Colloidi e il fenomeno di Tyndall
I colloidi consistono di due fasi, una delle quali è costituita da una sostanza di dimensioni microscopiche e l’altra è una fase continua disperdente. Quando le particelle della fase dispersa hanno dimensioni comprese tra 1000 e 10 Ǻ, il sistema è detto disperso colloidalmente e dà luogo alla formazione di colloidi. A differenza delle soluzioni vere, in un sistema colloidale, come ad esempio uno ottenuto disperdendo un solido allo stato di estrema suddivisione in un liquido, è possibile osservare le particelle disperse. Le particelle dei colloidi possono essere visibili con un ultramicroscopio, il che consente di distinguere il fenomeno noto come effetto Tyndall.
Effetto Tyndall e i colloidi
Il fenomeno dell’effetto Tyndall si verifica perché le particelle colloidali sono in grado di disperdere la luce visibile. Quando un raggio luminoso attraversa un sistema colloidale, le particelle colloidali disperse sono sufficientemente grandi da disperdere la luce visibile, rendendo visibile il percorso del raggio. Questo fenomeno è stato studiato e descritto per la prima volta da John Tyndall. L’effetto Tyndall trova applicazione nell’ultramicroscopio, con il quale è possibile calcolare le dimensioni medie delle particelle colloidali.
Ultramicroscopio e moti browniani
Con l’ultramicroscopio, le particelle colloidali possono essere osservate come punti luminosi che si muovono in modo disordinato su uno sfondo scuro. Il conto del numero di particelle colloidali disperse in un volume noto del sistema colloidale consente di calcolare il numero di unità per volume e la densità media di una particella colloidale. Inoltre, l’osservazione con l’ultramicroscopio rivela che le particelle colloidali sono soggette a moti browniani, un movimento disordinato provocato dagli urti continui delle molecole del mezzo disperdente sulle particelle colloidali.
Proprietà dei colloidi
Un’altra proprietà fondamentale dei colloidi è legata al fenomeno della dialisi, studiato per la prima volta da Thomas Graham nel 1860. Questo fenomeno viene osservato quando particelle di alcune sostanze diffondono facilmente dalla soluzione al solvente puro attraversando una membrana, mentre le particelle di altre sostanze vengono trattenute dalla membrana. Graham denominò “cristalloidi” le sostanze che diffondevano facilmente e “colloidi” quelle sostanze che alla base solida si presentavano come masse amorfe e non cristallizzate.
Il fenomeno degli effetti Tyndall e la comprensione dei moti browniani hanno aperto la strada alla comprensione e all’osservazione più approfondita dei colloidi, contribuendo significativamente alla crescita dei principi fondamentali della chimica e della fisica delle particelle.Le particolarità delle soluzioni colloidali
La classificazione delle soluzioni in cristalloidi e colloidi proposta da Graham non è sempre aderente alla realtà. Alcune sostanze ben cristallizzate, come la grafite, lo zolfo e il cloruro di sodio, in determinate condizioni possono formare sistemi colloidali. Allo stesso modo, altre sostanze come i saponi possono comportarsi da colloidi in una soluzione acquosa e da cristalloidi in una soluzione alcolica. Quindi, lo stato colloidale non è specifico solo di alcune sostanze, ma praticamente di tutte le sostanze quando disperse in modo estremamente sottile in un mezzo disperdente.
Proprietà dei colloidi
Le particelle colloidali hanno due proprietà chiave: la capacità di passare attraverso i pori anche della migliore carta da filtro, trattenendo solo particelle con un diametro superiore a 10000 Ǻ; nonostante abbiano una massa relativamente piccola, le particelle colloidali sono comunque più o meno sensibili all’attrazione gravitazionale e presentano una velocità di sedimentazione trascurabile nella gran parte dei casi.
Applicazioni della dialisi
La dialisi è comunemente impiegata per purificare le proteine da impurità come sali e zuccheri. In questa procedura, la soluzione colloidale da purificare, contenuta in un recipiente con una membrana di cellofan sul fondo, viene messa a contatto con un altro recipiente contenente solvente puro. Le molecole e gli ioni di piccole dimensioni, che devono essere eliminati dalla proteina, si diffondono attraverso i pori della membrana, fino a raggiungere una concentrazione uniforme sia nella soluzione trattata che nel solvente. Se le impurità sono costituite da elettroliti, l’applicazione di un campo elettrico accelera notevolmente il processo, noto come elettrodialisi.