Википедија

Koloid

U opštem smislu, koloid ili koloidna disperzija jeste supstanca koju sačinjavaju komponente koje mogu biti u jednom, dva i više različitih faznih stanja, drugim rečima, vrsta mešavine koja je prelaz između homogene mešavine (drugi naziv je rastvor) i heterogene mešavine, i čija su svojstva takođe na prelazu između pomenute dve grupe mešavina.[1] Tipične membrane ograničavaju prolaz dispergovanih koloidnih čestica u većoj meri nego što je to slučaj kod rastvorenih jona ili molekula: tj. joni ili molekuli mogu difundovati kroz membranu kroz koju dispergovne čestice neće moći proći. Čestice dispergovane faze su većinom pod uticajem hemije površinskog napona koja je značajna u koloidima.

Mleko je emulgovani koloid tečnih globula masla dispergovanog u vodenom rastvoru.

Brojne poznate supstance poput putera, mleka, pavlake, aerosoli (magla, smog, dim), asfalta, mastila, farbe, lepkova, i morske pene su koloidi. Ovo polje proučavanja je uvedeno 1861. godine od strane škotskog naučnika Tomasa Grejema.

Veličina čestica koje sačinjavaju dispergovanu fazu unutar koloida varira od 1 nm do 1000 nm.[2] Disperzije u kojima se veličina čestica kreće u ovom opsegu se nazivaju koloidnim aerosolima, koloidnim emulzijama, koloidnim penama, ili koloidnim suspenzijama ili disperzijama. Koloidi mogu biti obojeni ili prozirni usled Tindalovog efekta, koji predstavlja rasejanje svetlosti koja prolazi kroz koloid.

Koloidne suspenzije su predmet koloidne nauke. Ovo naučno polje učenja je uveo italijanski hemičar Frančesko Selmi 1845. godine,[3] a dalje ga je istražio od škotski naučnik Tomas Graham 1861. godine.[4]

IUPAC definicija

Koloid: Kratki sinonim za koloidni sistem.[5][6]

Koloidni: Stanje raspodele materije u kojoj su molekuli ili polimolekulske čestice dispergovane u medijumu tako da imaju bar jednu dimenziju između približno 1 nm i 1 μm, ili da se u sistemskom diskontinuitetu nađu na razdaljinama tog reda.[5][6][7]

Klasifikacija koloida uredi

Koloidi se mogu klasifikovati na sledeći način:

  Dispergovana sredina
Gas
Tečnost
Čvrsto stanje
Neprekidna Sredina Gas
NEMA
(Svi gasovi su rastvorljivi)
 Tečne Aerosoli
Primeri: magla, izmaglica		 Čvrste Aerosoli
Primeri: dim, prašina
Tečnost Pena
Primeri: pavlaka		 Emulzije
Primeri: mleko, majonez		 Sol
Primeri: farbe, mastilo, krv
Čvrsto stanje Čvrsta pena
Primeri: aerogel, polistirolska pena, plavi kamen		 Gel
Primeri: želatin, džem (zgusnuti tečni deo), sir, opal staklo		 Čvrsti sol
Primeri: ribizla staklo, rubinsko staklo

Interakcije između čestica koloida uredi

Navodimo sile koje igraju važnu ulogu u međudejstvima koloidnih čestica:[8][9][10]

  • Odbijanja neobuhvaćene zapremine: odnose se na nemogućnost bilo kakvog preklapanja čvrstih čestica.
  • Elektrostatičke interakcije: čestice koloida su često naelektrisane i stoga se međusobno privlače ili odbijaju. Naboj bilo sredine bilo dispergovane faze, kao i pokretljivost faza, su činioci koji utiču na ovu vrstu interakcija.
  • van der Valsove sile: ova međudejstva nastaju usled interakcija između dipola i indukovanih dipola. Čak iako čestice nisu stalni dipoli, fluktuacije gustine naelektrisanja koja ih okružuju (pripadajući elektroni) stvaraju od njih privremeno naelektrisane čestice. Ovi privremeni dipoli indukuju, svojom blizinom, preraspodelu naelektrisanja i pojavu dipola u okolnim česticama. Privremeni dipol i indukovani dipol se potom međusobno privlače. Ova pojava je poznata kao van der Valsova sila i uvek je prisutna na malim rastojanjima i uvek ima privlačni karakter.
  • Entropijske sile: prema drugom zakonu termodinamike, sistem se kreće ka stanju sa maksimalnom entropijom. Ova činjenica može imati za posledicu pojavu sila čak i između sfernih površina čvrstih tela.
  • Prostorne sile koje se javljaju između površina prekrivenih polimerima, ili u rastvorima koji sadrže neapsorbujuće polimere, mogu modulisati sile između čestica, stvarajući dodatne odbojne prostorne sile koje su stabilišuće ili dodatne privlačne sile koje iscrpljuju prostor između čestica.

Stabilizacija koloidnih suspenzija uredi

Stabilizacija služi sprečavanju agregacije koloidnih čestica. Prostorna stabilizacija i elektrostatička stabilizacija su dva glavna mehanizma stabilizacije koloida. Elektrostatička stabilizacija je zasnovana na obostranom odbijanju istorodnih električnih naboja. Različite faze, u opštem slučaju, imaju različite afinitete, tako da se na bilo kojoj dodirnoj površini stvara nabojni dvosloj. Čestice male veličine imaju relativno velike površine (u odnosu na sopstvenu masu) što je izuzetno naglašeno upravo kod koloida. U stabilnom koloidu, masa dispergovane faze je toliko mala da je njena plovljivost ili kinetička energija isuviše mala da bi prevazišla elektrostatičko odbijanje između naelektrisanih slojeva dispergovane faze. Naboj na dispergovanim česticama se može posmatrati primenom električnog polja: sve čestice migriraju prema istoj elektrodi i stoga moraju sve imati istorodni električni naboj.

Destabilizacija koloidnih suspenzija uredi

Nestabilne koloidne suspenzije se formiraju agregate (flokule) usled prikupljanja čestica nastalog međučestičnim privlačenjem. Ovo se može postići brojnim različitim metodama:

  • Uklanjanjem elektrostatičke barijere koja sprečava agregaciju čestica. Ovo se može postići dodatkom soli u suspenziju ili promenom pH čime se delotvorno neutrališe „ekran“ površinskog naboja na česticama suspenzije. Ovime se uklanjaju odbojne sile koje razdvajaju čestice koloida i omogućava koagulacija van der Valsovim silama.
  • Dodavanje naelektrisanog polimerskog flokula (agregata). Polimerski flokul može premostiti individulane koloidne čestice pomoću privlačnih elektrostatičkih sila. Primera radi, negativno naelektrisane čestice silicijuma mogu biti flokulisane dodavanjem pozivitno naelektrisanog polimera.
  • Dodavanje neadsorbovanih polimera, nazvanih osiromašivači, koji dovode do agregacije usled entropijskih efekata.

Nestabilne koloidne suspenzije niskog zapreminskog udela formiraju klasterske tečne suspenzije u kojima individualni klasteri čestica padaju na dno suspenzije (ili plutaju na površini ukoliko čestice imaju manju gustinu od okolne sredine) do trenutka kada klasteri dostignu dovoljnu veličinu pri kojoj ih Braunijevske sile koje deluju u pravcu održanja čestica u suspenziji mogu održati nasuprot dejstvu sile gravitacije. Međutim, koloidne suspenzije većeg zapreminskog udela formiraju koloidne želatine koji poprimaju svojstva viskoelastičnosti. Viskoelastični koloidni želatini poput paste za zube, teku kao tečnosti koje su podvrgnute smicajnim naponima ali zadržavaju svoj oblik kada se dejstvo napona ukloni. Iz ovog razloga se fluidi poput paste za zube mogu istisnuti iz tube ali zadržavaju svoj oblik na četkici za zube nakon što su istisnuti.

Koloidi kao modeli sistema atoma uredi

U fizici, koloidi su interesantni sistemi za modeliranje sistema atoma. Koloidne čestice su dovoljno velike da bi se mogle posmatrati optičkim tehnikama poput konfokalne mikroskopije. Brojne sile koje upravljaju stanjem strukture i ponašanjem materije, poput interakcije neobuhvaćene zapremine ili elektrostatičke sile upravljaju i ponašanjem koloidnih suspenzija. Primera radi, iste tehnike koje se mogu koristiti u modeliranju idealnih gasova, mogu se koristiti i u modeliranju koloidne suspenzije čvrstog stanja u obliku lopte. Štaviše, fazni prelazi u koloidnim suspenzijama se mogu proučavati u realnom vremenu korišćenjem optičkih tehnika koje su analogne faznim prelazima u tečnostima.

Koloidi u biologiji uredi

Početkom 20. veka, pre nego što je enzimologija bila dobro razrađena i proučena, koloidi su smatrani ključnim u radu enzima; tj. dodavanje malih količina enzima u količinu vode bi, na način koji je tek trebalo proučiti, suptilnim načinom izmenilo svojstva vode tako da bi ona razložila supstrat specifičan za taj enzim, poput rastvora ATPaze koji razlaže ATP. Štaviše, sam život je bio tumačen kroz agregaciju svojstava svih koloidnih supstanci koje čine organizam. Kako se razvijalo znanje iz biologije tako je napredovala i teorija koja je koloidnu postavku zamenila makromolekulskom teorijom, koja enzim tumači kao skup identičnih ogromnih molekula koji deluju kao sićušne mašine koje se slobodno kreću među molekulima vode u rastvoru i individualno funkcionišu tako što deluju na supstrat, što je svakako manje misteriozno od koloidne postavke koja podseća na fabriku koja je puna različitih mašina. Osobine vode u rastvoru se ne menjaju, osim u smislu osmotskih promena koje bi nastale i u prisustvu bilo koje druge rastvorene supstance.

U okolini uredi

Koloidne čestice mogu takođe da služe kao transportni vektor[11] raznih kontaminanata u površinskim vodama (morska voda, jezera, reke, slatkovodna tela) i u podzemnim vodama koje kruže u poroznim stenama[12] (npr. krečnjak, peščar, granit). Radionuklidi i teški metali lako se upijaju na koloide suspendovane u vodi. Prepoznaju se različite vrste koloida: neorganski koloidi (npr. čestice gline, silikati, oksi-hidroksidi gvožđa), organski koloidi (huminske i fulvične supstance). Kada teški metali ili radionuklidi formiraju sopstvene čiste koloide, termin „ajgenkoloid” se koristi za označavanje čistih faza, tj. čistog Tc(OH)4, U(OH)4, ili Am(OH)3. Pretpostavlja se da koloidi omogućavaju dalekometni transport plutonijuma na lokaciji nuklearnog testiranja u Nevadi. Oni su bili predmet detaljnih studija tokom dugog niza godina. Međutim, pokretljivost neorganskih koloida je vrlo mala u zbijenim bentonitima i u dubinskim glinenim formacijama[13] zbog procesa ultrafiltracije koji se odvija u gustim glinskim membranama.[14] Situacija je manje jasna u slučaju malih organskih koloida koji se često mešaju u pozemnoj vodi sa potpuno rastvorenim organskim molekulima.[15]

U nauci o tlu, koloidna frakcija u tlima sastoji se od sitnih čestica gline i humusa koji su prečnika manjeg od 1 ɥm i nose pozitivne i/ili negativne elektrostatičke naboje koji variraju u zavisnosti od hemijskih uslova uzorka tla, tj. pH zemljišta.[16]

Vidi još uredi

Reference uredi

  1. ^ „Colloid”. Britannica Online Encyclopedia. Pristupljeno 31. 8. 2009. 
  2. ^ Levine, Ira N. (2001). Physical Chemistry (5th izd.). Boston: McGraw-Hill. str. 955. ISBN 0-07-231808-2. 
  3. ^ Francesco Selmi, Studi sulla dimulsione di cloruro d'argento, Nuovi Annali delle Scienze Naturali di Bologna, fasc. di agosto 1845.
  4. ^ Graham coined the term "colloid" in 1861. See: Graham, Thomas (1861) "Liquid diffusion applied to analysis", Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 151 : 183–224. From page 183: "As gelatine appears to be its type, it is proposed to designate substances of the class as colloids, and to speak of their peculiar form of aggregation as the colloidal condition of matter."
  5. ^ a b Richard G. Jones; Edward S. Wilks; W. Val Metanomski; Jaroslav Kahovec; Michael Hess; Robert Stepto; Tatsuki Kitayama, ur. (2009). Compendium of Polymer Terminology and Nomenclature (IUPAC Recommendations 2008) (2nd izd.). RSC Publ. str. 464. ISBN 978-0-85404-491-7. 
  6. ^ a b Stepto, Robert F. T. (2009). „Dispersity in polymer science (IUPAC Recommendations 2009)” (PDF). Pure and Applied Chemistry. 81 (2): 351—353. doi:10.1351/PAC-REC-08-05-02. 
  7. ^ Slomkowski, Stanislaw; Alemán, José V.; Gilbert, Robert G.; Hess, Michael; Horie, Kazuyuki; Jones, Richard G.; Kubisa, Przemyslaw; Meisel, Ingrid; Mormann, Werner; Penczek, Stanisław; Stepto, Robert F. T. (2011). „Terminology of polymers
    and polymerization processes in dispersed systems (IUPAC Recommendations 2011)”     (PDF). Pure and Applied Chemistry. 83 (12): 2229—2259. doi:10.1351/PAC-REC-10-06-03. Arhivirano iz originala (PDF) 20. 10. 2013. g. Pristupljeno 18. 03. 2020.     
  8. ^ Belloni, Luc (2000). „Colloidal interactions”. J. Phys. Condens. Matter. 12 (46): R549—R587. Bibcode:2000JPCM...12R.549B. doi:10.1088/0953-8984/12/46/201. 
  9. ^ Lekkerkerker, Henk N.W.; Tuinier, Remco (2011). Colloids and the Depletion Interaction. Heidelberg: Springer. ISBN 9789400712225. doi:10.1007/978-94-007-1223-2. Arhivirano iz originala 14. 04. 2019. g. Pristupljeno 18. 03. 2020. 
  10. ^ van Anders, Greg; Klotsa, Daphne; Ahmed, N. Khalid; Engel, Michael; Glotzer, Sharon C. (2014). „Understanding shape entropy through local dense packing”. Proc Natl Acad Sci USA. 111 (45): E4812—E4821. Bibcode:2014PNAS..111E4812V. PMC 4234574  . PMID 25344532. arXiv:1309.1187  . doi:10.1073/pnas.1418159111. 
  11. ^ Frimmel, Fritz H.; Frank von der Kammer; Hans-Curt Flemming (2007). Colloidal transport in porous media (1 izd.). Springer. str. 292. ISBN 978-3-540-71338-8. 
  12. ^ Alonso, U.; T. Missana; A. Patelli; V. Rigato (2007). „Bentonite colloid diffusion through the host rock of a deep geological repository”. Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C. 32 (1–7): 469—476. Bibcode:2007PCE....32..469A. ISSN 1474-7065. doi:10.1016/j.pce.2006.04.021. 
  13. ^ Voegelin, A.; Kretzschmar, R. (decembar 2002). Stability and mobility of colloids in Opalinus Clay (PDF). Nagra Technical Report 02-14. Institute of Terrestrial Ecology, ETH Zürich. str. 47. ISSN 1015-2636. Arhivirano iz originala (PDF) 9. 3. 2009. g. Pristupljeno 22. 2. 2009. 
  14. ^ „Diffusion of colloids in compacted bentonite”. Arhivirano iz originala 4. 3. 2009. g. Pristupljeno 12. 2. 2009. 
  15. ^ Wold, Susanna; Trygve Eriksen (2007). „Diffusion of humic colloids in compacted bentonite”. Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C. 32 (1–7): 477—484. Bibcode:2007PCE....32..477W. ISSN 1474-7065. doi:10.1016/j.pce.2006.05.002. 
  16. ^ Weil, Ray R. (11. 10. 2018). Elements of the nature and properties of soils. Brady, Nyle C. (Fourth izd.). New York, NY. ISBN 9780133254594. OCLC 1035317420. 

Literatura uredi

  • Lyklema, J. Fundamentals of Interface and Colloid Science, Vol. 2, pp. 3208, 1995
  • Hunter, R.J. Foundations of Colloid Science, Oxford University Press, 1989
  • Dukhin, S.S. & Derjaguin, B.V. Electrokinetic Phenomena, J.Wiley and Sons, 1974
  • Russel, W.B., Saville, D.A. and Schowalter, W.R. Colloidal Dispersions, Cambridge, 1989 Cambridge University Press
  • Kruyt, H.R. Colloid Science, Volume 1, Irreversible systems, Elsevier, 1959
  • Dukhin, A.S. and Goetz, P.J. Ultrasound for characterizing colloids, Elsevier, 2002
  • Rodil, Ma. Lourdes C., Chemistry The Central Science, 7th Ed. ISBN 013533480
  • Pieranski, P., Colloidal Crystals, Contemp. Phys., Vol. 24, pp. 25 (1983)
  • Sanders, J.V., Structure of Opal, Nature, Vol. 204, pp. 1151, (1964);
  • Darragh, P.J., et al., Scientific American, Vol. 234, pp. 84, (1976)
  • Luck, W. et al., Ber. Busenges Phys. Chem., Vol. 67, pp. 84 (1963);
  • Hiltner, P.A. and Krieger, I.M., Diffraction of Light by Ordered Suspensions, J. Phys. Chem., Vol. 73, pp. 2306 (1969)
  • Arora, A.K., Tata, B.V.R., Eds. Ordering & Phase Transitions in Charged Colloids Wiley, New York (1996)
  • Sood, A.K. in Solid State Physics, Eds. Ehrenreich, H., Turnbull, D., Vol. 45, pp. 1 (1991)
  • Murray, C.A. and Grier, D.G., Colloidal Crystals, Amer. Scientist, Vol. 83, pp. 238 (1995);
  • Video Microscopy of Monodisperse Colloidal Systems, Ann. Rev. Phys. Chem., Vol. 47, pp. 421 (1996)
  • Tanaka, 1992, Phase Transition of Gel

Spoljašnje veze uredi

 
Koloid na Vikimedijinoj ostavi.


Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Колоид&oldid=27551861”