Kolloider er stoffer som er svært finfordelt, der partiklene er mellom ca. en milliondels og ca. en titusendels millimeter store. Stoffene sies da å være i kolloidal tilstand.
Kolloidale partikler er oftest for små til å sees i vanlig lysmikroskop. Det er bare elektronmikroskop som forstørrer tilstrekkelig til å gi detaljerte bilder av dem.
Begrepet kolloider brukes også i en mer omfattende betydning, der det bare kreves at minst én av dimensjonene skal ligge innenfor det angitte størrelsesområdet. Kolloider omfatter da foruten små partikler også svært tynne filmer, tynne fibrer, fint skum med mer
Betegnelsen kolloid ble innført 1861 av Thomas Graham, som regnes som kolloidkjemiens grunnlegger.
Kolloidale løsninger
Kolloidale partikler holder seg svevende blandet (dispergert) i en væske eller gass, og har sterke brownske bevegelser. De går gjennom alle vanlige filtere, men fanges opp i dialysemembraner. Kolloidale løsninger kan derfor befris for lavmolekylære stoffer ved dialyse.
Hvis dispergeringsmiddelet er vann, kalles dispersjonen et hydrokolloid. Løsningenes egenskaper er for en stor del bestemt av partiklenes størrelse, form og overflateegenskaper og hva som dermed skjer i grensesjiktet mellom partikkel og væske. Kolloidkjemien omfatter derfor atskillig overflatekjemi.
Kolloidale løsninger kan koagulere på en slik måte at det dannes en gel, der partiklene danner en sammenhengende og relativt stabil struktur i væsken. Et velkjent eksempel på dette er silikagel.
Betydning og anvendelse
Kolloider inngår i mangfoldige former som nødvendige bestanddeler i alle levende organismer. De spiller også en viktig rolle innen blant annet geologi, geoteknikk, jordbunnslære, vann- og luftrensing og i mange industrielle prosesser.
Kolloidmøller og emulgeringsmaskiner er vanlig brukt i industrien for fremstilling av kolloidale løsninger av faste stoffer og væsker. Slike løsninger inngår i tallrike næringsmidler og tekniske, kjemiske og farmasøytiske produkter.
Dispersjonskolloider
Kolloidal løsning
Hos dispersjonskolloider består hver partikkel av et stort antall molekyler eller atomer. Dispergert i en væske danner de derfor ikke en ekte løsning, men en såkalt sol (av latin solutio) eller kolloidal løsning. En hydrosol er en sol der vann er dispergeringsmiddelet, mens en organosol har et organisk løsemiddel som dispergeringsmiddel.
Noen eksempler på kolloidale løsninger er fettpartiklene i homogenisert melk, latekspartikler, dråpene i finere emulsjoner, glimmerflakene og andre mineralpartikler i finleire og gullpartiklene i gullrubinglass.
Aerosol
Dispergert i luft kalles kolloidene aerosoler. Noen eksempler på slike er sot og andre partikler i røyk, og vanndråpene i tåkedis.
Mange kolloidale løsninger av dispersjonstypen er lyofobe, det vil si at det er liten affinitet mellom kolloidet og «løsemiddelet». Når partiklene likevel ikke klumper seg sammen og faller ut, skyldes dette vanligvis at de blir elektrisk ladd på overflaten og derfor frastøter hverandre. Særlig sterke ladninger fås ved tilsetning av såper og andre ioniske overflateaktive stoffer (dispergeringsmidler). Ikke-ioniske overflateaktive stoffer kan gi partiklene et overflatebelegg som også virker stabiliserende (beskyttelseskolloider).
For å koagulere eller felle ut kolloidet kan man, alt etter kolloidets art, bruke for eksempel elektrolytt-tilsetning, elektroforese, oppvarming, frysing og tining, ultrasentrifugering eller inndamping. I dispersjonskolloider er disse prosessene oftest irreversible på grunn av de lyofobe egenskapene.
Assosiasjonskolloider
I løsninger av såpe over en viss konsentrasjon vil noen av såpemolekylene assosiere seg med hverandre til partikler, miceller, som er av kolloidal størrelse, og som er i likevekt med den omgivende ekte løsningen. Slike kolloider kalles assosiasjonskolloider.
Molekylkolloider
Makromolekylære stoffer som for eksempel proteiner, stivelse, kautsjuk og syntetiske høypolymere stoffer løser seg molekylært i egnede løsemidler og danner altså ekte løsninger.
Molekylene til disse stoffene er imidlertid så store at de har kolloidale dimensjoner, og stoffene sies derfor å foreligge som molekylkolloider. På grunn av den gode affiniteten til løsemiddelet kalles disse kolloidale løsningene for lyofile.
Molekylkolloidenes kjemi omfatter deler av fysikalsk polymerkjemi.
Koaservasjon
Hvis løsninger av molekylkolloider dampes inn, er utfellingen reversibel. Kolloidet går i løsning igjen ved tilsetning av nytt løsemiddel.
Ved avkjøling eller egnede tilsetninger som gjør løseligheten mindre, kan løsningen skille seg i to faser i likevekt: én med høyere kolloidkonsentrasjon (koaservatet) og én med meget lav konsentrasjon. Denne prosessen kalles koaservasjon.
Slike koaservater kan også dannes ved blanding av to løsninger av ioniserte molekylkolloider med motsatte ladninger, for eksempel gelatin og gummi arabicum.