コロイド

1はじめに

コロイドは私たちが見ているどこにでもありますが、なぜほとんどの人がそれについ コロイド科学の創始者の一人であるマイケル-ファラデーは、一世紀以上にわたって私たちを殴っていましたが、学生たちは、塩を加えると青色に変化する赤色の着色を持つ安定したコロイドとして水に分散した金のナノメートルサイズの粒子である金ゾルの魅力を自分自身で見ました。 金ゾルは現在、ナノテクノロジーのビルディングブロックとして新たな関心を得ています。

コロイドは、ギリシャ語のkoč αに由来する接着剤のようなものを意味します。 コロイドという用語は、媒体中に分散した分子または多分子粒子が少なくとも一方向に約1nmと1μ mの間の寸法を有すること、または系の不連続性がその順序の距離で見出されることを意味する、細分化の状態を指す。 すべての3つの次元がコロイド範囲にあることは必要ではない:2つの次元だけがこの範囲にある繊維および1つの次元がこの範囲にある薄膜はまた、コロイドとして分類されるかもしれない。 また、コロイド系の単位が離散的である必要もありません:連続ネットワーク構造、その基本単位はコロイド寸法であり、このクラス(例えば、多孔質固体、ゲル、泡)にも該当します。 コロイド分散は、任意の性質(例えば、固体、液体、または気体)のコロイドサイズの粒子が、異なる組成(または状態)の連続相中に分散される系である。

コロイドは、主に液体であるが、他の特性を有する材料である: 光学、粘液、ゼラチン、またはぬれた粘土の特徴のミルク、または粘性のような濁り度を、もたらす。 これらの効果は、液体中に溶解した高分子の存在から、および/または2つ以上の固体、液体、または気相を混合することによって生じる。 したがって、コロイド科学は、高分子の溶液、例えば水中のタンパク質またはモデル構築キット用の透明接着剤などの合成ポリマーの溶液の研究とし 一方、それは別の相の分散の研究であり、例えば、エマルション(水中油または油中の水)、液体中の固体、発泡体、および石鹸または合成洗剤の複雑なリョトロピック液晶分散体である。 何人かの読者は一度堅い密集させた石鹸を拡大する水の進入から起こる水と接触して残っていたときどろどろ石鹸棒の古い問題を覚えている。

ほとんどの研究者は、コロイドという用語は、無機材料、鉱物断片および鉱物析出物、バイオコロイド、ならびに天然有機物および他の有機化合物およ 様々な作業者が異なるサイズ範囲を言及しているが、上限は1μ mである。 この用語は、粒子またはシステム全体のいずれかを示すために使用され得る。 コロイド系(コロイド溶液またはコロイド懸濁液とも呼ばれる)は、界面およびコロイド科学の主題である。 この研究分野は、1861年にスコットランドの科学者Thomas Grahamによって導入されました。 以下は、コロイド系の様々な種類のいくつかの説明です。粒子の名前分散相は、それらが本質的に同じ組成のバルク相の特性を有する場合にのみ使用されるべきである。

粒子の名前分散相は、粒子が本質的に同じ組成のバルク相の特性を有する場合にのみ使用されるべきである。用語コロイドは、コロイド系の短い同義語として使用することができる。

コロイドという用語は、コロイド系の短い同義語として使用することがで 上記のサイズ制限は、検討中の特性にある程度依存するため、剛性ではありません。 この命名法は、特に特性の漸進的な移行が考慮される場合に、より粗い系に適用することができる。

コロイド系の説明では、多くの場合、成分または成分に番号を付ける必要があります。 固定された番号付け規則は不必要に制限的であると感じられる。 しかし、著者はどのように番号付けしているのか、特に独立した熱力学的成分(すべての中性)または種または成分によって番号付けされているのか 2つ以上の成分から構成される流体コロイド系は、ゾル、例えば、タンパク質ゾル、金ゾル、エマルジョン、臨界ミセル濃度以上の界面活性剤溶液、またはエーロゾルと呼ばれることがある。

懸濁液中では、固体粒子は液体中に分散される; コロイド懸濁液は、粒子のサイズがコロイド範囲内にある懸濁液である。 エマルジョン液中では、液滴および/または液晶が液体中に分散されている。 乳剤では、液滴はしばしばコロイドのサイズの通常の限界を超える。 エマルジョンは、連続相が水溶液である場合は記号O/Wによって示され、連続相が有機液体(油)である場合はW/Oによって示される。 O/W/O(すなわち、連続油相中に分散された水性液滴内に含まれる油滴)のようなより複雑な乳剤もまた可能である。 写真エマルジョンは、コロイド系ではあるが、この命名法の意味ではエマルジョンではない。ラテックス(複数形=laticesまたはlatexes)は、各コロイド粒子が多数の高分子を含む乳剤またはゾルである。

発泡体は、気泡の形態の大量の気体が液体、固体、またはゲル中に分散された分散液である。

発泡体は、液体、固体、またはゲル中に分散されている。

泡の直径は通常1つのmmより大きいですが、泡間の薄板の厚さは通常のコロイドサイズの範囲に頻繁にあります。泡という用語は、泡と交換可能に使用されています。

泡は、泡と同じ意味で使用されています。 特に、泡の場合は、前者が固体粒子(泡浮選のように)によって安定化され、後者が可溶性物質によって安定化されるという事実によって泡と区別され

エアロゾルはガス中の分散物です。 エアロゾルでは、粒子はしばしばコロイドの通常のサイズ制限を超える。 分散された粒子が固体であれば、固体粒子のエアロゾルについて話し、液体であれば液体粒子のエアロゾルについて話す。 固体エアロゾルおよび液体エアロゾルという用語の使用は推奨されません。 エアロゾルは「固体」でも「液体」でもありませんが、どちらかといえば気体です。

ダスト、ヘイズ、霧、霧、霧雨、煙、スモッグなどの多種多様な用語は、その特性、起源などに応じてエアロゾルを記述するために使用されます。

エアロゾルを記述するために使用されます。

エアロゾルを記述するために使用されます。

これらのうち、霧と煙という用語のみがこの命名法に含まれています。

霧は液体粒子のエアロゾル、特に低雲です。煙は、燃焼、熱分解、または熱蒸発に由来するエアロゾルである。

煙は、燃焼、熱分解、または熱蒸発に由来するエアロゾルである。 その粒子は固体(酸化マグネシウムの煙)または液体(タバコの煙)であるかもしれません。

ゲルは、有限の、通常はかなり小さい降伏応力を有するコロイド系である。 シリカゲルのように、調製中にゲル段階を通過した材料は、不適切にゲルと呼ばれる。

用語xerogelは、このような乾燥した開放構造のために使用され、また、ゼラチンまたはゴムなどの乾燥したコンパクトな高分子ゲルのために使用される。

aerogelという用語は、構造の開放性が大きく維持されている場合に使用されます。

コロイド分散液は、疎水性(分散媒が水溶液である場合は疎水性)または親液性(親水性)であり得る。

コロイド分散液は、疎水性(分散媒が水溶液 親液性ゾルは、乾燥コヒーレント材料(例えば、ゼラチン、ゴム、石鹸)が分散媒と接触したときに自発的に形成されるので、乾燥コロイド材料と分散媒の初期状態よりも熱力学的に安定である。 凍結乾燥ゾル(例えば、金ゾル)は、培地中での自発的分散によって形成することができない。 それらは巨視的相への分離に関して熱力学的に不安定であるが、準安定状態で長期間残る可能性がある。

親液性ゾルは、低分子の凝集体が可逆的に形成される会合コロイドと、分子自体がコロイドサイズである高分子の両方を含む。

親液性ゾルは、低分子の凝集体が可逆的に形成される会合コロイドとを含む。

凍結嫌気性コロイドと親液性コロイドの混合物は、保護された凍結嫌気性コロイドを形成することができる。

凍結嫌気性コロイドの混合物親油性(親水性、親油性、親油性など)という用語。

親油性(親水性、親油性、親油性など)という用語。

)および凍結嫌気性(脂漏性など)。)は、特定の原子群と媒体との相互作用の特性を記述するためにも使用され得る。 この使用法において、この用語は、「溶媒優先」(水優先、脂肪優先など)の相対的な定性的な意味を有する。)および”溶媒拒絶”(水拒絶、脂肪拒絶、等。)、それぞれ。

溶媒の優先または溶媒の拒否という用語は、通常、溶媒の上に溶媒を好むか、溶媒の上に溶媒を好むという意味での差動プロセスを常に指すが、ある溶媒(例えば、水)を別の溶媒(例えば、油)の上に好むこともある。

コロイド電解質は、イオンを与える電解質であり、そのうちの少なくとも一つはコロイドサイズである。 したがって、この用語には、疎水性ゾル、イオン会合コロイド、および高分子電解質が含まれる。

コロイドイオンの電荷と反対の電荷を有する相対分子量の低いイオンは、対イオンと呼ばれ、それらの電荷がコロイドイオンの電荷と同じ符号を

高分子電解質は、水または他のイオン化溶媒に溶解すると、解離してポリイオン(ポリカチオンまたはポリアニオン)を与える高分子物質であり、荷電イオンを乗算し、等価量の小さな電荷と反対の符号のイオンと一緒になる。 小さな電荷のイオンを持たないポリカチオンとポリアニオンに解離する高分子電解質も考えられる。 高分子電解質は、多酸、多塩基、多塩、または多アンモライトであり得る。

コロイド系内のすべての粒子が(ほぼ)同じサイズである場合、系は単分散と呼ばれ、逆の場合、系は異分散である。

コロイド系内のすべての粒子が(ほぼ)同じ大きさである場合、系は単分散と呼ばれる。

コロイド系でわずかな粒子サイズしか発生しない場合、系はpaucidisperseであり、多くの粒子サイズが発生する場合、それは多分散である。

コロイド系でわずかな粒子サイズしか発生しない場合、系はpaucidisperseであり、多くの粒子サイズが発生する場合、それ

そのサイズのために、コロイド粒子は通常のフィルターを通過することができますが、羊皮紙のような半透膜の非常に微細な開口部を通過するこ 液体は半透膜を流れることはできませんが、液体が反対側にある場合はゆっくりと拡散します。 コロイド分散液はろ過で精製することはできませんが、外側に純水を入れた半透性袋に入れることで透析することができます。 溶解した不純物は徐々に袋を通って拡散し、コロイド粒子はその中に閉じ込められたままである。 透析のプロセスが完了するまで運ばれれば、コロイドシステムの安定性は個々の粒子の電荷に頻繁に依存し、これらは分解された電解物の存在にそれから一般に依存しているので懸濁液は頻繁に破壊するか、または解決します。

個々のコロイド粒子は、通常の顕微鏡で見るには小さすぎますが、超顕微鏡または暗視野顕微鏡によって見えるようにすることができます。

コロイド分散液を顕微鏡下に置き、光のビームを一方の側から向けると、コロイド粒子からの散乱によってビームの経路が見えるようになる。 この同じ現象は、暗い部屋で光線の経路を見えるようにするが、顕微鏡下では別々の光の点滅が観察される。 粒子はブラウン運動の結果としてランダムな運動をしていると見られ、その速度は分子に対してコロイド粒子の大きさを計算したものである。 粒子は電子顕微鏡で直接見ることができます。 いくつかのコロイドは、コロイド中の粒子による光の散乱であるティンドール効果のために半透明である。 他のコロイドは不透明であるか、またはわずかな色を有することができる。 サブμ m粒子のコロイド分散液は、凝集に対して安定または不安定であり得る。 ブラウン運動は、粒子が継続的に運動していることを保証し、拡散理論によって決定された速度で衝突を引き起こす。 高い界面自由エネルギーのために、凍結嫌気性コロイドは熱力学的に不安定であり、凝集する傾向がある。 これは一般的に望ましくなく、コロイド科学者はそれが起こるのを防ぐことを目指しています。

安定した分散では、粒子間の反発力が支配的であるため、粒子の衝突は凝集につながりません。 それは無期限に分散したままであるが、約0.1μ mより大きい粒子はその密度に応じて堆積する。 不安定な分散では、衝突は凝集体の形成につながる;より大きな凝集体は、それらの相対密度に応じて堆積物またはクリームのいずれかである。

安定した分散液中の反発力は、ずっと前に電気的起源であると同定されていました。 表面電位は、表面電荷の存在のために、固体粒子と周囲の液体との間の界面に存在する。 電気的中立性を維持するために、媒質中に存在する反対電荷のイオンが粒子表面に近づき、その結果、高度に濃縮された対イオンの拡散層が生じる。 この層中の対イオンの濃度は、数十ナノメートルの距離にわたって表面から指数関数的に減衰する。 得られたイオン雲は、電気二重層の拡散領域と呼ばれます。 粒子-粒子衝突では、イオン雲の重なりは粒子を離れてプッシュ浸透反発を生じさせます。

1940年代にDerjaguinとLandauとVerweyとOverbeekによって開発されたコロイド安定性のDLVO理論は、すべての問題の間に存在する反発電気二重層力(慣例により正)と引力ファンデ これら二つの力は同様の範囲と大きさであることが分かった。 電気力は、粒子が互いに接近するにつれて指数関数的に増加し、引力は分離の逆パワーとして増加する。 結果として、これらの付加的な力は、ポテンシャルエネルギー対分離曲線として表現され得る。 正の結果はエネルギー障壁と反発に対応し、負の結果は引力と凝集に対応する。 一般的に、基本理論とその後の修正は、コロイド安定性を理解するための健全な基礎を提供すると考えられている。

疎水性コロイドの表面による親油性コロイド—高分子—の吸着は、さらなる反発力を生じる。 高分子は表面に付着し、表面に付着したセグメントの列のループ状の構成、および液相に延びるセグメントのループおよび尾部を形成する。 研究は、主に1960年代と1970年代の間に、そのような吸着から生じる反発力の性質を同定した。 これらは,二つの粒子が衝突したときの吸着分子の配置自由度の制限から生じるエントロピー反発と,粒子–粒子接触時の吸着層のオーバーラップ領域におけるセグメントの濃度の増加から生じる浸透反発の組み合わせである。 特別な条件下を除いて、飽和吸着層の存在は、常に凝固への分散の完全な安定化をもたらす。 以前の出版物はこの効果をコロイド保護と呼んでいましたが、現在は立体安定化と呼ばれています。

1.1コロイドの環境的重要性

コロイドは、金属や持続性有機汚染物質(POPs)などの微量有機および無機汚染物質との相互作用が、汚染物質の生物通 さらに、コロイドは、微量金属の種形成に影響を及ぼす重要な、しばしば支配的な配位子である(Geckeis et al.、2002)および環境システムの他の汚染物質および微生物病原体の行動に影響を与えます。 河口、湖、および河川における汚染物質輸送におけるこれらのコロイドの重要性は、長い間認識されてきた(Tessier et al.,1994),潜在的な生態学的および人間の健康への影響と. 生物学的または非生物学的に産生され得るコロイドとの会合によって複雑な方法で変化させることができることが認識されている(Wilkinson and Buffle,2004)。 最近の多くの研究は、遊離金属およびコロイド結合金属の生物的取り込みに焦点を当てている(例えば、Pan and Wang,2 0 0 3;Wang and Guo,2 0 0 0;Carvallho e t a l,1 9 9 9)が、実質的な進歩はまだ必

明らかな重要性にもかかわらず、水生コロイドの構造と、これが微量汚染物質および病原体調節における環境”機能”とどのように関連するかを定量的に理解していない(Muirhead and Lead、2003)。 さらに、コロイドおよびコロイド-汚染物質複合体の非摂動および定量的分離および分析に使用できる技術の数が膨大に増加している(Muirhead and Lead,2003;Mondi et al. 2 0 0 2;Balnois and Wilkinson,2 0 0 2)、蛍光相関分光法(FCS,Lead e t a l.,2 0 0 2)、蛍光相関分光法(fcs,Lead e t a l. ら、2 0 0 3)、電界流分画(FFF;Lyven e t a l. ら、2 0 0 3)、およびX線分光法(Gaillard e t a l., 2001). しかし、これらの方法のほとんどは、現在、非摂動環境コロイド系の研究には使用されていない。

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