Charakteristika koloidného stavu

Povrch kontaktných fáz môže byť makroskopický. Hrúbka medzifaciálneho povrchu je asi 0,5-2 nm, preto musí mať koloidná častica aspoň dvojnásobok hrúbky povrchovej vrstvy. Spodná hranica veľkosti koloidnej častice je teda 1 nm, horná hranica je 100 nm. Koloidné častice môžu byť trojrozmerné, ak sú všetky rozmery rádu koloidnej jemnosti, dvojrozmerné (lamelárne), kde sú dva rozmery tohto rádu, alebo jednorozmerné (vláknité), keď je jeden rozmer koloidnej jemnosti.

Disperzný systém

Je to systém obsahujúci disperzné médium a dispergovanú látku. Môžeme ho rozdeliť do niekoľkých typov:

1. ak je dispergovaná látka súborom častíc rovnakej veľkosti – je monodisperzná,
2. keď častice dispergovanej látky majú rôznu veľkosť – je polydisperzná,
3. častice dispergovanej látky majú rovnaký tvar (napr. tyčinky, guľôčky, lamely) – monomorfné,
4. ak častice dispergovanej látky majú rôzne tvary – mnohotvaré.

Koloidné systémy

Dispergovaná (disperzná) fáza je prítomná v malom množstve v porovnaní s množstvom druhej fázy, ktorá tvorí spojité disperzné médium. Kontinuálna fáza (napr. rozpúšťadlo) sa nazýva disperzné médium. Dispergovaná fáza je tvorená druhou zložkou. Koloidné častice sú obsiahnuté medzi systémami s molekulárnou fragmentáciou (napr. roztoky) alebo mechanickou fragmentáciou (suspenzie). Dispergovaná aj dispergujúca fáza môžu existovať v akomkoľvek stave agregácie. Jednou zo základných podmienok stabilizácie väčšiny koloidných systémov je elektrický náboj častíc dispergovanej fázy. Na povrchu každej častice je takzvaná elektrická vrstva, tj:

• stacionárna vrstva vytvorená zo silne adsorbovaných iónov a dipólov priamo na povrchu koloidnej častice,
• difúzna vrstva, v ktorej sú ióny a dipóly určitým spôsobom usporiadané, ale nachádzajú sa v určitej vzdialenosti od povrchu častíc, sú na ňu menej viazané a môžu meniť svoju polohu.

V dôsledku takéhoto usporiadania iónov a dipólov vzniká na rozhraní medzi koloidnou časticou a disperzným prostredím potenciálny rozdiel. Neutralizácia elektrických nábojov koloidov často vedie k deštrukcii koloidného stavu oddelením dispergovanej fázy vo forme väčších zhlukov, čo sa nazýva koagulácia.

Získanie koloidov

Mnohé látky možno previesť do stavu koloidnej fragmentácie použitím vhodného disperzného média, teploty a pracovnej techniky. Môže sa získať v procese disperzie (fragmentácie) makroskopických systémov alebo v procese kondenzácie atómov, iónov alebo molekúl do agregátov (agregovaných častíc) špecifických veľkostí. Základné metódy sa delia na disperzné a kondenzačné.

1. Disperzné metódy: mechanické mletie (mletie), elektrická disperzia, ultrazvuková atomizácia, tepelná atomizácia, koloidné rozpúšťanie, peptizačný proces. Fragmentácia je práca proti súdržným silám.

Výber metódy závisí od stavu agregácie dispergačného média a dispergovanej látky. V prípade makromolekulových látok stačí látku rozpustiť vo vhodnom rozpúšťadle (napr. polystyrén v benzéne ). Ak je disperzným médiom organická kvapalina, mletie by sa malo uskutočniť s prídavkom vyšších organických kyselín.

2. Pri kondenzačných procesoch sa atómy, ióny alebo častice formujú do agregátov väčších rozmerov. Kondenzácia v roztokoch je spojená s priebehom chemických reakcií alebo so špecifickým fyzikálnym javom, pričom ide zvyčajne o metódy spočívajúce v znižovaní rozpustnosti, redukcii, oxidácii, výmenných reakciách, polymerizácii , hydrolýze. Pri chemickej reakcii vznikajú častice kovovou, iónovou alebo kovalentnou väzbou a pri fyzikálnych procesoch medzimolekulovými silami.

Príkladom je redukčná reakcia roztokov solí ušľachtilých kovov, pri ktorej sa získajú hydrosóly týchto kovov. Redukčnými činidlami môžu byťperoxid vodíka , formaldehyd, hydrazín a železité soli. Hydrazoly zlata, striebra a platiny sa získali chemickou redukciou. Oddelené atómy kovov sa spájajú do zhlukov atómov s koloidnou veľkosťou.

Koloidné delenie

1. Berúc do úvahy spôsob, akým prechádza do koloidného stavu:
   1. asociatívne – spontánne sa premieňajú na koloidný stav,
   2. disperzia – vzniká nútenou fragmentáciou dispergovanej látky.
2. Berúc do úvahy stav veci:
   1. aerosóly – disperzným médiom je plyn; napríklad: hmla, prach,
   2. sóly, koloidné roztoky – disperzným prostredím je kvapalina, napr.: pena, mlieko,
   3. pyrosóly – disperzným prostredím je pevná látka; napríklad pemza, fosforové perly.
3. Berúc do úvahy morfológiu:
   1. izometrické, kde sú všetky tri rozmery (dĺžka, šírka, výška) rovnaké; napríklad: gule, kocky,
   2. anizometrické, kde sa rozmery navzájom líšia; napríklad tyče, taniere.
4. Berúc do úvahy afinitu koloidných častíc k rozpúšťadlu:
   1. lyofilné – majú vysokú afinitu k rozpúšťadlu, vysokú trvanlivosť,
   2. lyofóbne – majú nízku afinitu k rozpúšťadlu.

Príklady koloidov

Emulzie – koloidné systémy, v ktorých sú disperzné médium aj dispergovaná látka v kvapalnom stave. Kvapaliny sa navzájom nemiešajú, ale jedna je rozptýlená v druhej vo forme drobných kvapôčok. Typicky je voda jedna fáza a druhá je takzvaná olejová fáza. Vzhľadom na štruktúru a objemové pomery fáz možno emulzie rozdeliť na systém voda v oleji v/o, kde disperznou fázou je olej a dispergovanou fázou je voda a analogicky olej vo vode. o/w. Aerosóly sa získavajú dispergovaním tuhej látky (dym) alebo kvapaliny (hmly) v plyne. Dym je výsledkom fragmentácie pevných látok v plyne, tiež ako výsledok chemickej reakcie, napr. NH ₃ + HCl -> NH ₄ Cl. Hmly sú výsledkom kondenzácie kvapalín v presýtených parách. Príklad veľkosti častíc 10 – 1000 Å (Angstrom), napr. tabakový dym 2 – 10 Å, kvapky v oblakoch 40 – 100 Å. Peny sa získavajú dispergovaním plynnej látky v kvapaline. Častice plynu sú oddelené tenkými vrstvami kvapaliny, ktoré tvoria penovú kostru. Trvanlivosť závisí od vystuženia membrán oddeľujúcich častice plynu tenkými filmami povrchovo aktívnych látok . V procese obohacovania rudy – flotácii má veľký význam tvorba pien, veľkosť rozptýlených častíc plynu a ich trvanlivosť. Surfaktanty pridávané do vodnej suspenzie jemne mletej rudy vytvárajú so vstrekovaným vzduchom jemné častice peny, ktoré selektívne interagujú s rudou a oddeľujú ju od hlušiny (odpadu).