คอลลอยด์และส่วนต่อประสาน

คอลลอยด์คือการกระจายตัวของอนุภาคที่มีขนาดอยู่ระหว่างระดับนาโนเมตรถึงไมโครเมตร ซึ่งมีพื้นที่ผิวสัมผัสขนาดมหาศาลและแรงที่กระทำข้ามพื้นที่นั้นเป็นตัวกำหนดว่าอนุภาคจะคงสภาพเสถียรหรือรวมตัวกัน

Definition

คอลลอยด์คือระบบที่แตกต่างกัน ซึ่งอนุภาคของวัฏภาคหนึ่งที่มีขนาดอยู่ระหว่างโมเลกุลกับสสารขนาดใหญ่ กระจายตัวอยู่ทั่วอีกวัฏภาคหนึ่ง และส่วนต่อประสานระหว่างอนุภาคเหล่านี้เป็นตัวควบคุมความเสถียรและคุณสมบัติของระบบ

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมระบบคอลลอยด์และส่วนต่อประสานภายในระบบ: การจำแนกคอลลอยด์ออกเป็นโซล อิมัลชัน โฟม เจล และละอองลอย; คุณสมบัติทางแสงและการขนส่ง เช่น ปรากฏการณ์ทินดอลล์และการเคลื่อนที่แบบบราวน์; และแรงที่ควบคุมความเสถียร รวมถึงแรงดึงดูดแบบแวนเดอร์วาลส์ แรงผลักของชั้นคู่ไฟฟ้าสถิต และการทำให้เสถียรด้วยกลไกเชิงสเตอริก หัวข้อนี้จะพัฒนาทฤษฎี DLVO ของความเสถียรของคอลลอยด์ กระบวนการฟลอกคิวเลชันและการจับตัวเป็นก้อน และบทบาทของศักย์ซีตา การรวมตัวกันเองของสารลดแรงตึงผิวและโครงสร้างโดยละเอียดของส่วนต่อประสานที่มีประจุจะกล่าวถึงในหัวข้อที่เกี่ยวข้อง

Core questions

• คอลลอยด์ถูกจำแนกอย่างไร และอะไรที่ทำให้คอลลอยด์มีคุณสมบัติเฉพาะ?
• แรงใดบ้างที่กระทำระหว่างอนุภาคคอลลอยด์ผ่านตัวกลางที่อยู่คั่นกลาง?
• ทฤษฎี DLVO อธิบายความเสถียรของคอลลอยด์และการฟลอกคิวเลชันได้อย่างไร?
• กลไกไฟฟ้าสถิตและกลไกเชิงสเตอริกช่วยรักษาสภาพการกระจายตัวให้เสถียรได้อย่างไร?

Key concepts

• การจำแนกคอลลอยด์
• ปรากฏการณ์ทินดอลล์และการเคลื่อนที่แบบบราวน์
• แรงแวนเดอร์วาลส์และแรงชั้นคู่
• ทฤษฎี DLVO
• ฟลอกคิวเลชัน การจับตัวเป็นก้อน และศักย์ซีตา

Key theories

ทฤษฎี DLVO

อันตรกิริยาระหว่างอนุภาคคอลลอยด์ที่มีประจุคือผลรวมของแรงดึงดูดแบบแวนเดอร์วาลส์และแรงผลักของชั้นคู่ไฟฟ้า; กำแพงพลังงานที่เกิดขึ้นเป็นตัวกำหนดว่าอนุภาคจะรวมตัวกันหรือไม่ และการเติมเกลือจะลดกำแพงนี้โดยการบังแรงผลัก

การทำให้เสถียรด้วยกลไกเชิงสเตอริกและไฟฟ้าสถิต

การกระจายตัวจะคงสภาพเสถียรได้ด้วยประจุที่เหมือนกันบนพื้นผิวอนุภาคที่ผลักกันเอง หรือโดยชั้นพอลิเมอร์ที่ดูดซับไว้ซึ่งต้านทานการซ้อนทับกัน ซึ่งเป็นสองกลไกหลักที่ใช้เพื่อป้องกันการรวมตัวของคอลลอยด์

Clinical relevance

วิทยาศาสตร์คอลลอยด์ควบคุมความเสถียรและการกำหนดสูตรของสี หมึก อาหาร เครื่องสำอาง และระบบนำส่งยา การทำให้น้ำและน้ำเสียใส การทำงานของดินเหนียวและดิน และการกระจายตัวทางชีวภาพหลายชนิด โดยมีฟลอกคิวเลชันที่ควบคุมได้เป็นหัวใจสำคัญของการแยกและการทำให้บริสุทธิ์

History

เกรแฮมเป็นผู้บัญญัติศัพท์ 'คอลลอยด์' ในปี 1861 และช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ไอน์สไตน์และแปร์แร็งได้ยืนยันความเป็นจริงระดับโมเลกุลของการเคลื่อนที่แบบบราวน์ของคอลลอยด์; ทฤษฎี DLVO ซึ่งพัฒนาขึ้นโดยอิสระโดยเดอร์จากินและลันเดา และโดยเวอร์เวย์และโอเวอร์บีกในทศวรรษ 1940 ได้ให้พื้นฐานเชิงปริมาณแก่ความเสถียรของคอลลอยด์

Key figures

• Thomas Graham
• Boris Derjaguin
• Jan Theodoor Gerard Overbeek

Seminal works

• israelachvili2011
• adamson1997

Frequently asked questions

เหตุใดการเติมเกลือมักทำให้คอลลอยด์จับตัวเป็นก้อน?

ไอออนที่ละลายน้ำจะบังแรงผลักทางไฟฟ้าสถิตระหว่างอนุภาคที่มีประจุโดยการบีบอัดชั้นคู่ไฟฟ้า; เมื่อกำแพงแรงผลักลดลงเพียงพอ แรงดึงดูดแบบแวนเดอร์วาลส์จะเด่นกว่า และอนุภาคจะเกิดฟลอกคิวเลชันและตกตะกอน

อะไรทำให้ลำแสงมองเห็นได้เมื่อส่องผ่านคอลลอยด์?

อนุภาคคอลลอยด์มีขนาดใหญ่พอที่จะกระเจิงแสง ทำให้เกิดปรากฏการณ์ทินดอลล์; สารละลายแท้ซึ่งอนุภาคตัวถูกละลายมีขนาดระดับโมเลกุล จะกระเจิงแสงน้อยมาก ซึ่งเป็นวิธีหนึ่งในการแยกแยะคอลลอยด์ออกจากสารละลาย