Kolloid

Bir kolloidin SEM görüntüsü. ⓘ

Kolloid, mikroskobik olarak dağılmış çözünmeyen partiküllerden oluşan bir maddenin başka bir madde boyunca asılı kaldığı bir karışımdır. Bazı tanımlar parçacıkların bir sıvı içinde dağılmış olması gerektiğini belirtirken, diğerleri tanımı aerosoller ve jeller gibi maddeleri içerecek şekilde genişletir. Kolloidal süspansiyon terimi açık bir şekilde tüm karışımı ifade eder (süspansiyon kelimesinin daha dar bir anlamı, daha büyük parçacık boyutu ile kolloidlerden ayrılmasına rağmen). Bir kolloidin dağılmış bir fazı (asılı partiküller) ve sürekli bir fazı (süspansiyon ortamı) vardır. Dağılmış faz partikülleri yaklaşık 1 nanometre ila 1 mikrometre çapa sahiptir. ⓘ

Bazı kolloidler, ışığın kolloid içindeki partiküller tarafından saçılması olan Tyndall etkisi nedeniyle yarı saydamdır. Diğer kolloidler opak olabilir veya hafif bir renge sahip olabilir. ⓘ

Kolloidal süspansiyonlar arayüzey ve kolloid biliminin konusudur. Bu çalışma alanı 1845 yılında İtalyan kimyager Francesco Selmi tarafından tanıtılmış ve 1861'den beri İskoç bilim adamı Thomas Graham tarafından daha fazla araştırılmıştır.

IUPAC tanımı

Kolloid: Kolloidal sistemin kısa eşanlamlısı.

Kolloidal: Bir ortamda dağılmış moleküllerin veya polimoleküler parçacıkların yaklaşık 1 nm ile 1 μm arasında en az bir boyuta sahip olduğu veya bir sistemde bu mertebedeki mesafelerde süreksizliklerin bulunduğu alt bölümleme durumu. ⓘ

Kolloid, gerçek çözelti ile heterojen karışımlar arasında yer alan ara karışımların adıdır. Burada dağılan fazın tanecik boyutu, yaklaşık 1-1000 nm dolayındadır (Petrucci, Genel Kimya). 1861'de İskoçyalı bilim adamı Thomas Graham, değişik maddelerin parşömen zarından geçişlerini incelemiş ve bunlardan bazılarının hızlı, bazılarının yavaş hareket ettiklerini gözlemlemiştir. Örneğin albümin, jelatin, arap zamkı gibi maddeler yavaş hareket ederken, şeker, potasyum hidroksit, sodyum klorür gibi maddelerin zardan çok hızlı geçtiklerini tespit etmiştir. Buna göre Graham, çözünmüş maddeleri zardan geçişlerine göre kristaloidler ve kolloidler olarak ikiye ayırmıştır. Kolloidler, büyük moleküllü oldukları için zardan geçememiştir. Sonunda nişasta, jelatin gibi maddeler zamk ile aynı özellikleri gösterdiği için Yunanca'da zamk anlamına gelen kola kelimesinden türeyen kolloid sözcüğü ile adlandırılmıştır. Ancak bilimsel gelişmeler sonucunda Graham'ın kolloid olarak nitelendirdiği protein gibi maddeleri kristallendirmek ve kristaloid olarak nitelendirdiği kükürdün kolloidal çözeltisini hazırlamak mümkün olmuştur ve bu nedenle Graham'ın bu sınıflandırması önemini yitirmiştir. ⓘ

Sınıflandırma

Kolloidler aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir:

Ortam/faz		Dağınık faz ⓘ
		Gaz	Sıvı	Katı
Dağılım orta	Gaz	Böyle bir kolloid bilinmemektedir. Helyum ve ksenonun belirli koşullar altında karışmadığı bilinmektedir.	Sıvı aerosol Örnekler: sis, bulutlar, yoğuşma, sis, buhar, saç spreyleri	Katı aerosol Örnekler: duman, buz bulutu, atmosferik partikül madde
	Sıvı	Köpük Örnek: çırpılmış krema, tıraş kremi	Emülsiyon veya Sıvı kristal Örnekler: süt, mayonez, el kremi, lateks, biyolojik membranlar, sıvı biyomoleküler kondensat	Sol Örnekler: pigmentli mürekkep, tortu, çökeltiler, katı biyomoleküler kondensat
	Katı	Katı köpük Örnekler: aerojel, strafor, pomza	Jel Örnekler: agar, jelatin, jöle, jel benzeri biyomoleküler kondensat	Katı sol Örnek: kızılcık bardağı

Bu boyut aralığında dağılmış bir faza sahip homojen karışımlar kolloidal aerosoller, kolloidal emülsiyonlar, kolloidal süspansiyonlar, kolloidal köpükler, kolloidal dispersiyonlar veya hidrosoller olarak adlandırılabilir. ⓘ

• 

  Aerojel

• 

  Jöle küpleri

• 

  Hafif opalesanslı kolloidal silika jel

• 

  Krem şanti

• 

  Sis

• 

  Bir opalitte Tyndall etkisi: mavi ışığı dağıtarak yandan mavi görünmesini sağlar, ancak turuncu ışık içinden parlar; opal, suyun silika kristalleri içinde dağıldığı bir jeldir

• 

  Süt - suda dağılmış sıvı tereyağı globüllerinin emülsiyonu ⓘ

Hidrokolloidler

Hidrokolloidler, suda kolloidal olarak dağılabilen bazı kimyasalları (çoğunlukla polisakkaritler ve proteinler) tanımlar. Böylece etkin bir şekilde "çözünür" hale gelerek viskoziteyi arttırmak ve/veya jelleşmeye neden olmak suretiyle suyun reolojisini değiştirirler. Diğer kimyasallarla bazı durumlarda sinerjik, bazı durumlarda ise antagonistik olmak üzere başka etkileşimli etkiler sağlayabilirler. Bu özellikleri sayesinde hidrokolloidler çok faydalı kimyasallardır, çünkü gıdalardan ilaçlara, kişisel bakımdan endüstriyel uygulamalara kadar teknolojinin pek çok alanında stabilizasyon, destabilizasyon ve ayırma, jelleşme, akış kontrolü, kristalleşme kontrolü ve çok sayıda başka etki sağlayabilirler. Çözünebilir formların kullanımının yanı sıra, bazı hidrokolloidler, çözündürüldükten sonra suyu uzaklaştırılırsa kuru formda ek yararlı işlevselliğe sahiptir - nefes şeritleri veya sosis kılıfları için filmlerin veya gerçekten de yara sargısı liflerinin oluşumunda olduğu gibi, bazıları ciltle diğerlerinden daha uyumludur. Her biri yapı, işlev ve kullanım açısından farklılıklar gösteren ve genellikle reoloji kontrolü ile form ve dokunun fiziksel modifikasyonunda belirli uygulama alanlarına en uygun olan birçok farklı hidrokolloid türü vardır. Nişasta ve kazein gibi bazı hidrokolloidler reoloji değiştiricilerin yanı sıra faydalı gıdalardır, diğerleri ise genellikle bir lif kaynağı sağlayarak sınırlı besleyici değere sahiptir. ⓘ

Hidrokolloid terimi aynı zamanda ciltteki nemi hapsetmek ve yara izi, kaşıntı ve acıyı azaltmak amacıyla cildin doğal iyileşme sürecine yardımcı olmak için tasarlanmış bir tür pansumanı ifade eder. ⓘ

Bileşenler

Hidrokolloidler, sodyum karboksimetilselüloz (NaCMC) ve jelatin gibi bir tür jel oluşturucu madde içerir. Normalde cilde 'yapışması' için bir tür dolgu macunu, yani poliüretan ile birleştirilirler. ⓘ

Çözelti ile karşılaştırıldığında kolloid

Bir kolloidin dağılmış bir fazı ve sürekli bir fazı vardır, oysa bir çözeltide çözünen madde ve çözücü yalnızca bir faz oluşturur. Bir çözeltideki çözünen madde tek tek moleküller veya iyonlardır, oysa kolloidal parçacıklar daha büyüktür. Örneğin, sudaki bir tuz çözeltisinde sodyum klorür (NaCl) kristali çözünür ve Na⁺ ve Cl- iyonları su molekülleri tarafından çevrelenir.  Ancak süt gibi bir kolloidde, kolloidal partiküller tek tek yağ molekülleri yerine yağ globülleridir. Kolloid çok fazlı olduğu için, tamamen karışık, sürekli çözeltiye kıyasla çok farklı özelliklere sahiptir. ⓘ

Parçacıklar arasındaki etkileşim

Aşağıdaki kuvvetler kolloid partiküllerin etkileşiminde önemli bir rol oynar:

• Dışlanmış hacim itmesi: Bu, sert parçacıklar arasında herhangi bir örtüşmenin imkansızlığını ifade eder.
• Elektrostatik etkileşim: Kolloidal partiküller genellikle bir elektrik yükü taşır ve bu nedenle birbirlerini çeker veya iterler. Hem sürekli hem de dağılmış fazın yükü ve fazların hareketliliği bu etkileşimi etkileyen faktörlerdir.
• van der Waals kuvvetleri: Bu, kalıcı ya da indüklenmiş iki dipol arasındaki etkileşimden kaynaklanmaktadır. Parçacıklar kalıcı bir dipole sahip olmasa bile, elektron yoğunluğundaki dalgalanmalar bir parçacıkta geçici bir dipole yol açar. Bu geçici dipol, yakındaki parçacıklarda bir dipol indükler. Geçici dipol ve indüklenen dipoller daha sonra birbirlerini çekerler. Bu, van der Waals kuvveti olarak bilinir ve her zaman mevcuttur (dağılmış ve sürekli fazların kırılma indisleri eşleşmediği sürece), kısa menzillidir ve çekicidir.
• Polimer kaplı yüzeyler arasındaki veya adsorbe olmayan polimer içeren çözeltilerdeki sterik kuvvetler, parçacıklar arası kuvvetleri modüle ederek ek bir sterik itici kuvvet (ağırlıklı olarak entropik kökenlidir) veya aralarında çekici bir tükenme kuvveti üretebilir. ⓘ

Sedimantasyon hızı

350 nm çapındaki polimer kolloidal parçacıkların Brownian hareketi. ⓘ

Dünya'nın yerçekimi alanı kolloidal partiküller üzerinde etkilidir. Bu nedenle, koloidal partiküller süspansiyon ortamından daha yoğunsa çökelir (dibe düşer) veya daha az yoğunsa kaymaklanır (üste doğru yüzer). Daha büyük partiküllerin çökelme eğilimi de daha fazladır çünkü bu harekete karşı koyacak daha küçük Brownian hareketleri vardır. ⓘ

Çökelme veya kaymaklaşma hızı Stokes sürükleme kuvveti ile yerçekimi kuvvetinin eşitlenmesiyle bulunur: $m_{A}g=6\pi \eta rv$ ⓘ

burada ⓘ

$m_{A}g$ kolloidal partiküllerin Arşimet ağırlığıdır, ⓘ

$\eta$ süspansiyon ortamının viskozitesidir, ⓘ

$r$ kolloidal parçacığın yarıçapıdır, ⓘ

ve $v$ sedimantasyon veya kremleşme hızıdır. ⓘ

Kolloidal partikülün kütlesi aşağıdakiler kullanılarak bulunur: $m_{A}=V(\rho _{1}-\rho _{2})$ ⓘ

burada ⓘ

$V$ bir kürenin hacmi kullanılarak hesaplanan kolloidal parçacığın hacmidir $V={\frac {4}{3}}\pi r^{3}$, ⓘ

ve $\rho _{1}-\rho _{2}$ kolloidal partikül ile süspansiyon ortamı arasındaki kütle yoğunluğu farkıdır. ⓘ

Yeniden düzenlendiğinde, sedimantasyon veya kremleşme hızıdır: $v={\frac {m_{A}g}{6\pi \eta r}}$ ⓘ

Kolloidal partiküllerin çapı için bir üst boyut sınırı vardır çünkü 1 μm'den büyük partiküller çökelme eğilimindedir ve bu nedenle madde artık bir kolloidal süspansiyon olarak kabul edilmeyecektir. ⓘ

Sedimantasyon hızı Brown hareketinden kaynaklanan hareket hızına eşitse kolloidal partiküllerin sedimantasyon dengesinde olduğu söylenir. ⓘ

Hazırlık

Kolloidleri hazırlamanın iki temel yolu vardır:

• Büyük parçacıkların veya damlacıkların öğütülerek, püskürtülerek veya kesme uygulanarak (örneğin çalkalama, karıştırma veya yüksek kesmeli karıştırma) kolloidal boyutlara dağıtılması.
• Küçük çözünmüş moleküllerin çökeltme, yoğunlaştırma veya redoks reaksiyonları yoluyla daha büyük kolloidal partiküller halinde yoğunlaştırılması. Bu tür işlemler kolloidal silika veya altının hazırlanmasında kullanılır. ⓘ

Stabilizasyon

Bir kolloidal sistemin kararlılığı, çözelti içinde asılı kalan parçacıklar tarafından tanımlanır ve parçacıklar arasındaki etkileşim kuvvetlerine bağlıdır. Bunlar elektrostatik etkileşimleri ve van der Waals kuvvetlerini içerir, çünkü her ikisi de sistemin genel serbest enerjisine katkıda bulunur. ⓘ

Kolloidal partiküller arasındaki çekici kuvvetlerden kaynaklanan etkileşim enerjisi kT'den az ise bir kolloid kararlıdır; burada k Boltzmann sabiti ve T mutlak sıcaklıktır. Eğer durum böyleyse, kolloidal parçacıklar birbirlerini itecek veya sadece zayıf bir şekilde çekecek ve madde bir süspansiyon olarak kalacaktır. ⓘ

Etkileşim enerjisi kT'den büyükse, çekici kuvvetler üstün gelecek ve kolloidal parçacıklar bir araya toplanmaya başlayacaktır. Bu süreç genel olarak agregasyon olarak adlandırılır, ancak flokülasyon, koagülasyon veya çökelme olarak da adlandırılır. Bu terimler genellikle birbirinin yerine kullanılsa da, bazı tanımlar için biraz farklı anlamları vardır. Örneğin, koagülasyon, partikülleri bir arada tutan kuvvetlerin karıştırma veya karıştırmanın neden olduğu herhangi bir dış kuvvetten daha güçlü olduğu geri döndürülemez, kalıcı agregasyonu tanımlamak için kullanılabilir. Flokülasyon, daha zayıf çekici kuvvetleri içeren tersinir agregasyonu tanımlamak için kullanılabilir ve agregat genellikle flok olarak adlandırılır. Çökelme terimi normalde bir pertürbasyona maruz kaldığında bir kolloid dispersiyondan bir katıya (çökelti) faz değişimini tanımlamak için ayrılmıştır. Agregasyon sedimantasyona veya kremleşmeye neden olur, bu nedenle kolloid kararsızdır: bu işlemlerden herhangi biri gerçekleşirse kolloid artık bir süspansiyon olmayacaktır.

Kararlı ve kararsız kolloidal dispersiyon örnekleri. ⓘ

Elektrostatik stabilizasyon ve sterik stabilizasyon, agregasyona karşı stabilizasyon için iki ana mekanizmadır.

• Elektrostatik stabilizasyon, benzer elektrik yüklerinin karşılıklı itilmesine dayanır. Kolloidal partiküllerin yükü, partiküllerin yüzeyde yüklü olduğu, ancak daha sonra partikülü çevreleyen karşıt iyonları (zıt yüklü iyonlar) çektiği bir elektrik çift katmanında yapılandırılmıştır. Asılı kolloidal partiküller arasındaki elektrostatik itme en kolay şekilde zeta potansiyeli cinsinden ölçülebilir. Van der Waals çekimi ve elektrostatik itmenin agregasyon üzerindeki birleşik etkisi DLVO teorisi ile niceliksel olarak tanımlanır. Bir kolloidi stabilize etmenin (çökeltiden dönüştürmenin) yaygın bir yöntemi, bir elektrolit ile çalkalandığı bir işlem olan peptizasyondur.
• Sterik stabilizasyon, çekici kuvvetler aralığında yakınlaşmalarını önlemek için partiküller üzerine bir polimer veya yüzey aktif madde tabakasının emilmesinden oluşur. Polimer, partikül yüzeyine tutturulmuş zincirlerden oluşur ve zincirin dışarı uzanan kısmı süspansiyon ortamında çözünür. Bu teknik, organik çözücüler de dahil olmak üzere her türlü çözücüde kolloidal partikülleri stabilize etmek için kullanılır.

İki mekanizmanın bir kombinasyonu da mümkündür (elektrosterik stabilizasyon). ⓘ

Sterik ve jel ağı stabilizasyonu.

Jel ağı stabilizasyonu olarak adlandırılan bir yöntem, hem agregasyona hem de sedimantasyona karşı stabil kolloidler üretmenin temel yolunu temsil eder. Bu yöntem, kolloidal süspansiyona jel ağı oluşturabilen bir polimerin eklenmesinden oluşur. Parçacıkların çökelmesi, parçacıkların hapsolduğu polimerik matrisin sertliği ile engellenir ve uzun polimerik zincirler, dağılmış parçacıklara sterik veya elektrosterik bir stabilizasyon sağlayabilir. Bu tür maddelere örnek olarak ksantan ve guar sakızı verilebilir. ⓘ

Destabilizasyon

Destabilizasyon farklı yöntemlerle gerçekleştirilebilir:

• Partiküllerin toplanmasını önleyen elektrostatik bariyerin kaldırılması. Bu, partiküllerin Debye perdeleme uzunluğunu (elektriksel çift katmanın genişliği) azaltmak için bir süspansiyona tuz eklenerek gerçekleştirilebilir. Ayrıca süspansiyondaki partiküllerin yüzey yükünü etkili bir şekilde nötralize etmek için süspansiyonun pH'ını değiştirerek de gerçekleştirilebilir. Bu, kolloidal partikülleri ayrı tutan itici kuvvetleri ortadan kaldırır ve van der Waals kuvvetleri nedeniyle toplanmaya izin verir. pH'daki küçük değişiklikler zeta potansiyelinde önemli değişikliklere yol açabilir. Zeta potansiyelinin büyüklüğü belirli bir eşiğin altında kaldığında, tipik olarak ± 5mV civarında, hızlı koagülasyon veya agregasyon meydana gelme eğilimindedir.
• Yüklü bir polimer flokülantın eklenmesi. Polimer flokülantlar, çekici elektrostatik etkileşimlerle tek tek kolloidal partiküller arasında köprü oluşturabilir. Örneğin, negatif yüklü kolloidal silika veya kil partikülleri pozitif yüklü bir polimer ilavesiyle floküle edilebilir.
• Entropik etkilerden dolayı agregasyona neden olan depletant adı verilen adsorbe olmayan polimerlerin eklenmesi. ⓘ

Düşük hacimli fraksiyonun kararsız kolloidal süspansiyonları kümelenmiş sıvı süspansiyonlar oluşturur; burada partikül kümeleri süspansiyon ortamından daha yoğunsa çökelir veya daha az yoğunsa krema haline gelir. Bununla birlikte, daha yüksek hacimli kolloidal süspansiyonlar viskoelastik özelliklere sahip kolloidal jeller oluşturur. Bentonit ve diş macunu gibi viskoelastik kolloidal jeller kesme altında sıvılar gibi akar, ancak kesme kaldırıldığında şekillerini korurlar. Bu nedenle diş macunu bir diş macunu tüpünden sıkılabilir, ancak sürüldükten sonra diş fırçasının üzerinde kalır. ⓘ

Stabilitenin izlenmesi

Dikey tarama ile birleştirilmiş çoklu ışık saçılımının ölçüm prensibi ⓘ

Bir ürünün dağılma durumunu izlemek ve dengesizleşme olaylarını tanımlamak ve ölçmek için en yaygın kullanılan teknik, dikey tarama ile birleştirilmiş çoklu ışık saçılımıdır. Türbidimetri olarak bilinen bu yöntem, numune içinden gönderildikten sonra kolloidal partiküller tarafından geri saçılan ışığın fraksiyonunun ölçülmesine dayanır. Geri saçılma yoğunluğu, ortalama partikül boyutu ve dağılmış fazın hacim fraksiyonu ile doğru orantılıdır. Bu nedenle, sedimantasyon veya kremleşmenin neden olduğu konsantrasyondaki yerel değişiklikler ve agregasyonun neden olduğu partiküllerin bir araya toplanması tespit edilir ve izlenir. Bu olaylar kararsız kolloidlerle ilişkilidir. ⓘ

Dinamik ışık saçılması, ne kadar hızlı yayıldıklarını ölçerek bir kolloidal partikülün boyutunu tespit etmek için kullanılabilir. Bu yöntem, lazer ışığının bir kolloide doğru yönlendirilmesini içerir. Saçılan ışık bir girişim deseni oluşturacaktır ve bu desendeki ışık yoğunluğundaki dalgalanma, partiküllerin Brown hareketinden kaynaklanır. Eğer partiküllerin görünür boyutu agregasyon yoluyla bir araya gelmeleri nedeniyle artarsa, bu daha yavaş Brown hareketiyle sonuçlanacaktır. Bu teknik, görünür partikül boyutunun kolloidal partiküller için tipik boyut aralığının ötesinde olduğu tespit edilirse agregasyonun meydana geldiğini doğrulayabilir. ⓘ

1857'de Faraday, altının kolloidal çözeltisini hazırlamayı başarmış ve bu çözeltinin optik özelliklerini incelemiştir. Bir altın solü kuvvetli bir ışık ile aydınlatıldığında sole yandan bakılırsa beyaz bir yol halinde bir ışık demei görülür. Faraday, bu olayı, altın tanecikleri üzerinde ışığın saçılması olarak açıklamıştır. Aynı olayı inceleyen Tyndall 1860'ta saçılan ışığın polarize olduğunu bulmuştur. Daha sonra ultra mikroskobun bulunmasıyla taneciklerin boyutunu saptamak mümkün olmuştur. Kolloidal taneciklerin boyutunu saptamak için mikroskop yönteminden başka ultra santrifüj, osmotik basınç, türbidite, viskozite gibi yöntemlerden de yararlanılır. Bütün bu uygulamaların sonunda kolloidal taneciklerin atom ve moleküllerden büyük tanecikler olduğu anlaşılmıştır. ⓘ

Raf ömrü tahmini için hızlandırıcı yöntemler

Destabilizasyonun kinetik süreci oldukça uzun olabilir (bazı ürünler için birkaç ay hatta yıllara kadar) ve yeni ürün tasarımı için makul geliştirme süresine ulaşmak amacıyla formülatörün genellikle daha fazla hızlandırıcı yöntem kullanması gerekir. Termal yöntemler en yaygın kullanılan yöntemlerdir ve istikrarsızlaşmayı hızlandırmak için sıcaklığın artırılmasını içerir (faz dönüşümü veya kimyasal bozunmanın kritik sıcaklıklarının altında). Sıcaklık sadece viskoziteyi değil, aynı zamanda iyonik olmayan yüzey aktif maddeler söz konusu olduğunda arayüzey gerilimini veya daha genel olarak sistem içindeki etkileşim kuvvetlerini de etkiler. Bir dispersiyonun yüksek sıcaklıklarda depolanması, bir ürün için gerçek yaşam koşullarının simüle edilmesini sağlar (örneğin, yazın bir arabada güneş koruyucu krem tüpü), aynı zamanda kararsızlaşma süreçlerini 200 kata kadar hızlandırır. Titreşim, santrifüjleme ve çalkalama gibi mekanik hızlandırmalar bazen kullanılır. Bunlar ürünü farklı kuvvetlere maruz bırakarak partikülleri / damlacıkları birbirine doğru iter ve böylece film drenajına yardımcı olur. Bununla birlikte, bazı emülsiyonlar normal yerçekiminde asla birleşmezken, yapay yerçekimi altında birleşirler. Ayrıca, santrifüj ve titreşim kullanıldığında farklı partikül popülasyonlarının ayrışması vurgulanmıştır. ⓘ

Atomlar için bir model sistem olarak

Fizikte kolloidler atomlar için ilginç bir model sistemdir. Mikrometre ölçekli kolloidal parçacıklar, konfokal mikroskopi gibi optik tekniklerle gözlemlenebilecek kadar büyüktür. Dışlanan hacim etkileşimleri veya elektrostatik kuvvetler gibi maddenin yapısını ve davranışını yöneten kuvvetlerin çoğu, kolloidal süspansiyonların yapısını ve davranışını yönetir. Örneğin, ideal gazları modellemek için kullanılan tekniklerin aynısı sert küre şeklindeki bir kolloidal süspansiyonun davranışını modellemek için de uygulanabilir. Buna ek olarak, kolloidal süspansiyonlardaki faz geçişleri optik teknikler kullanılarak gerçek zamanlı olarak incelenebilir ve sıvılardaki faz geçişlerine benzer. Birçok ilginç durumda optik akışkanlık, kolloid süspansiyonları kontrol etmek için kullanılır. ⓘ

Kristaller

Kolloidal kristal, çok uzun bir aralıkta (tipik olarak birkaç milimetreden bir santimetreye kadar) oluşabilen ve atomik veya moleküler muadillerine benzer görünen oldukça düzenli bir parçacık dizisidir. Bu düzen fenomeninin en iyi doğal örneklerinden biri, saf spektral rengin parlak bölgelerinin, silikon dioksitin (veya silika, SiO₂) amorf kolloidal kürelerinin yakın paketlenmiş alanlarından kaynaklandığı değerli opalde bulunabilir. Bu küresel parçacıklar Avustralya'da ve başka yerlerde yüksek silisli havuzlarda çökelir ve hidrostatik ve yerçekimi kuvvetleri altında yıllarca süren çökelme ve sıkışmadan sonra bu son derece düzenli dizileri oluşturur. Mikrometre altı küresel partiküllerin periyodik dizileri, özellikle interstisyel aralık gelen ışık dalgasıyla aynı büyüklükte olduğunda, görünür ışık dalgaları için doğal bir kırınım ızgarası görevi gören benzer interstisyel boşluk dizileri sağlar. ⓘ

Bu nedenle, itici Coulombic etkileşimleri nedeniyle, sulu bir ortamdaki elektrik yüklü makromoleküllerin, genellikle tek tek parçacık çapından önemli ölçüde daha büyük olan parçacıklar arası ayırma mesafeleri ile uzun menzilli kristal benzeri korelasyonlar sergileyebileceği uzun yıllardır bilinmektedir. Doğadaki tüm bu durumlarda, aynı parlak yanardönerlik (veya renk oyunu), kristal katılarda X-ışınlarının saçılmasına benzer bir şekilde, Bragg yasasını karşılayan görünür ışık dalgalarının kırınımı ve yapıcı girişimine atfedilebilir. ⓘ

Bu sözde "kolloidal kristallerin" fiziğini ve kimyasını araştıran çok sayıda deney, son 20 yılda sentetik tek dağılımlı kolloidlerin (hem polimer hem de mineral) hazırlanması ve çeşitli mekanizmalar yoluyla uzun menzilli düzen oluşumlarının uygulanması ve korunması için geliştirilen nispeten basit yöntemlerin bir sonucu olarak ortaya çıkmıştır. ⓘ

Biyoloji alanında

Kolloidal faz ayrımı, hücrelerin hem sitoplazmasının hem de çekirdeğinin biyomoleküler kondensatlara bölünmesi için önemli bir düzenleyici ilkedir - bir tür sıvı kristal olan lipid çift katmanlı membranlar yoluyla bölünmeye benzer bir öneme sahiptir. Biyomoleküler kondensat terimi, hücreler içinde sıvı-sıvı veya sıvı-katı faz ayrımı yoluyla ortaya çıkan makromolekül kümelerini ifade etmek için kullanılmıştır. Makromoleküler kalabalıklaşma, kolloidal faz ayrılmasını ve biyomoleküler kondensatların oluşumunu güçlü bir şekilde artırır. ⓘ

Çevre içinde

Kolloidal partiküller de taşıma vektörü olarak hizmet edebilir Yüzey suyundaki (deniz suyu, göller, nehirler, tatlı su kütleleri) ve çatlaklı kayalarda dolaşan yeraltı suyundaki çeşitli kirleticilerin (örn. kireçtaşı, kumtaşı, granit). Radyonüklidler ve ağır metaller suda asılı duran kolloidlere kolayca sorblanır. Çeşitli kolloid türleri tanınmaktadır: inorganik kolloidler (örneğin kil partikülleri, silikatlar, demir oksi-hidroksitler), organik kolloidler (hümik ve fulvik maddeler). Ağır metaller veya radyonüklidler kendi saf kolloidlerini oluşturduklarında, saf fazları, yani saf Tc(OH)₄, U(OH)₄ veya Am(OH)₃'ü belirtmek için "eigenkolloid" terimi kullanılır. Nevada Nükleer Test Sahasında plütonyumun uzun menzilli taşınımında kolloidlerden şüphelenilmiştir. Uzun yıllar boyunca detaylı çalışmalara konu olmuşlardır. Bununla birlikte, inorganik kolloidlerin hareketliliği sıkıştırılmış bentonitlerde ve derin kil oluşumlarında çok düşüktür yoğun kil membranında meydana gelen ultrafiltrasyon süreci nedeniyle. Genellikle gözenekli suda gerçekten çözünmüş organik moleküllerle karışan küçük organik kolloidler için soru daha az nettir. ⓘ

Toprak biliminde, topraktaki kolloidal fraksiyon, çapı 1μm'den küçük olan ve toprak örneğinin kimyasal koşullarına, yani toprak pH'sına bağlı olarak değişen pozitif ve/veya negatif elektrostatik yükler taşıyan küçük kil ve humus partiküllerinden oluşur. ⓘ

İntravenöz tedavi

İntravenöz tedavide kullanılan kolloid solüsyonlar hacim genişleticilerin büyük bir grubuna aittir ve intravenöz sıvı replasmanı için kullanılabilir. Kolloidler kanda yüksek bir kolloid ozmotik basıncı korur ve bu nedenle teorik olarak tercihen intravasküler hacmi artırmaları gerekirken, kristalloidler olarak adlandırılan diğer hacim genişletici türleri interstisyel hacmi ve intraselüler hacmi de artırır. Bununla birlikte, bu farkın gerçekte ne kadar etkili olduğu hala tartışmalıdır ve kolloidlerin bu kullanımıyla ilgili araştırmaların çoğu Joachim Boldt'un sahte araştırmalarına dayanmaktadır. Bir diğer fark ise kristaloidlerin genellikle kolloidlerden çok daha ucuz olmasıdır. ⓘ

Yapısı

Kolloidal çözeltiler, dağılma fazı ve dağılan faz olmak üzere iki fazdan oluşur. Dağılma fazı homojen bir ortamdır. Bu ortam katı, sıvı veya gaz halde olabilir. Dağılan fazı oluşturan tanecikler ise çok sayıda atom veya atom gruplarından oluşmuş olup bu tanecikler ışık mikroskobunda görülmez, ancak elektron mikroskobunda görülebilir. Kolloidal çözeltileri diğer çözeltilerden ayıran başlıca özellik bu taneciklerin büyüklüğüdür. Taneciklerin büyüklüğü 10⁻⁵ cm'den büyük ise çözelti, süspansiyon adını alır. Taneciklerin büyüklüğü 10⁻⁷ cm'den küçük ise çözelti, gerçek çözeltidir. ⓘ

Kolloidal sistemler dağılma ve dağılan fazın katı, sıvı ve gaz halde olmasına göre 8 tipte incelenebilir: |} ⓘ

Kolloidal sistem katılaştığında jel adını alır. ⓘ

Sınıflandırılması

Kimyasal bileşimlerine göre kolloidler

1. Anorganik Kolloidler
   1. Oksit solleri
   2. Hidroksit solleri
   3. Tuz solleri
2. Organik Kolloidler
   1. Homopolar soller
   2. Heteropolar soller
   3. Hidroksi soller ⓘ

Tanecik şekillerine göre kolloidler

1. Küresel Kolloidler
2. Lineer diyenler var küresel olmayan diyenler var. ⓘ

Yapı bakımından kolloidler

1. Misel Tipi Kolloidler
2. Moleküler Kolloidler ⓘ

Kararlılığına göre kolloidler

1. Liyofob Kolloidler (Ortamın sıvısı su ise hidrofob adını alır.)
2. Liyofil Kolloidler (Ortamın sıvısı su ise hidrofil adını alır.) ⓘ