ระบบคอลลอยด์เป็นสารผสมที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันทั้งจากมุมมองทางกายภาพและทางเคมี พวกมันมีลักษณะเฉพาะของการกระจายตัวของเฟสในระดับหนึ่ง และจำเป็นอย่างยิ่งที่เฟสใดเฟสหนึ่งจะกระจายไปยังอีกเฟสหนึ่ง เฟสที่กระจายมีอยู่ในปริมาณที่น้อยมากเมื่อเทียบกับเฟสอื่น ซึ่งประกอบขึ้นเป็นสื่อกระจายที่ต่อเนื่อง ทั้งสองเฟสสามารถอยู่ในสถานะของสสารใดก็ได้ ระบบสามารถกำหนดเป็นคอลลอยด์ได้หากขนาดของเฟสที่กระจายอยู่ในช่วงตั้งแต่ 1 ถึง 100 นาโนเมตร ระบบคอลลอยด์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางอนุภาคสม่ำเสมอเรียกว่าระบบโมโนดิสเพอร์ส อย่างไรก็ตาม ระบบส่วนใหญ่ที่พบในธรรมชาติเป็นแบบโพลีดิสเพอร์ส ซึ่งหมายความว่าอนุภาคของพวกมันมีเส้นผ่านศูนย์กลางต่างๆ กัน
การจำแนกประเภทของคอลลอยด์
ระบบคอลลอยด์มีหลายประเภท ได้แก่ :
- โดยสถานะทางกายภาพของตัวกลางกระจาย
- ตามประเภทของเฟสต่อเนื่อง
- โดยความสัมพันธ์ของคอลลอยด์กับเฟสที่กระจัดกระจาย
- โดยโครงสร้างของคอลลอยด์
- โดยการย้อนกลับของการแข็งตัว
การจำแนกประเภทของคอลลอยด์ตามสถานะทางกายภาพของตัวกลางกระจาย
| สื่อกระจายตัว | เฟสกระจาย | ชื่อ | ตัวอย่าง |
| แข็ง | แข็ง | โซลที่เป็นของแข็ง | โลหะผสม (เหล็ก) |
| แข็ง | ของเหลว | อิมัลชันที่เป็นของแข็ง | เนย |
| แข็ง | แก๊ส | โฟมแข็ง | โฟม |
| ของเหลว | แข็ง | โซลเจล | โคลน |
| ของเหลว | ของเหลว | อิมัลชัน | น้ำนม |
| ของเหลว | แก๊ส | โฟม | วิปครีม |
| แก๊ส | ของเหลว | ละอองของเหลว | ฝุ่น |
| แก๊ส | แข็ง | ละอองลอยที่เป็นของแข็ง | หมอกควัน |
ตารางที่ 1 การจำแนกประเภทของคอลลอยด์ตามสถานะทางกายภาพของตัวกลางกระจาย นอกจากนี้ เฟสต่อเนื่องของของเหลวยังสามารถจำแนกตามลักษณะของมันได้อีกด้วย ระบบคอลลอยด์ที่มีน้ำเป็นตัวกลางในการกระจายเรียกว่าไฮโดรซอล ถ้าตัวกลางในการกระจายตัวเป็นของเหลวอินทรีย์ ระบบคอลลอยด์จะเรียกว่าออร์กาโนซอล นอกจากนี้ยังเกี่ยวข้องโดยตรงกับ การจำแนกประเภทของคอลลอยด์ตามความสัมพันธ์ของตัวทำละลาย:
- คอลลอยด์ไลโอฟิลิก เป็นคอลลอยด์ที่มีลักษณะเฉพาะโดยความสัมพันธ์กับตัวทำละลาย พวกมันถูกละลายอย่างมาก (หรือไฮเดรตในน้ำ) พวกมันมีความเสถียรและไม่ไวต่อปัจจัยการแข็งตัวของเลือดทุกประเภท
- ในทางกลับกัน คอลลอยด์ lyophobic ไม่แสดงความสัมพันธ์กับเฟสต่อเนื่อง นี่คือสาเหตุที่พวกเขาไม่ได้รับการแก้ปัญหาหรือมีเพียงการแก้ที่จำกัดเท่านั้น
เมื่อเฟสต่อเนื่องเป็นน้ำ คอลลอยด์ที่ไม่ชอบน้ำดังกล่าวจะเรียกว่าไม่ชอบน้ำ พวกมันไม่ได้รับความชุ่มชื้น แต่ไอออนจากสารละลายจะดูดซับบนพื้นผิวของมัน ในตัวทำละลายที่มีขั้ว พวกมันจะไม่เสถียรหากไม่มีอิมัลซิไฟเออร์ ตัวอย่างของระบบดังกล่าว ได้แก่ นมหรือมายองเนส คอลลอยด์ที่ชอบน้ำ ซึ่งกลุ่มโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ชอบน้ำจะรักษาโมเลกุลเหล่านี้ที่แขวนลอยอยู่ในน้ำ รวมถึงโปรตีน เจลาติน หรือเยลลี่
การจำแนกตามโครงสร้างคอลลอยด์
- โมเลกุลคอลลอยด์ หรือที่เรียกว่า ยูคอลลอยด์ เกิดจากโมเลกุลของสารประกอบ (โปรตีน ยาง แป้ง) ที่กระจายตัวในเฟสต่อเนื่อง โมเลกุลของตัวทำละลายสามารถทะลุทะลวงโมเลกุลขนาดใหญ่ได้ ซึ่งทำให้อินเทอร์เฟซไม่ชัดเจน เหล่านี้เป็นคอลลอยด์ที่ไม่จำเป็นต้องมีประจุไฟฟ้า
- เฟสคอลลอยด์ ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อรอบโมเลกุลของสารประกอบทางเคมีบางชนิด เช่น AgCl, Fe(OH) 3 รวบรวมอะตอมหรือโมเลกุลจำนวนหนึ่ง ทำให้เกิดมวลรวมที่มีขนาดเท่ากับโมเลกุลคอลลอยด์ซึ่งก่อตัวเป็นเฟสแยกกัน คอลลอยด์ดังกล่าวมีประจุไฟฟ้าบนพื้นผิว ซึ่งรวมถึงโซลของทอง เงิน หรือออกไซด์ของโลหะ
- คอลลอยด์ที่เชื่อมโยงกัน (เรียกว่าไมเซลล์) ถูกสร้างขึ้นจากโมเลกุลที่เกี่ยวข้องซึ่งก่อตัวเป็นอนุภาคที่ใหญ่กว่า เช่น ในกรณีของโซเดียมโดเดซิลซัลเฟต (SDS)
การจำแนกประเภทของคอลลอยด์โดยการย้อนกลับของการแข็งตัว
การแข็งตัวเป็นกระบวนการที่แต่ละอนุภาคของสารที่กระจายตัวรวมกันเพื่อสร้างกลุ่มที่ใหญ่ขึ้นเรียกว่ามวลรวม จากนั้นจะตกตะกอนออกจากระบบในรูปของตะกอน ดังนั้นการแข็งตัวจะทำลายระบบคอลลอยด์โดยการแยกเฟสที่กระจายออกไปในรูปของตะกอนกลุ่มใหญ่หรือหยดของเหลว ขึ้นอยู่กับว่ากระบวนการนั้นสามารถย้อนกลับได้หรือไม่ เราจำแนกคอลลอยด์ออกเป็นลักษณะที่การแข็งตัวคือ:
- ผันกลับไม่ได้ โดยที่โซลไม่สามารถคืนสภาพเดิมได้เมื่อเปลี่ยนเป็นการแข็งตัวแล้ว นี่เป็นผลจากการวางตัวเป็นกลางของประจุไฟฟ้าที่พื้นผิว ตัวอย่างของกระบวนการดังกล่าวคือการเสียสภาพธรรมชาติโดยอุณหภูมิของคอลลอยด์โปรตีน ซึ่งทำลายโครงสร้างทุติยภูมิ ตติยภูมิ และควอเทอร์นารีของพวกมัน
- ผันกลับได้ โดยที่คอลลอยด์ที่ถูกแปลงเป็นก้อนสามารถถูกทำให้เป็นเพปทิเซชันได้ ซึ่งจะเปลี่ยนกลับเป็นโซล ในกรณีเช่นนี้ การแข็งตัวเป็นผลมาจากการกำจัดเปลือกสารละลายที่ล้อมรอบคอลลอยด์ ตัวอย่างของกระบวนการดังกล่าวอาจเป็นการแข็งตัวของไข่ขาวของแม่ไก่ ซึ่งสามารถกลับคืนสู่รูปของโซลได้หลังจากเติมโซเดียมคลอไรด์ลงไปและเจือจางในน้ำ
ปัจจัยที่มีผลต่อความเสถียรของคอลลอยด์
- ขนาดของอนุภาคที่กระจายตัว: อนุภาคที่เล็กกว่าปกติจะแสดงความเสถียรสูงกว่า
- การปรากฏตัวของประจุไฟฟ้าที่พื้นผิว
- การปรากฏตัวของเปลือกการแก้ปัญหา (สำหรับคอลลอยด์ที่ชอบน้ำ)
คุณสมบัติทางจลศาสตร์ของระบบคอลลอยด์
- การเคลื่อนที่แบบบราวเนียน ซึ่งเป็นการเคลื่อนที่แบบไม่เป็นระเบียบของโมเลกุลเฟสที่กระจายตัวในเฟสต่อเนื่องของของเหลวหรือแก๊ส พวกมันเกิดจากการชนกันของโมเลกุลคอลลอยด์กับตัวกลางที่กระจายตัว
- การแพร่ ซึ่งเป็นลักษณะของโมเลกุลคอลลอยด์ที่เคลื่อนที่จากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูงกว่าไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำกว่า ความเร็วของกระบวนการนั้นต่ำ เนื่องจากอนุภาคมีขนาดใหญ่
- การตกตะกอน ซึ่งเป็นผลของแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อโมเลกุลของคอลลอยด์ ทำให้ตกตะกอนลงสู่ก้นภาชนะ กระบวนการนี้ดำเนินไปอย่างช้าๆ และสามารถใช้หามวลโมเลกุลของโมเลกุลขนาดใหญ่ได้
คุณสมบัติทางแสงของคอลลอยด์
อนุภาคในระบบคอลลอยด์ของเหลวนั้นต่างจากสารละลายจริงตรงที่มันมีขนาดใหญ่พอที่จะกระจายแสงที่มองเห็นได้ สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อดัชนีการหักเหของแสงของตัวกลางและเฟสที่กระจายต่างกัน ปัจจัยสำคัญในการกระเจิงคือการเลี้ยวเบนและการสะท้อน การกระเจิงเกิดขึ้นเท่ากันในแต่ละทิศทาง
คุณสมบัติทางไฟฟ้าของคอลลอยด์
- ศักย์ไฟฟ้า ซึ่งเกิดขึ้นจากความแตกต่างของศักย์ระหว่างชั้นการแพร่กระจายแบบอยู่กับที่ของอนุภาคเฟสที่กระจายตัวและเฟสที่กระจายตัว เป็นศักยภาพที่พื้นผิวของอนุภาคที่กระจายตัวและมีผลกระทบอย่างมากต่อความเสถียรของระบบคอลลอยด์
- อิเล็กโทรโฟรีซิส หรือที่จริงคือ "การเคลื่อนที่ด้วยไฟฟ้า" เป็นอีกลักษณะหนึ่งของคอลลอยด์ ได้รับผลกระทบจากปัจจัยต่างๆ เช่น รูปร่างและขนาดของโมเลกุล ค่า pH ความแรงของสนามไฟฟ้าที่ใช้ หรืออุณหภูมิ
- Electro-osmosis หมายถึงการเคลื่อนที่ที่เป็นไปได้อีกอย่างหนึ่งของเฟสของเหลวของระบบคอลลอยด์ในสนามไฟฟ้ารวม ความเร็วของมันเป็นสัดส่วนโดยตรงกับศักย์ไฟฟ้าและแปรผกผันกับความหนืดของระบบ
- ศักยภาพการไหล ซึ่งเกิดจากการไหลของของเหลวที่เหนี่ยวนำโดยกลไกผ่านระบบของหลอดเส้นเลือดฝอยหรือเมมเบรน สิ่งนี้ทำให้เกิดความแตกต่างในศักยภาพ
- ศักยภาพการตกตะกอน ซึ่งเกิดจากการเคลื่อนที่ของอนุภาคคอลลอยด์ที่มีประจุซึ่งสัมพันธ์กับตัวกลางในการกระจาย เช่น ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง
