คอลลอยด์ (colloid) หมายถึง อนุภาคของสารซึ่งมีขนาดเล็กมากแขวนลอยอยู่ในตัวกลาง อนุภาคไม่มีการละลาย และไม่สามารถมองเห็นอนุภาคด้วยตาเปล่า มีขนาดอนุภาคในช่วง 10 -7 ถึง 10-4 เซนติเมตร หรือ 0.001-1.0 ไมโครเมตร สารคอลลอยด์ที่เกิดขึ้นมักมีลักษณะขุ่นๆ และทำให้เกิดสี
การแยกอนุภาคสารคอลลอยด์ สามารถแยกด้วยการกรองด้วยกระดาษเซลโลเฟน เพราะขนาดอนุภาคคอลลอยด์มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่าช่องว่างของกระกระดาษเซลโลเฟน จึงทำให้อนุภาคคอลลอยด์ติดอยู่บนกระดาษ ไม่สามารถผ่านกระดาษเซลโลเฟนได้
แต่การใช้กระดาษกรองธรรมจะไม่สามารถแยกอนุภาคคอลลอยด์ได้ กระดาษกรองธรรมดามีช่องว่างที่ใหญ่กว่าขนาดอนุภาคคอลลอยด์ และการกรองด้วยกระดาษเซลโลเฟนจะได้สารคอลลอยด์ และสารแขวนลอยด์เหลือติดอยู่บนกระดาษด้วยกัน แต่สารละลายจะผ่านกระดาษเซลโลเฟนได้ ทั้งนี้ เนื่องจากสารคอลลอยด์มีขนาดอนุภาคเล็กมาก จนดูคล้ายกับสารละลาย เช่น น้ำนม ซอส หมอก ควันไฟ และน้ำแป้ง เป็นต้น หากต้องการทราบว่าตัวอย่างใดเป็นสารคอลลอยด์หรือสารละลายจะใช้การแยกแยะด้วยตาเปล่าไม่ได้ จำเป็นต้องใช้เทคนิคทดสอบ เช่น การกรองด้วยเซลโลเฟน หรือใช้เครื่องมือทดสอบ เช่น เครื่องอุลตราไมโครสโคป
คุณสมบัติคอลลอยด์
1. ปรากฏการณ์ทินดอลล์
ปรากฏการณ์ทินดอลล์ หรือ การกระเจิงแสง ปรากฏการณ์เฉพาะที่เกิดขึ้นในอนุภาคคอลลอยด์ ถูกค้นพบครั้งแรกในปี ค.ศ. 1869 (พ.ศ. 2412) โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวไอร์แลนด์ชื่อ จอห์นทินดอลล์ ด้วยการส่องลำแสงผ่านสารคอลลอยด์ และเมื่อมองในเนื้อคอลลอยด์จะพบเห็นลำแสงนั้นวิ่งผ่านอนุภาคเหมือนกับลำแสงก่อนส่องผ่านได้ แต่หากเป็นสารละลาย เมื่อมองผ่านเนื้อคอลลอยด์จะไม่เห็นลำแสง
การมองเห็นลำแสงวิ่งผ่านเนื้อคอลลอยด์ เกิดจากแสงที่กระทบเนื้อคอลลอยด์ แล้วสะท้อนให้ตามองเห็น แต่การที่มองเห็นเป็นลำแสงต่อเนื่องกัน เนื่องจากอนุภาคคอลลอยด์มีขนาดเล็ก และการกระจายตัวอย่างต่อเนื่องอยู่ตลอดเวลา ทำให้ลำแสงกระทบ และสะท้อนอย่างต่อเนื่องได้เช่นกัน
การที่ไม่สามารถมองเห็นลำแสงในสารละลาย เนื่องจาก อนุภาคของแข็งมีขนาดเล็กถึงระดับโมเลกุล และสามารถละลายรวมเป็นเนื้อเดียวกันกับตัวกลางได้ เมื่อลำแสงวิ่งผ่านจะไม่เกิดการสะท้อนของลำแสงเกิดขึ้น ทำให้มองไม่เห็นลำแสงนั่นเอง
2. ไม่ตกตะกอน
อนุภาคคอลลอยด์มีขนาดเล็กมาก และมีความถ่วงจำเพาะเบากว่าน้ำ ทำให้เกิดการลอยในตัวกลาง ไม่ตกตะกอนลงสู่ก้นด้านล่าง นอกจากนั้น หากส่องดูอนุภาคด้วยเครื่องอุลตราไมโครสโคป จะเห็นอนุภาคคอลลอยด์มีการเคลื่อนที่ไปมาตลอดเวลา โดยการเคลื่อนที่จะเป็นแนวเส้นตรง และสามารถชนกับอนุภาคอื่นหรือมีแรงผลักระหว่างกันกับอนุภาคอื่นอย่างต่อเนื่อง ทำให้การเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง แต่ไม่เป็นระเบียบ หรือเรียกลักษณะการเคลื่อนที่แบบนี้ว่า “บราวน์เนียน” ตั้งตามชื่อของคนค้นพบ คือ Robert Brown
3. อนุภาคบางชนิดมีประจุ
อนุภาคคอลลอยด์ที่เป็นสารอินทรีย์ และอนินทรีย์จะเกิดประจุล้อมรอบผิวอนุภาค อาจเป็นประจุลบหรือประจุบวก แต่สารคอลลอยด์ที่เป็นอโลหะมักไม่เกิดประจุ โดยคอลลอยด์ที่พบมากในชีวิตประจำวันจะเป็นแบบมีประจุ เช่น น้ำแป้ง น้ำนม วุ้น และหมอกควัน เป็นต้น การที่มีระจุนี้ จะทำให้คอลลอยด์การเคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลาจากแรงผลักที่เกิดขึ้นจากอนุภาคที่เป็นประจุเดียวกัน
ชนิดคอลลอยด์
คอลลอยด์แบ่งได้เป็นชนิด ขึ้นอยู่กับสถานะของสารนั้นที่แทรกอยู่ในตัวกลาง และสถานะของตัวกลาง ได้แก่
1. ซอล (Sol)
ซอล เป็นคอลลอยด์ที่ประกอบด้วยอนุภาคสารที่เป็นของแข็งแทรกตัวอยู่ในตัวกลางที่เป็นของเหลว เช่น น้ำแป้ง ที่ได้จากเทแป้งลงกวนในน้ำ เป็นต้น
2. อิมัลชัน (Emulsion)
อิมัลชัน เป็นคอลลอยด์ที่ประกอบด้วยอนุภาคสารที่เป็นของเหลวแทรกตัวอยู่ในตัวกลางที่เป็นของเหลว เช่น น้ำนม เป็นต้น คอลลอยด์ชนิดนี้ พบเห็นได้มากที่สุดในชีวิตประจำวัน รองจากแอโรซอล
3. เจล (Gel)
เจล เป็นคอลลอยด์ที่ประกอบด้วยอนุภาคสารที่เป็นของแข็งแทรกตัวอยู่ในตัวกลางที่เป็นของเหลว แต่อนุภาคที่แทรกตัวอยู่จะมีขนาดใหญ่กว่าในซอล รวมถึงเกิดแรงยึดเหนี่ยวขึ้นระหว่างอนุภาคของแข็งกับตัวกลาง ทำให้มองเห็นเป็นก้อนได้ดีกว่า เช่น วุ้น เยลลี่ และแป้งเปียก เป็นต้น
4. แอโรซอล (Aerosol)
แอโรซอล เป็นคอลลอยด์ที่ประกอบด้วยอนุภาคสารที่เป็นของแข็งหรือของเหลวแทรกตัวอยู่ในตัวกลางที่เป็นก๊าซ เช่น เมฆ ควัน และหมอก เป็นต้น
ควัน เป็นแอโรซอลที่เกิดจากอนุภาคของแข็ง และของเหลวแทรกตัวอยู่ในก๊าซ อนุภาคของควันเกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงได้เป็นเขม่าหรือฝุ่นที่เป็นของแข็ง และบางส่วนเป็นไอน้ำ ซึ่งเบากว่าอากาศ ทำให้ลอยขึ้นแทรกตัวอยู่ในก๊าซที่เป็นอากาศ ส่วนหมอก และเมฆ เป็นแอโรซอลที่เกิดจากอนุภาคของเหลวหรือไอน้ำ ลอยตัวแทรกอยู่ในอากาศ
5. โฟมของเหลว (Liquid foam)
โฟมของเหลว เป็นคอลลอยด์ที่ประกอบด้วยอนุภาคสารที่เป็นก๊าซกระจายตัวอยู่ในตัวกลางที่เป็นของเหลว เช่น ฟองสบู่ เป็นต้น
6. โฟมของแข็ง (Solid foam)
โฟมของแข็ง เป็นคอลลอยด์ที่ประกอบด้วยอนุภาคสารที่เป็นก๊าซกระจายตัวอยู่ในตัวกลางที่เป็นของแข็ง เช่น เม็ดโฟม เป็นต้น
คอลลอยด์ และอีมัลชันในชีวิตประจำวัน
คอลลอยด์ทางกายภาพที่ตัวเราพบเห็น และคุ้นเคยมากที่สุดในชีวิตประจำวัน คือ แอโรซอล ได้แก่ เมฆ ควันไฟ เป็นต้น ส่วนคอลลอยด์ที่เป็นอาหารซึ่งพบเห็นได้มากที่สุด คือ อีมัลชัน ได้แก่ น้ำนม หรืออาจเป็นเจล ได้แก่ วุ้น เจลลี่ หรืออาจเป็นซอล ได้แก่ น้ำแป้ง
อีมัลชัน ได้แก่ น้ำนม จัดเป็นคอลลอยด์ของผสมสารผสมระหว่างของเหลวกับของเหลว แต่อนุภาคของเหลวทั้งสองจะไม่ละลายกัน แต่จะรวม และมองเห็นเป็นเนื้อเดียวกัน ทั้งนี้ อิมัลชันบางชนิดจะรวมเป็นเนื้อเดียวกันอย่างสมบูรณ์ และคงตัวได้ก็ต่อเมื่อเติมตัวประสานลงไป สารนี้ เรียกว่า อีมัลซิฟายเออร์ หรือ อิมัลซิฟายอิงเอเจนต์ เช่น น้ำนม จะประกอบด้วยไขมันแทรกตัวอยู่ในน้ำ โดยมีสารอีมัลซิฟลายเออร์ที่พบในน้ำนม คือ โปรตีนเคซีน ทำหน้าที่ช่วยการกระจายไขมันให้เป็นเนื้อเดียวกันกับน้ำ
น้ำสลัด เป็นอีมัลชันอีกชนิด ซึ่งประกอบด้วยน้ำมันพืช น้ำส้มสายชู และน้ำ แต่สารเหล่านี้ เมื่อกวนผสมกันแล้วไม่สามารถผสมเป็นเนื้อเดียวกันได้ แต่หากนำไข่แดงมาตีผสมก็จะทำให้ส่วนผสมรวมเป็นเนื้อเดียวกันได้ ดังนั้น ไข่แดงจึงทำหน้าที่เป็นอีมัลซิฟลายเออร์
แต่อิมัลชันบางชนิด ไม่จำเป็นต้องใช้อิมัลซิฟายเออร์เข้าช่วย เช่น การผลิตนมพลาสเจอร์ไลด์ ซึ่งใช้เทคนิคทางด้านกายภาพเข้าช่วย เรียกว่า กระบวนการโฮโมจีไนล์ โดยนำนมสดอัดผ่านช่องเล็กเล็กด้วยความดันสูงเข้าไปผสมกับน้ำ และส่วนผสมอื่นๆจนกลายเป็นเนื้อเดียวกันได้
วิธีแยกสารคอลลอยด์
1. การกรอง
การกรอง เป็นวิธีที่สามารถแยกอนุภาคคอลลอยด์ออกจากตัวกลางได้อย่างจำเพาะ โดยใช้กระดาษเซลโลเฟนกรองแยกอนุภาคออก เพราะกระดาษเซลโลเฟนจะมีขนาดช่องว่างเล็กกว่า 10–7 เซนติเมตร หรือ 0.001 ไมครอน แต่การกรองด้วยกระดาษเซลโลเฟนอาจมีอนุภาคที่ใหญ่กว่าคอลลอยด์ติดอยู่ด้วย คือ สารแขวนลอย ดังนั้น หากต้องการกรองเฉพาะคอลลอยด์อย่างเดียวจะต้องกรองตัวอย่างด้วยกระดาษกรองธรรมดาเพื่อแยกสารแขวนลอยออกก่อน ทั้งนี้ การกรองจะไม่สามารถกรองแยกสารละลายได้ เพราะสารละลายมีขนาดเล็กมาก
2. การระเหยด้วยความร้อน
การให้ความร้อนแก่ตัวกลาง โดยเฉพาะน้ำหรือตัวกลางที่มีจุดเดือดต่ำ จะทำให้ตัวกลางระเหยออกจากอนุภาค แต่หากตัวอย่างมีสารละลาย คอลลอยด์ และสารแขวนลอยรวมกันอยู่ หลังให้ความร้อนจนแห้งก็จะได้อนุภาคทั้ง 3 ชนิด รวมกันอยู่ แต่หากกำจัดอนุภาคสารแขวนลอย ออกก่อน ก็จะเหลือเพียงสารละลาย และคอลลอยด์