Koloīds ir sistēma, kurā viena viela ir mikroskopiski izkliedēta citā vielā, radot maisījumu, kas var vienmērīgi izplatīties izkliedes vidē. Koloīdi var pastāvēt dažādās fāzēs un vielas stāvokļos — iekšējā (dispersētā) un ārējā (dispersijas) fāze. Ārējā, jeb dispersijas vide, parasti ir šķidrums (piemēram, ūdens) vai gāze, bet iekšējā fāze var būt ļoti smalkas cietas daļiņas, šķidruma pilieni vai gāzes burbuļi — tomēr tās parasti nav redzamas ar neapbruņotu aci.

Definīcija un izmēri

Koloīds ir sistēma, kurā daļiņas ir mikroskopiski vienmērīgi izkliedētas citā vielā. Tradicionālie izteikumi norāda, ka dispersās fāzes daļiņu diametrs ir aptuveni no dažiem nanometriem līdz daudziem simtiem nanometru. Dažādos avotos minētais diapazons atšķiras: bieži tiek lietots 1–1000 nanometrs (1 nm–1 μm), savukārt citi avoti norāda šaurāku diapazonu (piem., 5–200 nanometri). Galvenais kritērijs ir tas, ka daļiņu izmērs ir starp molekulāro un redzamo mēroga robežām.

Galvenās īpašības

  • Tyndalla efekts — koloīdi izkliedē gaismu, tāpēc gaismas stars kļūst redzams, pārejot cauri koloīdam.
  • Brauna kustība — ļoti mazās daļiņas nepārtraukti kustas, ko izraisa nejaušas molekulu sadursmes ar dispersijas vidi.
  • Stabilitāte — koloīdu stabilitāti nosaka lādiņu sadalījums uz daļiņu virsmas, steriskā barjera un mijiedarbības, ko apraksta DLVO teorija; destabilizācija noved pie koagulācijas vai flokulācijas.
  • Fotoskopiskās un optiskās īpašības — daļiņu izmērs un sastāvs ietekmē krāsu, spīdumu un gaismas absorbciju (piem., kolloīda zelts rada sarkanīgu vai violetu nokrāsu).
  • Rheoloģija — koloīdu plūsmas īpašības (viskozitāte, plūstamība) var atšķirties no tīras dispersijas vides un ir svarīgas tehnoloģiskās lietojumprogrammās.

Veidi pēc fāžu kombinācijām

  • Aerosoli — cietas daļiņas vai šķidruma pilieni izkliedēti gāzē (piem., dūmi, migla).
  • Emulsijas — viena šķidruma fāze (piem., eļļa) smalki izkliedēta otrā šķidrumā (piem., ūdens), piemērs: piens.
  • Soli (colloid sols) — cietas daļiņas izkliedētas šķīdumā (piem., zelta koloīdi, māla suspenzijas).
  • Gelis — koloīdā dispersētās daļiņas veido tīklojumu, kas rada stingru, bet elastīgu materiālu (piem., želatīns).
  • Putas — gāze izkliedēta šķidrumā vai cietā vielā (piem., putu polistirols, ziepju putas).

Koloīdu veidošanas metodes

  • Kondensācija — mazu molekulu ķīmiskā vai fiziskā savienošana, lai veidotu koloīdā izmēra daļiņas (piem., nokrišanas reakcijas).
  • Dispersija — lielāku daļiņu sasmalcināšana vai mehāniska/ultraskaņas disperģēšana līdz koloīdā izmēra stāvoklim.
  • Stabilizācija — lai nodrošinātu ilgstošu stabilitāti, izmanto elektrostatisku vai sterisku stabilizatoru pievienošanu (piem., polimēru slāņi, surfaktanti).

Piemēri

  • Piens — emulsija, kurā tauku pilieni ir izkliedēti ūdenī.
  • Medus un želejas (želatīns) — gēla un viskoza koloīdu formas.
  • Migla un dūmi — gāzē izkliedēti šķidruma pilieni vai cietas daļiņas (aerosoli).
  • Lakas, krāsas un tintes — koloīdi, kur pigmenta daļiņas ir izkliedētas šķīdinātājā vai polimerā.
  • Kolloidālais zelts — nanodaļiņu dispersija ar raksturīgu krāsu un optiskajām īpašībām.
  • Biomedicīnas preparāti — zāļu nanodaļiņu transporta sistēmas, vakcīnu emulģijas un diagnostikas koloīdi.
  • Asins plazma ar suspensētām šūnām — piemērs bioloģiskam koloīdam/suspensijai.

Lietojumi un nozīme

Koloīdi ir plaši izmantoti rūpniecībā, medicīnā, pārtikas ražošanā un materiālzinātnē. Tie ļauj kontrolēt materiālu optiskās, mehāniskās un ķīmiskās īpašības, piemēram, krāsās, katalīzē, medikamentu piegādē, kosmētikā un filtrēšanas tehnoloģijās.

Īsā kopsavilkumā: koloīds nav tikai vienkāršs maisījums — tas ir īpašs sistēmas stāvoklis, kur mikroskopiskas daļiņas mijiedarbojas ar vidi, radot unikālas fiziskas un ķīmiskas īpašības, kuras izmanto gan ikdienā, gan augsto tehnoloģiju jomās.