Τα κολλοειδή διαλύματα, κοινά υλικά στην οικιακή χημεία π.χ. μαγιονέζα, έχουν εμφανιστεί στην ανθρώπινη ιστορία από την αρχαιότητα όταν ο κολλοειδής χρυσός χρησιμοποιήθηκε για την χρώση του γυαλιού. Στο Μεσαίωνα ο "Aurum Potabile"-πόσιμος χρυσός ήταν φάρμακο. Στη σύγχρονη χημεία η εντυπωσιακή ιδιότητα του χρυσού να χάνει το χρυσαφί του χρώμα και να γίνεται από κόκκινος μέχρι μπλε όταν διαλυθεί σε νερό έγινε αντικείμενο έντονης έρευνας, και κατέληξε να αποτελέσει τη βάση κλίμακας προσδιορισμού των κολλοειδών δυνατοτήτων υλικών με τον αριθμό χρυσού που ποσοτικοποιεί την αντοχή ενός κολλοειδούς διαλύματος στις προσπάθειες καταβύθισης.
Τα κολλοειδή διαλύματα είναι μια μορφή διαλυμάτων ανάμεσα στα ομογενή και ετερογενή μίγματα. Ενώ στα ομογενή διαλύματα η διαλυμένη ουσία βρίσκεται υπό μορφήν πολύ μικρών σωματιδίων, συνήθως μοριακών διαστάσεων, και στα ετερογενή διαλύματα υπό μορφήν σωματιδίων μεγάλων διαστάσεων που είναι ορατά με γυμνό μάτι, στα κολλοειδή το μέγεθος των διαλυμένων σωματιδίων (διεσπαρμένη φάση) έχει ενδιάμεσο μέγεθος ώστε να είναι αόρατα με το μάτι, αλλά ορατά με τα υπέρ-μικροσκόπια.
Κολλοειδή είναι τα αεροζόλ όπως τα σπρέι για τα μαλλιά όπου η διεσπαρμένη ουσία ("διαλυμένη ουσία") διασπείρεται ("διαλύεται") σε αέριο, η σαντιγί (αέριο:αέρας σε υγρό:γάλα ), η μαγιονέζα ή το λαδολέμονο (υγρό:λάδι σε υγρό:νερό), το γάλα ή το αίμα (στερεό:στερεές πρωτεΐνες σε υγρό:νερό).
Τα κολλοειδή διαλύματα δεν έχουν μεγάλο χρόνο ζωής και συνήθως καταστρέφονται και κατακρημνίζονται (καθιζάνουν) ή διαχωρίζονται όπως το λαδολέμονο ή το γιαούρτη που λέμε ότι: "κόβει νερό". Ένα εντυπωσιακά μακρόβιο κολλοειδές είναι ένα διάλυμα κολλοειδούς χρυσού που έφτιαξε ο Φαραντέι το 1850 και διατηρείται ακόμα.
Τα κολλοειδή διαλύματα συνήθως καταστρέφονται και κατακρημνίζονται (καθιζάνουν) όταν προστεθεί σε αυτά ποσότητα ηλεκτρολύτου όπως π.χ. διάλυμα NaCl 10%.
1. Τα λυόφιλα κολλοειδή περνούν εύκολα στην κολλοειδή μορφή όταν αναμειγνύονται με το διαλύτη.
2. Ονομάζονται αναστρέψιμα διαλύματα επειδή μπορούν να ανακτηθούν από τα κολλοειδή διαλύματα και μπορούν να μετατραπούν σε κολλοειδή μορφή όταν είναι επιθυμητό.
3. Μικρές ποσότητες ηλεκτρολυτών δεν προκαλούν καθίζηση, αλλά απαιτούνται μεγάλες ποσότητες.
4. Τα σωματίδια δεν ανιχνεύονται εύκολα στο υπέρ-μικροσκόπιο.
5. Τα σωματίδια μπορούν να μετακινούνται κάτω από την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου. Η μετανάστευση μπορεί να είναι προς οποιαδήποτε κατεύθυνση.
6. Είναι κοινές ουσίες όπως το άμυλο, οι πρωτεΐνες, τα σαπούνια και το μεταπυριτικό οξύ.
2. Ακόμη και μικρές ποσότητες ηλεκτρολυτών μπορεί να προκαλέσουν καθίζηση.
3. Τα σωματίδια ανιχνεύονται εύκολα με υπέρ-μικροσκόπιο.
4. Τα σωματίδια μετακινούνται μόνο σε μία κατεύθυνση κάτω από την επίδραση ηλεκτρικού πεδίου.
5. Τα κολλοειδή των μετάλλων (Au, Pt), το θείο, το θειούχο αρσενικό και ο ιωδιούχος άργυρος είναι συνηθισμένα παραδείγματα.
Ο κολλοειδής χρυσός είναι ένα κολλοειδές ή κολλοειδές εναιώρημα νανοσωματιδίων χρυσού σε ένα υγρό, συνήθως νερό. Το κολλοειδές έχει συνήθως έντονο κόκκινο χρώμα (για σφαιρικά σωματίδια μικρότερα των 100 nm) ή μπλε/πορφυρό (για μεγαλύτερα σφαιρικά σωματίδια ή νανοσωλήνες).
Λόγω των ιδιοτήτων οπτικής, ηλεκτρονικής και μοριακής αναγνώρισης, τα νανοσωματίδια χρυσού αποτελούν αντικείμενο σημαντικής έρευνας, με πολλές πιθανές ή υποσχόμενες εφαρμογές σε μια ευρεία ποικιλία τομέων, συμπεριλαμβανομένης της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας, της ηλεκτρονικής, της νανοτεχνολογίας, της επιστήμης των υλικών και της βιοϊατρικής.
Χρησιμοποιήθηκε από την αρχαιότητα ως μέθοδος χρώσης του γυαλιού. Και επίσης στη διάσημη "Κούπα του Λυκούργου" (Lycurgus Cup) του 4ου αιώνα, η οποία αλλάζει χρώμα ανάλογα με τη θέση της πηγής του φωτός χρησιμοποιήθηκε κολλοειδής χρυσός.
Κατά τη διάρκεια του Μεσαίωνα, ο διαλυτός χρυσός, ένα διάλυμα που περιείχε άλατα χρυσού (θειολικά σύμπλοκα του χρυσού), είχε τη φήμη θεραπευτικής ιδιότητας για διάφορες ασθένειες. Το 1618, ο Francis Anthony, φιλόσοφος και μέλος του ιατρικού επαγγέλματος, δημοσίευσε ένα βιβλίο που ονομάζεται "Panacea Aurea, sive tractatus duo de ipsius Auro Potabili" (Πανάκεια χρυσού ή δύο θεραπείες με πόσιμο χρυσό). Το βιβλίο εισάγει πληροφορίες σχετικά με το σχηματισμό κολλοειδούς χρυσού και τις ιατρικές του χρήσεις. Περίπου μισό αιώνα αργότερα, ο Άγγλος βοτανολόγος Nicholas Culpepper δημοσίευσε το βιβλίο του "Διατριβή στον πόσιμο χρυσό" το 1656, συζητώντας αποκλειστικά τις ιατρικές χρήσεις του κολλοειδούς χρυσού.
Η σύγχρονη επιστημονική αξιολόγηση του κολλοειδούς χρυσού ξεκίνησε με το έργο του Michael Faraday στη δεκαετία του 1850. Το 1856, σε ένα υπόγειο εργαστήριο του Βασιλικού Ινστιτούτου, ο Faraday κατά λάθος δημιούργησε ένα ρουμπινί κόκκινο διάλυμα καθώς τοποθετούσε κομμάτια χρυσού σε πλάκες μικροσκόπιου.
Δεδομένου ότι ενδιαφέροταν ήδη για τις ιδιότητες του φωτός και της ύλης, ο Faraday διερεύνησε περαιτέρω τις οπτικές ιδιότητες του κολλοειδούς χρυσού. Παρασκεύασε το πρώτο καθαρό δείγμα κολλοειδούς χρυσού, το οποίο ονόμασε «ενεργοποιημένο χρυσό», το 1857. Χρησιμοποίησε φωσφόρο για να κάνει την αναγωγή ενός διαλύματος χλωριούχου χρυσού. Ο κολλοειδής χρυσός του Faraday που έγινε πριν από 150 χρόνια εξακολουθεί να είναι οπτικά ενεργός. Για πολύ καιρό, η σύσταση του «ρουμπινί χρυσού » ήταν ασαφής. Αρκετοί χημικοί υποψιάζονταν ότι πρόκειται για ένωση χρυσού κασσίτερου, λόγω της προετοιμασίας της. Ο Faraday αναγνώρισε ότι το χρώμα στην πραγματικότητα οφείλεται στο μικροσκοπικό μέγεθος των σωματιδίων του χρυσού. Παρατήρησε τις ιδιότητες σκέδασης φωτός των αιωρούμενων μικροσωματιδίων χρυσού, που τώρα αποκαλείται φαινόμενο Faraday-Tyndall.
Το 1898, ο Richard Adolf Zsigmondy παρασκεύασε τον πρώτο κολλοειδή χρυσό σε υδατικό διάλυμα
Ο αριθμός χρυσού είναι ένας όρος που χρησιμοποιείται στην κολλοειδή χημεία. Αν σε ένα κολλοειδές διάλυμα προστεθεί μικρή ποσότητα ενός προστατευτικού κολλοειδούς τότε αυτό δεν καταβυθίζεται εύκολα.
Ορίζεται ως η ελάχιστη ποσότητα προστατευτικού κολλοειδούς σε χιλιοστόγραμμα, η οποία εμποδίζει την αλλαγή του χρώματος από κόκκινο σε ιώδες ενός διαλύματος 10ml κολλοειδούς χρυσού όταν προστεθεί σε αυτό 1 ml διαλύματος NaCl 10%. Η καταβίθυση του κολλοειδούς χρυσού υποδεικνύεται από την αλλαγή χρώματος από κόκκινο σε μπλε / μοβ όταν το μέγεθος σωματιδίων μόλις αυξάνεται.
Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός χρυσού, τόσο μικρότερη είναι η προστατευτική ισχύς του λυόφιλου κολλοειδούς, καθώς σημαίνει ότι η απαιτούμενη ποσότητα είναι μεγαλύτερη. Χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον Richard Adolf Zsigmondy. Το ποσό λαμβάνεται σε βάρος, σε χιλιοστόγραμμα. Ο χρυσός αριθμός μερικών κολλοειδών δίνεται παρακάτω.
Για την Gelatin είναι 0.005-.01 και την Haemoglobin 0.03-0.07 δηλαδή έχουν μεγάλη προστατευτική ισχύ ενώ για τη Dextrin είναι 125-150 δηλαδή μικρή ισχύ.
Κολλοειδή διαλύματα
 |
| Το γάλα είναι ένα γαλακτωματοποιημένο κολλοειδές υγρών μικροσφαιριδίων βουτυρου που διασκορπίζονται μέσα σε ένα υδατικό διάλυμα.
Υπό: I, Chedid, CC BY-SA 3.0,
|
Κολλοειδή είναι τα αεροζόλ όπως τα σπρέι για τα μαλλιά όπου η διεσπαρμένη ουσία ("διαλυμένη ουσία") διασπείρεται ("διαλύεται") σε αέριο, η σαντιγί (αέριο:αέρας σε υγρό:γάλα ), η μαγιονέζα ή το λαδολέμονο (υγρό:λάδι σε υγρό:νερό), το γάλα ή το αίμα (στερεό:στερεές πρωτεΐνες σε υγρό:νερό).
Τα κολλοειδή διαλύματα δεν έχουν μεγάλο χρόνο ζωής και συνήθως καταστρέφονται και κατακρημνίζονται (καθιζάνουν) ή διαχωρίζονται όπως το λαδολέμονο ή το γιαούρτη που λέμε ότι: "κόβει νερό". Ένα εντυπωσιακά μακρόβιο κολλοειδές είναι ένα διάλυμα κολλοειδούς χρυσού που έφτιαξε ο Φαραντέι το 1850 και διατηρείται ακόμα.
Τα κολλοειδή διαλύματα συνήθως καταστρέφονται και κατακρημνίζονται (καθιζάνουν) όταν προστεθεί σε αυτά ποσότητα ηλεκτρολύτου όπως π.χ. διάλυμα NaCl 10%.
Υπάρχουν δύο βασικές κατηγορίες κολλοειδών. Τα λυόφιλα και τα λυόφοβα
Λυόφιλα κολλοειδή - Αγαπούν το διαλύτη
Έχουν μια συγγένεια για το μέσο διασποράς (τον διαλύτη) και συνεπώς δεν κατακρημνίζεται εύκολα.1. Τα λυόφιλα κολλοειδή περνούν εύκολα στην κολλοειδή μορφή όταν αναμειγνύονται με το διαλύτη.
2. Ονομάζονται αναστρέψιμα διαλύματα επειδή μπορούν να ανακτηθούν από τα κολλοειδή διαλύματα και μπορούν να μετατραπούν σε κολλοειδή μορφή όταν είναι επιθυμητό.
3. Μικρές ποσότητες ηλεκτρολυτών δεν προκαλούν καθίζηση, αλλά απαιτούνται μεγάλες ποσότητες.
4. Τα σωματίδια δεν ανιχνεύονται εύκολα στο υπέρ-μικροσκόπιο.
5. Τα σωματίδια μπορούν να μετακινούνται κάτω από την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου. Η μετανάστευση μπορεί να είναι προς οποιαδήποτε κατεύθυνση.
6. Είναι κοινές ουσίες όπως το άμυλο, οι πρωτεΐνες, τα σαπούνια και το μεταπυριτικό οξύ.
Λυόφοβα κολλοειδή - Φοβούνται το διαλύτη
1. Τα λυόφοβα κολλοειδή δεν σχηματίζουν εύκολα κολλοειδή διαλύματα όταν αναμειγνύονται με τον διαλύτη.2. Ακόμη και μικρές ποσότητες ηλεκτρολυτών μπορεί να προκαλέσουν καθίζηση.
3. Τα σωματίδια ανιχνεύονται εύκολα με υπέρ-μικροσκόπιο.
4. Τα σωματίδια μετακινούνται μόνο σε μία κατεύθυνση κάτω από την επίδραση ηλεκτρικού πεδίου.
5. Τα κολλοειδή των μετάλλων (Au, Pt), το θείο, το θειούχο αρσενικό και ο ιωδιούχος άργυρος είναι συνηθισμένα παραδείγματα.
Κολλοειδής χρυσός
 |
| Η Κούπα του Λυκούργου με το φως από πίσω έχει κόκκινο χρώμα.
Υπό: Johnbod - Own work,
CC BY-SA 3.0,
|
Λόγω των ιδιοτήτων οπτικής, ηλεκτρονικής και μοριακής αναγνώρισης, τα νανοσωματίδια χρυσού αποτελούν αντικείμενο σημαντικής έρευνας, με πολλές πιθανές ή υποσχόμενες εφαρμογές σε μια ευρεία ποικιλία τομέων, συμπεριλαμβανομένης της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας, της ηλεκτρονικής, της νανοτεχνολογίας, της επιστήμης των υλικών και της βιοϊατρικής.
 |
Η Κούπα του Λυκούργου
φωτογραφημένη με φλας
έχει πράσινο χρώμα.
CC BY-SA 3.0,
|
Κατά τη διάρκεια του Μεσαίωνα, ο διαλυτός χρυσός, ένα διάλυμα που περιείχε άλατα χρυσού (θειολικά σύμπλοκα του χρυσού), είχε τη φήμη θεραπευτικής ιδιότητας για διάφορες ασθένειες. Το 1618, ο Francis Anthony, φιλόσοφος και μέλος του ιατρικού επαγγέλματος, δημοσίευσε ένα βιβλίο που ονομάζεται "Panacea Aurea, sive tractatus duo de ipsius Auro Potabili" (Πανάκεια χρυσού ή δύο θεραπείες με πόσιμο χρυσό). Το βιβλίο εισάγει πληροφορίες σχετικά με το σχηματισμό κολλοειδούς χρυσού και τις ιατρικές του χρήσεις. Περίπου μισό αιώνα αργότερα, ο Άγγλος βοτανολόγος Nicholas Culpepper δημοσίευσε το βιβλίο του "Διατριβή στον πόσιμο χρυσό" το 1656, συζητώντας αποκλειστικά τις ιατρικές χρήσεις του κολλοειδούς χρυσού.
 |
Αυτό το γυάλινο μπολ έγινε με την προσθήκη άλατος χρυσού
(πιθανώς χλωριούχου χρυσού) σε τηγμένο γυαλί.
Υπο: Flickr user PetitPoulailler
CC BY 2.0, Wikimedia Commons
|
Δεδομένου ότι ενδιαφέροταν ήδη για τις ιδιότητες του φωτός και της ύλης, ο Faraday διερεύνησε περαιτέρω τις οπτικές ιδιότητες του κολλοειδούς χρυσού. Παρασκεύασε το πρώτο καθαρό δείγμα κολλοειδούς χρυσού, το οποίο ονόμασε «ενεργοποιημένο χρυσό», το 1857. Χρησιμοποίησε φωσφόρο για να κάνει την αναγωγή ενός διαλύματος χλωριούχου χρυσού. Ο κολλοειδής χρυσός του Faraday που έγινε πριν από 150 χρόνια εξακολουθεί να είναι οπτικά ενεργός. Για πολύ καιρό, η σύσταση του «ρουμπινί χρυσού » ήταν ασαφής. Αρκετοί χημικοί υποψιάζονταν ότι πρόκειται για ένωση χρυσού κασσίτερου, λόγω της προετοιμασίας της. Ο Faraday αναγνώρισε ότι το χρώμα στην πραγματικότητα οφείλεται στο μικροσκοπικό μέγεθος των σωματιδίων του χρυσού. Παρατήρησε τις ιδιότητες σκέδασης φωτός των αιωρούμενων μικροσωματιδίων χρυσού, που τώρα αποκαλείται φαινόμενο Faraday-Tyndall.
Το 1898, ο Richard Adolf Zsigmondy παρασκεύασε τον πρώτο κολλοειδή χρυσό σε υδατικό διάλυμα
Αριθμός χρυσού
 |
| Εναιωρήματα νανοσωματιδίων χρυσού διαφόρων μεγεθών. Η διαφορά μεγέθους προκαλεί τη διαφορά στα χρώματα.
Υπό: Aleksandar Kondinski
CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons
|
Ορίζεται ως η ελάχιστη ποσότητα προστατευτικού κολλοειδούς σε χιλιοστόγραμμα, η οποία εμποδίζει την αλλαγή του χρώματος από κόκκινο σε ιώδες ενός διαλύματος 10ml κολλοειδούς χρυσού όταν προστεθεί σε αυτό 1 ml διαλύματος NaCl 10%. Η καταβίθυση του κολλοειδούς χρυσού υποδεικνύεται από την αλλαγή χρώματος από κόκκινο σε μπλε / μοβ όταν το μέγεθος σωματιδίων μόλις αυξάνεται.
Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός χρυσού, τόσο μικρότερη είναι η προστατευτική ισχύς του λυόφιλου κολλοειδούς, καθώς σημαίνει ότι η απαιτούμενη ποσότητα είναι μεγαλύτερη. Χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον Richard Adolf Zsigmondy. Το ποσό λαμβάνεται σε βάρος, σε χιλιοστόγραμμα. Ο χρυσός αριθμός μερικών κολλοειδών δίνεται παρακάτω.
Για την Gelatin είναι 0.005-.01 και την Haemoglobin 0.03-0.07 δηλαδή έχουν μεγάλη προστατευτική ισχύ ενώ για τη Dextrin είναι 125-150 δηλαδή μικρή ισχύ.
Πηγές
Από τη Wikipedia, the free encyclopedia : Colloid (Κολλοειδή διαλύματα), Colloidal gold (Κολλοειδής χρυσός), Gold number (Αριθμός χρυσού)
