Kolloidit: määritelmä, hiukkaskoko (5–200 nm) ja esimerkit
Kolloidi on aine, joka on mikroskooppisen tasaisesti hajallaan toisen aineen sisällä. Kolloidissa yksi aine toimii dispersioaineena (yleensä jatkuva vaihe), kuten vesi tai kaasu, ja toinen aine muodostaa dispergoituneen faasin eli sisäisen väliaineen. Kolloidit voivat esiintyä kahdessa eri faasissa tai eri olomuodossa (esimerkiksi nestepisaroita kaasussa tai kiinteitä hiukkasia nesteessä). Joissakin tapauksissa kyseessä ei ole yksinkertaisesti pieniä hiukkasia vaan sistemaset rakenteet, jotka käyttäytyvät välivaiheen tavoin tarkastelu‑asteikolla.
Määritelmä ja hiukkaskoko
Määritelmä: Kolloidi on dispersio, jossa dispergoituneiden hiukkasten halkaisija on tyypillisesti noin 5–200 nanometriä. Tämä kokoluokka erottaa kolloidit hyvin pienistä molekyyleistä ja nano‑/mikropartikkeleista, ja selittää myös niiden erityisominaisuudet kuten pitkään pysyvät seokset ilman nopeaa erottumista.
Tyypit ja esimerkit
Kolloideja luokitellaan sen mukaan, mikä on dispergoitunut faasi ja mikä jatkuva (dispersioaine). Yleisiä tyyppejä ovat muun muassa:
- Emulsio: nestepisaroita toisessa nesteessä (esim. majoneesi).
- Foami: kaasu dispergoituneena nesteeseen tai kiinteään (esim. vaahto, parranajovaahdot).
- Aerosoli: neste- tai kiinteitä hiukkasia kaasussa (esim. sumu, savu).
- Soli: kiinteitä nanohiukkasia dispersoituneena nesteessä (esim. kultasoli, väriaineet vedessä).
- Geeli: likimain kiinteä verkosto, joka sisältää suuria määriä nestettä (esim. hyytelö, liivate).
Esimerkkejä arkipäiväisistä kolloideista:
- Maito (emulsio ja myös proteiinikolloidi)
- Sumu (pieniä vesipisaroita kaasussa)
- Savu (hiukkasia kaasussa)
- Maali ja muste (pigmenttipartikkeleja nesteessä)
- Hius- ja ihonhoitotuotteet (emulsioita ja geelejä)
Stabiilisuus ja havaitseminen
Kolloidien stabiilisuus riippuu hiukkasten välisistä vuorovaikutuksista: sähköisestä hylkimisestä, vetysidoksista, sterisestä estosta ja dispersiovahvuudesta. Monet kolloidit pysyvät pitkään homogeenisina Brownin liikkeen vuoksi — pienet hiukkaset jatkuvasti törmäilevät ympäröivien molekyylien kanssa, mikä estää nopean sakkautumisen.
Kolloidien tunnistaa usein Tyndall‑efektin avulla: valonsäde kulkee seoksen läpi ja hajottaa valoa, jolloin säde näkyy sumun tai savun tavoin. Myös sentrifugointi, suodatus ja elektrofysikaaliset mittaukset auttavat erottelussa.
Koagulaatio, flokkulaatio ja stabilointi
Kolloidit voivat saostua tai kasautua yhteen, jolloin puhutaan koagulaatiosta tai flokkulaatiosta. Tämän aiheuttavat usein ionivahvistuksen muutokset, pH:n vaihtelu tai mekaaninen rasitus. Stabilointia voidaan parantaa esimerkiksi lisäämällä pinta‑aktiivisia aineita (emulgointiaineita) tai kolloidia stabiloivia polymeerejä, jotka estävät hiukkasten lähestymisen.
Valmistus ja mittaus
Kolloideja voidaan valmistaa kahdella pääperiaatteella: kondensaatiomenetelmät (kemialliset reaktiot, saostus, kasvu) ja dispersiomenetelmät (murskaus, emulsiointi, sonikaatio). Tyypillisiä mittausmenetelmiä ovat:
- Dynamic light scattering (DLS) — hiukkaskokojen ja jakautuman mittaus
- Elektronimikroskopia (TEM, SEM) — suora visualisointi
- Nanoparticle tracking analysis (NTA)
- Zeta‑potentiaalimittaukset — sähköinen stabiliteetti
Sovellukset
Kolloideilla on laajasti sovelluksia teollisuudessa ja arjessa: elintarvikkeet (emulsioiden säätely), lääkkeet (lääkkeiden kuljetus ja paikallinen vapautus), kosmetiikka, maalit ja pinnoitteet, katalyysi ja vedenkäsittely. Kolloidien tarkka hallinta on tärkeää tuotteen toiminnallisuuden, säilyvyyden ja turvallisuuden kannalta.
Yhteenvetona: kolloidi on mikrorakenteinen seos, jossa hiukkaskoko (~5–200 nanometriä) antaa sille omat fysikaaliset ja kemialliset ominaisuutensa. Niitä esiintyy monissa muodoissa ja niitä hyödynnetään laajasti tekniikassa, lääketieteessä ja arkipäivän tuotteissa.
Vintage karpalo lasi kulho
Ei maitoa, vaan veteen suspendoituja jauhoja
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on kolloidi?
A: Kolloidi on seos, jossa yksi aine on levinnyt tasaisesti toisen aineen sisään.
K: Kuinka monessa faasissa tai olomuodossa kolloidit voivat olla?
V: Kolloidit voivat olla kahdessa eri faasissa tai olomuodossa.
K: Mikä on kolloidin dispersioaine?
V: Kolloidin dispersioalusta on yksi aine, kuten vesi tai kaasu.
K: Mikä on kolloidin dispergoitunut väliaine?
V: Kolloidin dispergoitunut väliaine on yleensä pieniä kiinteitä hiukkasia. Muussa tapauksessa, jos dispersioaine on kaasu, sisäinen faasi voi olla joko pieniä hiukkasia tai pieniä nestepisaroita.
K: Mikä on kolloidin määritelmä?
V: Kolloidin määritelmä on aine, joka on mikroskooppisen tasaisesti dispergoitunut toiseen aineeseen.
K: Mikä on kolloidin dispersiossa olevien hiukkasten halkaisija-alue?
V: Kolloidin dispergoituneiden faasihiukkasten halkaisija vaihtelee noin 5 ja 200 nanometrin välillä.
K: Voitko antaa esimerkin kolloidista?
V: Esimerkkejä kolloideista ovat maito, sumu ja maali.
