Kolloide
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Kolloide - zu griechisch kólla 'Leim' - sind Teilchen in einer Suspension, die groß genug sind, um keine Quanteneigenschaften mehr aufzuweisen, aber klein genug, damit ihre Bewegung von der Thermodynamik dominiert wird. Typischerweise haben sie einen Radius von etwa 0.1 - 10 Mikrometer. Kolloide können fest, flüssig oder gasförmig in einem anderen Stoff (dem Dispersionsmittel) verteilt sein, zum Beispiel in Seifenlaugen und Lacken.
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[Bearbeiten] Beispiele für kolloidale Suspensionen
Kolloidale Suspensionen finden sich in den verschiedensten Bereichen unserer Umwelt:
- In der pasteurisierten Milch bewegen sich Fetttröpfchen in einer Wasserlösung
- Nebel, allgemeiner Aerosole
- Lacke, Tinte
- Motoröl, es hält den mikroskopischen Metallabrieb, der beim Motorbetrieb entsteht, in Lösung
- Zytoplasma besteht im Wesentlichen aus einer wässrigen Hämoglobinlösung. Allgemeiner werden Proteinlösungen als Kolloide betrachtet.
[Bearbeiten] Wissenschaften, die sich mit Kolloiden beschäftigen
[Bearbeiten] Chemie
Die Kolloidchemie, die die Eigenschaften kolloiddisperser Systeme untersucht, ist ein selbstständiges Gebiet innerhalb der physikalischen Chemie.
[Bearbeiten] Physik: Kolloide als Modellsysteme für Atome
Kolloide eignen sich sehr gut als Modellsysteme für Atome. Das macht sie zu einem wichtigen Thema in der Physik.
- Die Wechselwirkungen zwischen einzelnen Kolloidteilchen lassen sich bei der Herstellung der Kolloide und durch die genaue Zusammensetzung der Suspension einstellen. Man kann also Potenziale wie das Van-der-Waals-Potenzial zwischen Atomen nachahmen.
- Weiterhin sind Kolloide etwa um den Faktor 1000 bis 10000 größer als Atome. Das verlangsamt ihre Bewegung durch Diffusion so stark, dass man Prozesse beobachten kann, die in der atomaren Welt viel zu schnell ablaufen - zum Beispiel Kristallisation.
- Wegen ihrer Größe kann man Kolloide außerdem mit optischen Mikroskopen beobachten. Der Aufwand ist deutlich geringer als bei Atomen.
- Die Dynamik von Kolloiden ist nicht von der Quantenmechanik dominiert, sondern von der Thermodynamik , und damit sehr viel einfacher nachzuvollziehen.
[Bearbeiten] Verfahrenstechnik:Trocknungstechnik
- Kolloiddisperse Systeme bilden bei der mechanischen Entfeuchtung Pasten und der meist folgenden thermischen Trocknung, die aufgrund der Größe und Form der Partikel zwischen diesen Poren ausbilden, durch welche diese Stoffe eine riesige innere Oberfläche bekommen können.
[Bearbeiten] Wechselwirkungen von Kolloidteilchen
Im Folgenden sind die Wechselwirkungen beschrieben, die zwischen Kolloidteilchen auftreten:
- Abstoßung harter Kugeln: Kolloidteilchen sind oft hart. Das heißt, sie können sich nicht durchdringen. Das zugehörige Potenzial ist unendlich für Abstände kleiner der Summe der Radien und null sonst.
- Elektrostatische Wechselwirkung: Es ist möglich, geladene Kolloidteilchen herzustellen. Diese wechselwirken dann mit einer Energie von
. Wenn allerdings in der Suspension noch entgegengesetzt geladene Teilchen vorhanden sind, tritt Abschirmung auf, und das Potenzial fällt mit 
ab. - Entropische Wechselwirkung: Entropische Kräfte kommen nicht durch die paarweise Wechselwirkung von Kolloidteilchen zustande, sondern sie entstehen durch die Tendenz des Gesamtsystems, seine Entropie zu erhöhen.
