Koloid — definicija, lastnosti in primeri (delci 5–200 nm)

Koloid je snov, pri kateri se ena faza enakomerno razprši po drugi in tvori stabilno zmes. Koloidi so lahko sestavljeni iz dveh različnih faz ali snovnih stanj (na primer trdno-v-tekočini, tekoče-v-plinu ipd.).

Ena komponenta deluje kot disperzni medij — na primer voda ali plin — medtem ko je druga komponenta razpršena kot notranja faza (včasih imenovana tudi disperzna faza). Notranja faza običajno ni sestavljena iz posameznih makroskopskih trdnih kosov; lahko gre za zelo drobne trdni delci ali drobne kapljice tekočine, odvisno od tipa koloida.

Opredelitev: v tem članku razumemo koloid kot sistem, kjer so delci disperzirane faze mikroskopsko enakomerno porazdeljeni po disperznem mediju, pri čemer imajo ti delci premer približno 5–200 nanometrov. Ta velikostna meja pojasnjuje posebne fizikalne in optične lastnosti koloidov, ki jih razlikujejo od raztopin in grobo disperznih sistemov.

Lastnosti koloidov

• Tyndallov efekt: koloidne raztopine razpršijo svetlobo, zato jih lahko vidimo kot svetlobni snop v prahu ali megli.
• Brownovo gibanje: majhni delci pri stalnem trku z molekulami medija naključno potujejo, kar preprečuje hitro sedimentacijo zelo majhnih delcev.
• Stabilnost: koloidi so lahko stabilni zaradi električnega naboja na delcih (odboj med enako nabitimi delci) ali z uporabo površinsko aktivnih snovi (stabilizatorjev ali emulgatorjev).
• Optične lastnosti: kolateralna barva in difuzija svetlobe se razlikujeta glede na velikost in sestavo delcev (npr. barva koloidnega zlata se razlikuje glede na velikost delcev).

Vrste koloidov

• Sols: trdni delci razpršeni v tekočini (npr. koloidno zlato).
• Emulzije: drobne kapljice ene tekočine razpršene v drugi (npr. mleko, majoneza).
• Geli: poltrdni sistemi, kjer se disperzna faza poveže v mrežo (npr. želatina, gelski materiali).
• Aerosoli: tekoče ali trdne delce v plinu (npr. megla, dim).
• Pene in suspenzije: plinski mehurčki v tekočini ali večje trdne suspendirane delce v tekočini.

Zakaj so koloidi stabilni ali se razpadejo

Stabilnost koloidov je odvisna od več dejavnikov:

• Električni naboj in zeta-potential: delci z enakim nabojem se med seboj odbijajo, kar zmanjša združevanje (koagulacijo).
• Adsorpcija stabilizatorjev: površinsko aktivne snovi ali polimeri lahko tvorijo zaščitni ovoj okoli delcev in s tem sterično ali elektrostatično stabilizirajo koloid.
• Vpliv ionske jakosti in pH: povečanje ionske moči (npr. dodatek soli) ali sprememba pH lahko nevtralizira naboj in sproži koagulacijo ali flokulacijo.
• Temperatura in mehanski vplivi: segrevanje ali močno mešanje lahko pospešita koalescenco kapljic ali hitrejšo sedimentacijo.

Kako nastanejo koloidi

• Metode razprševanja (dispersion): razbijanje večjih delcev v manjše (mletje, ultrazvok, homogenizacija).
• Kondenzacijske metode: tvorba delcev iz topnih prekurzorjev (presipanje, kemijska redukcija, sol-gel proces).

Prikaz in merjenje koloidov

Velikost in obnašanje koloidnih delcev se merita z različnimi metodami, med katerimi so najpogostejše:

• dinamično razprševanje svetlobe (DLS),
• elektronska mikroskopija (TEM, SEM),
• nanoparticle tracking analysis (NTA),
• ultracentrifugiranje in sedimentacija.

Primeri in uporabe

V vsakdanjem življenju in industriji srečamo številne koloide: mleko (emulzija maščobe v vodi), megla (aerosol tekočih kapljic v zraku), dim in pena. Koloidi imajo široko paleto uporab:

• v medicini za prenos zdravil in v slikovnih medicinskih tehnikah,
• v živilski industriji kot emulgatorji in stabilizatorji izdelkov,
• v kozmetiki in barvah za izboljšanje razpršitve in lastnosti,
• v katalizi in industrijskih procesih kot funkcionalni nanodelci,
• v okoljevarstvu pri čiščenju vode in analizi delcev v zraku.

Varnost: ker zaradi majhnosti delcev lahko koloidni delci vstopajo v biološke sisteme, je pri uporabi nanokoloidov pomembno upoštevati varnostne smernice in možne toksične učinke.

Za nadaljnje podrobnosti in specifične primere (npr. razlaga različnih faz, lastnosti trdnih delcev ali primeri tekočinskih disperzij) so v zgornjem besedilu vključene povezave na sorodne teme: zmes, fazah, snovnih stanjih, voda, plin, trdni, delci, tekočine in nanometrov.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je koloid?

V: V koliko fazah ali snovnih stanjih so lahko koloidi?

V: Kaj je disperzijsko sredstvo v koloidu?

V: Kaj je disperzni medij v koloidu?

V: Kakšna je opredelitev koloida?

V: Kakšen je razpon premera delcev dispergirane faze v koloidu?

V: Ali lahko navedete primer koloida?

Išči po črki