كلوییدها - نانوذرات قدیمی

یك روش خوب برای درك مفاهیم نانویی، مطالعه‌ی نقاط شروع این فناوری در دنیای علم است. در قرن بیستم، به دنبال كشف قابلیت‌های گسترده‌ی مولكول‌ها در ساختن مواد جدید، دانش‌های مرتبط با ذرات ریز توسعه یافتند. یكی از این یافته‌ها كه امروزه توسعه‌ی چشمگیری پیدا كرده، كلویید و انواع مختلف آن است.

كلویید چیست؟

اگر در یك لوله‌ی آزمایش تا یك‌سوم گنجایش آن الكل معمولی بریزیم و به آن نصف قاشق چایخوری گَرد گوگرد اضافه كنیم و سپس مخلوط حاصل را به‌ملایمت داخل یك بِشِر آب داغ گرما بدهیم و هم بزنیم، می‌بینیم كه گوگرد در الكل حل می‌شود. اما اگر چنین محلولی را در یك ظرف سرد خالی كنیم، می‌بینیم كه پدید‌ه‌ی دیگری به وجود می‌آید. در مخلوط جدید، گوگرد به صورت ذرات ریزی درمی‌آید و هر ذره با آن‌كه خیلی ریز است، از صدها و گاه هزاران اتم تشكیل شده است. این ذرات را «كلویید» می‌نامند.

كلویید چگونه كشف شد؟

در سال 1861، توماس گراهام، عبور موادّ مختلف را از درون غشای تراوا آزمایش كرد. او دریافت كه گروهی از اجسام به‌آسانی از درون غشا عبور می‌كنند و گروه دیگر به هیچ وجه از آن نمی‌گذرند. این دانشمند، اجسام گروه اول را كریستالوئید (شبه بلور) وگروه دوم را كلویید (شبه چسب) نامید.



توماس گراهام 1805-1869


كلوییدها محلول نیستند

كلوییدها ظاهری محلول‌مانند دارند. یعنی به‌ظاهر همگن و شفاف‌اند و مانند محلول‌ها از سوراخ‌های كاغذ صافی می‌گذرند. با وجود این، چهار تفاوت اساسی میان كلوییدها و محلول‌ها دیده می‌شود:

1 - دركلوییدها، اندازه‌ی ذراتِ پخش‌شده، از اندازه‌ی ذرات حل‌شده در محلول‌ها، یعنی مولكول‌ها و یون‌ها، بزرگتر و بین 10-7 و10-8 سانتی‌متر است؛ در حالی كه اندازه‌ی ذرات حل‌شده در محلولها در حدود 10-9 متر (نانومتر) است، یعنی ابعاد یونها.

2 - اگرچه معمولاً اندازه‌ی ذرات سازنده‌ی كلوییدها آن‌ اندازه كوچك است كه از سوراخ‌های كاغذ می‌گذرند، اما آن اندازه بزرگ‌ هم هست كه وقتی در مسیر نور قرار ‌گیرند، بتوانند نور را به اطراف بپراكنند. اگر در یك جای تاریك، دو ظرف، یكی شامل محلولی مانند آب نمك و دیگری شامل كلوییدی مانند FeCl3 در آب جوش را در كنار یكدیگر قرار دهید و باریكه‌ی نوری به آن بتابانید و از پهلو به آن دو نگاه كنید، می‌بینید كه مسیر عبور نور در داخل محلول مشخص نیست، ولی ‌در داخل كلویید كاملاً مشخص است؛

به ترتیب از چپ به راست: كلویید پودر طلا، محلول كلرید طلا، سوسپانسیون سولفات آهن و كلرید طلا




3 - كلوییدها برخلاف محلول‌ها حالت پایدار ندارند، بلكه با گذشت زمان تغییر می‌كنند؛

4 - ذرات سازنده‌ی كلوییدها بر خلاف ذرات سازنده‌ی محلول‌ها، در شرایط معین، مثلاً بر اثر سرد كردن یا گرم كردن یا در مجاورت با برخی ذرات دیگر، به یكدیگر متصل می‌شوند و ذرات بسیار بزرگتری را تشكیل می‌دهند. در این ‌صورت، كلویید حالت «نیمه‌جامد» یا «ژله» به خود می‌گیرد، یا اینكه لخته می‌شود.

اندازه‌های كلوییدی

اگر جسمی را كه نرم ساییده شده است در آب بریزیم، یكی از سه حالت زیر پیش می‌آید:

1. ممكن است یك «محلول حقیقی» تشكیل شود كه نتیجه‌ی پراكنده شدنِ اتم‌ها، مولكول‌ها یا یون‌های آن جسم در یك حلاّل است. اندازه‌ی ذرات در این محلول از حدود 1nm تجاوز نمی‌كند؛

2. این امكان وجود دارد كه ذراتِ بزرگتر از حدود 100nm باقی بمانند. این ذرات میكروسكوپی، به‌تدریج ته‌نشین می‌شوند. از آنجا كه این ذرات به طور موقت معلق‌اند و بر اثر ماندن ته‌نشین می‌شوند، به مخلوط حاصل، «مخلوط معلق» یا «سوسپانسیون»‌ می‌گویند؛

3. ذراتی كه اندازه‌ی آنها از 1nm تا حدود 100nm تغییر می‌كند، معمولاً به صورت پراكنده در همه‌جای محیط باقی می‌مانند. این نوع مخلوط «كلویید» نامیده می‌شود. به عبارت دیگر، در یك مخلوط كلوییدی با «نانوذرات» سروكار داریم.

كلوییدها در میانه‌ی سوسپانسیون‌ها و محلول‌ها قرار می‌گیرند، ولی ناهمگن به شمار می‌روند. محیط‌های پیوسته ــ همچون آب یا الكل ــ و جسم پراكنده، هركدام وضعیت جداگانه‌ای به وجود می‌آورند.

چند نكته

الف ـ حركت براونی ذرات كلوییدی

اگر یك قطره شیر را با میكروسكوپ نوری به‌دقت نگاه كنید، ذرات تشكیل‌دهنده‌ی آن را در حال حركت دائم می‌بینید. این ذرات پیوسته و به طور نامنظم تغییر جهت می‌دهند. ذرات كلوییدی هنگامی‌كه به هم می‌رسند، در برخورد با یكدیگر تغییر مسیر می‌دهند. به این حركت دائمی و نامنظم ذرات كلوییدی «حركت براونی» می‌گویند.

ب ـ دستگاه الكتروفورِز

دستگاهی است كه برای مطالعه‌ی حركت ذرات كلوییدی در میدان الكتریكی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ج ـ دیالیز

فرایند جدا كردن یون‌ها از ذرات كلوییدی «دیالیز» نامیده می‌شود. این كار معمولاً به كمك یك غشای مناسب صورت می‌گیرد. امروزه از دیالیز به طور گسترده برای تصفیه‌ی خون استفاده می‌شود.

مطالعه و آزمایش بر روی انواع كلوییدهای جامد در مایع آسان و ارزان‌تر از زمینه‌های دیگر نانوفناوری به نظر می‌رسد. شاید شما هم بتوانید نانوذرات مفیدی بسازید! حالا كه می‌دانید سابقه و ریشه‌ی نانوذرات همان كلوییدها هستند، منابع علمی بیشتری در اختیار دارید؛ مخصوصاً به زبان شیرین پارسی!

منبع : www.nanoclub.ir

نوشته شده در تاریخ پنجشنبه 26 آبان 1390    | توسط: سیدمحمدامین شاهمرادی    |    | لطفا نظر بدهید()