Kolloidchemie

Kolloidchemie ist der Zweig der Physikalischen Chemie, der sich mit kolloidalen Systemen beschäftigt. Kolloide bestehen aus einer dispergierten Phase, deren Teilchen in der kontinuierlichen Phase fein verteilt sind. Die Teilchengrößen liegen typischerweise im Bereich von etwa 1 Nanometer bis zu einigen Hundert Nanometern. Beispiele für kolloidale Systeme sind Solen (fest in Flüssigkeit), Emulsionen (eine Flüssigkeit in einer anderen), Gele und Aerosole. Charakteristisch für Kolloide ist, dass sie weder wie echte Lösungen noch wie grobe Suspensionen verhalten; der Tyndall-Effekt und die Brownsche Bewegung sind häufig beobachtet und beeinflussen Stabilität und Transport.

Der Begriff Kolloid stammt vom griechischen kolla (Leim). Im 19. Jahrhundert prägte Thomas Graham die moderne Kolloidchemie durch Experimente mit Gelatine, Eiweißstoffen und ähnlichen Substanzen. Die Stabilität kolloidaler Systeme wird heute durch Kräfte beschrieben, die sich aus elektrostatischer Abstoßung und Van-der-Waals-Anziehung zusammensetzen. Die DLVO-Theorie (Derjaguin, Landau, Verwey, Overbeek) fasst diese Beiträge zur Interaktion von Kolloidteilchen zusammen. Ergänzend liefern Theorien zur Brownschen Bewegung, zur Diffusion und zur Zeta-Potential-Werte ein praktisches Rahmenwerk für Verhalten in Lösungen.

Stabilisierung und Koagulation: Kolloidale Teilchen können lyophil (benetzbar) oder lyophob (wenig benetzbar) sein. Stabilität wird oft durch elektrisch geladene Oberflächen oder durch adsorbierte Polymere erreicht, die eine Barriere gegen Aggregation bilden. Elektrolyte, pH-Wert, Temperatur und Lösungsmittel beeinflussen Stabilität; Koagulation entsteht, wenn Abstoßungskräfte zu schwach werden. Gelegentlich kommt es zu Gelierung, Flocculation oder Reaggregation, je nach System.

Anwendungen der Kolloidchemie reichen von Pigmentdispersionen, Lacken und Lebensmitteln über Pharmazie und Kosmetik bis hin zur Umwelttechnik und Nanomedizin. Typische Mess- und Trennverfahren umfassen dynamische Lichtstreuung zur Größenbestimmung, Zeta-Potential zur Stabilitätseinschätzung, Elektronenmikroskopie und Spektroskopie; Trennmethoden wie Filtration, Dialyse oder Ultrafiltration ermöglichen eine Weiterverarbeitung kolloidaler Systeme.