Caratteristiche dello stato colloidale

L’area superficiale delle fasi di contatto può essere macroscopica. Lo spessore della superficie interfacciale è di circa 0,5-2 nm, quindi la particella colloidale deve essere almeno il doppio dello spessore dello strato superficiale. Quindi, il limite inferiore della dimensione di una particella colloidale è 1 nm, il limite superiore è 100 nm. Le particelle colloidali possono essere tridimensionali se tutte le dimensioni sono dell’ordine della finezza colloidale, bidimensionali (lamellari) dove due dimensioni sono di questo ordine, o unidimensionali (filiformi) quando una dimensione è di finezza colloidale.

Sistema di dispersione

È un sistema contenente un mezzo disperdente e una sostanza dispersa. Possiamo dividerlo in diversi tipi:

1. se la sostanza dispersa è un insieme di particelle della stessa dimensione – è monodispersa,
2. quando le particelle della sostanza dispersa hanno dimensioni diverse – è polidisperso,
3. le particelle della sostanza dispersa hanno la stessa forma (es. bastoncelli, palline, lamelle) – monomorfe,
4. se le particelle della sostanza dispersa hanno forme diverse – multiforme.

Sistemi colloidali

La fase dispersa (dispersione) è presente in quantità ridotta rispetto alla quantità della seconda fase, che costituisce il mezzo di dispersione continuo. La fase continua (es. solvente) è detta mezzo di dispersione. La fase dispersa è formata dal secondo componente. Le particelle colloidali sono contenute tra sistemi a frammentazione molecolare (es. soluzioni) oa frammentazione meccanica (sospensioni). Sia la fase dispersa che quella disperdente possono esistere in qualsiasi stato di aggregazione. Una delle condizioni fondamentali per la stabilizzazione della maggior parte dei sistemi colloidali è la carica elettrica delle particelle della fase dispersa. Sulla superficie di ogni particella è presente un cosiddetto strato elettrico, ovvero:

• lo strato stazionario costituito da ioni e dipoli fortemente adsorbiti, direttamente sulla superficie della particella colloidale,
• lo strato di diffusione in cui ioni e dipoli sono disposti in un certo modo, ma si trovano a una certa distanza dalla superficie delle particelle, sono meno legati ad essa e possono cambiare posizione.

Come risultato di tale disposizione di ioni e dipoli, si crea una differenza di potenziale all’interfaccia tra la particella colloidale e il mezzo di dispersione. La neutralizzazione delle cariche elettriche dei colloidi porta spesso alla distruzione dello stato colloidale mediante la separazione della fase dispersa sotto forma di ammassi più grandi, che si chiama coagulazione.

Ottenere colloidi

Molte sostanze possono essere convertite in uno stato di frammentazione colloidale utilizzando un mezzo di dispersione, una temperatura e una tecnica di lavoro appropriati. Può essere ottenuto nel processo di dispersione (frammentazione) di sistemi macroscopici o nel processo di condensazione di atomi, ioni o molecole in aggregati (particelle aggregate) di dimensioni specifiche. I metodi di base sono divisi in metodi di dispersione e condensazione.

1. Metodi di dispersione: macinazione meccanica (macinazione), dispersione elettrica, atomizzazione ultrasonica, atomizzazione termica, dissoluzione colloidale, processo di peptizzazione. La frammentazione è un lavoro contro le forze coesive.

La scelta del metodo dipende dallo stato di aggregazione del mezzo disperdente e della sostanza dispersa. Nel caso di sostanze macromolecolari è sufficiente sciogliere la sostanza in un opportuno solvente (es. polistirene in benzene ). Se il mezzo di dispersione è un liquido organico, la macinazione deve essere effettuata con l’aggiunta di acidi organici superiori.

2. Nei processi di condensazione, atomi, ioni o particelle si formano in aggregati di dimensioni maggiori. La condensazione in soluzioni è associata al corso di reazioni chimiche oa un fenomeno fisico specifico, e questi sono solitamente metodi che consistono nel ridurre la solubilità, la riduzione, l’ossidazione, le reazioni di scambio, la polimerizzazione , l’idrolisi. In una reazione chimica, le particelle sono formate da legami metallici, ionici o covalenti e, nei processi fisici, da forze intermolecolari.

Un esempio è la reazione di riduzione di soluzioni di sali di metalli nobili, in cui si ottengono idrosol di questi metalli. Gli agenti riducenti possono essereperossido di idrogeno , formaldeide, idrazina e sali ferrici. Gli idrazoli di oro, argento e platino sono stati ottenuti mediante riduzione chimica. Gli atomi di metallo separati si combinano in gruppi di atomi con dimensioni colloidali.

Divisione colloidale

1. Prendendo in considerazione il modo in cui entra in uno stato colloidale:
   1. associativo – che si trasforma spontaneamente in uno stato colloidale,
   2. dispersione – creata dalla frammentazione forzata della sostanza dispersa.
2. Considerando lo stato delle cose:
   1. aerosol : il mezzo disperdente è il gas; ad esempio: nebbia, polvere,
   2. sol, soluzioni colloidali – il mezzo di dispersione è un liquido, ad esempio: schiuma, latte,
   3. pirosoli: il mezzo disperdente è un solido; per esempio pomice, perle di fosforo.
3. Considerando la morfologia:
   1. isometrico, dove tutte e tre le dimensioni (lunghezza, larghezza, altezza) sono uguali; ad esempio: palline, cubi,
   2. anisometrico, dove le dimensioni differiscono l’una dall’altra; ad esempio, aste, piastre.
4. Prendendo in considerazione l’affinità delle particelle colloidali al solvente:
   1. liofilo: hanno un’elevata affinità con il solvente, elevata durabilità,
   2. liofobo: hanno una bassa affinità con il solvente.

Esempi di colloidi

Emulsioni: sistemi colloidali in cui sia il mezzo di dispersione che la sostanza dispersa sono allo stato liquido. I liquidi non si mescolano tra loro, ma uno si disperde nell’altro sotto forma di minuscole goccioline. Tipicamente, l’acqua è una fase e l’altra è la cosiddetta fase oleosa. Tenendo conto della struttura e dei rapporti di volume delle fasi, le emulsioni possono essere suddivise in un sistema acqua-in-olio w/o, dove la fase disperdente è olio, e la fase dispersa è acqua e, analogamente, olio-in-acqua o/w. Gli aerosol si ottengono disperdendo un solido (fumo) o un liquido (nebbia) in un gas. Il fumo è il risultato della frammentazione di solidi in gas, anche a seguito di una reazione chimica, ad esempio NH ₃ + HCl -> NH ₄ Cl. Le nebbie sono il risultato della condensazione di liquidi in vapori sovrasaturi. Esempi di dimensioni delle particelle 10 – 1000 Å (Angstrom), ad es. fumo di tabacco 2 – 10 Å, gocce nelle nuvole 40 – 100 Å. Le schiume si ottengono disperdendo una sostanza gassosa in un liquido. Le particelle di gas sono separate da sottili strati di liquido, che formano lo scheletro di schiuma. La durabilità dipende dal rinforzo delle membrane che separano le particelle di gas con sottili film di tensioattivi . La formazione di schiume, la dimensione delle particelle di gas disperse e la loro durata sono di grande importanza nel processo di arricchimento del minerale – flottazione . I tensioattivi aggiunti alla sospensione acquosa del minerale finemente macinato formano con l’aria iniettata fini particelle di schiuma che, interagendo selettivamente con il minerale, lo separano dalla ganga (roccia di scarto).