Kolloidid: määratlus, omadused ja näited (osakeste suurus 5–200 nm)
Kolloid võib olla ühe aine segu, mis on ühtlaselt hajutatud teise aine sees. Kolloidid võivad koosneda kahest erinevast faasist või olekust (näiteks tahke faas dispergeeritud vedelikus, vedelik tilkades gaasis jms).
Üks komponentidest on dispersioonikeskkond (kontinuum), näiteks vesi või gaas. Teine komponent on dispergeeritud faas ehk sisefaas, mida mõnikord nimetatakse "sisefaasiks". See koosneb pisikestest tahketest osakestest või vedeliku tilkadest (vedeliku faas), olenevalt kolloidi tüübist.
Määratlus: Kolloid on süsteem, kus üks aine on mikroskoopiliselt ühtlaselt hajutatud teise aine sees. Dispergeeritud faasi osakeste läbimõõt on tavaliselt umbes 5 kuni 200 nanomeetrit.
Kolloidide põhijooned ja omadused
- Partiklite suurus: 5–200 nanomeetrit, mis on suurem kui molekulid, kuid väiksem kui makroskoopilised osakesed.
- Tyndalli efekt: valguse hajumine kolloidis põhjustab helkiva või uduse nähtuse (näiteks valgussambe nähtav udu sees).
- Brown'i liikumine: väikesed osakesed liiguvad pidevalt juhusliku soojusliikumise tõttu, mis aitab vältida kiiret sadestumist.
- Stabiilsus: kolloide hoiavad dispersioonis laengud, steriline tõke või muud stabiliseerivad mehhanismid; stabiilsus võib olla mehhanismide (nt zeta-potentsiaal) ja keskkonna (pH, iooniline tugevus) sõltuv.
- Koaguleerumine ja flokuleerumine: kolloidid võivad üle minna makroskoopiliseks sadestuseks, kui stabiliseerivad jõud nõrgenevad (nt lisades sooli või muutes pH-d).
Kolloiditüübid ja näited
Kolloidid klassifitseeritakse vastavalt dispergeeritud faasi ja dispersioonikeskkonna olekule. Olulisimad tüübid ja näited:
- Sol: tahked osakesed dispergeeritud vedelikus (nt savisol, kosmeetilised suspensioonid).
- Emulsioon: vedelik tilkades vedelikus (immiscible), nt piim, mayonnaise, kosmeetika ja toiduõlid vees.
- Foam (vaht): gaas dispergeeritud vedelikus (nt vahukoor, šampooni vaht).
- Aerosool: vedeliku- või tahke faas dispergeeritud gaasis (nt udu, pihustid, suits).
- Gel: võrgustunud dispersioon, mis annab geelikonsistentsi (nt želatiin, geelkosmeetika).
- Emulsioonid ja colloidal suspensions: värvid, tindid, lateks ja keraamilised suspensioonid.
Kolloidide valmistamine ja analüüs
- Valmistusmeetodid: dispergeerimine (ühefaasilise aine mehaaniline või sonikatsiooniline peenestamine) ja kondenseerimine (molekulide süntees või keemiline saamine osakesteks).
- Mõõtmis- ja karakteriseerimismeetodid: dünaamiline valguse hajumine (DLS) osakeste suuruse määramiseks, transmisiooni- ja skaneeriv elektronmikroskoopia (TEM/SEM) morfoloogia vaatlemiseks, zeta-potentsiaali mõõtmine stabiilsuse hindamiseks ning spektroskoopilised meetodid.
Stabiliseerimine ja destabiliseerimine
Kolloidide stabiilsus sõltub tasakaalust repulsiooniliste ja atraktiivsete jõudude vahel. Levinud stabiliseerimise viisid:
- Elekrostaatiline stabiliseerimine: osakeste pinnalaeng tekitab vastastikuse tõkke.
- Steriline stabiliseerimine: pinnale seotud suuremad molekulid või polümeerid takistavad osakeste kokkupuudet.
Destabiliseerumine (koagulatsioon, flokuleerumine) toimub tavaliselt ioonse tugevuse tõusu, sobimatu pH või temperatuuri muutuse tõttu.
Kasutusvaldkonnad
- Meditsiin: ravimite nanokandjad, vaktsiinid, diagnostilised reaktiivid.
- Toiduained: emulsioonid (nt piimatooded, kastmed), tekstuuriparandajad.
- Kosmeetika ja hügieenitooted: kreemid, šampoonid, geolid.
- Pinnakatted ja värvid: stabiilsed pigmendipõhised kolloidid.
- Katalüüs ja energeetika: kolloidsed metalliosakesed katalüsaatoritena, akude ja sensorite materjalid.
Lühike kokkuvõte
Kolloidid on süsteemid, kus üks komponent on peenelt hajutatud teise sees (osakeste suurus ~5–200 nanomeetrit). Neil on eripärased optilised ja füüsikalised omadused (näiteks Tyndalli efekt ja Brown'i liikumine) ning neid kasutatakse laialdaselt teaduses ja tööstuses. Kolloidide käitumine sõltub osakeste suurusest, pinnatingimusest, keskkonnatingimustest ja stabiliseerivatest mehhanismidest.
Näited:
- Piim (emulsioon),
- Udu ja suits (aerosoolid),
- Värvid ja tindid (solid particle suspensions),
- Geelid nagu želatiin ja paljud kosmeetilised tooted.
Vintage jõhvika klaasist kauss
Mitte piim, vaid vees suspendeeritud jahu
Küsimused ja vastused
K: Mis on kolloid?
V: Kolloid on ühe aine segu, mis on ühtlaselt teise aine sees laiali.
K: Mitmes faasis või olekus võivad kolloidid olla?
V: Kolloidid võivad olla kahes erinevas faasis või olekus.
K: Mis on kolloidi dispersioonikeskkond?
V: Kolloidi dispersioonikeskkond on üks aine, näiteks vesi või gaas.
K: Mis on kolloidi dispersioonikeskkond?
V: Dispergeeritud keskkond kolloidis on tavaliselt väikesed tahked osakesed. Vastasel juhul, kui dispersioonikeskkond on gaas, siis võib sisefaasiks olla kas pisikesed osakesed või pisikesed vedeliku tilgakesed.
K: Mis on kolloidi mõiste?
V: Kolloidi määratlus on aine, mis on mikroskoopiliselt ühtlaselt hajutatud teise aine sees.
K: Milline on kolloidi dispergeeritud faasi osakeste läbimõõtude vahemik?
V: Kolloidi dispergeeritud faasi osakeste läbimõõdud jäävad vahemikku 5-200 nanomeetrit.
K: Kas te oskate tuua näite kolloidi kohta?
V: Kolloidide näited on näiteks piim, udu ja värv.
