Układy koloidalne (koloidy) to mieszaniny niejednorodne, które składają się zazwyczaj z dwóch substancji – faz, z których jedna jest rozproszona w drugiej. Faza ciągła to substancja rozpraszająca, zwana też ośrodkiem dyspersyjnym. Faza rozproszona to substancja zawieszona (zdyspergowana) w ośrodku dyspersyjnym i w nim nierozpuszczalna. Średnica cząstek rozproszonych jest rzędu 10Indeks górny -7^-7-10Indeks górny -9^-9 m  (1‑100 nm), a nawet do 10Indeks górny -6^-6 m (1 µmmikrometrµm). Cząstki większe niż 5 · 10Indeks górny -7^-7 m (500 nm) występują w zawiesinach. W przyrodzie spotykamy różne układy koloidalne. Przykładem koloidu tłuszczu w cieczy są: masło, mleko (krople białka i tłuszczu w wodzie), majonez (przykład koloidu żółtek jajka w oleju), mgła (zawiesina kropel wody lub lodu w powietrzu). Mgła jest koloidem typu aerozolu (ciecz w gazie), podobnie jak dym (ciało stałe w gazie). Koloidami są także dymy powstające w procesie spalania oraz roztwory białek.

Podział układów koloidalnych ze względu na stan skupienia przedstawiono w tabeli poniżej.

Jedną z najbardziej charakterystycznych cech układów koloidalnych są tzw. ruchy Brownaruchy Brownaruchy Browna. Pierwsze nieregularne ruchy i zderzenia małych cząstek pyłków kwiatowych „zawieszonych” w gazach i cieczach zaobserwował w 1827 r. pod mikroskopem optycznym szkocki biolog, Robert Brown. Był przekonany, że drobinki materii poruszają się dzięki „własnej woli”. Wyjaśnienie i opracowanie teoretyczne (matematyczne) ruchów Browna zawdzięczamy Albertowi Einsteinowi oraz polskiemu fizykowi Marianowi Smoluchowskiemu.

RFvffiV0jrZAV

Zdjęcie przedstawia młodego mężczyznę z wąsami i brodą. Ma krótkie włosy i wysokie czoło. Ubrany jest w koszulę, krawat i marynarkę.

R45CpLWFvJLso

Zdjęcie przedstawia mężczyznę w średnim wieku. Delikatnie się uśmiecha. Nosi wąsy. Ma wysokie czoło, jego włosy nie są zbyt krótko przycięte, są podatne. Ma na sobie białą koszulę, krawat i marynarkę. W tle widać czarną tablicę z obliczeniami.

R37Yw73ymK29Q

Na grafice kulka przedstawia cząstkę koloidalną. Kulki są ze sobą połączone liniami. Linie i kulki są ustawione w różnych kierunkach. Pomiędzy kulką oznaczoną liczbą 1 i liczbą 34, usytuowanymi blisko siebie, jest przerywana linia oznaczona literą x.

Efekt Tyndallaefekt TyndallaEfekt Tyndalla to zjawisko fizyczne opisane w 1859 r. przez irlandzkiego badacza Johna Tyndalla, towarzyszące przepuszczaniu światła przez układ koloidalny. Promienie światła ulegają rozproszeniu na cząstkach fazy rozproszonej, które mają rozmiary mniejsze od długości fali świetlnej. W wyniku uginania się promieni na cząstkach fazy rozproszonej, światło staje się widoczne w postaci tzw. stożka Tyndalla.

R1dSDI7CgiXGh

Ilustracja przedstawia zlewkę z roztworem koloidalnym. Po lewej stronie zlewki znajduje się źródło światła - włączona latarka. Jest ustawiona prostopadle do zlewki. Światło latarki rozprasza się w zlewce, tworząc stożek Tyndalla.

Występowanie efektu Tyndalla jest wykorzystywane do oznaczania mas cząsteczkowych substancji rozpuszczonych w roztworach koloidalnych oraz do wyznaczania stężeń tych roztworów. Można także wyznaczać kierunki poruszania się cząstek, które poddają się bezładnym ruchom Browna.

Ciekawostka

Dlaczego mgłamgłamgła, której fazę rozproszoną stanowią kuliste cząstki cieczy, a fazą rozpraszającą jest gaz lub mieszanina gazowa, nie jest przezroczysta?

R17PPkVAFXl6c

Zdjęcie przedstawia widok z góry na nowoczesne miasto wieczorową porą. Nad wieżowcami unosi się mgła, dlatego część z nich jest słabo widoczna. W budynkach świecą się różnokolorowe światła.

Wiązka światła przechodząca przez krople wody ulega rozproszeniu, odbija się i przechodzi przez nie, zmieniając przy tym kierunek. Czasem zachowuje się tak, jakby odbiła się od powierzchni lustra. Dlatego wjeżdżając w mgłę z włączonymi światłami wydaje nam się, że mgła jest źródłem światła. Takie zjawisko ogranicza widoczność.

DymdymDym jest układem koloidalnym, w którym fazą rozpraszającą jest gaz, a fazą rozproszoną są cząstki substancji stałych, utworzone przez zestalenie się par, sublimację lub reakcję chemiczną. Dymy powstają z przedostających się do atmosfery stałych produktów podczas spalania paliw, np. z kotłowni, pojazdów lub pochodzących z działalności przemysłowej.

R1VI6savrVcBc

Zdjęcie przedstawia dymy wydobywające się z kominów fabryk. Fotografię wykonano o zachodzie słońca.

Stosowanie na polu walki trujących i duszących dymów znane było już w starożytności. Uzyskiwano je zwykle ze spalania smoły, tłuszczu, siarki czy arszeniku. Według kroniki Długosza, zasłonę dymną zastosowali chociażby Tatarzy w bitwie pod Legnicą. Dymy wytwarzane celowo do walki zbrojnej to tzw. dymy bojowe. Dymy i zanieczyszczenia, których głównym źródłem są spaliny samochodowe, cząstki sadzy, popiołu, przemysł ciężki i gospodarstwa domowe (systemy grzewcze), w połączeniu z bezwietrzną pogodą i dużą wilgotnością powietrza – mgłą – tworzą smog. Ze względu na sposób tworzenia, miejsce powstawania oraz skład chemiczny, wyróżnia się smog londyński (występujący głównie w miesiącach zimowych) i smog typu Los Angeles (spotykany głównie w miesiącach letnich).

Emulsje są to układy złożone z niemieszających się cieczy, przy czym jedna z nich jest rozproszona w drugiej w postaci drobnych kropelek. Woda jest zazwyczaj jedną fazą (warstwą), natomiast drugą stanowi ciecz niemieszająca się z nią, nazywana fazą olejową. Ze względu na rozdrobnienie, emulsja wygląda pozornie na jednorodną, a jej strukturę niejednorodną można (ze względu na wymiary fazy rozproszonej) obserwować dopiero pod mikroskopem. Emulsje są jednym z rodzajów koloidów.

Budowę emulsji można scharakteryzować przez wzajemny układ faz i ich objętościowe stosunki. Ze względu na wzajemny układ faz wyróżnia się dwa rodzaje emulsji typu olej w wodzie $\text{o/w}$ (gdzie woda stanowi substancję rozpraszającą, w której zawieszone są kropelki oleju) i typu woda w oleju $\text{w/o}$ (gdzie substancją rozpraszającą jest olej, w którym zawieszone są kropelki wody).

RR9BJRiNffJjw

Na grafice przedstawiono emulsję typu woda w oleju (o ukośnik wu). Na grafice znajduje się zlewka wypełniona wodą, w której znajdują się nierozpuszczone kropelki oleju przedstawione jako żółte kulki. Woda podpisana jest jako "faza rozpraszająca", a olej został opisany jako "faza rozproszona".

R1Snk0e3PXiMC

Grafika przedstawia emulsję typu woda w oleju wu ukośnik o. Na grafice znajduje się zlewka wypełniona olejem (żółta ciecz) oraz nierozpuszczone w nim kropelki wody przedstawione jako niebieskie kulki. Woda podpisana jest jako "faza rozproszona", natomiast olej opisano jako "faza rozpraszająca".

Wyróżnia się też emulsje wielofazowe, które charakteryzują się tym, że nie można dokładnie określić, która faza jest fazą rozproszoną, a która rozpraszającą, ponieważ każda z nich zawiera w sobie kropelki innej fazy.

R4ijV0yBZ1axm

Grafika przedstawia dwa rodzaje emulsji wielofazowych: o ukośnik wu ukośnik o i wu ukośnik o ukośnik wu. Na grafice znajdują się dwie zlewki. W zlewce po lewej stronie przedstawiona została emulsja typu o ukośnik wu ukośnik o - w zlewce znajduje się olej, w którym rozproszone są kropelki wody, a w nich znajdują się kropelki oleju. W zlewce po prawej stronie znajduje się woda, w której rozproszone są kropelki oleju, a w nich kropelki wody. Woda i jej kropelki mają kolor niebieski, a olej i jego kropelki kolor żółty.

Emulsja może być trwała wskutek obecności emulgatorów. Emulgator zwykle lepiej rozpuszcza się w jednej z dwóch faz.

Emulgatory są związkami powierzchniowo czynnymi, o właściwościach hydrofobowo‑hydrofilowych, tworzącymi warstwę molekularną na powierzchni kropelek rozproszonej cieczy. Ich przykładami są mydła, detergenty, estry alkoholi wielowodorotlenowych oraz takie substancje naturalne, jak żelatyna, agar‑agar, lanolina, lecytyna, guma arabska.

RuzqOyxfpc50A

Animacja pokazuje mechanizm wpływu emulgatora na proces tworzenia się emulsji. Zaprezentowano na poziomie molekularnym w jaki sposób zachowują się dwie niemieszające się ciecze bez dodatku emulgatora oraz po dodaniu emulgatora.

Animacja pokazuje mechanizm wpływu emulgatora na proces tworzenia się emulsji. Zaprezentowano na poziomie molekularnym w jaki sposób zachowują się dwie niemieszające się ciecze bez dodatku emulgatora oraz po dodaniu emulgatora.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/RuzqOyxfpc50A

Animacja pokazuje mechanizm wpływu emulgatora na proces tworzenia się emulsji. Zaprezentowano na poziomie molekularnym w jaki sposób zachowują się dwie niemieszające się ciecze bez dodatku emulgatora oraz po dodaniu emulgatora.

RXOBdJASPHeRQ

Film przedstawia domowe metody sporządzania dwóch emulsji: sosu musztardowego oraz kremu kosmetycznego. W filmie wymienione zostały wszystkie potrzebne składniki oraz instrukcja wykonania poszczególnych czynności.

Film przedstawia domowe metody sporządzania dwóch emulsji: sosu musztardowego oraz kremu kosmetycznego. W filmie wymienione zostały wszystkie potrzebne składniki oraz instrukcja wykonania poszczególnych czynności.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/RXOBdJASPHeRQ

Film przedstawia domowe metody sporządzania dwóch emulsji: sosu musztardowego oraz kremu kosmetycznego. W filmie wymienione zostały wszystkie potrzebne składniki oraz instrukcja wykonania poszczególnych czynności.

Ciekawostka

Lecytyna to emulgator, który znalazł szerokie zastosowanie w przemyśle spożywczym i kosmetycznym. Głównym jej źródłem są oleje roślinne. Czysta lecytyna stabilizuje emulsje typu $\text{o/w}$, natomiast nieoczyszczona, zawierająca inne substancje towarzyszące, może utrwalać emulsje typu $\text{w/o}$. Lecytyny są fosfolipidami, czyli tłuszczami, które oprócz reszt kwasów tłuszczowych zawierają w cząsteczce reszty kwasu fosforowego$\text{(V)}$.

R15bwbiE4UaVg

Na grafice przedstawiony został wzór ogólny związków należących do grupy lecytyn. Glicerol tworzy trzy wiązania estrowe. Dwa z nich z wyższymi kwasami karboksylowymi, a trzecie z kwasem fosforowym<math aria‑label="pięć">(V) dodatkowo tworzącym ester z choliną.

Emulsje znalazły powszechne zastosowanie w przemyśle kosmetycznym. Umożliwiają dotarcie szerokiej gamy składników w nich zawartych w głąb skóry, a także do wnętrza włosów.

Każda emulsja kosmetyczna składa się z bazy tłuszczowo‑woskowej, emulgatorów, surowców dodatkowych oraz wody. Składniki emulsji dobiera się w zależności od przeznaczenia i sposobu działania preparatu kosmetycznego, a także od typu emulsji, jaki chcemy uzyskać. Typowymi emulsjami są kremy, balsamy i mleczka.
Konsystencja lub gęstość emulsji zależą od zawartości fazy rozproszonej, rodzaju emulgatora, lepkości fazy rozpraszającej i obecności w tej fazie substancji wpływających na konsystencję kosmetyku.

Krem kosmetyczny

Najprostszy krem składa się z tłuszczu, wody i emulgatora. Często zawiera więcej niż jeden emulgator, ponieważ zapewnia to lepszą stabilność i daje pewność, że nie będzie się rozwarstwiał. Emulgatory są jednocześnie hydrofobowe i hydrofilowe. Służą zdrowiu i zdrowemu wyglądowi. Dla przykładu wymienić można lecytynę, lanolinę czy cholesterol.

R1cYpCCKTeUk4

Film przedstawia informacje dotyczące kremów. Omawia jakie typy emulsji wykorzystywane są do ich produkcji, jakie jest ich działanie na skórę oraz omawia ich dodatkowe właściwości.

Film przedstawia informacje dotyczące kremów. Omawia jakie typy emulsji wykorzystywane są do ich produkcji, jakie jest ich działanie na skórę oraz omawia ich dodatkowe właściwości.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R1cYpCCKTeUk4

Film przedstawia informacje dotyczące kremów. Omawia jakie typy emulsji wykorzystywane są do ich produkcji, jakie jest ich działanie na skórę oraz omawia ich dodatkowe właściwości.

Zastosowania emulsji

Piany to układy koloidalne, które powstają na skutek dyspersji gazu w fazie ciekłej lub stałej. Fazę zdyspergowaną stanowi w nich gaz, natomiast ośrodkiem rozpraszającym może być ciecz lub ciało stałe. Ich trwałość uzależniona jest od lepkości ośrodka rozpraszającego – im większa lepkość, tym trwalsze są piany. Ze względu na kształty fazy rozproszonej wyróżnia się:

• piany kulkowe, w których pęcherzyki gazu nie oddziałują na siebie;

• piany wielościenne (poliedryczne), gdzie pęcherzyki gazu oddzielone są od siebie związkami powierzchniowo czynnymi.

Przykładem piany, powstałej na skutek dyspersji gazu w ciele stałym, jest szkło piankowe. Jest to materiał stosowany w budownictwie do izolacji termicznych oraz akustycznych, otrzymywany w wyniku dodania do roztopionego szkła domieszek pianotwórczych. Naturalnym odpowiednikiem szkła piankowego jest pumeks, powstały na skutek szybkiego zastygania lawy wulkanicznej wraz z pęcherzykami gazu. Podobnie jak emulsje, piany również mają wiele ciekawych zastosowań. Wykorzystywane są m.in. w pożarnictwie (w gaśnicach pianowych), w przemyśle spożywczym (bita śmietana), w metalurgii (wzbogacanie rud metodą flotacji). Piany mogą ulec zniszczeniu na skutek wysokiego ciśnienia lub promieniowania.

media={R17TY7A3VUjRk}