Kolloidchemie

Gegenstand und Einordnung

Die Kolloidchemie ist ein Teilgebiet der Physikalischen Chemie. Sie wurde 1850 durch Francesco Selmi und Thomas Graham begründet und ab etwa 1900 ausgebaut. Im Mittelpunkt stehen Herstellung, Charakterisierung und Modifizierung kolloiddisperser Systeme.

Diese Systeme enthalten Kolloide: fein verteilte feste Stoffe, deren Teilchen als disperse Phase im Dispersionsmedium verteilt sind. Kolloide haben Teilchengrößen von 1 nm bis 1 µm (ein Millionstel Meter). Damit liegen kolloidale Lösungen zwischen echten Lösungen und Suspensionen.

Teilchengröße und Beobachtbarkeit

Disperse Systeme werden nach der Teilchengröße unterschieden:

• Molekulardisperse Systeme: Teilchen kleiner als 1 nm. Die Grenze zwischen disperser Phase und Dispersionsmedium ist nicht sichtbar. Beispiele sind echte Lösungen und fluide Phasen. Eine mechanische Trennung ist durch Nanofiltration möglich; bei Gasgemischen können Kaskaden von Gaszentrifugen gegebenenfalls an- oder abreichern.
• Kolloiddisperse Systeme: Teilchen von 1 nm bis 1 µm. Unter dem Ultramikroskop sind die Grenzen sichtbar, außerdem ist Brownsche Bewegung erkennbar. Flüssige Systeme lassen sich durch Ultrazentrifugen oder Ultrafiltration trennen. Ein Beispiel sind Proteinlösungen.
• Grobdisperse Systeme: Teilchen größer als 1 µm. Die Grenzen sind oft schon ohne Mikroskop sichtbar; Brownsche Bewegung ist nicht merklich. Flüssigkeiten können durch Zentrifugen oder Filtration getrennt werden. Milchfettkügelchen sind ein Beispiel.

Im Unterschied zu echten, molekulardispersen Lösungen zeigen kolloidale Lösungen keine kolligativen Eigenschaften: keinen osmotischen Druck, keine Siedepunktserhöhung und keine Gefrierpunkts-Erniedrigung.

Stabilität und Ausflockung

Viele kleine Kolloidteilchen würden sich voraussichtlich zu energetisch günstigeren, größeren Teilchen zusammenschließen. Diese Koagulation oder Ausflockung wird jedoch je nach Kolloidart verhindert.

Hydrophobe Kolloide stoßen sich aufgrund adsorbierter elektrischer Ladungen elektrostatisch ab. Sie können durch Elektrophorese, also eine Trennung im elektrischen Feld, aufgetrennt werden. Salzzugabe verringert die elektrostatische Abstoßung; die Teilchen setzen sich dann als Niederschlag oder Gel ab.

Hydrophile Kolloide besitzen große Hydrathüllen, also Hüllen aus gebundenem Wasser. Wasserentziehende Mittel können hier die Koagulation bewirken. Kolloidale Lösungen sind nur bei begrenzten Partikelkonzentrationen stabil und können daher nicht beliebig verdünnt oder aufkonzentriert werden.

Schutzkolloide und Vorkommen

Kolloide, die das Ausflocken anderer Kolloide verhindern, heißen Schutzkolloide. Ein Beispiel ist Dextrin. Im pflanzlichen und tierischen Körper liegen viele Wirkstoffe als kolloidale Lösungen vor.