Men zegt, dat een stof in de colloïdale toestand verkeert, als zij in een of ander milieu aanwezig is als deeltjes, waarvan de diameter ligt tussen 0.0002 en 0.000001 mm. Zulke toestanden worden kortweg colloïden genoemd.
De colloïden behoren tot de disperse toestanden (dispersoïden), dat zijn zulke, waarbij een stof, de disperse faze, fijn temidden van een andere, het dispersie-medium of dispersiemiddel, verdeeld is. Men onderscheidt grof-disperse systemen met deeltjes groter dan 0.0002 mm, colloïd-disperse, en moleculair-disperse met deeltjes kleiner dan 0.000001 mm. Tot de eerste categorie behoren de suspensies en emulsies, tot de laatste de gewone oplossingen. Het dispersie-medium kan vast, vloeibaar of gasvormig zijn. Bij de colloïden in beperkte zin is het vloeibaar.
Men spreekt dan van een colloïdale oplossing of een sol. Is een stof gedispergeerd in een gas (lucht), dan spreekt men van een aërosol. Voorbeelden hiervan zijn een wolk, een rook, de verstuiving van een vloeistof of een poeder. Een voorbeeld van een vast dispersiemiddel is glas dat fijnverdeeld goud bevat, robijnglas.
Colloïdale oplossingen worden in de eerste plaats gevormd door vele in de natuur voorkomende stoffen, zoals eiwitten, hoogpolymere koolhydraten, (bijv. zetmeel, pectine, agar-agar, cellulose), rubber en gutta-percha, maar ook door derivaten van cellulose, als cellulose-esters en aethers. Worden deze stoffen met bepaalde vloeistoffen in aanraking gebracht, dan lossen zij daarin spontaan op tot solen, eventueel na verwarming, bijv. haemoglobine, lijm, arabische gom in water, cellulosenitraat in aceton, rubber in benzeen.
De hier bedoelde colloïden worden daarom hydrophiel — in het algemeen lyophiel — genoemd. Zij worden ook wel als emulsoïden en reversibele colloïden aangeduid.
Van andere stoffen zijn solen slechts op kunstmatige wijze te verkrijgen, bijv. van metalen, oxyden, sulfiden, zouten. De aldus gevormde systemen zijn niet stabiel; de gedispergeerde deeltjes streven er altijd naar zich weer met elkaar te verenigen, zodat na korter of langer tijd vloeistof en vaste stof weer gescheiden zijn en de laatste als zichtbare deeltjes op de bodem van het vat ligt. Deze solen worden daarom hydrophoob (lyophoob) genoemd. Ook spreekt men van suspensoïdên en irreversibele colloïden.
Er zijn dus twee klassen van colloïden, die in hun eigenschappen sterk verschillen.
De deeltjes van een colloïde zijn zelfs met de beste microscopen niet waar te nemen. Wel gelukt dit bij vele (doch niet bij alle) met de ultra-microscopen en de electronenmicroscopen. In eerstgenoemde instrumenten ziet men lichtende schijfjes op een donker veld. Daar men hier met een buigingseffect te doen heeft, ziet men de deeltjes niet in hun vorm afgebeeld. Zij doen zich als ronde schijfjes voor, tenzij zij in één richting sterk uitgegroeid zijn; dan nemen zij de vorm van een ellips aan.
De op deze manier waargenomen deeltjes noemt men ultramicronen of submicronen. Het komt ook voor, dat de deeltjes zo klein zijn, dat men ze zelfs met de ultramicroscoop niet afzonderlijk zien kan, doch slechts de baan der lichtstralen als een egaal verlichte bundel in het donkere gezichtsveld waarnemen kan. Men spreekt dan van amicronen.
Behalve de afmetingen der deeltjes heeft ook het verschil in de brekingsindices van disperse faze en dispersiemedium invloed op de zichtbaarheid der deeltjes in de ultramicroscoop. Is dit verschil groot (metalen en sulfiden in water o.a.), dan zijn de deeltjes zeer duidelijk waar te nemen, is het klein (eiwitten, gommen o.a.), dan kunnen de deeltjes onzichtbaar zijn, zelfs al zijn hun afmetingen die van de submicronen.
Met de electronenmicroscoop neemt men de deeltjes waar, nadat zij op een blaadje collodion zijn afgezet, hetzij uit een rook (bijv. van magnesiumoxyde), hetzij uit een sol (bijv. van goud) na verdamping van het water. Metalen en anorganische colloïden zijn ook hier weer het duidelijkst waar te nemen, daar zij de electronenstralen sterk absorberen en er dus een groot contrast ontstaat. Met dit toestel ziet men de deeltjes wel in hun ware gedaante. Het is daardoor gebleken, dat zij kristallijn zijn en zelfs dezelfde kristalvormen bezitten, als met de microscoop aan grotere deeltjes van dezelfde stof waargenomen worden.
De deeltjes in een sol vertonen de Brown-beweging, zoals in de ultramicroscoop gemakkelijk opgemerkt wordt. In verband met hun kleine afmeting zijn de verplaatsingen, die zij ondergaan, zelfs zeer heftig, heftiger dan bij suspensies, stuifmeel in het bijzonder, het geval is.
Met behulp van de genoemde toestellen heeft men de afmeting der deeltjes van hydrophobe solen kunnen bepalen en daarbij waarden tussen 6 en 200 𝜇𝜇 (millioenste millimeters) gevonden. De deeltjes zijn in het algemeen niet even groot, polydisperse colloïden. Zijn ze wel even groot, dan heeft men een monodispers colloïde. Bij de hydrophiele colloïden past men ter bepaling van de grootte der deeltjes de methode van de osmotische druk toe, of men gebruikt de ultracentrifuge en bepaalt de sedimentatiesnelheid, of wel het sedimentatieevenwicht. Men berekent daaruit voor eiwitten, cellulose en zijn esters enz. waarden, die liggen tussen 17 000 en 27 000 000, uitgedrukt in de eenheid der chemische atoomgewichten, 1/16 van het atoomgewicht van zuurstof. Deze getallen kunnen ook als moleculaire gewichten opgevat worden en de deeltjes als moleculen, macromoleculen. Een scherpe onderscheiding is in het geval der hydrophiele colloïden nauwelijks te treffen, daar er een geleidelijke overgang in de eigenschappen van gewone en colloïdale oplossingen bestaat.
De in water gedispergeerde deeltjes zijn meestal electrisch geladen, doordat positieve of negatieve ionen, de potentiaalbepalende ionen, zich er op vasthechten; men spreekt dan van positieve, resp. negatieve colloïden. In een electrisch veld bewegen de deeltjes zich derhalve naar de negatieve, resp. positieve pool, electrophorese, ook wel kataphorese. Hun snelheid is daarbij enkele microns per sec bij een veldsterkte van 1 V per cm. Door zulk een geladen deeltje worden de tegengestelde ionen in het water aangetrokken; daardoor hopen deze zich om het deeltje heen op en ontstaat er een electrische dubbellaag, die aan de kant van het water diffuus is, d.w.z. de dichtheid der ionen neemt met de afstand van het deeltje geleidelijk af. Dit gebeurt over afstanden van 0.001 tot 0.1 𝜇 naar gelang van het gehalte aan electrolyten in de oplossing en de valentie hunner ionen.
Deze lading is voor de hydrophobe solen van de allergrootste betekenis, want zij beheerst hun stabiliteit. Komen twee deeltjes in eikaars nabijheid, dan stoten zij elkaar ten gevolge van de lading af. Is deze echter afwezig, of heel gering, dan kunnen de deeltjes dichter bij elkaar komen. Er treden aantrekkende krachten in werking met het gevolg, dat de deeltjes zich met elkaar verenigen tot grotere, op de duur zelfs zichtbare aggregaten „vlokken”.
Deze bezinken en het dispersiemedium staat er dan helder boven. Men zegt dan, dat het sol is uitgevlokt of gecoaguleerd, het laatste vooral, als de vlokken een samenhangende massa vormen (schiften van melk, coaguleren van latex). Het uitvlokken wordt bewerkt door toevoegen van kleine hoeveelheden zouten en zuren; vooral de laatste hebben een groot effect en worden in de practijk gebruikt. Uitgevlokte colloïden kunnen weer in de soltoestand teruggebracht worden, peptisatie. Hiervoor moet men het vloksel schudden met water, dat sporen van een electrolyt bevat, omdat er dan weer ionen aanwezig zijn, die de deeltjes een lading kunnen geven, waardoor deze elkaar weer gaan afstoten.
Ook de deeltjes van hydrophiele solen zijn vaak geladen. In het bijzonder is dit bij eiwitten van belang, die positief of negatief zijn, afhankelijk van de concentratie der aanwezige waterstofionen. Bij een bepaalde waarde daarvan is echter hun totale lading nul, het iso-electrische punt. Dit behoeft niet met zich mede te brengen, dat het sol uitvlokt. Wel wordt het hydrophiele colloïde uitgescheiden, uitgezouten, als men grote hoeveelheden zouten, alkohol, aceton toevoegt.
Naar de grootte van hun effect kan men zowel de anionen als de kationen in reeksen plaatsen, de lyotrope reeksen of reeksen van Hofmeister. Ionen die water het sterkst aantrekken, werken het sterkst uitzoutend. Dikwijls ontstaat hierbij geen vaste stof, doch een vloeistof, hetzij als een laag, hetzij als kleine druppeltjes, die zich niet of moeilijk laten afscheiden van het medium. Dan spreekt men van coacervatie. (Bungenberg de Jong).
Twee solen met verschillend geladen deeltjes vlokken, mits hun hoeveelheden binnen bepaalde grenzen liggen, elkaar uit, wederzijdse uitvlokking. In het geval van twee hydrophiele colloïden ontstaat weer een coacervaat. Dergelijke coacervaten spelen wellicht een rol in de levende natuur.
De combinatie van een hydrophoob en een hydrophiel sol kan tot bijzondere verschijnselen aanleiding geven, die men beschutting of bescherming, resp. sensibilisatie noemt. Door een weinig van een hydrophiel sol bij een hydrophoob te doen, geeft men aan het laatste de eigenschappen van het eerste. Dit wordt dus niet meer door electrolyten uitgevlokt en is tegen de invloed daarvan beschut of beschermd. Daarom noemt men het hydrophiele colloïde in dit geval een beschutting- of beschermingscolloïde. Vele solen worden met behulp van dit beginsel bereid en als houdbare solen in de handel gebracht.
Ook de fotografische emulsie op films en platen is een voorbeeld van deze werking: het zilverbromide wordt door de gelatine beschermd. Men verklaart dit door aan te nemen, dat het hydrophiele colloïde de deeltjes van het hydrophobe omhult. Practisch is de beschermende werking van nut bij de vervaardiging van reversibele, dat is weder oplosbare, colloïdale metaal praeparaten, argol, hyrgol e.d. zilver en kwikzilver). De toevoeging van eiwitten, zoals caseïne, aan suspensies, bijv. van pigmenten in waterverven, aan insecticide-poeders, zoals zwavel, loodarsenaat in suspensies, berust mede op deze beschermende werking, welke de stabiliteit tegen uitzakking ook verhoogt.
Onder bepaalde omstandigheden en bij nog geringere hoeveelheden van het hydrophiele colloïde kan zich het omgekeerde voordoen, nl. dat het hydrophobe juist gevoeliger wordt, voor het toevoegen van electrolyt, dus door minder zout wordt uitgevlokt dan normaal, sensibilisatie.
Uit solen kunnen min of meer vaste afscheidsels verkregen worden, die de naam gel dragen en bijzondere eigenschappen bezitten. Wordt het sol in zijn geheel vast, dan spreekt men van een gelei.
De colloïden spelen in de practijk en in de techniek een grote rol. Vele materialen, zoals weefsels (wol, katoen, zijde, huiden), verfstoffen, plakmiddelen, rubber behoren er toe. Vele industrieën hebben met colloïdale processen te doen, zoals de broodbakkerij, de kaas- en boterbereiding, de jamfabricage, de fotografische film-, de aardewerk-, de asfalt- en de linoleumindustrieën; verder kan gewezen worden op de afvalwaterzuivering, het gebruik in de apotheek (zalven) en op de betekenis van de colloïden in de bodem (klei, humus).
PROF. DR E. H. BÜCHNER
Lit.: E. H. Büchner, De leer der Kolloïden (1944); H. J.
C. Tendeloo, Kolloïdchemie (1947); H. R. Kruyt, Colloids (1927); H.
B. Weiser, Colloid Chemistry (1939); H. Freundlich, Kapillarchemie (1947); J. Alexander, Colloid chemistry, theoretical and applied (6 dln, 1926-’46).
