1.

Introduzione

Colloidi Sistemi chimici costituiti da una miscela di due sostanze o fasi, con caratteristiche intermedie tra quelle delle sospensioni e quelle delle soluzioni. Una delle due sostanze è detta “fase dispersa” o “sospesa”, l’altra “fase continua” o “mezzo disperdente”; perché si possa parlare di colloide, le particelle della fase sospesa devono avere dimensioni comprese tra 1 micrometro (10^-6 m) e 1 nanometro (10^-9 m). Sia la fase dispersa sia il mezzo disperdente possono essere solidi, liquidi o gassosi.

Il termine “colloide” fu coniato dal chimico britannico Thomas Graham nel XIX secolo per indicare le sostanze che, fatte diffondere attraverso una membrana di pergamena, la attraversavano con velocità pressoché nulla. Nella sua classificazione, oggi per molti aspetti superata, in contrapposizione ai colloidi Graham indicava i cristalloidi, vale a dire le sostanze capaci di diffondere facilmente attraverso una pergamena, così chiamate perché facilmente cristallizzabili. Un esempio tipico di sostanza colloidale è la gelatina.

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Proprietà e caratteristiche

Le dimensioni delle particelle colloidali rendono le caratteristiche dei colloidi intermedie tra quelle delle sospensioni e quelle delle soluzioni: infatti, un colloide non può essere definito un sistema eterogeneo come una sospensione, in quanto la sua fase sospesa non può essere individuata al microscopio ottico; d’altra parte, non può neanche essere definito omogeneo, in quanto le sue particelle sospese non sono abbastanza piccole da poter attraversare una membrana di pergamena, come invece le particelle delle soluzioni propriamente dette.

Come nelle sospensioni, le particelle disperse rimangono sospese per effetto degli urti contro le molecole del mezzo, urti che ne determinano il moto casuale (moto browniano) all’interno della fase disperdente. Un incremento della forza di gravità o l'azione di una centrifuga può tuttavia provocare la deposizione delle particelle della fase dispersa e l'arresto della sospensione.

Sebbene le dispersioni colloidali non possano essere purificate attraverso la filtrazione, possono essere dializzate se poste in un contenitore semipermeabile immerso in acqua pura; le impurità disciolte diffondono gradualmente attraverso il contenitore, mentre le particelle colloidali, che non possono attraversare per osmosi le sottili aperture della membrana semipermeabile del contenitore, vi rimangono imprigionate. Se il processo di dialisi è completo, la sospensione viene distrutta oppure si deposita.

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Classificazione

I colloidi si suddividono in due grandi categorie, a seconda del loro comportamento nei confronti del mezzo disperdente: se sono a esso affini vengono detti “liofili”, altrimenti “liofobi”. Esempio tipico di colloidi liofili, che cioè formano facilmente soluzioni colloidali, è la gelatina; esempi di colloidi liofobi, invece, sono i metalli.

A seconda dello stato di aggregazione delle due componenti di un colloide si distinguono i sol (o soli), le emulsioni, i gel (o geli) e gli aerosol (o aerosoli). I sol sono colloidi costituiti da particelle solide disperse in una matrice liquida; in questo gruppo rientrano le vernici, che sono dispersioni di minuscoli pigmenti in soluzioni oleose; si possono ottenere per dispersione di particelle più grandi suddivise in particelle più piccole o per aggregazione di particelle piccole in particelle più grandi. Le emulsioni sono costituite da particelle liquide disperse in un altro liquido; ne è un esempio il latte, costituito da goccioline di grasso disperse in acqua. Si chiama invece aerosol la dispersione colloidale di un solido in un gas, come il fumo di sigaretta nell’aria, o quella di un liquido in un gas, come lo spray insetticida. Si parla di gel, infine, quando le particelle solide sono disposte in una matrice liquida secondo un ordine tridimensionale 'allentato', che conferisce alla miscela particolari caratteristiche di rigidità ed elasticità, come in una gelatina.

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Produzione industriale dei colloidi

Le dispersioni colloidali nei liquidi sono prodotte industrialmente attraverso macinazione di solidi in apposite macine o per mezzo di miscelazione e agitazione di due liquidi in un emulsionatore; l'umidificazione della fase sospesa è incrementata dall'uso di un agente stabilizzante, o addensante, o di un emulsionante.

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Elettroforesi

In molti casi, le particelle colloidali tendono ad attirare a sé ioni, e quindi a dotarsi di carica elettrica. Questo conferisce diverse proprietà utili: in primo luogo ne aumenta la stabilità, perché la reciproca repulsione elettrica tra le particelle, che risultano cariche dello stesso segno, ne impedisce l’aggregazione e quindi la sedimentazione. In secondo luogo, le rende soggette all’azione di campi elettrici applicati e quindi capaci di muoversi in un fluido per effetto di un campo elettrico. Il processo, noto con il nome di elettroforesi, è una delle proprietà più importanti delle soluzioni colloidali, che ne permette utili applicazioni. Un particolare tipo di elettroforesi, inventato nel 1937 dal biochimico svedese Arne Tiselius, è usato per studiare le proteine e nella diagnosi delle malattie del sangue.