Kenmerken van de colloïdale toestand

Het oppervlak van de contactfasen kan macroscopisch zijn. De dikte van het grensvlakoppervlak is ongeveer 0,5-2 nm, daarom moet het colloïdale deeltje minstens twee keer zo dik zijn als de oppervlaktelaag. De ondergrens van de grootte van een colloïdaal deeltje is dus 1 nm, de bovengrens 100 nm. Colloïdale deeltjes kunnen driedimensionaal zijn als alle dimensies in de orde van colloïdale fijnheid zijn, tweedimensionaal (lamellair) wanneer twee dimensies van deze orde zijn, of eendimensionaal (draadachtig) wanneer één dimensie van colloïdale fijnheid is.

Dispersie systeem

Het is een systeem dat een dispergerend medium en een gedispergeerde substantie bevat. We kunnen het onderverdelen in verschillende soorten:

1. als de verspreide stof een reeks deeltjes van dezelfde grootte is – het is monodispers,
2. wanneer de deeltjes van de verspreide substantie verschillende groottes hebben – het is polydispers,
3. de deeltjes van de verspreide stof hebben dezelfde vorm (bijv. staafjes, balletjes, lamellen) – monomorf,
4. als de deeltjes van de verspreide substantie verschillende vormen hebben – veelvormig.

Colloïde systemen

De gedispergeerde (dispersie)fase is aanwezig in een kleine hoeveelheid in vergelijking met de hoeveelheid van de tweede fase, die het continue dispersiemedium vormt. De continue fase (bijv. oplosmiddel) wordt het dispersiemedium genoemd. De gedispergeerde fase wordt gevormd door de tweede component. Colloïdale deeltjes bevinden zich tussen systemen met moleculaire fragmentatie (bijv. oplossingen) of mechanische fragmentatie (suspensies). Zowel de gedispergeerde als de dispergerende fase kunnen in elke aggregatietoestand voorkomen. Een van de basisvoorwaarden voor de stabilisatie van de meeste colloïdale systemen is de elektrische lading van de deeltjes van de gedispergeerde fase. Op het oppervlak van elk deeltje bevindt zich een zogenaamde elektrische laag, dat wil zeggen:

• de stationaire laag gemaakt van sterk geadsorbeerde ionen en dipolen, direct op het oppervlak van het colloïdale deeltje,
• de diffusielaag waarin ionen en dipolen op een bepaalde manier zijn gerangschikt, maar zich op een bepaalde afstand van het oppervlak van de deeltjes bevinden, zijn er minder aan gebonden en kunnen van positie veranderen.

Als gevolg van een dergelijke rangschikking van ionen en dipolen ontstaat er een potentiaalverschil op het grensvlak tussen het colloïdale deeltje en het dispersiemedium. De neutralisatie van de elektrische ladingen van de colloïden leidt vaak tot de vernietiging van de colloïdetoestand door de scheiding van de gedispergeerde fase in de vorm van grotere clusters, wat coagulatie wordt genoemd.

Colloïden verkrijgen

Veel stoffen kunnen worden omgezet in een staat van colloïdale fragmentatie door een geschikt verspreidingsmedium, temperatuur en werktechniek te gebruiken. Het kan worden verkregen in het proces van dispersie (fragmentatie) van macroscopische systemen of in het proces van condensatie van atomen, ionen of moleculen tot aggregaten (geaggregeerde deeltjes) van specifieke afmetingen. De basismethoden zijn onderverdeeld in dispersie- en condensatiemethoden.

1. Dispersiemethoden: mechanisch malen (slijpen), elektrische dispersie, ultrasone verstuiving, thermische verstuiving, colloïdale oplossing, peptisatieproces. Fragmentatie is een werk tegen samenhangende krachten.

De keuze van de methode hangt af van de aggregatietoestand van het dispergeermedium en de gedispergeerde stof. Bij macromoleculaire stoffen volstaat het om de stof op te lossen in een geschikt oplosmiddel (bijvoorbeeld polystyreen in benzeen ). Als het dispersiemedium een organische vloeistof is, moet het malen worden uitgevoerd met toevoeging van hogere organische zuren.

2. Bij condensatieprocessen worden atomen, ionen of deeltjes gevormd tot grotere aggregaten. Condensatie in oplossingen wordt geassocieerd met het verloop van chemische reacties of met een specifiek fysisch fenomeen, en dit zijn meestal methoden die bestaan uit het verminderen van de oplosbaarheid, reductie, oxidatie, uitwisselingsreacties, polymerisatie , hydrolyse. Bij een chemische reactie worden deeltjes gevormd door metallische, ionische of covalente binding, en bij fysische processen door intermoleculaire krachten.

Een voorbeeld is de reductiereactie van oplossingen van edelmetaalzouten, waarbij hydrosolen van deze metalen worden verkregen. Reductiemiddelen kunnenwaterstofperoxide , formaldehyde, hydrazine en ijzer(III)zouten zijn. De hydrazolen van goud, zilver en platina werden verkregen door chemische reductie. Gescheiden metaalatomen combineren zich tot clusters van atomen met colloïdale afmetingen.

Colloïde deling

1. Rekening houdend met de manier waarop het in een colloïdale toestand gaat:
   1. associatief – spontaan transformerend in een colloïdale toestand,
   2. dispersie – gecreëerd door geforceerde fragmentatie van de verspreide substantie.
2. Rekening houdend met de stand van zaken:
   1. aërosolen – het verspreidende medium is gas; bijvoorbeeld: mist, stof,
   2. sols, colloïdale oplossingen – het dispersiemedium is een vloeistof, bijvoorbeeld: schuim, melk,
   3. pyrosolen – het dispergeermedium is een vaste stof; bijvoorbeeld puimsteen, fosforparels.
3. Rekening houdend met de morfologie:
   1. isometrisch, waarbij alle drie de dimensies (lengte, breedte, hoogte) gelijk zijn; bijvoorbeeld: ballen, blokjes,
   2. anisometrisch, waarbij de afmetingen van elkaar verschillen; bijvoorbeeld staven, platen.
4. Rekening houdend met de affiniteit van de colloïdale deeltjes voor het oplosmiddel:
   1. lyofiel – hebben een hoge affiniteit met het oplosmiddel, hoge duurzaamheid,
   2. lyofoob – hebben een lage affiniteit voor het oplosmiddel.

Voorbeelden van colloïden

Emulsies – colloïdale systemen waarin zowel het dispersiemedium als de gedispergeerde substantie in vloeibare toestand zijn. De vloeistoffen vermengen zich niet met elkaar, maar de ene wordt in de andere gedispergeerd in de vorm van kleine druppeltjes. Meestal is water de ene fase en de andere de zogenaamde oliefase. Rekening houdend met de structuur en volumeverhoudingen van de fasen, kunnen emulsies worden onderverdeeld in een water-in-olie w/o-systeem, waarbij de dispergerende fase olie is en de gedispergeerde fase water en, analoog, olie-in-water. o/w. Aerosolen worden verkregen door een vaste stof (rook) of vloeistof (nevel) in een gas te verspreiden. Rook is het resultaat van fragmentatie van vaste stoffen in gas, ook als gevolg van een chemische reactie, bijv. NH ₃ + HCl -> NH ₄ Cl. Nevels zijn het resultaat van de condensatie van vloeistoffen in oververzadigde dampen. Voorbeeld deeltjesgrootte 10 – 1000 Å (Angstrom), bijv. tabaksrook 2 – 10 Å, druppels in wolken 40 – 100 Å. Schuimen worden verkregen door een gasvormige substantie in een vloeistof te dispergeren. De gasdeeltjes worden gescheiden door dunne vloeistoflagen, die het schuimskelet vormen. Duurzaamheid hangt af van de versterking van de membranen die de gasdeeltjes scheiden met dunne films van oppervlakte- actieve stoffen . De vorming van schuimen, de grootte van verspreide gasdeeltjes en hun duurzaamheid zijn van groot belang in het ertsverrijkingsproces – flotatie . Oppervlakteactieve stoffen die aan de watersuspensie van fijngemalen erts worden toegevoegd, vormen fijne schuimdeeltjes met de geïnjecteerde lucht, die door selectieve interactie met het erts het scheiden van het ganggesteente (afvalgesteente).