Układy dyspersyjne o odpowiednio małych cząstkach fazy rozproszonej (tzw. cząstkach koloidalnych). Koloidy (zole) są to układy o dużym stopniu rozdrobnienia.
Są stanem pośrednim pomiędzy roztworami rzeczywistymi a zawiesinami (mieszaninami).
Pojęcie koloidu do chemii po raz pierwszy wprowadził Graham, dla określenia substancji o właściwościach zbliżonych do kleju.
Roztwory koloidalne (koloidy) stanowią układy, w których cząstki substancji rozproszonej charakteryzują się rozmiarami od 1 do 500 nm. Cząstki o takich rozmiarach odpowiadają tzw. rozdrobnieniu koloidalnemu. Roztwory koloidalne są układami dwufazowymi, składają się z ośrodka rozpraszającego substancji rozproszonej.
Podział
Zależnie od fazy rozpraszającej noszą one nazwę hydrozoli (faza rozpraszajaca - woda) i alkozoli (faza rozpraszajaca - alkohol) itp. Największe znaczenie mają hydrozole.
1. Uwzględniając stosunek cząstek koloidalnych do fazy rozpraszającej wyróżnia się dwie grupy koloidów:
- liofilowe (hydrofile, gdy ciecza jest woda) - odznaczają się zdolnością do tworzenia na swojej powierzchni wielowarstwowej otoczki złożonej z cząsteczek wody - otoczka hydralizacyjna, chętnie lacza się z wodą. Przykładami mogą być roztwory białka, skrobi, żelatyny, gumy arabskiej, kwasu krzemowego i innych.
- liofibowe (hydrofobowe) - roztwory zoli, które pozbawione są otoczki hydratacyjnej, ponieważ oddziaływanie pomiędzy fazą dyspresywna, a ośrodkiem rozpraszający są bardzo słabe lub wcale nie występuje. Przykładami mogą być: zole wodorotlenków tlenków metali.
2. Według innej klasyfikacji rozróżniamy:
- koloidy czasteczkowe - faze rozproszona stanowią pojedyncze makrocząsteczki, składające się z tysięcy atomów np. polimery, hemoglobina. Mimo rozdrobnienia cząsteczkowego sa one zaliczane do koloidów ze względu na rozmiary cząsteczek. Należą do koloidów liofilowych.
- koloidy fazowe - powstaja z rozdrobnienia większych cząsteczek lub stracenie roztworów właściwych odpowiednimi metodami chemicznymi. Sa to koloidy liofobowe.
- koloidy asocjacyjne (miceralne) powstające samorzutnie skupienie się dużej liczby małych cząsteczek w małe agregaty, po przekroczeniu pewnego stężenia. Takie układy koloidalne występują w stężonych roztworach mydeł i innych detergentów.
3. Ze względu na metodę otrzymywania rozróżnia się układy koloidalne: dyspersyjne (rozdrobnienie fazy stałej np. w generatorach ultradźwiękowych lub przez peptyzację), asocjacyjne, czyli micelarne (łączenie się cząsteczek w agregaty), cząsteczkowe, czyli eukoloidy (rozpuszczenie związku wysokocząsteczkowego, np. białka, w wodzie).
Otrzymywanie
Metody otrzymywania zależą od stanu skupienia ośrodka rozpraszającego i substancji rozproszonej. Wyróżnia się dwie podstawowe metody otrzymywania układów koloidalnych:
- dyspersyjna
- kondensacyjna
a) Metody dyspersyjneRozdrobnienie aż do uzyskania rozdrobnienia koloidalnego osiąga się albo mechanicznie (np. młyn koloidalny), albo elektrycznie (łuk elektryczny).
Ten ostatni sposób szczególnie stosuje się do otrzymania zoli metali, tlenków metali, koloidalnego grafitu itp.
W metodach dyspersyjnych wykorzystuje się również ultradźwięki (drgania akustyczne o częstości rzędu 20000 Hz). Otrzymuje się w ten sposób m.in. zole barwników, krochmalu, gipsu itp.)
Do tej grupy metod można zaliczyć peptyzację. Stosuje się tutaj peptyzatory (substancje o silnych własnościach adsorbcyjnych), które rozdzielają złączone cząstki koloidalne.b) Metody kondensacyjneW metodach tej grupy rozdrobnienie koloidalne osiąga się w wyniku łączenia pojedynczych cząsteczek chemicznych. Stosuje się w tym celu takie procesy chemiczne jak:
- polimeryzacja
- zmniejszenie rozpuszczalności (np. otrzymywanie koloidalnego roztworu siarki w wodzie przez wlewanie do wody nasyconego roztworu siarki w alkoholu)
- redukcja
- utlenianie (np. H2S --> S koloidalna)
- wymiana (AgNO3 + KI --> AgI + AgNO3)
Właściwości kinetyczne układów koloidalnych
Do właściwości kinetycznych układów koloidalnych należą:
- ruchy Browna
- dyfuzja
- sedymentacja
- lepkość
- Ciśnienie osmotyczne
Do własności optycznych układów koloidalnych zalicza się:
- rozpraszanie światła
- zmętnienie roztworu
Zjawiskiem charakterystycznym dla roztworów koloidalnych jest efekt Tyndalla, polegający na rozproszeniu światła. W roztworze takim można wyraźnie zaobserwować drogę wiązki światła przechodząca przez ciecz. Rozproszone przez cząstki koloidalne światło tworzy jasny stożek, widoczny wyraźnie w zaciemnionym pomieszczeniu