Koloid  z grec. klej , Graham  XIX w.
Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego
Wydział Nauk o Żywności �� przepuszczał rozpuszczone związki
chemiczne przez błony półprzepuszczalne;
łatwo przechodzące i zdolne do
krystalizowania z roztworu
CHEMIA FIZYCZNA krystaloidy
�� inne substancje trudno lub wcale nie przechodzące
przez błony półprzepuszczalne i stanowiące kleistą
Wykład VII.
maz
po odparowaniu rozpuszczalnika
koloidy
�� podział ten odrzucono, gdyż te same związki w zależności od
KOLOIDY
rozpuszczalnika mogą być koloidami lub krystaloidami.
Układ lub stan koloidowy
Dr Ewa Więckowska-Bryłka
Katedra Chemii WNoŻ
Specyficzny stan rozdrobnienia substancji w danym rozpuszczalniku
p. 2036
Podstawą do zaklasyfikowania danego układu są:
Konsultacje:
właściwości fizyczne i chemiczne
" Środa godz. 10-11
" Pon 11-12
1 3
" Wtorek (sala 2065)
UKA
ADY DYSPERSYJNE
Cechy charakterystyczne układów dyspersyjnych:
Mieszaniny otrzymane przez rozproszenie (zdyspergowanie) dowolnej
substancji (zw. fazą zdyspergowaną) w jakimkolwiek ośrodku (zw. ośrodkiem Doświadczenie lub Roztwór Układ Zawiesina
rozpraszającym lub dyspersyjnym) zjawisko koloidowy
Podział układów dyspersyjnych ze względu na stopień rozdrobnienia fazy
Obserwacja cząstek niewidzialne niewidzialne widzialne
zdyspergowanej (2r  średnica cząstek)
fazy rozproszonej w
mikroskopie
Układ dyspersyjny
Obserwacja w niewidzialne widzialne widzialne
Układ niejednorodny
ultramikroskopie
(heterogeniczny)
Ruchy Browna nie występują występują nie występują
" w obrębie układu występują obszary o
odmiennych właściwościach
Efekt Tyndalla nie występuje występuje występuje
Układ jednorodny
rozdrobnienie makroskopowe
(roztwór właściwy,
2r e" 100 nm
Dializa zachodzi nie zachodzi nie zachodzi
rozdrobnienie koloidowe
homogeniczny)
Mieszaniny takie można
(układ koloidowy,
2r < 1 nm
stosunkowo łatwo rozdzielić
Dyfuzja zachodzi zachodzi nie zachodzi
zol)
" rozdrobnienie metodami fizycznymi, takimi jak:
1nm d" 2r < 100 nm
molekularne " sączenie przez materiał porowaty
Przechodzenie fazy przechodzi przechodzi nie przechodzi
" sedymentacja w polu
" jednakowe
rozdrobnionej przez
grawitacyjnym ziemskim
właściwości
bibułę filtracyjną
" dekantacja, tzn. ostrożne zlanie
fizykochemiczne
cieczy znad osadu
w każdym
Przechodzenie przez przechodzi nie przechodzi nie przechodzi
" segregacja mechaniczna (jeżeli
elemencie układu
ultrasączek
ziarna poszczególnych
2 4
składników są dostatecznie duże)
1
Metody otrzymywania układów koloidowych:
Typy układów koloidowych w zależności od stanu skupienia fazy
Dyspersyjne -
Kondensacyjne, polimeryzacyjne-
rozproszonej (faza zdyspergowana) i fazy rozpraszającej
Rozdrabnianie jednej fazy w celu
A
ączenie mniejszych cząstek fazy w
(ośrodek rozpraszający)
otrzymania z niej cząstek o
większe o rozmiarach koloidowych
wymiarach koloidowych
" polimeryzacja addycyjna, np. butadienu do
Faza Faza Typ uk ładu Przyk łady
Faza Faza Typ układu Przykłady
Faza Faza Typ układu Przykłady
Faza Faza Typ układu Przykłady
" mechaniczne (w moz
dzierzach,
kauczuku, chlorku winylu do polichlorku
młynach koloidalnych)
rozproszona rozpraszająca koloidowego
rozproszona rozpraszająca koloidowego
rozproszona rozpraszająca koloidowego
rozproszona rozpraszająca koloidowego
winylu,
" za pomocą strumienia gazu (w celu
" reakcje kondensacji i polikondensacji,
gaz ciecz piana bita śmietana,
gaz ciecz piana bita śmietana,
gaz ciecz piana bita śmietana,
gaz ciecz piana bita śmietana,
uzyskania aerozolu)
" zmniejszenie rozpuszczalności związków
mydliny,
mydliny,
mydliny,
mydliny,
" za pomocą fal ultradz
więkowych
trudno rozpuszczalnych takich jak np. BaSO4,
(metodą tą otrzymuje się np. roztwory
AgCl, AgI poprzez dodatek drugiego
gaz faza stała piana stała pumeks
gaz faza stała piana stała pumeks
gaz faza stała piana stała pumeks
gaz faza stała piana stała pumeks koloidowe barwników, krochmalu czy
rozpuszczalnika
gipsu)
" przeniesienie danej substancji do
ciecz gaz aerozol ciek ły mgła, chmury
ciecz gaz aerozol ciekły mgła, chmury
ciecz gaz aerozol ciekły mgła, chmury
ciecz gaz aerozol ciekły mgła, chmury
" termiczne  stosowane np. do
rozpuszczalnika, w którym trudniej się
otrzymywania metali w stanie
rozpuszcza (np. otrzymywanie koloidowego
faza stała gaz aerozol stały dym, kurz
faza stała gaz aerozol stały dym, kurz
faza stała gaz aerozol stały dym, kurz
faza stała gaz aerozol stały dym, kurz
koloidowym,
roztworu siarki czy kalafonii przez wlanie do
" w łuku elektrycznym  do
wody ich nasyconych roztworów
ciecz ciecz emulsja majonez
ciecz ciecz emulsja majonez
ciecz ciecz emulsja majonez
ciecz ciecz emulsja majonez
otrzymywania zoli srebra, platyny i
alkoholowych),
innych metali, tlenków niektórych
" redukcja, np. jonów metali szlachetnych,
ciecz faza stała emulsja stała sery, masło
ciecz faza stała emulsja stała sery, masło
ciecz faza stała emulsja stała sery, masło
ciecz faza stała emulsja stała sery, masło
metali, koloidowego grafitu.
" utlenianie (np. koloidowa siarka powstaje
Stosowanie metod dyspersyjnych
podczas utleniania H2S na powietrzu),
faza stała faza stała zol stały niektóre stopy,
faza stała faza stała zol stały niektóre stopy,
faza stała faza stała zol stały niektóre stopy,
faza stała faza stała zol stały niektóre stopy,
wymaga dodawania stabilizatorów w
" hydroliza wodorotlenków metali takich jak
barwne szkło
barwne szkło
barwne szkło
barwne szkło
celu otrzymania trwałego układu
np. Zr(OH)4,
koloidowego (zapobiegają koagulacji
faza stała ciecz zol farby, atrament
faza stała ciecz zol farby, atrament
faza stała ciecz zol farby, atrament
faza stała ciecz zol farby, atrament
" reakcja wymiany, np. AgNO3 + KI �� AgI�!+
koloidów)
KNO3.
5 7
Metody oczyszczania układów koloidowych:
PRZYKA
ADY UKA
ADÓW KOLOIDOWYCH:
�� zwykle od rozpuszczonych substancji krystalicznych i elektrolitów
Naturalne:
�� cząstki koloidów przenikają przez sączki z bibuły filtracyjnej
�� są zatrzymywane przez naturalne (roślinne i zwierzęce) i sztuczne
mleko  kropelki tłuszczu i białka w wodzie
(kolodium, celofan) błony półprzepuszczalne
mgła, chmury  kropelki wody rozproszone w
v� dializa  wykorzystuje dyfuzję
powietrzu
doprowadzenie
doprowadzenie
innych składników przez błony
wody
wody
krew  krwinki, płytki, białe ciałka w osoczu
półprzepuszczalne. Jony lub
rozpuszczone małe cząsteczki
błoto  zawiesina gleby w wodzie
odprowadzenie
odprowadzenie
przechodzą przez błonę z zolu do
wody
wody
wody
Wytworzone sztucznie:
v� elektrodializa  dializator
zol
zol
" farby  barwniki, wypełniacze, substancje pokrywające
umieszczony w polu elektrycznym o
błona dializująca
błona dializująca
w wodzie
niewielkim natężeniu; przyspieszenie
ruchu jonów
" ciekłe kryształy  uporządkowane struktury
v� elektrodekantacja  wykorzystuje się wędrówkę cząstek koloidowych w
drobnych cząstek
kierunku błony, obok której umieszczono elektrodę (zagęszczenie cząstek
" kosmetyki  tłuszcze, witaminy, i to co
umożliwia odprowadzenie pozostałej części roztworu wraz z zanieczyszczeniami)
wymienione w reklamie, wszystko zawieszone w
v� ultrafiltracja (ultrasączenie)  zastosowanie błon lub sączków
wodzie lub tłuszczu
przepuszczających wszystkie składniki układu oprócz cząstek koloidowych
" lekarstwa  czynnik aktywny rozproszony w v� adsorpcja wymienna na jonitach  przepuszczanie zanieczyszczonego jonami
koloidu przez mieszaninę kationitu i anionitu; do zolu w miejsce jonów
obojętnej matrycy
zanieczyszczających przechodzą jony H+ i OH (tworzące wodę) z jonitów
6 8
2
Właściwości kinetyczne układów koloidowych
Właściwości elektrokinetyczne układów koloidowych:
Ruchy Browna  cząstki w bezustannym, chaotycznym ruchu
Ze względu na zdolność oddziaływania cząstek koloidowych z
R T D�t
cząsteczkami ośrodka rozpraszającego:
(�D�x)�2 =
3 NA p� r h�
Koloidy
"x  średnia wartość długości
przesunięcia w czasie "t na podstawie
Liofobowe
D�x
dużej liczby pomiarów dla pojedynczej
Liofilowe
cząstki koloidowej, r  promień
Einstein 1879-1955 " cząstki koloidowe trudno
" cząstki koloidowe łatwo
cząstki koloidowej, �  lepkość
RT "t ulegają solwatacji
ośrodka, R  stała gazowa, T 
ulegają solwatacji
r =�
cząsteczkami fazy
3NAĄ � (D�x)2 temperatura, K, NA  liczba Avogadra,
" m. in. hydrofilowe (H2O
rozpraszającej
Pomiar wielkości cząstek ważny w produkcji: artykułów jako rozpuszczalnik)
" m. in. hydrofobowe (H2O
spożywczych, kosmetyków, farmaceutyków, papieru,
" m. in. koloidy białkowe
cementu, farb i barwników, przeróbki kopalin jako rozpuszczalnik)
Sedymentacja  opadanie cząstek koloidowych na dno
" rozdrobnione złoto w
naczynia pod wpływem siły ciężkości; prędkość opadania
wodzie
cząstek koloidowych:
Smoluchowski 1872-1917
d  gęstość ośrodka rozpraszającego, do 
2 r2 (d - do) g
gęstość cząstki koloidowej, g  przyspieszenie
v =
ziemskie, h�  lepkość
9 h� 9 11
Właściwości koloidów liofobowych i liofilowych
Właściwości optyczne układów koloidowych:
Właściwości Koloidy liofobowe Koloidy liofilowe
Otrzymywanie Metodami dyspersji lub Można otrzymać przez
Zjawisko Tyndalla - strumień światła kondensacji rozpuszczenie
przechodzący przez układ koloidowy ulega ugięciu i
Struktura cząstek Przeważnie zespoły cząstek Często makrocząsteczki
częściowo rozproszeniu na cząstkach koloidowych;
Stężenie fazy Na ogół nieznaczne Może być duże
z boku  jasna opalizująca smuga w postaci stożka
rozproszonej
" rozpraszanie światła na cząstkach o wielkości Ruchy Browna Wyraz
ne Często bardzo niewyraz
ne
porównywalnej z długością fali światła. Dzięki
Efekt Tyndalla Wyraz
ny Niewyraz
ny
rozpraszaniu światła w dzień niebo jest
Barwa układu Często zabarwione Najczęściej bezbarwne
niebieskie, a o świcie i zmierzchu czerwone.
A
adunek elektryczny Cząstki zawsze naładowane A
adunek może nie występować
Dzięki rozpraszaniu widzimy chmury i dym.
Lepkość Zbliżona do fazy Większa niż fazy rozpraszającej
rozpraszającej
Zastosowanie w
Tworzenie piany Nie tworzą piany A
atwo tworzą pianę
ultramikroskopie:
Pęcznienie Nie pęcznieją Pęczniejąc zwiększają objętość
A
atwo tworzą
Tworzenie galaret Nie tworzą
Koagulacja pod wpływem
Wrażliwość na działanie Mało wrażliwe, pod wpływem
małych stężeń elektrolitu
elektrolitu dużych stężeń następuje
wysalanie lub koacerwacja
Wrażliwość na działanie Nieznaczna i dopiero przy Przy dużych stężeniach znaczna
środków dehydratujących dużych stężeniach
Charakter koagulacji Nieodwracalna Odwracalna
10 14
Napięcie powierzchniowe Zbliżone do fazy Mniejsze od fazy rozpraszającej
rozpraszającej
3
 Micela koloidowa  cząstki zwykle obdarzone ładunkiem Punkt izoelektryczny koloidu
elektrycznym wskutek:
" stan, w którym ładunek cząstek koloidowych sprowadzi się do
" adsorpcji jonów elektrolitu z układu
zera przez adsorpcję jonów przeciwnego znaku (zarówno w
" procesu dysocjacji elektrolitycznej koloidu cząsteczkowego
przypadku koloidu liofobowego, jak i liofilowego)
" procesu dysocjacji cząsteczek tworzących cząstkę koloidową
" liofobowy [mAgI]nI (ładunek ujemny)
Pozostałość  ośrodek międzymicelarny
dodatek Ag+ (np. AgNO3) zobojętnia I , nadmiar Ag+ 
Micela koloidu liofobowego:
przeładowanie cząstek i powstanie układu [mAgI]nAg+
" stan tuż przed  przeładowaniem  nietrwały zw. punktem
izoelektrycznym
" koloid liofobowy  ulega koagulacji, liofilowy  pozostaje zolem
" w przypadku amfoterycznych koloidów np. białek  punkt
izoelektryczny występuje przy wartości pH zw. wartością pH punktu
izoelektrycznego
Właściwości koloidów w punkcie izoelektrycznym:
v� najmniejsza rozpuszczalność (cząstki łatwo łączą się w większe
zespoły i ulegają koagulacji),
v� największa zdolność do wytrącania i krystalizacji,
v� najmniejsza tendencja do pęcznienia,
v� najmniejsze ciśnienie osmotyczne,
v� najmniejsza lepkość,
a) KI + AgNO3 ś� AgI � + KNO3 b) AgNO3 + KI ś� AgI � + KNO3 15
v� najmniejsze przewodnictwo elektryczne.
13
Koloidy liofilowe  cząstki mogą być obdarzone ładunkiem, np.
Potencjał elektrokinetyczny �
cząstki białek
Na granicy warstwy
aminokwasy
adsorpcyjnej i dyfuzyjnej
O
O
różnica potencjałów zw.
R jon potencjałem � (czyt. dzeta)
R
-
OH
obojnaczy
O
Elektroosmoza  przyłożenie pola
+
NH2
elektrycznego powoduje ruch
NH3
warstwy dyfuzyjnej jonów i
O
cząsteczek rozpuszczalnika. Jest to
x� E
jądro miceli otoczone jednokierunkowy ruch ośrodka
 w środowisku H+ :
R
dyspersyjnego przez błonę
warstwą rozmytą
OH
półprzepuszczalną
zawierającą jony OH
+
NH3
Ruchliwość elektroosmotyczna czyli prędkość przesuwania się
O
warstwy rozpuszczalnika podczas elektroosmozy:
jądro miceli otoczone
 w środowisku OH
R warstwą rozmytą E � � v �  natężenie pola elektrycznego, równe
E
-
v = stąd:
� =�
ilorazowi U/l (napięcia przez odległość
O
zawierającą jony H+
�
E �
między elektrodami podłączonymi do z
ródła
prądu), �  stała dielektryczna ośrodka,
NH2
14
�  lepkość ośrodka.
16
4
micela
granula
Wpływ elektrolitu:
Elektroforeza  wędrówka cząstek koloidowych pod wpływem pola
ż� wzrost mocy jonowej roztworu,
elektrycznego względem nieruchomego ośrodka rozpraszającego
ż� szybki zanik warstwy dyfuzyjnej
anaforeza
Cząstki ( ) wędrują do anody ż� większa możliwość zbliżenia się dwóch miceli.
ż� całkowity zanik warstwy dyfuzyjnej oznacza wartość potencjału
Cząstki (+) wędrują do katody kataforeza
elektrokinetycznego równą zeru (punkt izoelektryczny).
Próg koagulacji  minimalna liczba milimoli danego elektrolitu
Elektroforeza
niezbędna do skoagulowania 1 dm3 układu koloidowego
w kapilarze
zależy od rodzaju dodanego elektrolitu, a zwłaszcza od wartościowości
dodawanych jonów
Im wyższa jest wartościowość jonu o znaku przeciwnym do ładunku
cząstek koloidowych, tym niższy jest próg koagulacji
Ruchliwość elektroforetyczna
Szeregi liotropowe Hofmeistera:
prędkość przesuwania się miceli koloidowych w
E � �
" dla jednowartościowych kationów litowców zdolność do wywołania
v =
polu elektrycznym o natężeniu E
� koagulacji maleje w szeregu:
Cs+ < Rb+ < K+ < Na+ < Li+.
" podobnie w przypadku anionów:
Zastosowania elektroforezy:
-�
 rozdzielanie i analiza białek, kwasów itp.; odpowiedni dobór
SO2-� < anion kwasu cytrynowego < CH3COO < Br <
NO3
4
stężenia i pH ośrodka  składniki mieszaniny wędrują z różnymi
prędkościami i mogą być rozdzielone oraz: I < Br < Cl .
17 19
Trwałość układów koloidowych
Wysalanie  koagulacja koloidów liofilowych pod wpływem
�� spowodowana ładunkiem na powierzchni cząstki koloidowej
dużych ilości elektrolitu
�� solwatacją (wytworzenie wokół cząstki koloidowej otoczki
złożonej z cząsteczek rozpuszczalnika), zwłaszcza w przypadku
koloidów liofilowych
elektrolit usuwa cząsteczki rozpuszczalnika stanowiące otoczkę
Zole  nietrwałe wskutek ruchów Browna i przechodzą w żele
solwatacyjną
Koagulacja  proces łączenia się mniejszych cząstek koloidu w
większe, przejście zolu w żel
Zniszczenie otoczki solwatacyjnej:
Objawy koagulacji:
�� pod wpływem innych środków dehydratujących, np.
" zmiana barwy,
" zmętnienie lub wytrącenie osadu, alkoholu, acetonu
" zmniejszenie wartości potencjału
�� w przypadku białek  denaturacja (proces nieodwracalny).
elektrokinetycznego
" zmniejszenie prędkości elektroforezy itp.
Koacerwacja  proces powstawania agregatów w postaci kropelek
Koagulację przyspieszają:
cieczy wskutek dodania elektrolitu do koloidu liofilowego
" podwyższenie temperatury,
" bodz
ce mechaniczne (wstrząsanie układu),
" przepływ prądu elektrycznego,
Koagulacja wzajemna  zobojętnienie ładunku cząstek koloidu
" działanie światła,
liofobowego po dodaniu innego koloidu liofobowego o cząstkach
" dodatek nieelektrolitów,
przeciwnie naładowanych
" dodatek elektrolitu (zwłaszcza w przypadku
18 20
koloidów hydrofobowych)
5
Peptyzacja
Żele
pęczniejące (elastyczne)
�� jeżeli do świeżo skoagulowanego koloidu (żelu) dodać
nie pęczniejące
odpowiedniego elektrolitu ulegającego silnej adsorpcji na
(nieelastyczne)
wchłaniają ciecz ze wzrostem
powierzchni cząstek, to żel może ponownie przejść w zol
objętości, np. żelatyna, agar,
�� np. podczas rozcieńczania wodą destylowaną białka kurzego
pektyna, globulina
wchłaniają ciecz nie zmieniając
skoagulowanego pod wpływem Na2SO4.
przy tym swojej objętości 
struktura miceli pozostaje nie na ich proces pęcznienia
�� proces przeciwny do koagulacji czyli przejścia żelu w zol, a
zmieniona, np. żel kwasu wpływają elektrolity
więc ponownego rozdrobnienia (koloidy odwracalne i
krzemowego
koagulacja odwracalna)
minimum pęcznienia przy
wartości pH odpowiadającej
Dodatek soli metali ciężkich, np. Cu2+, Pb2+, czy kwasu punktowi izoelektrycznemu
nieorganicznego (np. HCl) do białka kurzego lub jego koagulacja
pod wpływem temperatury powoduje otrzymanie koloidu
Synereza - zjawisko odwrotne do procesu pęcznienia, proces wydzielania przez
nieodwracalnego. niektóre żele części ośrodka rozpraszającego (rozpuszczalnika) w postaci osobnej
fazy ciekłej, zwłaszcza po dłuższym odstaniu np. wydzielanie się serwatki z
kwaśnego mleka.
21 23
Emulsje
Żele
ż� mieszaniny złożone z przynajmniej dwóch nie mieszających się ze sobą
�� układy koloidowe, w których ośrodkiem rozpraszającym jest
cieczy, z których jedna jest rozproszona, w postaci drobnych kropelek, w
ciecz, a fazą rozproszoną koloid liofilowy
drugiej stanowiącej ośrodek rozpraszający
ż� każda z tych cieczy, zależnie od
�� stan zbliżony do stanu stałego (np.
warunków, może być zarówno
roztwory żelatyny, krochmalu i mydła lub
ośrodkiem rozpraszającym jak i
naturalnego kauczuku w benzenie,
składnikiem rozproszonym, np.
przechodzą samorzutnie ze stanu ciekłego
emulsja wody w oleju lub odwrotnie 
do zbliżonego do stałego)
emulsja oleju w wodzie
ż�na ogół układy nietrwałe (krople cieczy
�� otrzymuje się je przez sporządzenie układu
dążą do łączenia się ze sobą, gdyż duże
koloidowego na gorąco, a następnie
mają mniejszą energię powierzchniową)
schłodzenie (np. żelatyna do otrzymywania
W celu utrwalenia emulsji dodaje się tzw. emulgatorów:
galaret, galaretek owocowych, dżemów)
��emulgatorami mogą być np. elektrolity, których jony adsorbują się na
powierzchni kropelek cieczy powodując ich jednoimienne naładowanie, co z
�� cząsteczki rozpuszczalnika w żelu wypełniają luz
ną sieć
kolei nie sprzyja zlewaniu się kropelek cieczy w krople
przestrzenną złożoną z cząstek koloidu liofilowego
��w przemyśle, w celu utrwalenia emulsji przeprowadza się homogenizację, np.
mleka, kremów, margaryny (krople tłuszczu są rozbijane na tak małe fragmenty,
�� układ w pewnym sensie sztywny i nie wykazuje płynności.
że oddzielają się od mleka znacznie trudniej).
Emulsje spotykane w życiu codziennym to np. mleko, mleczne soki roślin, tłuszcze
Pęcznienie żeli  wysuszone żele mają zdolność wchłaniania cieczy
zwierzęce, masło, majonez (w majonezie emulgatorem jest albumina jaj, utrwalająca
(rozpuszczalnika)
22
emulsję oleju w wodzie).
24
6
Piany
" układy, w którym fazą rozproszoną jest
gaz, a rozpraszającą  ciecz
" można je otrzymać wstrząsając ciecz z
nierozpuszczalnym w niej gazem
" wymiary zawieszonych w cieczy
pęcherzyków gazów mogą znacznie
przewyższać rozmiary cząstek
koloidowych
" mają wiele cech zolów koloidowych
" można je utrwalać przez dodatek substancji
powierzchniowo czynnych, obniżających
napięcie powierzchniowe cieczy (mydło,
saponiny, niektóre �białka) tzw. substancji
pianotwórczych
" tworzenie piany korzystne w procesie prania
ręcznego, ale np. w procesie barwienia
tkanin, dodaje się specjalnych środków
25
niszczących pianę.
7