Kolloid

Kolloid, physikochemischer Begriff für die Suspension mikroskopisch kleiner Teilchen einer Substanz in einem so genannten Dispersionsmedium. Unter einer Suspension bezeichnet man die Aufschwemmung von festen Stoffen in einer Flüssigkeit (Medium), wobei die Teilchen in dem Medium feinst verteilt sind. Bei einem Kolloid nennt man die Suspension auch disperse Phase. Das Medium bildet die so genannte kontinuierliche Phase.

Beide erwähnten Phasen können fest, flüssig oder gasförmig sein. Allerdings bezeichnet man die Verteilung eines Gases in einem anderen Gas nicht als Kolloid. Unter einem Aerosol versteht man eine kolloidale Verteilung von festen oder flüssigen Stoffen in einem Gas (wie beim Strahl aus einer Sprühdose). Als Emulsion bezeichnet man eine kolloidale Verteilung feinster Flüssigkeitstropfen in einer Flüssigkeit. Beispielsweise ist eine Hautcreme im Prinzip nichts anderes als eine Suspension feinster Fetttröpfchen in Wasser. Eine kolloidale Verteilung fester Teilchen in einer Flüssigkeit nennt man Sol. Beispiele für Sole sind Anstrichfarben, bei denen kleinste Pigmentteilchen in einer meist öligen Flüssigkeit suspendiert sind. Gele zählt man zu den Spezialfällen der Sole: Bei ihnen bilden jeweils viele dispergierte Teilchen ein lockeres, aber wohl definiertes räumliches Gebilde. Dadurch erhält die Mischung einen gewissen Halt und bleibt trotzdem elastisch; ein Beispiel hierfür ist Gelatine in Wasser.

Die Teilchen in einem echten Kolloid sind so klein, dass sie infolge der ständigen Zusammenstöße mit den Molekülen des Dispersionsmediums nicht zu Boden sinken. Diese ungeordnete Bewegung der Teilchen unter dem Einfluss der Molekülstöße wird Brownsche Molekularbewegung genannt. Wenn aber die auf die Teilchen in Richtung zum Gefäßboden wirkende Kraft sehr stark erhöht wird, lässt sich eine Suspension auftrennen. Dies gelingt z. B. mit einer Ultrazentrifuge (Hochgeschwindigkeitszentrifuge).

Zur industriellen Herstellung kolloidaler Dispersionen in Flüssigkeiten wird der betreffende Feststoff zunächst extrem fein gemahlen. Beim Herstellen von Emulsionen werden die beiden Flüssigkeiten gemischt und dann in einer Emulgiermaschine intensiv geschüttelt oder gerührt. Die Benetzung der zu suspendierenden Teilchen wird zuweilen durch Zugabe eines Stabilisators oder Emulgators unterstützt.

Bei der Elektrophorese trennt man kolloidale Teilchen mit Hilfe eines elektrischen Feldes. Ein auf ihr beruhendes Trennverfahren wurde 1937 von dem schwedischen Biochemiker Arne Tiselius entwickelt. Es dient zur Untersuchung von Proteinen sowie zur Diagnose von Krankheiten, die Veränderungen im Blutserum auslösen.

Kolloidale Dispersionen lassen sich nicht durch Filtrieren auftrennen, weil die Teilchen hierfür zu klein sind. Andererseits können kolloidale Teilchen die extrem feinen Poren von so genannten semipermeablen (halbdurchlässigen) Membranen nicht passieren. Daher lassen sich manche Kolloide mit Hilfe der Osmose reinigen: Man füllt das Kolloid in ein Gefäß, das durch eine semipermeable Membran von beispielsweise reinem Wasser getrennt ist. Eventuell vorhandene gelöste Verunreinigungen diffundieren dann allmählich durch die Membran in das Wasser, während die gewünschten Teilchen in der Kolloidlösung verbleiben. Dieses Prinzip wendet man bei der Dialyse an. Nach vollständigem Ablauf einer Dialyse kommt es häufig vor, dass das Kolloid zusammenbricht, d. h. sich die Teilchen am Boden absetzen. Die Ursache hierfür ist folgende: Die Stabilität vieler Kolloide hängt von den elektrischen Ladungen seiner einzelnen Teilchen ab. Diese Ladungen hängen ihrerseits vom Vorhandensein gelöster Elektrolyte ab.

Die einzelnen kolloidalen Teilchen sind so winzig, dass sie im gewöhnlichen Lichtmikroskop nicht zu erkennen sind. Wenn ein Lichtstrahl von der Seite durch eine kolloidale Dispersion geführt wird, so ist der Strahlverlauf infolge der Lichtstreuung durch die Kolloidteilchen sichtbar. Aus einem ähnlichen Grund kann man in einem relativ dunklen Zimmer einen Lichtstrahl im Staub oder im Zigarettenrauch sehen.