Colloïdale systemen

Classificatie van colloïden

Er zijn verschillende classificaties van colloïdale systemen, namelijk:

1. door de fysieke toestand van het verspreidingsmedium,
2. door het type continue fase,
3. door de affiniteit van het colloïde met de gedispergeerde fase,
4. door de structuur van het colloïde,
5. door de reversibiliteit van de coagulatie.

Classificatie van colloïden door de fysische toestand van het dispersiemedium

Tabel 1 Classificatie van colloïden volgens de fysische toestand van het dispersiemedium. Bovendien kunnen vloeibare continue fasen ook naar hun aard worden geclassificeerd. Een colloïdaal systeem met water als dispersiemedium wordt een hydrosol genoemd. Als het dispersiemedium een organische vloeistof is, wordt het colloïdale systeem een organosol genoemd. Dit houdt ook rechtstreeks verband met de classificatie van colloïden op basis van de affiniteit van het oplosmiddel:

1. Lyofiele colloïden zijn dergelijke colloïden die worden gekenmerkt door affiniteit met het oplosmiddel. Ze zijn er sterk in gesolvateerd (of gehydrateerd in water), ze zijn stabiel en minder gevoelig voor stollingsfactoren van welk type dan ook.
2. Aan de andere kant vertonen lyofobe colloïden geen affiniteit met de continue fase. Daarom ondergaan ze geen of slechts beperkte solvatatie.

Waar de continue fase water is, worden dergelijke lyofobe colloïden hydrofoob genoemd. Ze ondergaan geen hydratatie, maar ionen uit de oplossing adsorberen op hun oppervlak. In polaire oplosmiddelen zijn ze niet stabiel zonder emulgator. Voorbeelden van dergelijke systemen zijn melk of mayonaise. Hydrofiele colloïden, waarin hydrofiele groepen van macromoleculen deze moleculen in water gesuspendeerd houden, omvatten eiwitten, gelatine of gelei.

Classificatie door colloïde structuur

1. Moleculaire colloïden , ook wel eucolloïden genoemd, worden gevormd door de moleculen van verbindingen (eiwitten, rubber, zetmeel) die in de continue fase zijn gedispergeerd. Oplosmiddelmoleculen kunnen macromoleculen binnendringen, waardoor het grensvlak onduidelijk wordt. Dit zijn colloïden die niet noodzakelijkerwijs een elektrische lading hebben.
2. Fasecolloïden , die worden gevormd wanneer rond de moleculen van sommige chemische verbindingen, zoals AgCl, Fe(OH) ₃ , een bepaald aantal atomen of moleculen wordt verzameld, waardoor aggregaten worden geproduceerd van dezelfde grootte als de colloïdale moleculen die een afzonderlijke fase vormen. Dergelijke colloïden hebben een elektrische lading op hun oppervlak; ze omvatten sols van goud, zilver of metaaloxiden.
3. Associatiecolloïden (micellen genoemd) zijn opgebouwd uit geassocieerde moleculen die een groter deeltje vormen, zoals in het geval van natriumdodecylsulfaat (SDS).

Classificatie van colloïden door de reversibiliteit van de coagulatie

Coagulatie is een proces waarbij individuele deeltjes van de gedispergeerde substantie samenkomen om grotere clusters te vormen die aggregaten worden genoemd. Vervolgens slaan ze neer uit het systeem in de vorm van een sediment. Daarom vernietigt coagulatie het colloïdale systeem door de gedispergeerde fase te scheiden in de vorm van grote clusters van sediment of druppels vloeistof. Op basis van het feit of dat proces omkeerbaar is, classificeren we colloïden in die waarbij de coagulatie is:

1. onomkeerbaar , waarbij de sol zijn oorspronkelijke staat niet kan herstellen als hij eenmaal is omgezet in een coagulaat. Dit is het resultaat van de neutralisatie van de elektrische lading aan het oppervlak. Een voorbeeld van een dergelijk proces is de door temperatuur geïnduceerde denaturatie van eiwitcolloïden, die hun secundaire, tertiaire en quaternaire structuren vernietigen.
2. omkeerbaar , waarbij colloïden omgezet in een coagulaat kunnen worden onderworpen aan peptisatie, waardoor ze weer worden omgezet in een sol. In dergelijke gevallen is de coagulatie het gevolg van het verwijderen van de solvatatieschil die het colloïde omringt. Een voorbeeld van zo’n proces kan de coagulatie van het kippenei-wit zijn, dat na toevoeging van natriumchloride en verdunning in water kan terugkeren naar de vorm van sol.

Factoren die de stabiliteit van een colloïde beïnvloeden

1. Grootte van het verspreide deeltje: kleinere deeltjes vertonen normaal gesproken een hogere stabiliteit.
2. De aanwezigheid van een oppervlakte-elektrische lading.
3. De aanwezigheid van solvatatieschil (voor hydrofiele colloïden).

Kinetische eigenschappen van colloïdale systemen

1. Brownse bewegingen , die chaotische bewegingen zijn van de gedispergeerde fasemoleculen in een vloeibare of gasvormige continue fase. Ze worden veroorzaakt door de botsingen van colloïdemoleculen met het dispersiemedium.
2. Diffusie , wat een kenmerk is van colloïdemoleculen die van een gebied met een hogere concentratie naar een gebied met een lagere concentratie gaan. De snelheid van dat proces is laag, omdat de deeltjes groot zijn.
3. Sedimentatie , het effect van de zwaartekracht op de colloïdemoleculen, waardoor ze naar de bodem van het vat vallen. Dit proces verloopt langzaam en kan worden gebruikt voor het bepalen van de moleculaire massa van macromoleculen.

Optische eigenschappen van colloïden

In tegenstelling tot echte oplossingen zijn deeltjes in vloeibare colloïdale systemen groot genoeg om zichtbaar licht te verstrooien. Dit gebeurt wanneer de brekingsindices van het medium en van de gedispergeerde fase verschillend zijn. De belangrijkste factoren voor verstrooiing zijn diffractie en reflectie. De verstrooiing vindt gelijkmatig in elke richting plaats.

Elektrische eigenschappen van colloïden

1. Elektrokinetische potentiaal , die voortkomt uit het verschil in potentiaal tussen de stationaire diffusielaag van de gedispergeerde fasedeeltjes en de gedispergeerde fase. Het is het potentieel aan het oppervlak van verspreide deeltjes en heeft een grote invloed op de stabiliteit van colloïdale systemen.
2. Elektroforese , of eigenlijk "elektroforetische mobiliteit", is een ander kenmerk van colloïden. Het wordt beïnvloed door factoren als de vorm en grootte van het molecuul, de pH-waarde, de toegepaste elektrische veldsterkte of temperatuur.
3. Elektro-osmose verwijst naar een andere mogelijke beweging van de vloeibare fase van een colloïdaal systeem in een unitair elektrisch veld. De snelheid is recht evenredig met de elektrokinetische potentiaal en omgekeerd evenredig met de viscositeit van het systeem.
4. Stromingspotentiaal , dat wordt veroorzaakt door een mechanisch geïnduceerde stroming van een vloeistof door een systeem van capillaire buizen of een membraan. Dit brengt een verschil in mogelijkheden met zich mee.
5. Sedimentatiepotentieel , dat wordt veroorzaakt door de beweging van geladen colloïdale deeltjes ten opzichte van het verspreidingsmedium, bijvoorbeeld onder invloed van zwaartekracht.