Charakteristika koloidního stavu

Povrch kontaktních fází může být makroskopický. Tloušťka mezifaciálního povrchu je asi 0,5-2 nm, proto musí být koloidní částice alespoň dvojnásobkem tloušťky povrchové vrstvy. Spodní mez velikosti koloidní částice je tedy 1 nm, horní mez je 100 nm. Koloidní částice mohou být trojrozměrné, pokud jsou všechny rozměry řádu koloidní jemnosti, dvourozměrné (lamelární), kde jsou dva rozměry tohoto řádu, nebo jednorozměrné (vláknité), pokud je jeden rozměr koloidní jemnosti.

Disperzní systém

Je to systém obsahující disperzní médium a dispergovanou látku. Můžeme ji rozdělit do několika typů:

1. pokud je dispergovaná látka souborem částic stejné velikosti – je monodisperzní,
2. kdy částice dispergované látky mají různé velikosti – je polydisperzní,
3. částice dispergované látky mají stejný tvar (např. tyčinky, kuličky, lamely) – monomorfní,
4. mají-li částice dispergované látky různé tvary – mnohotvaré.

Koloidní systémy

Dispergovaná (disperzní) fáze je přítomna v malém množství ve srovnání s množstvím druhé fáze, která tvoří spojité disperzní médium. Spojitá fáze (např. rozpouštědlo) se nazývá disperzní prostředí. Dispergovaná fáze je tvořena druhou složkou. Koloidní částice jsou obsaženy mezi systémy s molekulární fragmentací (např. roztoky) nebo mechanickou fragmentací (suspenze). Dispergovaná i disperzní fáze mohou existovat v jakémkoliv stavu agregace. Jednou ze základních podmínek stabilizace většiny koloidních systémů je elektrický náboj částic dispergované fáze. Na povrchu každé částice je tzv. elektrická vrstva, tj.

• stacionární vrstva tvořená silně adsorbovanými ionty a dipóly přímo na povrchu koloidní částice,
• difúzní vrstva, ve které jsou ionty a dipóly určitým způsobem uspořádány, ale nacházejí se v určité vzdálenosti od povrchu částic, jsou na ni méně vázány a mohou měnit svou polohu.

V důsledku takového uspořádání iontů a dipólů vzniká na rozhraní mezi koloidní částicí a disperzním prostředím rozdíl potenciálů. Neutralizace elektrických nábojů koloidů často vede k destrukci koloidního stavu oddělením dispergované fáze ve formě větších shluků, což se nazývá koagulace.

Získání koloidů

Mnoho látek lze převést do stavu koloidní fragmentace použitím vhodného disperzního média, teploty a pracovní techniky. Lze jej získat v procesu disperze (fragmentace) makroskopických systémů nebo v procesu kondenzace atomů, iontů nebo molekul do agregátů (agregovaných částic) specifických velikostí. Základní metody se dělí na disperzní a kondenzační.

1. Disperzní metody: mechanické mletí (mletí), elektrická disperze, ultrazvuková atomizace, tepelná atomizace, koloidní rozpouštění, peptizační proces. Fragmentace je práce proti soudržným silám.

Výběr metody závisí na stavu agregace dispergačního média a dispergované látky. V případě makromolekulárních látek stačí látku rozpustit ve vhodném rozpouštědle (např. polystyren v benzenu ). Pokud je disperzním médiem organická kapalina, mělo by se mletí provádět s přídavkem vyšších organických kyselin.

2. Při kondenzačních procesech se atomy, ionty nebo částice formují do agregátů větších velikostí. Kondenzace v roztocích je spojena s průběhem chemických reakcí nebo se specifickým fyzikálním jevem a jedná se zpravidla o metody spočívající ve snížení rozpustnosti, redukci, oxidaci, výměnných reakcích, polymeraci , hydrolýze. Při chemické reakci vznikají částice kovovou, iontovou nebo kovalentní vazbou a při fyzikálních procesech mezimolekulárními silami.

Příkladem je redukční reakce roztoků solí vzácných kovů, při které se získávají hydrosoly těchto kovů. Redukčními činidly mohou býtperoxid vodíku , formaldehyd, hydrazin a železité soli. Hydrazoly zlata, stříbra a platiny byly získány chemickou redukcí. Oddělené atomy kovů se spojují do shluků atomů s koloidní velikostí.

Koloidní dělení

1. Vezmeme-li v úvahu způsob, jakým přechází do koloidního stavu:
   1. asociativní – spontánně přecházející do koloidního stavu,
   2. disperze – vzniká nucenou fragmentací dispergované látky.
2. S přihlédnutím ke stavu věci:
   1. aerosoly – disperzním médiem je plyn; například: mlha, prach,
   2. soly, koloidní roztoky – disperzním prostředím je kapalina, např.: pěna, mléko,
   3. pyrosoly – disperzní prostředí je pevná látka; například pemza, fosforové perly.
3. S ohledem na morfologii:
   1. izometrický, kde jsou všechny tři rozměry (délka, šířka, výška) stejné; například: koule, kostky,
   2. anizometrické, kde se rozměry navzájem liší; například tyče, desky.
4. Vezmeme-li v úvahu afinitu koloidních částic k rozpouštědlu:
   1. lyofilní – mají vysokou afinitu k rozpouštědlu, vysokou trvanlivost,
   2. lyofobní – mají nízkou afinitu k rozpouštědlu.

Příklady koloidů

Emulze – koloidní systémy, ve kterých je disperzní prostředí i dispergovaná látka v kapalném stavu. Kapaliny se navzájem nemísí, ale jedna je rozptýlena ve druhé ve formě drobných kapiček. Typicky je voda jedna fáze a druhá je takzvaná olejová fáze. S ohledem na strukturu a objemové poměry fází lze emulze rozdělit na systém voda v oleji v/o, kde disperzní fází je olej a dispergovanou fází voda a obdobně olej ve vodě. o/w. Aerosoly se získávají dispergováním pevné látky (dým) nebo kapaliny (mlha) v plynu. Kouř je výsledkem fragmentace pevných látek v plynu, také jako výsledek chemické reakce, např. NH ₃ + HCl -> NH ₄ Cl. Mlhy jsou výsledkem kondenzace kapalin v přesycených parách. Příklad velikosti částic 10 – 1000 Å (Angstrom), např. tabákový kouř 2 – 10 Å, kapky v oblacích 40 – 100 Å. Pěny se získávají rozptýlením plynné látky v kapalině. Částice plynu jsou odděleny tenkými vrstvami kapaliny, které tvoří pěnovou kostru. Trvanlivost závisí na vyztužení membrán oddělujících částice plynu tenkými vrstvami povrchově aktivních látek . V procesu obohacování rudy – flotace má velký význam tvorba pěn, velikost rozptýlených částic plynu a jejich trvanlivost. Povrchově aktivní látky přidávané do vodní suspenze jemně mleté rudy tvoří s vháněným vzduchem jemné částice pěny, které selektivně interagují s rudou a oddělují ji od hlušiny (odpadní horniny).