Układy koloidalne

Podział koloidów

Istnieje kilka kategorii podziału układów koloidalnych, to znaczy:

1. ze względu na stan skupienia ośrodka dyspersyjnego,
2. ze względu na rodzaj fazy dyspergującej,
3. w zależności od powinowactwa koloidu do fazy rozproszonej,
4. ze względu na budowę koloidu,
5. w zależności od odwracalności procesu koagulacji.

Podział koloidów w zależności od stanu skupienia ośrodka dyspergującego

Tabela 1 Podział koloidów ze względu na stan skupienia ośrodka dyspergującego.

Ponadto dla ciekłej fazy dyspergującej istnieje również podział ze względu na jej charakter. W przypadku kiedy woda jest ośrodkiem dyspergującym, mówimy o hydrozolach. Jeżeli ciecz organiczna jest ośrodkiem dyspergującym, układ koloidalny jest organozolem. Bezpośrednio z tym związany jest również podział koloidów ze względu na powinowactwo rozpuszczalnika:

1. Koloidy liofilowe to takie, które charakteryzują się powinowactwem do rozpuszczalnika. Silnie w nim solwatują lub hydratują w wodzie, są stabilne oraz mniej wrażliwe na wszelkiego rodzaju czynniki koagulacyjne.
2. Koloidy liofobowe nie wykazują natomiast powinowactwa do fazy rozpraszającej. Przez to nie ulegają solwatacji, lub ulegają jej w znikomym stopniu.

W przypadku kiedy fazą rozpraszającą jest woda – takie koloidy liofobowe nazywamy hydrofobowymi. Nie ulegają one hydratacji, jednak na ich powierzchniach adsorbują się jony z roztworu. W rozpuszczalnikach polarnych nie są trwałe bez obecności emulgatora. Przykładami takich układów są mleko oraz majonez. Do koloidów hydrofilowych, których hydrofilowe grupy makrocząsteczki utrzymują ją zawieszoną w wodzie, zaliczamy białka, żelatynę oraz żelki.

Podział ze względu na budowę koloidu

1. Koloidy cząsteczkowe, inaczej nazywane eukoloidami powstają z cząsteczek związków (białek, kauczuku, skrobi) rozproszonych w fazie dyspergującej. Cząsteczki rozpuszczalnika są w stanie wnikać do wnętrza makrocząsteczek, przez co granica faz nie jest wyraźna. Są to koloidy, które nie muszą posiadać ładunku elektrycznego.
2. Koloidy fazowe, powstające kiedy cząsteczki niektórych związków chemicznych, na przykład AgCl, Fe(OH)₃ skupiają wokół siebie pewną liczbę atomów lub cząsteczek w zespoły odpowiadające rozmiarom cząsteczek koloidalnych, które tworzą odrębną fazę. Takie koloidy posiadają ładunek elektryczny na powierzchni i są to między innymi zole złota, srebra i tlenków metali.
3. Koloidy asocjacyjne, czyli tak zwane micele, zbudowane są z cząsteczek zasocjowanych, które tworzą większą cząstkę, jak na przykład w dodecylosiarczanie sodowym (SDS).

Podział koloidów ze względu na odwracalność procesu koagulacji

Koagulacją nazywamy proces, który polega na łączeniu się pojedynczych cząstek substancji rozproszonej w większe skupienia, czyli tak zwane agregaty. Następnie wypadają one z układu w postaci osadu. Proces koagulacji prowadzi więc do niszczenia układu koloidalnego na rzecz wydzielenia się fazy rozproszonej w postaci większych skupisk osadu lub kropli cieczy. Ze względu na odwracalność tego procesu koloidy dzielimy na takie, w których koagulacja jest:

1. nieodwracalna, gdy zol po przejściu w stan koagulatu nie może powrócić do pierwotnego stanu. Wynika to ze zobojętnienia powierzchniowego ładunku elektrycznego. Przykładem takiego procesu jest denaturacja koloidów białkowych pod wpływem temperatury, co powoduje zniszczenia ich struktury II-, III- i IV-rzędowej.
2. odwracalna, kiedy koloidy po przejściu w stan koagulatu mogą ulec procesowi peptyzacji skutkującym ponownym przeprowadzeniem w zol. Proces koagulacji jest w takich przypadkach wynikiem usunięcia otoczki solwatacyjnej, która otacza koloid. Przykładem takiego procesu jest skoagulowanie białka kurzego, które może powrócić do formy zolu po dodaniu do niego chlorku sodu i rozcieńczeniu wodą.

Czynniki wpływające na stabilność koloidu

1. Wielkość cząstki rozproszonej – im mniejsza cząstka tym z reguły większa stabilność.
2. Obecność powierzchniowego ładunku elektrycznego.
3. Obecność otoczki solwatacyjnej, w przypadku koloidów hydrofilowych.

Kinetyczne właściwości układów koloidalnych

1. Ruchy Browna, czyli chaotyczne ruchy cząsteczek fazy rozproszonej w dyspergującej fazie ciekłej lub gazowej. Są spowodowane kolizjami cząsteczek koloidu z ośrodkiem dyspersyjnym.
2. Dyfuzja, charakteryzująca cząsteczki koloidu, które przemieszczają się z regionu o wyższym stężeniu do tego o niższym. Szybkość procesu jest niewielka ze względu na duże rozmiary cząstek.
3. Sedymentacja, będąca wynikiem działania siły grawitacji na opadające na dno naczynia cząsteczki koloidu. Proces przebiega w powolnym tempie, a samo zjawisko wykorzystuje się do określenia masy cząsteczkowej makrocząsteczek.

Optyczne właściwości koloidów

W przeciwieństwie do roztworów rzeczywistych ciekłe układy koloidalne posiadają wystarczająco duże cząstki, aby rozpraszać światło widzialne. Dochodzi do tego kiedy współczynniki załamania światła ośrodka i fazy rozproszonej są różne. Kluczowymi czynnikami są w trakcie rozpraszania dyfrakcja i odbicie. Wtedy dochodzi do równomiernego rozpraszania w każdym kierunku.

Elektryczne właściwości koloidów

1. Potencjał elektrokinetyczny wynikający z różnicy potencjałów pomiędzy nieruchomą warstwą dyfuzyjną cząstek fazy rozproszonej a fazą rozproszoną. Występuje on przy powierzchni zdyspergowanych cząstek i ma ogromny wpływ na stabilność układów koloidalnych.
2. Elektroforeza, a właściwie ruchliwość elektroforetyczna również charakteryzuje koloidy. Wpływają na nią takie czynniki jak kształt i rozmiar cząsteczki, pH, wielkość przyłożonego pola elektrycznego oraz temperatura.
3. Elektroosmoza jest kolejnym możliwym ruchem fazy ciekłej układu koloidalnego w jednostkowym polu elektrycznym. Jej prędkość jest wprost proporcjonalna do potencjału elektrokinetycznego i odwrotnie proporcjonalna do lepkości układu,
4. Potencjał przepływu, który powstaje przez wymuszony mechanicznie przepływ cieczy przez układ kapilar lub membranę. W efekcie powstaje różnica potencjałów.
5. Potencjał sedymentacji, powstający w wyniku ruchu naładowanych cząstek koloidalnych względem ośrodka dyspersyjnego, na przykład pod wpływem siły ciężkości.