Kolloid



Den information, vi har kunnet samle om Kolloid, er blevet omhyggeligt gennemgået og struktureret for at gøre den så nyttig som muligt. Du er sandsynligvis kommet her for at finde ud af mere om Kolloid. På internettet er det let at fare vild i et virvar af sider, der taler om Kolloid, men som ikke giver dig det, du gerne vil vide om Kolloid. Vi håber, at du vil fortælle os i kommentarerne, om du kan lide det, du har læst om Kolloid nedenfor. Hvis de oplysninger om Kolloid, som vi giver dig, ikke er hvad du søgte, så lad os det vide, så vi kan forbedre denne hjemmeside dagligt.

.

Et kolloid er en suspension af et eller flere stoffer spredt regelmæssigt i en væske og danner et system med to separate faser. Det er en homogen (storskala) dispersion af partikler med dimensioner, der spænder fra nanometer til mikrometer . Disse partikler har derfor størrelsen af ​​en nanopartikel , selvom de ikke specifikt betragtes som sådan. Vi taler om "suspension" for en kolloid og ikke om "løsning". De klæbestoffer og geler er kolloider og danner kaldet kolloide suspensioner. Kolloidesuspensioner er mellemliggende mellem suspensionerne (partikler større end et mikrometer) og ægte opløsninger (partikler mindre end et nanometer).

Et kolloid kan også være et stof i form af flydende eller halvfast galenisk såsom visse farmaceutiske præparater, kosmetik osv. som indeholder partikler i suspension, der er små nok til, at blandingen er homogen.

Den pektin (polysaccharid), nogle protein , såsom den albumin eller gelatine , danner kolloide suspensioner, idet makromolekylære og muligt at fremstille emner og geléer . Andre højmolekylære kulhydrater , såsom stivelse eller cellulose , kan også danne kolloider. Den maling uden lugt, mælk eller blodplasma er kolloide suspensioner. De metaller , såsom sølv ( collargol ) eller guld , kan være i form af en kolloid suspension, selv om det er temmelig mikro-suspension. De overfladeaktive forbindelser ( vaskemidler ) danner kolloide suspensioner kaldet micellar . Fotografiske film er geler.

Udtrykket "kolloid" stammer fra det græske κόλλα / kolla (lim), der således blev navngivet af Graham i 1861, fordi stoffet ikke diffunderer gennem en semipermeabel membran .

Definition af kolloid

Traditionelt er det kolloide domæne defineret på basis af nogle få love, der beskriver en bestemt opførsel af stof for en skala, der er karakteristisk for dets kolloide komponenter, der strækker sig fra nanometer til mikrometer . Det kolloide system er en blanding, der består af mindst en fase dispergeret i et suspensionsmedium (id. Dispergeringsfase). Hovedkarakteriseringen af ​​denne blanding er den ubetydelige virkning af virkningerne af tyngdekraften sammenlignet med de af termisk omrøring , hvis konsekvens er fraværet af udfældning af de kolloide partikler. I den anden ende af skalaen skal de kolloide partikler være store nok til, at det ikke er en ægte blanding (hvor partiklerne er opløst og ikke suspenderet), dvs. disse partikler har en supramolekylær størrelse og er meget større end molekylerne i bæremedium. Ved denne definition forstås det, at der ikke kan være nogen kolloid suspension af gas / gastypen.

Der er forskellige kategorier af kolloider afhængigt af de nuværende faser:

Mellemfase Spredt fase
Gas ( bobler ) Væske (dråber) Fast (partikler)
Kontinuerligt medium Gas INGEN
(alle gasser er blandbare )
Flydende aerosol
Eksempler: tåge , tåge , sky
Fast aerosol
Eksempler: røg , luftbårne partikler
Væske Mousseeksempler
: flødeskum , chokolademousse
Emulsionseksempler
: mælk , pastis , mayonnaise , flydende sæbe
Gulveksempler
: maling , nogle blæk
Solid Massivt skum
Eksempler: airgel , ekspanderet polystyren , pimpsten
Gel
kaldes også en solid emulsion.
Eksempel: smør, hydroalkoholisk gel
Fast jord
Også kaldet fast suspension.
Eksempler: cementit i stål, solbærglas

Ved misbrug af sprog vil vi ofte se, at udtrykket kolloid kun betegner den spredte fase (den "fineste").

Viden om kolloider

Kemisk viden

Stabiliteten af ​​en kolloid suspension skyldes balancen mellem de attraktive interaktioner og de frastødende interaktioner, som udøves på partiklerne. Disse interaktioner afhænger især af temperatur , pH og opløste elektrolytter : ler og silte danner kolloide suspensioner, der flokkulerer i nærvær af metaller eller salte , hvilket forklarer siltning af flodmundinger .

Denne stabilitet er imidlertid mere kinetisk end virkelig termodynamisk .

Faktisk er sedimenteringen af ​​den diffuse fase og derfor adskillelsen af ​​de to faser den endelige tilstand for ethvert kolloid (jf. Kurver for systemets termodynamiske potentialer). Det er hastigheden af ​​dette meget langsomme flokkulerings- / sedimentationsfænomen, der giver dette udseende af stabilitet.

Biologisk og biokemisk viden

Kolloider er almindelige i levende organismer, syntetiseret af mange arter, svampe, bakterier, planter eller dyr i henhold til biofysisk-kemiske forhold, der varierer meget afhængigt af typen af ​​kolloid og art.

Visse kolloider ( svampe- eller planteslim , dyreslim , kolloider udskilt af bakterier osv.) Spiller en vigtig rolle i transporten (da kaldet bio-kolloid ) af visse stoffer, især tungmetaller, der findes i vand eller jord. De er også involveret i visse fænomener med biosorption af alle eller dele af disse stoffer af visse organismer, for eksempel under fænomener med bioudvaskning af metaller eller radionuklider. At forstå disse fænomener kan være af medicinsk, veterinær og bioremedierende interesse i forurenede jordarter (og sedimenter ).

Fysisk viden

Interpartikelinteraktioner

Følgende kræfter spiller en vigtig rolle i interaktionen mellem kolloidpartikler:

  • den elektrostatiske interaktion . Kolloidpartikler bærer ofte elektriske ladninger, der får dem til at tiltrække eller afvise hinanden. Ladningerne indeholdt i den kontinuerlige fase (ioner i opløsning i bæremediet) såvel som mobiliteten af ​​de to faser påvirker denne interaktion ( Debye screen- effekt );
  • de kræfter van der Waals . De skyldes samspillet mellem to dipoler, som enten kan være permanente eller inducerede. En partikel, der ikke har et permanent dipolmoment, kan midlertidigt erhverve en som følge af udsving i elektrondensitet. En sådan midlertidig dipol kan inducere en dipol i en nærliggende partikel. Den midlertidige dipol og den inducerede dipol tiltrækker derefter hinanden. Van der Waals kræfter er altid til stede, medmindre der er lighed mellem brydningsindekserne i de to faser. Disse kræfter er kort rækkevidde og attraktive;
  • den entropiske kraft . Ifølge termodynamikens andet princip udvikler et system sig mod en tilstand, der maksimerer dets entropi . Dette kan resultere i effektive kræfter, selv mellem hårde kugler . Faste partikler kan ikke trænge igennem, dette kan resultere i virkningerne af udelukket volumen såsom udtømningskraften , denne effektive kraft mellem de opløste stoffer induceres af tilstedeværelsen af ​​opløsningsmidlet. Denne udtømningskraft er en tiltrækkende kraft i en meget kort afstand (i størrelsesordenen størrelsen af ​​opløsningsmiddelpartiklerne) mellem to opløste partikler, skabt af det statistiske fravær af opløsningsmiddel i denne zone. Et analytisk udtryk for denne kraft findes for hårde sfærer (model af Asakura og Oosawa). Den steriske styrke (som følge af tilvejebringelsen, konformationen af partikler) er entropisk karakter: Det sker, at overflader dækket med polymerer eller uadsorberede opløsningspolymerer producere yderligere steriske virkninger.

Stabilisering af en kolloid dispersion (peptisering)

Det søges at stabilisere en kolloid dispersion ved at forhindre aggregering af partiklerne i den dispergerede fase. De to hovedmekanismer er sterisk stabilisering og elektrostatisk stabilisering . Elektrostatisk stabilisering er baseret på frastødning af ladninger med det samme tegn. Forskellige faser har ofte forskellige elektrostatiske affiniteter, som forårsager dannelsen af ​​et elektrisk dobbeltlag ved grænsefladen. I et spredt medium er grænsefladesarealet endnu vigtigere, da partiklerne er små. I en stabil kolloid dispersion er massen af ​​den dispergerede fase for lille til, at tyngdekraften kan overvinde den elektrostatiske frastødning. Den ladning, der bæres af partiklerne, kan observeres ved at anvende et elektrisk felt: alle partiklerne vandrer derefter mod den samme elektrode, hvilket indikerer, at de bærer ladninger af det samme tegn. Sterisk stabilisering består i at fiksere omkring partiklerne polymerer, der har en stærk affinitet med opløsningsmidlet (stærkere affinitet end mellem to monomerer), så når to polymerer mødes, foretrækker de at interagere med opløsningsmidlet og frastøde hinanden.

Destabiliser en kolloid dispersion ( flokkulering )

Når partikler aggregeres på grund af interpartikelinteraktioner, kaldes det ustabil dispersion. Visse applikationer (spildevandsbehandling, kolloid krystalepitaksi) kræver, at en sådan flokkulering forårsages. Dette kan opnås ved forskellige metoder:

  • Fjernelse af den elektrostatiske barriere, der forhindrer aggregering ved tilsætning af salt eller ændring af pH. Disse metoder neutraliserer eller “screener” partiklernes ladninger. Disse nærmer sig derefter inden for rækkevidden af ​​Van der Waals kræfter, som koagulerer dem imellem dem.
  • Tilsætning af en ladet polymer modsat partiklerne, som gør det muligt at danne broer mellem dem. For eksempel kan negativt ladede silica eller lerpartikler flokkulere ved tilsætning af en positivt ladet polymer.
  • Tilsætning af en ikke-adsorberende polymer for at inducere en udtømningsattraktion.
  • Partiklernes deformation kan øge Van der Waals-kræfterne, hvilket får dem til at overstige de stabiliserende kræfter. Kolloiderne koagulerer derefter i bestemte retninger.

Kolloide suspensioner med lav volumenfraktion danner samlede suspensioner, som til sidst sedimenterer (eller creme), når deres størrelse bliver for stor til termisk omrøring ( Brownian bevægelse ) til at modvirke tyngdekraften. Fraktionssuspensioner med stort volumen danner kolloidale geler med viskoelastiske egenskaber . De tandpasta sådanne strømme når skubbet ud af røret, men derefter forbliver på tandbørsten.

Teknisk analyse af fysisk stabilitet

Visuel analyse er stadig den mest anvendte test i dag. Prøven placeres i en gennemsigtig beholder og observeres med det blotte øje med regelmæssige tidsintervaller. Målingstiden er direkte knyttet til applikationen, og den kan være fra et par minutter (vinaigrette) til flere måneder eller år (kosmetisk creme). Hvis visuelle observationer viser en variation i homogenitet (farveændring, faseadskillelse, migration osv.), Der er større end et acceptabelt niveau, anses produktet for at være ustabilt og bør omformuleres eller udsættes for en ændring i produktionsprocessen. .

Teknisk rapport TR 13097: "Retningslinjer for karakterisering af dispersionsstabilitet" opsummerer alle de tilgængelige teknikker til at overvåge den fysiske stabilitet af dispergerede systemer.

Dette dokument præsenterer:

  •  destabiliseringsmekanismer: partikelstørrelsesvariation, migration, faseinversion  osv.  ;
  •  karakteriseringsværktøjer (visuel observation, rumligt løst lysspredning, akustik og elektroakustik  osv. )
  •  metoderne til acceleration af destabilisering (termisk acceleration ved temperaturstigning, mekanisk ved hældning, vibration eller centrifugering)
  •  forudsigelse af stabilitet.

Den tekniske rapport insisterer på interessen for at analysere prøven med ikke-destruktive teknikker og præsenterer grænserne for accelerationsmetoderne. Da emulsioner er ustabile fra et termodynamisk synspunkt, og de industrielle imperativer til produktivitet og fornyelse af intervaller pålægger korte testtider, er det nødvendigt at vælge en accelerationsmetode, der gør det muligt at påvirke de iboende naturlige destabiliseringsmekanismer for at spare tid. Man kan citere boykoteffekten (hældning), som gør det muligt at generere konvektions- og destabiliseringsbevægelser for at fremskynde adskillelsen af ​​faserne uden input af ekstern energi. Visuel observation ved opbevaring på en hylde er den mest anvendte, men opfylder ikke moderne produktionskrav. For at overvinde dette rapporterer litteraturen brugen af ​​en høj lagringstemperatur for at fremskynde blanding, men her genererer stigningen i entropi af systemet mekanismer, der ikke ville have fundet sted under konventionel opbevaring (Coalescence - Faseinversion ...) og gør det vanskeligt at korrelere resultaterne. Kendskabet til en formulator til at imødekomme moderne krav består i at kombinere forskellige teknikker, der er hurtige og nemme at implementere uden at ændre prøven til at udføre en kandidatscanning og hurtigt vælge den mest effektive opskrift eller middel til spredning. Kombinationen og anvendelsen af ​​en skala efter flere testmetoder såsom opbevaring ved flere temperaturer + tilt + vibration + centrifugering giver den bedste valgmetode på kortere tid.

Accelerationsmetoder til forudsigelse af livet

Den kinetiske destabiliseringsproces kan tage tid, derfor er interessen for teknikker med større følsomhed og accelerationsmetoder. Hævning af temperaturen er den mest anvendte metode og tillader et fald i viskositet, en stigning i diffusions- / kollisionsfænomener osv. Ud over at øge destabiliseringshastighederne gør lagring ved høj temperatur det muligt at simulere levevilkår for et fremstillet produkt ( under opbevaring og transport kan temperaturer nemt nå 40  ° C ). Temperaturen må ikke overstige en kritisk værdi, der er specifik for hvert system (faseinversion, kemisk nedbrydning eller kogetemperatur), hvilket gør denne test ikke i overensstemmelse med reelle forhold. Andre accelerationsteknikker kan bruges som centrifugering, men skal tages med forsigtighed, fordi de kræfter, der udøves på systemet, kan generere ændringer af prøveens originale egenskaber (ændring i viskositet, modifikation af polymernetværket, segregeringspartikler ...) og derfor give resultater, der er forskellige fra virkeligheden.

En atommodel

Da fysikere ofte ikke kan se atomer direkte, bruger de undertiden kolloider som en forenklet, men let observerbar model. De kræfter, der styrer strukturen og opførslen af ​​atommateriale, findes i kolloider. Vi finder de kolloide analoger af faseovergange (krystallisering, grænseflade mellem en kolloidvæske og en kolloidgas, kritisk punkt osv.). Kolloidpartikler med en størrelse tæt på en mikron kan observeres med et optisk mikroskop, såsom et konfokalt mikroskop . Størrelsen (~ 10 4 gange størrelsen på et atom) indebærer også langsommere dynamik, som således let kan observeres i realtid.

Kolloidkrystaller

En kolloid krystal er et ordnet netværk af partikler, der kan strække sig langt ud i rummet (typisk i størrelsesordenen en millimeter eller endda en centimeter), og som synes at være analoge med atomare eller molekylære krystaller. Naturen giver eksemplet med opal , en ædelsten hvis spektralt rene farve regioner er faktisk en kolloid krystal af silica kugler (SiO 2 har) Disse sfæriske partikler udfældede i damme med højt silicaindhold og dannede denne periodiske stabel efter års sedimentering og kompression under virkning af hydrostatiske og tyngdekrafter. Periodiciteten af ​​de kolloide krystaller efterlader jævnligt fordelt hulrum, typisk et par hundrede nm, der fungerer som et optisk diffraktionsgitter til elektromagnetiske bølger , især synligt lys .

Faktisk har det længe været kendt, at ladede partikler i et vandigt medium på grund af elektrostatisk frastødning kan udvise langdistance-korrelationer svarende til dem fra en krystal med interpartikelseparationer ofte meget større end partiklernes størrelse. Disse fænomener er altid forbundet med en iridescens, der tilskrives diffraktion af synligt lys.

De mange eksperimenter, der har udforsket fysik og kemi af disse kolloide krystaller, har tilladt fremkomsten af ​​relativt enkle teknikker til syntese af monodisperse kolloider.

Metoder til fremstilling af kolloider

at komme (foreløbigt henvises til emulsion , afsnittet "teknologi")

Eksempler på kolloider

Visse malinger, der almindeligvis kaldes aerosoler såsom hårspray eller deodoranter, men også visse fødevarer er kolloider.

Mad kolloider

Mange kolloider findes ofte i vores mad. Nogle eksempler:

  • den skum , som er en kolloid kategori fuld (flydende gas);
  • is, som er en blanding af luft og fløde;
  • yoghurt;
  • visse alkoholholdige anisedrikke, når de blandes med vand (pastis).

Magnetiske kolloider

Små perler af polymerer, der er beregnet til at blive diffunderet i væsker, især vand, og som derefter vil have en kolloid opførsel , fremstilles også til industrielle behov .

Ofte lavet af polystyren , kan disse små kugler gennemgå en særlig behandling: integrationen af ​​jernpulver under syntesen af ​​polymeren gør det muligt at gøre disse objekter følsomme over for elektromagnetiske fænomener.

Derfor vil perlerne spildt i en væske være følsomme over for elektriske felter. Især vil de organisere sig ordnet som en funktion af dette felt og opføre sig som inducerede elektriske dipoler.

Magnetiske kolloider har især anvendelser inden for biokemi, som bestanddele af en separationsmetode, der gør det muligt at opnå resultater svarende til elektroforese eller kromatografi .

Noter og referencer

  1. Disse omtrentlige grænser er størrelsesordener.
  2. Flydende diffusion anvendt på analyse . Thomas Graham, Phil. Trans. R. Soc. Lond. 1861 151, 183-224
  3. Membranteknikker: Forskelle og anvendelser.  » , On cultureciences.chimie.ens.fr (adgang 15. august 2018 )
  4. Begrebet fase skal håndteres med forsigtighed her, fordi det normalt angiver selve systemets tilstand. Dette er grunden til, at i mange tilfælde foretrækker mange forfattere at tale om partikler af opløste stoffer badet i et opløsningsmiddel for at fremkalde dråber eller suspenderede faste stoffer.
  5. Fødevarekolloider, Eric Dickinson, Éditions Masson, 1996
  6. Guiné V (2006) Eksperimentel og teoretisk tilgang til overfladeaktivitet og mobilitet af bakteriekolloider i porøse medier: indvirkning på den hurtige overførsel af tungmetaller og interesse for jordbio -forurening (speciale ved doktorgrad, Grenoble, INPG ) ( resumé )
  7. S. Asakura og F. Oosawa. J. Chem. Phys, 22: 1255, 1954
  8. (i) P. Pieranski, kolloid Crystals  " , Moderne Physics , vol.  24,, s.  25 ( DOI  10.1080 / 00107518308227471 )
  9. (en) JV Sanders, Structure of Opal  " , Nature , bind.  204,, s.  1151
  10. (en) PJ Darragh et al. , Opals  " , Scientific American , bind.  234,, s.  84
  11. (in) W. Luck et al. , ”  Ber. Busenges  ” , Phys. Chem. , Vol.  67,, s.  84
  12. (en) PA Hiltner og IM Krieger, diffraktion af lys ved ordnede suspensioner  " , J. Phys. Chem. , Vol.  73,, s.  2306 ( DOI  10.1021 / j100727a049 )
  13. (in) Gilson Opal  "profoundglass.com (en)
  14. Jean Groff , Rollen af ​​kolloid kemi i smøring , Paris, impr. fra Chaix,(note BNF n o  FRBNF32197444 )
  15. Anvendelser af magnetiske kolloider . CNRS Journal (2007).

Se også

Bibliografi

  • Paul Bary, Oprindelsen til kolloid kemi. A. Baudrimont (1806-1880) , ESF, 1911

Relaterede artikler

eksterne links

Vi håber, at de oplysninger, vi har indsamlet om Kolloid, har været nyttige for dig. Hvis det er tilfældet, så glem ikke at anbefale os til dine venner og familie, og husk, at du altid kan kontakte os, hvis du har brug for os. Hvis du på trods af vores bestræbelser mener, at det, vi har leveret om _title, ikke er helt korrekt, eller at vi bør tilføje eller rette noget, vil vi være taknemmelige, hvis du vil give os besked. At give den bedste og mest omfattende information om Kolloid og ethvert andet emne er essensen af denne hjemmeside; vi er drevet af den samme ånd, som inspirerede skaberne af Encyclopedia Project, og derfor håber vi, at det, du har fundet om Kolloid på denne hjemmeside, har hjulpet dig med at udvide din viden.

Opiniones de nuestros usuarios

Sofie Espersen

I dette indlæg om Kolloid har jeg lært ting, jeg ikke vidste, så nu kan jeg gå i seng

Karin Bonde

Jeg fandt de oplysninger, jeg fandt om Kolloid, meget nyttige og fornøjelige. Hvis jeg skulle tilføje et men, kunne det være, at den ikke er tilstrækkelig rummelig i sin formulering, men ellers er den fantastisk., Artiklen om Kolloid er meget nyttig og fornøjelig, Artiklen om Kolloid er meget nyttig

Louise Hougaard

Meget interessant denne artikel om Kolloid