Ein Kolloid ist eine Substanz mikroskopisch verstreut gleichmäßig überall in einer anderen Substanz.

Ein gallertartiges System besteht aus zwei getrennten Phasen: Eine verstreute Phase (oder innere Phase) und eine dauernde Phase (oder Streuungsmedium), in dem das Kolloid verstreut wird. Ein gallertartiges System, kann Flüssigkeit fest oder gasartig sein.

Viele vertraute Substanzen sind Kolloide. Zusätzlich zu diesen natürlich vorkommenden Kolloiden verwerten moderne chemische Prozess-Industrien hoch scheren sich vermischende Technologie, um neuartige Kolloide zu schaffen.

Die verstreuten phasigen Partikeln haben ein Diameter zwischen etwa 1 und 1000 Nanometern. Solche Partikeln sind normalerweise in einem optischen Mikroskop unsichtbar, obwohl ihre Anwesenheit mit dem Gebrauch eines Ultramikroskops oder eines Elektronmikroskops bestätigt werden kann. Homogene Mischungen mit einem verstreuten führen diese Größe-Reihe stufenweise ein kann gallertartige Aerosole, gallertartige Emulsionen, gallertartigen Schaum, gallertartige Streuungen oder Hydrosole genannt werden. Die verstreuten phasigen Partikeln oder Tröpfchen werden größtenteils durch die Oberflächenchemie-Gegenwart im Kolloid betroffen.

Einige Kolloide sind wegen der Wirkung von Tyndall lichtdurchlässig, die die Lichtstreuung durch Partikeln im Kolloid ist. Andere Kolloide können undurchsichtig sein oder eine geringe Farbe haben.

Gallertartige Lösungen (hat auch gallertartige Suspendierungen genannt), sind das Thema der Schnittstelle und kolloidalen Wissenschaft. Dieses Studienfach wurde 1861 vom schottischen Wissenschaftler Thomas Graham eingeführt.

Klassifikation

Weil die Größe der verstreuten Phase schwierig sein kann zu messen, und weil Kolloide das Äußere von Lösungen haben, werden Kolloide manchmal identifiziert und durch ihre physikochemischen und Transporteigenschaften charakterisiert. Zum Beispiel, wenn ein Kolloid aus einer festen in einer Flüssigkeit verstreuten Phase besteht, werden sich die festen Partikeln durch eine Membran nicht verbreiten, wohingegen mit einer wahren Lösung sich die aufgelösten Ionen oder Moleküle durch eine Membran verbreiten werden. Wegen des Größe-Ausschlusses sind die gallertartigen Partikeln unfähig, die Poren einer Ultrafiltrieren-Membran mit einer Größe durchzuführen, die kleiner ist als ihre eigene Dimension. Je kleiner die Größe der Pore der Ultrafiltrieren-Membran, desto tiefer die Konzentration des verstreuten gallertartigen particules, der in der ultrafiltred Flüssigkeit bleibt. Der genaue Wert der Konzentration einer aufrichtig aufgelösten Art wird so von den experimentellen Bedingungen abhängen, die angewandt sind, um es von den gallertartigen in der Flüssigkeit auch verstreuten Partikeln zu trennen. Das, ist a.o. besonders wichtig für Löslichkeitsstudien sogleich hydrolysed Arten wie Al, Eu, Am, die Vereinigten Staaten... oder organische Sache complexing diese Arten.

Kolloide können wie folgt klassifiziert werden:

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In einigen Fällen kann ein Kolloid als eine homogene Mischung betrachtet werden. Das ist, weil die Unterscheidung zwischen "der aufgelösten" und "particulate" Sache manchmal eine Sache der Annäherung sein kann, die betrifft, ob es homogen oder heterogen ist.

Hydrokolloide

Ein Hydrokolloid wird als ein kolloidales System definiert, worin die kolloidalen Partikeln in Wasser verstreut werden. Ein Hydrokolloid hat kolloidale Partikeln überall in Wasser, und abhängig von der Menge von verfügbarem Wasser ausbreiten lassen, der in verschiedenen Staaten, z.B, Gel oder Sol (Flüssigkeit) stattfinden kann. Hydrokolloide können entweder irreversibel (einzeln-staatlich) oder umkehrbar sein. Zum Beispiel kann Agar, ein umkehrbares Hydrokolloid des Seetang-Extrakts, in einem Gel und Sol-Staat bestehen, und zwischen Staaten mit der Hinzufügung oder Beseitigung der Hitze abwechseln.

Viele Hydrokolloide werden aus natürlichen Quellen abgeleitet. Zum Beispiel werden Agar-Agar und carrageenan aus dem Seetang herausgezogen, Gelatine wird durch die Hydrolyse von Proteinen von schwerfälligen und Fischursprüngen erzeugt, und Pektin wird aus der Zitrusfrucht-Schale und dem Apfel pomace herausgezogen.

Gelatine-Nachtische wie Gelee oder Götterspeise werden von Gelatine-Puder, einem anderen wirksamen Hydrokolloid gemacht. Hydrokolloide werden im Essen hauptsächlich verwendet, um Textur oder Viskosität (z.B, eine Soße) zu beeinflussen. Hydrokolloid-basiertes Verbandmittel wird für die Haut und Wundbehandlung verwendet.

Andere Haupthydrokolloide sind xanthan Kaugummi, Gummiarabikum, guar Kaugummi, Heuschrecke-Bohnenkaugummi, Zellulose-Ableitungen als carboxymethyl Zellulose, alginate und Stärke.

Wechselwirkung zwischen kolloidalen Partikeln

Die folgenden Kräfte spielen eine wichtige Rolle in der Wechselwirkung von kolloidalen Partikeln:

• Ausgeschlossene Volumen-Repulsion: Das bezieht sich auf die Unmöglichkeit jedes Übergreifens zwischen harten Partikeln.
• Elektrostatische Wechselwirkung: Gallertartige Partikeln tragen häufig eine elektrische Anklage und ziehen deshalb an oder treiben einander zurück. Die Anklage sowohl des dauernden als auch der verstreuten Phase, sowie der Beweglichkeit der Phasen sind Faktoren, die diese Wechselwirkung betreffen.
• Kräfte von van der Waals: Das ist wegen der Wechselwirkung zwischen zwei Dipolen, die entweder dauerhaft oder veranlasst sind. Selbst wenn die Partikeln keinen dauerhaften Dipol haben, Schwankungen der Elektrondichte verursacht einen vorläufigen Dipol in einer Partikel. Dieser vorläufige Dipol veranlasst einen Dipol in Partikeln in der Nähe. Der vorläufige Dipol und die veranlassten Dipole werden dann von einander angezogen. Das ist als Kraft von van der Waals bekannt, und ist immer da (wenn die Brechungsindexe der verstreuten und dauernden Phasen nicht verglichen werden), ist für kurze Strecken, und ist attraktiv.
• Kräfte von Entropic: Gemäß dem zweiten Gesetz der Thermodynamik schreitet ein System zu einem Staat fort, in dem Wärmegewicht maximiert wird. Das kann auf wirksame Kräfte sogar zwischen harten Bereichen hinauslaufen.
• Kräfte von Steric zwischen Polymer-bedeckten Oberflächen oder in Lösungen, die das Nichtabsorbieren des Polymers enthalten, können Zwischenpartikel-Kräfte abstimmen, eine zusätzliche steric abstoßende Kraft erzeugend (der vorherrschend entropic im Ursprung ist), oder eine attraktive Erschöpfungskraft zwischen ihnen. Nach solch einer Wirkung wird mit maßgeschneiderten Superweichmachern spezifisch gesucht, die entwickelt sind, um die Brauchbarkeit des Betons zu vergrößern und seinen Wasserinhalt zu reduzieren.

Vorbereitung von Kolloiden

Es gibt zwei Hauptwege der Vorbereitung von Kolloiden:

• Streuung von großen Partikeln zu den gallertartigen Dimensionen;
• Die Kondensation von Molekülen hat sich in einer wahren Lösung in größere gallertartige Partikeln aufgelöst.

Stabilisierung einer gallertartigen Streuung (peptization)

Die Stabilität eines gallertartigen Systems ist die Fähigkeit zum System zu bleiben, wie es ist.

Stabilität wird durch die Ansammlung und durch Ablagerungsphänomene gehindert, die Phase-Trennung bestimmen.

File:ColloidalStability.png|Examples eines Stalls und einer nicht stabilen gallertartigen Streuung.

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Ansammlung ist wegen der Summe der Wechselwirkungskräfte zwischen Partikeln. Wenn attraktive Kräfte (wie Kräfte von van der Waals) über die abstoßenden (wie die elektrostatischen) Partikel-Anhäufung in Trauben vorherrschen.

Elektrostatische Stabilisierung und steric Stabilisierung sind die zwei Hauptmechanismen für die Stabilisierung gegen die Ansammlung.

• Elektrostatische Stabilisierung basiert auf der gegenseitigen Repulsion von ähnlichen elektrischen Anklagen. Im Allgemeinen haben verschiedene Phasen verschiedene Anklage-Sympathien, so dass sich eine elektrische doppelte Schicht an jeder Schnittstelle formt. Kleine Partikel-Größen führen zu enormen Flächen, und diese Wirkung wird in Kolloiden außerordentlich verstärkt. In einem stabilen Kolloid ist die Masse einer verstreuten Phase so niedrig, dass seine Ausgelassenheit oder kinetische Energie zu schwach sind, um die elektrostatische Repulsion zwischen beladenen Schichten der sich zerstreuenden Phase zu überwinden.
• Stabilisierung von Steric besteht in der Bedeckung der Partikeln in Polymern, der die Partikel verhindert, nah im Rahmen attraktiver Kräfte zu werden.

Eine Kombination der zwei Mechanismen ist auch (electrosteric Stabilisierung) möglich. Alle obengenannten erwähnten Mechanismen, um Partikel-Ansammlung zu minimieren, verlassen sich auf die Erhöhung der abstoßenden Wechselwirkungskräfte.

Elektrostatische und steric Stabilisierung richtet das Problem der Ablagerung/Schwimmens nicht direkt.

Partikel-Ablagerung (und auch das Schwimmen, obwohl dieses Phänomen weniger üblich ist) entsteht aus einem Unterschied in der Dichte des verstreuten und von der dauernden Phase. Je höher der Unterschied in Dichten, desto schneller das Partikel-Festsetzen.

• Die Gel-Netzstabilisierung vertritt die Hauptweise, Kolloide zu erzeugen, die sowohl zur Ansammlung als auch zu Ablagerung stabil sind.

Die Methode besteht im Hinzufügen zur gallertartigen Suspendierung ein Grün biopolymer fähig, ein Gel-Netz und charakterisiert durch Eigenschaften des strukturviskosen Verhaltens zu bilden. Beispiele solcher Substanzen sind xanthan und guar Kaugummi.

File:ComparisonStericStab-ShearThinningFluids2.png|Steric und Gel-Netzstabilisierung.

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Das Partikel-Festsetzen wird durch die Steifkeit der polymeren Matrix gehindert, wo Partikeln gefangen werden. Außerdem können die langen polymeren Ketten einen steric oder electrosteric Stabilisierung zu verstreuten Partikeln zur Verfügung stellen.

Die rheological Eigenschaften des strukturviskosen Verhaltens finden vorteilhaft in der Vorbereitung der Suspendierungen und in ihrem Gebrauch, weil die reduzierte Viskosität an hohen Scherraten deagglomeration erleichtert, sich vermischend und im Allgemeinen den Fluss der Suspendierungen.

Das Destabilisieren einer gallertartigen Streuung (Flockung)

Nicht stabile gallertartige Streuungen bilden flocs als die Partikel-Anhäufung wegen Zwischenpartikel-Attraktionen. Auf diese Weise kann Photonic-Brille angebaut werden. Das kann durch mehrere verschiedene Methoden vollbracht werden:

• Die Eliminierung der elektrostatischen Barriere, die Ansammlung der Partikeln verhindert. Das kann durch die Hinzufügung von Salz zu einer Suspendierung oder dem Ändern des pH einer Suspendierung vollbracht werden, um die Flächenladung der Partikeln in der Suspendierung effektiv für neutral zu erklären oder "zu schirmen". Das entfernt die abstoßenden Kräfte, die gallertartige Partikeln getrennt halten und Koagulation wegen Kräfte von van der Waals berücksichtigt.
• Hinzufügung eines beladenen Polymers flocculant. Polymer flocculants kann individuelle gallertartige Partikeln durch attraktive elektrostatische Wechselwirkungen überbrücken. Zum Beispiel können negativ beladene gallertartige Kieselerde oder Tonpartikeln durch die Hinzufügung eines positiv beladenen Polymers ausgeflockt werden.
• Die Hinzufügung von nichtadsorbierten Polymern hat depletants genannt, die Ansammlung wegen entropic Effekten verursachen.
• Die physische Deformierung der Partikel (z.B, sich streckend) kann zunehmen der van der Waals zwingt mehr als Stabilisierungskräfte (solcher als elektrostatisch), resultierende Koagulation von Kolloiden bei bestimmten Orientierungen.

Nicht stabile gallertartige Suspendierungen der niedrig-bändigen Bruchteil-Form haben flüssige Suspendierungen gebündelt, worin individuelle Trauben von Partikeln zum Boden der Suspendierung fallen (oder Hin- und Herbewegung zur Spitze, wenn die Partikeln weniger dicht sind als das Verschieben-Medium), sobald die Trauben der genügend Größe für die Kräfte von Brownian sind, die arbeiten, um die Partikeln in der durch Gravitationskräfte zu überwindenden Suspendierung zu behalten. Jedoch bilden gallertartige Suspendierungen des hoch-bändigen Bruchteils gallertartige Gele mit viscoelastic Eigenschaften. Viscoelastic mähen gallertartige Gele, wie bentonite und Zahnpasta, Fluss wie Flüssigkeiten darunter, aber erhalten ihre Gestalt aufrecht, wenn mähen, wird entfernt. Es ist aus diesem Grund, dass Zahnpasta von einer Zahnpasta-Tube gedrückt werden kann, aber die Zahnbürste länger bleibt, nachdem es angewandt wird.

Technik, die gallertartige Stabilität kontrolliert

Das vielfache leichte mit der vertikalen Abtastung verbundene Zerstreuen ist die am weitesten verwendete Technik, um den Streuungsstaat eines Produktes zu kontrollieren, folglich sich identifizierend und destabilisation Phänomene messend. Es arbeitet an konzentrierten Streuungen ohne Verdünnung. Wenn Licht durch die Probe gesandt wird, ist es backscattered durch die Partikeln / Tröpfchen. Die backscattering Intensität ist zur Größe und dem Volumen-Bruchteil der verstreuten Phase direkt proportional. Deshalb werden lokale Änderungen in der Konzentration (z.B das Absahnen und die Ablagerung) und globale Änderungen in der Größe (z.B Flockung, Fusion) entdeckt und kontrolliert.

Die Beschleunigung von Methoden für die Bord-Lebensvorhersage

Der kinetische Prozess von destabilisation kann ziemlich lang sein (bis zu mehreren Monaten oder sogar Jahren für einige Produkte), und es ist häufig für den formulator erforderlich, weiter beschleunigende Methoden zu verwenden, um angemessene Entwicklungsdauer für das neue Produktdesign zu erreichen. Thermalmethoden sind meistens verwendet, und besteht in der Erhöhung der Temperatur, um destabilisation (unter kritischen Temperaturen der Phase-Inversion oder chemischen Degradierung) zu beschleunigen. Temperatur betrifft nicht nur die Viskosität, sondern auch Grenzflächenspannung im Fall von nichtionischem surfactants oder mehr allgemein Wechselwirkungskräften innerhalb des Systems. Die Speicherung einer Streuung bei hohen Temperaturen ermöglicht, um echte Lebensbedingungen für ein Produkt (z.B Tube von sunscreen Sahne in einem Auto im Sommer) vorzutäuschen, sondern auch destabilisation zu beschleunigen, geht bis zu 200mal in einer Prozession.

Die mechanische Beschleunigung einschließlich des Vibrierens, centrifugation und der Aufregung wird manchmal verwendet. Sie unterwerfen das Produkt verschiedenen Kräften, das die Partikeln / Tröpfchen gegen einander stößt, folglich in der Filmdrainage helfend. Jedoch würden einige Emulsionen im normalen Ernst nie verschmelzen, während sie unter dem künstlichen Ernst tun. Außerdem ist die Abtrennung von verschiedenen Bevölkerungen von Partikeln hervorgehoben worden, wenn man centrifugation und Vibrieren verwendet.

Kolloide als ein Mustersystem für Atome

In der Physik sind Kolloide ein interessantes Mustersystem für Atome. Mikrometer-Skala gallertartige Partikeln ist groß genug, um durch optische Techniken wie Confocal-Mikroskopie beobachtet zu werden. Viele der Kräfte, die die Struktur und das Verhalten der Sache, wie ausgeschlossene Volumen-Wechselwirkungen oder elektrostatische Kräfte regeln, regeln die Struktur und das Verhalten von gallertartigen Suspendierungen. Zum Beispiel haben dieselben Techniken gepflegt zu modellieren ideales Benzin kann angewandt werden, um das Verhalten eines harten Bereichs gallertartige Suspendierung zu modellieren. Außerdem können Phase-Übergänge in gallertartigen Suspendierungen in Realtime mit optischen Techniken studiert werden, und sind Phase-Übergängen in Flüssigkeiten analog.

Gallertartige Kristalle

Ein gallertartiger Kristall ist eine hoch bestellte Reihe von Partikeln, die über eine sehr lange Reihe (normalerweise auf der Ordnung von einigen Millimetern zu einem Zentimeter) gebildet werden können, und die analog ihren atomaren oder molekularen Kollegen scheinen. Eines der feinsten natürlichen Beispiele dieses Einrichtungsphänomenes kann im wertvollen Opal, in der hervorragende Gebiete des reinen Farbenergebnisses von Ende-gepackten Gebieten von amorphen gallertartigen Bereichen des Silikondioxyds (oder Kieselerde, SiO) gefunden werden. Diese kugelförmigen Partikeln schlagen sich in hoch kieselhaltigen Lachen in Australien und anderswohin, und Form diese hoch bestellte Reihe nach Jahren der Ablagerung und Kompression unter hydrostatischen und Gravitationskräften nieder. Die periodische Reihe von submicrometre kugelförmigen Partikeln stellt ähnliche Reihe von zwischenräumlichen zur Verfügung, die als eine natürliche Beugung handeln, die für sichtbare leichte Wellen besonders knirscht, wenn der zwischenräumliche Abstand derselben Größenordnung wie das Ereignis lightwave ist.

So ist es viele Jahre lang bekannt gewesen, dass, wegen abstoßender Wechselwirkungen von Coulombic, elektrisch beladene Makromoleküle in einer wässrigen Umgebung kristallähnliche Langstreckenkorrelationen mit Zwischenpartikel-Trennungsentfernungen ausstellen können, häufig beträchtlich größer seiend als das individuelle Partikel-Diameter. In allen diesen Fällen in der Natur kann dasselbe hervorragende Schillern (oder Spiel von Farben) der Beugung und konstruktiven Einmischung von sichtbaren lightwaves zugeschrieben werden, die das Gesetz von Bragg in einer Sache befriedigen, die dem Zerstreuen von Röntgenstrahlen in kristallenen Festkörpern analog ist.

Die Vielzahl von Experimenten, die Physik und Chemie dieser so genannten "gallertartigen Kristalle" erforschend, ist infolge der relativ einfachen Methoden erschienen, die sich in den letzten 20 Jahren entwickelt haben, um synthetische Monodispers-Kolloide (sowohl Polymer als auch Mineral) und durch verschiedene Mechanismen vorzubereiten, durchführend und ihre Fernordnungsbildung bewahrend.

Kolloide in der Biologie

Am Anfang des 20. Jahrhunderts bevor wurde enzymology gut verstanden, wie man dachte, waren Kolloide der Schlüssel zur Operation von Enzymen; d. h. die Hinzufügung kleiner Mengen eines Enzyms zu einer Menge von Wasser würde auf eine Mode noch, um angegeben zu werden, subtil die Eigenschaften des Wassers zu verändern, so dass es das spezifische Substrat des Enzyms, wie eine Lösung von ATPase das Brechen von ATP brechen würde. Außerdem war Leben selbst in Bezug auf die gesamten Eigenschaften aller gallertartigen Substanzen erklärlich, die einen Organismus zusammensetzen. Da sich ausführlichere Kenntnisse der Biologie und Biochemie entwickelt haben, wurde die gallertartige Theorie durch die makromolekulare Theorie ersetzt, die ein Enzym als eine Sammlung von identischen riesigen Molekülen erklärt, die als sehr winzige Maschinen handeln, frei sich zwischen den Wassermolekülen der Lösung bewegend und individuell auf dem Substrat funktionierend, das nicht mysteriöser ist als eine mit der Maschinerie volle Fabrik. Die Eigenschaften des Wassers in der Lösung werden nicht verändert, anders als die einfachen osmotischen Änderungen, die durch die Anwesenheit jedes solute verursacht würden. In Menschen enthalten sowohl die Schilddrüse als auch der Zwischenlappen (Durchschnitt-Zwischenmedien) der pituitären Drüse kolloidale Fruchtbälge.

Kolloide in der Umgebung

Gallertartige Partikeln können auch als Transportvektor dienen

verschiedener Verseuchungsstoffe im Oberflächenwasser (Seewasser, Seen, Flüsse, Süßwasser-Körper) und in unterirdischem Wasser, das in gespaltenen Felsen zirkuliert

(Kalkstein, Sandstein, Granit...). Radionuklide und schwere Metalle leicht Eberesche auf Kolloide in Wasser aufgehoben. Verschiedene Typen von Kolloiden werden erkannt: anorganische Kolloide (Tonpartikeln, Silikat, Eisenoxy-Hydroxyd...), organische Kolloide (humic und fulvic Substanzen). Wenn schwere Metalle oder Radionuklide ihre eigenen reinen Kolloide bilden, wird der Begriff "Eigencolloid" gebraucht, um reine Phasen, z.B, Tc (OH), U (OH), Am (OH) zu benennen. Kolloide sind für den Langstreckentransport von Plutonium auf Nevada Kerntestseite verdächtigt worden. Sie sind das Thema von ausführlichen Studien viele Jahre lang gewesen. Jedoch ist die Beweglichkeit von anorganischen Kolloiden in zusammengepresstem bentonites und in tiefen Tonbildungen sehr niedrig

wegen des Prozesses des Ultrafiltrierens, das in der dichten Tonmembran vorkommt.

Die Frage ist für kleine organische Kolloide weniger klar, die häufig in porewater mit aufrichtig aufgelösten organischen Molekülen gemischt sind.

Verwenden Sie in der intravenösen Therapie

Kolloidale in der intravenösen Therapie verwendete Lösungen gehören einer Hauptgruppe von Volumen-Expandern, und können für den intravenösen flüssigen Ersatz verwendet werden. Kolloide bewahren einen hohen kolloidalen osmotischen Druck im Blut, und deshalb, sie sollten das Intragefäßvolumen theoretisch bevorzugt vergrößern, wohingegen andere Typen von Volumen-Expandern gerufen haben, vergrößert crystalloids auch das zwischenräumliche Volumen und intrazelluläre Volumen. Jedoch gibt es noch Meinungsverschiedenheit zum wirklichen Unterschied in der Wirkung durch diesen Unterschied. Ein anderer Unterschied ist, dass crystalloids allgemein viel preiswerter sind als Kolloide.

Kürzlich, jedoch, ist es beschlossen worden, dass der Gebrauch von Kolloiden durch gefälschte Forschungsstudien ausgepolstert wurde.

Siehe auch

• Aerosol
• Bacteriophage
• Kolloid-erleichterter Transport
• Streuung
• Eigencolloid
• Elektrische doppelte Schicht (EDL)
• Emulsion
• Entropic zwingen
• Flockung
• Schaum
• Gel
• Kaugummi (Botanik)
• Hydrosol
• Schnittstelle
• Mischbarkeit
• Micromeritics
• Nanoparticle
• Nichtnewtonsches Fluid
• Partikel-Ansammlung
• Peptization
• Sol (Kolloid)
• Sol-Gel
• Einteilung des Potenzials
• Superweichmacher
• Suspendierung
• Potenzial von Zeta

Weiterführende Literatur

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Links