Brownian Movement in Colloids

Ένα κολλοειδές είναι ένα ετερογενές σύστημα στο οποίο μια ουσία διασπείρεται (διασπαρμένη φάση) ως πολύ λεπτά σωματίδια σε μια άλλη ουσία γνωστή ως μέσο διασποράς. Η κύρια διαφορά μεταξύ διαλύματος και κολλοειδούς είναι το μέγεθος των σωματιδίων. Σε διάλυμα, τα συστατικά σωματίδια είναι ιόντα ή μικρά μόρια. Σε κολλοειδή διαλύματα, η διεσπαρμένη φάση μπορεί να αποτελείται από σωματίδια ενός μόνο μακρομορίου, όπως πρωτεΐνη ή συνθετικό πολυμερές, ή συσσωματώματα πολλών ατόμων, ιόντων ή μορίων. Τα κολλοειδή σωματίδια είναι μεγαλύτερα από μεμονωμένα μόρια αλλά αρκετά μικρά ώστε να παραμένουν σε εναιώρημα.

Οι διάμετροί τους κυμαίνονται από 1 έως 1000 νανόμετρα. Τα κολλοειδή σωματίδια έχουν τεράστια επιφάνεια ανά μονάδα μάζας λόγω του μικρού τους μεγέθους.

Μετακίνηση Brown των κολλοειδών

Όταν το κολλοειδές διάλυμα παρατηρείται κάτω από ένα ισχυρό μικροσκοπικό μικροσκόπιο, τα κολλοειδή σωματίδια φαίνεται να βρίσκονται σε συνεχή κίνηση ζιγκ-ζαγκ σε όλο το κρίσιμο πεδίο. Αυτή η κίνηση παρατηρήθηκε για πρώτη φορά από τον Βρετανό βοτανολόγο Robert Brown και είναι γνωστή ως η κίνηση Brown.

Η φύση των κολλοειδών δεν επηρεάζει την κίνηση Brown, αλλά το ιξώδες του μέσου και το μέγεθος του σωματιδίου παίζουν ενεργό ρόλο σε αυτήν. Όσο μικρότερο είναι το μέγεθος και το ιξώδες, τόσο πιο γρήγορη είναι η κίνηση. Η κίνηση Brown έχει εξηγηθεί από τον μη ισορροπημένο βομβαρδισμό σωματιδίων από μόρια του μέσου διασποράς. Η αναδευόμενη κίνηση Browning δεν επιτρέπει στα σωματίδια να καθιζάνουν και επομένως είναι υπεύθυνη για τη σταθερότητα του διαλύματος.

Ιδιότητες των κολλοειδών

Συλλογικές ιδιότητες

Τα κολλοειδή σωματίδια βρίσκονται σε μεγαλύτερα συσσωματώματα. Ο αριθμός των σωματιδίων στο κολλοειδές διάλυμα είναι σχετικά χαμηλός σε σύγκριση με ένα πραγματικό διάλυμα. Επομένως, οι τιμές των ιδιοτήτων που ταιριάζουν, συμπεριλαμβανομένης της οσμωτικής πίεσης, της τάσης ατμών, της μείωσης του σημείου πήξης και της ανύψωσης του σημείου βρασμού, είναι τάξεις μεγέθους μικρότερες από αυτές που αναφέρονται από πραγματικά διαλύματα στην ίδια συγκέντρωση.

Εφέ Tyndall

Εάν ένα ομοιογενές διάλυμα τοποθετηθεί στο σκοτάδι, παρατηρείται προς την κατεύθυνση του φωτός, αλλά εάν παρατηρηθεί από κατεύθυνση κάθετη προς την κατεύθυνση της δέσμης φωτός, είναι εντελώς σκοτεινό. Τα κολλοειδή που φαίνονται παρόμοια μπορεί επίσης να φαίνονται αρκετά διαφανή ή ημιδιαφανή από το εκπεμπόμενο φως, αλλά παρουσιάζουν μια ήπια έως έντονη αδιαφάνεια. Όταν βλέπουμε κάθετα στο εκπεμπόμενο ρεύμα φωτός, η διαδρομή της δέσμης φωτίζεται από ένα μπλε φως. Ο Faraday παρατήρησε για πρώτη φορά αυτό το φαινόμενο, το οποίο αργότερα μελετήθηκε λεπτομερώς και είναι γνωστό ως φαινόμενο Tyndall.

Το φαινόμενο Tyndall παρατηρείται στις ακόλουθες περιπτώσεις: 

• Η διάμετρος των διασκορπισμένων σωματιδίων δεν είναι πολύ μικρότερη από το μήκος κύματος του φωτός που χρησιμοποιείται
• Οι δείκτες διάθλασης της διεσπαρμένης φάσης και του μέσου διασποράς διαφέρουν σημαντικά ως προς το μέγεθος.

Το φαινόμενο Tyndall κάνει διάκριση μεταξύ κολλοειδούς και αληθινού διαλύματος. Η υπερμικροσκόπηση δεν παρέχει πληροφορίες σχετικά με το μέγεθος και το σχήμα των κολλοειδών σωματιδίων.

Χρώμα

Το χρώμα του κολλοειδούς διαλύματος εξαρτάται από το μήκος κύματος του φωτός που σκεδάζεται από τα διασκορπισμένα σωματίδια. Το μήκος κύματος του φωτός εξαρτάται επίσης από το μέγεθος και τη φύση των σωματιδίων. Το χρώμα του κολλοειδούς διαλύματος αλλάζει επίσης ανάλογα με το πώς δέχεται το φως ο παρατηρητής. Για παράδειγμα, ένα μείγμα γάλακτος και νερού είναι μπλε όταν το βλέπουμε με ανακλώμενο φως και κόκκινο με το εκπεμπόμενο φως. Το καλύτερο κίτρινο χώμα είναι κόκκινο. Καθώς το μέγεθος των σωματιδίων αυξάνεται, εμφανίζεται μωβ, μπλε και τέλος κίτρινο.

Φόρτιση σε κολλοειδή σωματίδια

Τα κολλοειδή σωματίδια φέρουν πάντα φορτίο. Η φύση αυτού του φορτίου είναι η ίδια σε όλα τα σωματίδια ενός δεδομένου κολλοειδούς και μπορεί να είναι θετική ή αρνητική.

Συμπέρασμα

Τα κολλοειδή συστήματα παρουσιάζουν ενδιαφέρουσες οπτικές, μηχανικές και ηλεκτρικές ιδιότητες. Η μετατροπή των κολλοειδών σωματιδίων του κολλοειδούς διαλύματος σε αδιάλυτο που καθιζάνει με την προσθήκη ορισμένων κατάλληλων ηλεκτρολυτών ονομάζεται πήξη. Ένα γαλάκτωμα είναι ένα κολλοειδές σύστημα στο οποίο η διεσπαρμένη φάση και το μέσο διασποράς είναι υγρά. Μπορούν να είναι (i) λάδι σε νερό και (ii) νερό σε λάδι. Η διαδικασία δημιουργίας γαλακτωμάτων ονομάζεται γαλακτωματοποίηση. Τα κολλοειδή χρησιμοποιούνται ευρέως στην καθημερινή μας ζωή. Τα κολλοειδή φάρμακα είναι πιο αποτελεσματικά λόγω της μεγάλης επιφάνειάς τους, καθώς απορροφώνται εύκολα. Το λατέξ είναι ένα κολλοειδές διάλυμα αρνητικά φορτισμένων σωματιδίων καουτσούκ. Χρώματα, μελάνια, συνθετικές ρητίνες, καουτσούκ, λιπαντικά γραφίτη, τσιμέντο κ.λπ., είναι κολλοειδή διαλύματα. Επομένως, πρέπει να γνωρίζουμε τα χαρακτηριστικά τους για να τα χρησιμοποιούμε καθημερινά.