте объективную информацию о механизме начальной гидратации.

Развиты новые представления о двух типах гидратационного структурообразования, отличающихся локализацией гидратов в системе: на поверхности фаз, служащих источником их образования – 1 тип и в объеме – 2 тип. Показано, что реализация того или другого типа структурообразования зависит от природы дисперсной фазы и условий протекания реакции гидратообразования. При изменении последних может осуществляться переход одного типа в другой.

Определены основные особенности структурообразования 1 и 2 типов на примере гидратационных структур, развивающихся в дисперсиях моно- и полиминеральных вяжущих разного состава.

Показано, что основными регуляторами гидратационного структурообразования 1 типа служат кинетика формирования, структура и проницаемость экранирующих гидратных слоев, характер их закрепления на поверхности гидратообразующих фаз. Регуляторами гидратационного структурообразования 2 типа служат концентрационные соотношения в жидкой фазе, уровень и кинетика развития пересыщения, определяемые природой и растворимостью участвующих в образовании гидратов компонентов.

Впервые в основу регулирования гидратационного структурообразования с помощью добавок, сочетающих химическую активность со свойствами ПАВ, положен принцип учета типа структурообразования. Наиболее эффективными регуляторами гидратационного структурообразования 1 типа служат вещества с преобладанием поверхностной активности (ВМПАВ), 2 типа -– химической активности (электролиты), (ПЭ).

Как председатель Международного комитета по ПАВ, П.А. Ребиндер постоянно поддерживал исследования по синтезу и изучению свойств ПАВ. Будучи в Ташкенте, подытоживая работу Всесоюзной конференции по физико-химической механике почв, грунтов, глин и стройматериалов, Ребиндер с большой теплотой отозвался о работах коллоидников Узбекистана, посвященных получению, изучению и применению водорастворимых полимеров и полиэлектролитов. П.А.Ребиндер отмечал, что возможности направленного регулирования свойств дисперсных систем высокомолекулярными ПАВ открывают широкие перспективы для получения материалов и систем с заданными свойствами. В связи с этим весьма актуальны исследования по синтезу ПАВ, особенно на основе местных сырьевых ресурсов.

Действительно, в течение последних десятилетий, проведя систематические и комплексные исследования в этом направлении, коллоидники Узбекистана достигли существенных результатов как в создании новых экономичных способов и технологий получения разнообразных высокомолекулярных, олигомерных и низкомолекулярных ПАВ, так и в разработке коллоидно-химических основ их рационального применения для управления процессами флокуляции, стабилизации, структурообразования в дисперсных системах разного типа и характера. Это дало возможность практически решить такие важные народно-хозяйственные задачи, как закрепление почв, грунтов и подвижных песков [18-20]; создание термосолеустойчивых буровых растворов, функционирующих в осложненных условиях глубокого и сверхглубокого бурения при высоких забойных температурах и давлениях [21]; разработка активных адсорбентов на основе природных минералов [22] путем регулирования свойств поверхности частиц [23] и пористой структуры [24]; получение эффективных флокулянтов, стабилизаторов, структурообразователей, пластификаторов, эмульгаторов, пенообразователей и др. [25-26].

Нашим научным успехом был бы бесконечно рад П.А. Ребиндер, если бы он был жив. Но и после его кончины наши связи с его научной школой, его учениками не прерывались. Мы постоянно общались и ощущали помощь и поддержку профессоров Е.Д.Щукина, Н.В.Перцова, В.Н.Измайловой. Еще раньше, при жизни П.А.Ребиндера, мы сотрудничали также с Е.Е.Сегаловой, Н.Н.Серб-Сербиной и с другими ведущими учеными научной школы П.А.Ребиндера, которые оказывали большую поддержку и при подготовке высококвалифицированных научных кадров - коллоидников для Узбекистана.

П.А. Ребиндер, безусловно был крупнейшим физико-химиком современности, яркой и своеобразной личностью. Беседы и встречи с ним всегда оставляли неизгладимый след, глубокое впечатление. Обладая высокой эрудицией и глубочайшими знаниями, он постоянно обогащал собеседника, последний в его присутствии невольно как бы подтягивался, становился более собранным. П.А.Ребиндер отличался высочайшей внешней и внутренней культурой, исключительной подвижностью, казалось он постоянно излучает творческую энергию.

Постоянно ярким, весьма деятельным и очень близким остается образ П.А. Ребиндера в нашей памяти, в памяти тех, кто с ним общался.

ЛИТЕРАТУРА

1. Запрометов Б.Г., Ахмедов К.С.//Колоидн. журн. 1941. Т.7. N.6. С.563-571.

2. Запрометов Б.Г., Ахмедов К.С.//ДАН УзССР. 1949. N5. С. 24-28.

3. Ребиндер П.А. Отзыв на докторскую диссертацию Б.Г.Запрометова "Структурно-механические свойства коагулятов". Ташкент, 1946г.

4. Физико-химическая механика почв, грунтов, глин и строительных материалов./ Под. ред. Ребиндера П.А. и Ахмедова К.С. Ташкент: ФАН, 1966. 476с.

5. Кузкин С.Ф., Небер В.П.// Синтетические флокулянты в процессах обезвоживания. М.: Госгортехиздат, 1963. 242с.

6. Ребиндер П.А., Венстрем Е.К.//Журн.физ.химии, 1930. Т.1. N2. С.163-174

7. Классен В.И., Макроусов В.А.//Введение в теорию флотации. М.: Металлургиздат, 1959. 385 с.

8. Дуденков С.В., Шубов Л.Я., Глазунов Л.А. и др. Основы теории и практика применения флотационных реагентов/ М.: Недра, 1969. 390 с.

9. La Mer V.K., Healy T.W.// J.Phys.Chem. 1963. V.67. N11. P.2417-2420.

10. Хамраев С.С.// Узб.хим.журн., 1993, N1. С.24-30.

11. Хамраев С.С./Физико-химические основы применения поверхностно-активных веществ. Ташкент:, 1977. С.257-271.

12. Хамраев С.С., Ахмедов К.С., Фукс Г.И.// Коллоидн.журн., 1979. Т.41. N2. С.308-313.

13. Хамраев С.С., Зияев Т.З., Фукс Г.И., Ахмедов К.С.//Коллоидн.журн., 1982. Т.44.N4. С.743-748.

14. Хамраев С.С., Абдуллаев А.А., Фукс Г.И., Ахмедов К.С.// Коллоидн.журн., 1983. Т.45.N3. С.520-526

15. Глеккель Ф.Л., Копп Р.З., Ахмедов К.С.//Регулирование гидратационного сатруктурообразования поверхностно-активными веществами. Ташкент: ФАН .1986.

16. Глеккель Ф.Л.//Физико-химические основы применения добавок к минеральным вяжущим. Ташкент: ФАН, 1975. 198 с.

17. Агзамходжаев А.А., Глеккель Ф.Л., Копп Р.З.//Узб.хим.журн. 1993. N1. С.16-24.

18. Ахмедов К.С., Арипов Э.А., Вирская Г.М. и др. // Водорастворимые полимеры и их взаимодействие с дисперсными системами. Ташкент: 1969, 250 с.

19. Хамраев С.С., Артыкбаева Х., Азимбаева С.А., Ахмедов К.С.// Накопление и вымывание солей из оструктуренных почв. Ташкент: 1984. 128 с.

20. Арипов Э.А., Нурыев Б.Н., Аразмурадов М.А.// Химическая мелиорация подвижных песков. Ашхабад: Ылым, 1983. 263 с.

21. Сатаев И.К., Ахмедов К.С.// Водорастворимые полиэлектролиты для бурения. Ташкент: ФАН, 1982. 166 с.

22. Арипов Э.А.//Природные минеральные сорбенты, их активирование и модифицирование. Ташкент: ФАН, 1970. 252 с.

23. Арипов Э.А., Агзамходжаев А.А.//Активные центры монтмориллонита и хемосорбция. Ташкент: ФАН, 1983. 164 с.

24. Муминов С.З., Арипов Э.А.//Исследование в области термодинамики и термохимии адсорбции на глинистых минералах. Ташкент: ФАН, 1987, 140 с.

25. Ахмедов У.К., Ниязова М.М., Адылова К.М.//ЖПХ, 1983. Т.56. N6. С.142-147.

26. Ахмедов У.К., Скребнева И.В.//Коллоидн.журн., 1985. Т. 47. N1. С. 201-204.