콜로이드

콜로이드의 정의와 분류 Chemistry 2007/03/24 08:26 http://blog.naver.com/rkdrnf/10015520563 콜로이드란? 물질의 분산상태를 나타내는 것으로 교질(膠質)이라고도 한다. 물질이 분자 또는 이온상태로 액체 중에 고르게 분산해 있는 것을 용액이라고 하는데, 이것에 대해서 보통의 분자나 이온보다 크고 지름이 1nm~100nm 정도의 미립자가 기체 또는 액체 중에 응집하거나 침전하지 않고 분산된 상태를 콜로이드 상태라고 하며, 콜로이드 상태로 되어 있는 것 전체를 콜로이드라고 한다.   콜로이드라는 개념의 성립과 명칭의 유래 콜로이드라는 명칭은 19세기 중엽에 영국의 T.그레이엄에 의해 처음 사용되었다. 그는 확산에 대해 연구하던 중 연구에서, 물질은 물에 잘 녹아 물속에 확산하기 쉬운 것과 물에 잘 녹지 않아 확산하기 어려운 것이 있다는 것을 알았다. 전자는 보통 볼 수 있는 소금과 같은 결정성(結晶性) 물질들이고, 후자는 젤라틴과 같은 비결정성 물질들이다. 그래서 전자와 같은 것을 정질(晶質), 후자와 같은 것을 콜로이드라고 분류하게 되었다.   분산질과 분산매 콜로이드입자가 분산하고 있는 것을 분산질 그것을 둘러싸고 있는 것을 분산매라고 한다.   콜로이드의 분류 콜로이드에는 여러 종류가 있으나 분산질과 분산매의 종류에 따라 나누어진다.   분산매 종류에 따른 분류 에멀션과 서스펜션에서 분산해 있는 입자가 콜로이드 차원이면 콜로이드라고 할 수 있기에 다음과 같이 구분할 수 있다. ① 에멀션(乳濁液 유탁액) 콜로이드      액체 분산매 중에 액체가 분산해 있을 때 에멜션(emulsion)이라하며      여기에 분산된 분산질이 콜로이드 차원인 것 ② 서스펜션(懸濁液 현탁액) 콜로이드      액체 분산매 중에 고체가 분산해 있을 때 서스펜션(suspention)이라하며      여기에 분산된 분산질이 콜로이드 차원인 것   분산질의 집합상태에 따른 분류 ① 분자 콜로이드      단백질이나 고무와 같은 고분자가 분산질이 되기 때문에,      용액이지만 분자의 크기가 콜로이드 차원이 되어 있어      콜로이드의 성질을 띠게 되는 것 ② 미셀 콜로이드(會合 콜로이드)      비누나 염료(染料) 같은 것에서 볼 수 있는 것같이      용액 중에서 분자 또는 이온이 많이 모여 회합한 상태로      콜로이드의 성질을 나타내는 것 ③ 입자 콜로이드      단순히 고체 미립자가 콜로이드 차원이 되어 분산하고 있는 것 분산질의 성질에 따른 분류 ① 친수(親水) 콜로이드      분산질이 녹말 ·단백질처럼 물에 대해 친화성(親和性)인 것      (물 이외의 분산매에 대해 친화성이 있으면 親液콜로이드라고 한다)      (예) 녹말, 아교, 비눗물 등 ② 소수(疎水) 콜로이드      분산질이 금속 가루와 같이 물에 대해 친화성을 갖지 않는 것      (물 이외의 분산매 대해 친화성을 갖지 않으면 疎液콜로이드라고 한다)      (예) Fe(OH)3, 점토 등의 수용액 등 ③ 보호 콜로이드       소수 콜로이드에 친수 콜로이드를 넣으면      친수 콜로이드가 소수 콜로이드를 둘러싸서 안정하게 되므로      전해질을 가해도 쉽게 엉기지 않는데,      이때의 친수 콜로이드를 보호 콜로이드라고 한다.       (예) 잉크 속의 아라비아 고무, 사진 필름 속의 젤라틴, 먹물 속의 아교 등 전하의 종류에 따른 분류 ① 양성(+) 콜로이드      미량의 (+)이온만을 선택적으로 흡착하여 (+)전하를 띄는 콜로이드      전기장에서 (-)극 쪽으로 이동함.       (-)이온의 영향으로 엉김이 일어나고, 이 때 엉김 효과는 다음과 같다.      Cl- < SO42- < PO43-      (예) Fe(OH)3, Al(OH)3, 한천, 흰자질, 금속, 홑원소 물질 등 ② 음성(-) 콜로이드      미량의 (-)이온만을 선택적으로 흡착하여 (-)전하를 띄는 콜로이드      전기장에서 (+)극 쪽으로 이동함.       (+)이온의 영향으로 엉김이 일어나고, 이 때 엉김 효과는 다음과 같다.      Na+ < Ca2+ < Al3+       (예) 점토, 녹말, 색소, 황화물( CuS, CdS, HgS) ), 비금속(황, 탄소) 등   입자의 생성에 따른 분류 ① 분자 콜로이드       분산질이 거대 분자(지름 10-7∼ 10-5 cm)인 콜로이드.      (예) 녹말, 단백질, 젤라틴 등  ② 모임 콜로이드       작은 분자들이 모여 10-7∼ 10-5 cm 정도의 분산질이 된 콜로이드.       (예) 비눗물, 합성세제 수용액, Al(OH)3, Fe(OH)3 등  ③ 분산 콜로이드       불용성 물질이 10-7∼ 10-5 cm 정도 크기의 분산질이 된 콜로이드.      (예) 황, 금속, 금속 황화물, 탄소, 기름 등  상태에 따른 분류 ① 졸 (sol)      보통의 콜로이드 용액을 졸이라 하지만,      졸은 진짜 용액에 비해 불안정하며,      열 ·약품 등에 의해 굳어져 고체 또는 반고체로 변한다.      이와 같은 현상을 졸의 응고(凝固)라고 하며 응고한 고체를 겔이라 한다.      졸은 보통 온도를 높이면 겔로 변하나      젤라틴이나 한천(寒天)처럼 냉각하면 겔로 변하는 것도 있다.      (예) 먹물, 잉크, 아교, 녹말, 우유, 크림, 마요네즈, 비눗물 등 ② 겔(gel)     콜로이드 입자의 모임 속에 분산매가 기계적으로 끼어 들어가     전체가 고체의 겉모양을 갖는 것.      겔은 일반적으로 고체와 액체로 된 상태로,     다량의 액체를 함유하고 있는데도 어떤 형태를 유지할 수 있으며,     높은 탄성(彈性)과 가소성(可塑性)을 가지고 있다.     (예) 실리카겔, 젤리, 비스킷, 한천, 단백질, 버터, 묵 등 ③ 에어로졸 (aeorosol)      분산매가 기체(공기)인 콜로이드     (예) 안개, 연기, 구름, 스모그, 먼지 등

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콜로이드의 성질 Chemistry 2007/03/24 08:26 http://blog.naver.com/rkdrnf/10015520571 콜로이드의 안정성 콜로이드 입자는 지름이 1nm~1m의 구상입자(球狀粒子)로 되어 있을 때 일반적으로 안정하다고 하지만, 긴 사슬 모양 분자의 화합물에서는 그 표현이 적합하지 않은 경우가 있다. 따라서, 입자의 크기보다는 입자에 들어 있는 원자의 수에 따라 정의를 내려야 한다는 견해도 있어 1,000∼10억 개의 원자를 갖는 입자를 콜로이드 입자라고 하는 경우도 있다. 콜로이드는 어떤 성질을 가지고 있기에 주목 받는가? 콜로이드 용액에 강한 빛을 쬐어 측면에서 보면 빛의 통로가 밝게 나타난다. 이것을 틴들 현상이라고 하며, 콜로이드 용액의 특유한 성질이다.   또한 콜로이드 입자가 용매분자나 다른 분자와 충돌하여 불규칙적으로 돌아다니는 운동을 브라운 운동이라고 하며, 이 운동은 입자가 작을수록 격렬하게 된다.   콜로이드 입자는 일반적으로 대전(帶電)하고 있다. 예를 들면, 금의 콜로이드 같은 것은 음전기를, 구리의 콜로이드 같은 것은 양전기를 띤다. 콜로이드 용액이 안정하게 존재하고 있는 것은 콜로이드 입자가 같은 종류의 전기를 띠고 있어 서로 반발하고 있기 때문이다. 따라서, 콜로이드 용액에 전극(電極)을 넣어 직류를 통하게 하면 양전기를 띤 콜로이드 입자는 음극으로, 음전기를 띤 콜로이드 입자는 양극을 향해서 이동한다. 이 현상을 전기이동이라고 한다. 이와 같이 콜로이드 입자의 전하를 중화할 수 있는 반대부호를 갖는 이온을 함유하는 전해질을 가하면, 그 이온은 콜로이드 입자에 흡착되어 전기를 중화하게 되고 입자가 크게 되어 침전한다. 이와 같은 현상을 응석(凝析)이라고 한다.   친수 콜로이드에서는 입자가 물의 얇은 막으로 덮여 있기 때문에 소량의 전해질을 가하면 전해질이 물 분자를 끌어들이므로 콜로이드 입자에 덮인 수막(水膜)이 소실하여 침전하게 된다. 이 현상을 염석(鹽析)이라고 한다. 또한 소수 콜로이드에 친수 콜로이드를 가하면, 일반적으로 응석하기 어렵게 되어 버린다. 이와 같은 작용을 하는 콜로이드를 보호 콜로이드라고 한다.   예를 들면, 먹물에서는 탄소입자를 아교질이 보호하는 상태의 콜로이드가 되어 탄소입자를 물속에 분산시킨다. 콜로이드 용액을 정제(精製)하는 데는 방광막(膀胱膜) ·셀로판막 등과 같은 반투막(半透膜)이 사용된다. 반투막은 분자나 이온 따위는 자유로이 통과시키나 콜로이드 입자는 통과시키지 못한다. 따라서, 콜로이드 용액은 반투막을 지나서 밖으로 빠져나오지만 콜로이드입자는 그 안에 남게 되어 콜로이드 용액을 정제할 수 있게 한다. 이 방법을 투석(透析)이라고 한다. 콜로이드 용액과 진짜 용액이 다른 점은 투석되는지 그렇지 않은지에 있다.   틴들현상은 무엇인가? 빛의 파장과 같은 정도 또는 그것보다 더 큰 미립자가 분산되어 있을 때 빛을 조사(照射)하면 광선이 통로에 떠 있는 미립자에 의해 산란되기 때문에 옆 방향에서 보면 광선의 통로가 밝게 나타나는 현상.   이 현상은 영국의 물리학자 J.틴들에 의해 연구되었으며, 후에 레일리에 의하여 이론적으로 해명되었다. 보통의 현미경으로는 볼 수 없는 미립자라도 틴들현상을 이용하여 빛의 통로 옆 방향에서 관찰하면 반짝이는 점으로서 그 위치를 알 수 있다(限外顯微鏡의 원리). 빛이 산란되는 정도가 입자가 클수록 심해지는 것을 이용하여 미립자의 크기를 구할 수가 있다. 특히 미립자가 고무나 폴리염화비닐과 같은 고분자물질일 경우에는 분자사슬의 길이를 알 수 있으며 이 현상은 고중합체(高重合體)인 물질의 분자량을 구하는 수단으로 이용된다. 맑은 하늘과 담배연기가 푸르게 보이는 것이나 금의 미립자 용액(금 콜로이드용액)이 여러 가지 색으로 나타나는 것도 틴들현상에 의한 산란광의 세기가 파장에 따라 다르기 때문이다.   투석은 무엇인가? 이온교환막을 사이에 두고 전기를 통하게 하여 투석속도를 촉진시키는 조작.   전해질을 함유한 콜로이드용액을 투석할 때 격막(膈膜)을 통하여 직류전기 흘리는 방법이다. 양이온만을 선택적으로 투과시키는 양이온 교환막과 음이온만을 선택적으로 투과시키는 음이온 교환막을 교대로 나란히 배열한 뒤, 양끝에 전극을 놓고 전기를 흐르게 하면 용액 속의 양이온은 양이온 선택성 막을 통과하여 음극을 향하여 가지만, 음이온 선택성 막에 의해 차단된다. 음이온은 반대로 작용하여 하나의 공간에서 제거된 이온은 옆의 다른 공간에서 농축되어 결과적으로 염류의 농축액과 희석액이 하나씩 걸러 샌드위치 모양의 셀, 즉 막과 막 사이의 공간에 형성된다. 전기투석 장치에서 막의 두께는 0.5㎜ 정도이고, 약 1㎜의 다공성 공간에 의해서 서로 격리되어 다공성 공간을 통하여 물이 흐르게 된다. 바닷물로부터 식염(食鹽)이나 순수(純水)의 제조, 방사성 폐액의 처리, 제철소 등의 산업폐수에서 유용한 금속의 회수 그리고 하수처리에서는 3차 처리공정으로서 폐수 중의 무기염류를 제거하는 목적에 이용된다. 응석(엉김 또는 응결) 이란 무엇인가? 액체 또는 기체 속에 분산하고 있는 미립자가 집합하여 큰 입자가 되는 현상을 말한다.   보통은 콜로이드입자로서 분산하고 있는 졸(sol)이 안정성을 잃고 서로 응집하여 침강하는 것을 말한다. 일반적으로 졸입자는 전하(電荷)를 가지고 있으며, 예를 들면 수산화철졸은 양, 황화비소졸은 음으로 대전(帶電)하고 있고, 수산화철졸을 양성졸, 황화비소졸을 음성졸이라고 한다. 이것들은 단독의 콜로이드용액으로 방치하면 안정하지만, 섞으면 서로 응석하여 침전한다.   또 양성졸에 음가(陰價)가 큰 이온을 함유하는 염을 가하거나, 음성졸에 양가(陽價)가 큰 이온을 함유하는 염을 가하면 극히 소량이라도 각각 반대전하이온에 의하여 안정성을 잃고 응석이 일어난다. 물 또는 백반액(白礬液) 등의 탁함을 없애는 데 이용된다. 콜로이드의 중요성 자연계에는 콜로이드의 예가 많으며, 특히 생물체를 구성하고 있는 물질의 대부분이 콜로이드 상태로 존재하며 복잡한 기능을 나타내고 있다. 이와 같이 콜로이드의 중요성은 매우 크고 콜로이드에 관한 과학은 최근 급속히 발전하고 있다.