コロイド

コロイドとは

コロイド（colloid）またはコロイド分散体は、微小な液滴や粒子が別の物質中（気体、液体、固体）に分散した状態を指します。このようなコロイドは、一般に特有の性質を示し、特に光を散乱したり、色が変化したりする現象（チンダル現象）が見られます。

コロイドの種類と性質

コロイドは大きく分けて、分散媒が液体の場合には「コロイド溶液」と呼ばれ、具体的な例としてフォーム、エマルション、ゲル、サスペンションなどがあります。コロイドは、永続的な二相系（相コロイド）で構成され、ここでは巨大分子が分散相として機能し、他の相の分散媒に永続的に存在します。

日常生活の中で目にするコロイドの例には、牛乳、バター、煙、クリームなどがあります。これらの特性を追求する科学分野は1861年にスコットランドの化学者トーマス・グレアムによって始まり、現在では「コロイド化学」とよばれ、さらに界面化学として発展を遂げています。

コロイドの安定化メカニズム

コロイド粒子は表面張力を持ち、分子間力の合計として機能するファンデルワールス力が存在します。また、粒子の表面には、成分と溶媒の極性差に起因する電位差があるため、電気二重層が形成されます。この二重層が粒子間に浸透圧斥力を生じさせ、粒子の凝集を防ぎ、結果的に分散系が安定します。この安定化の理論は「デリャーギン・ランダウ・フェルウェー・オーバービーク理論（DLVO理論）」と呼ばれています。

DLVO理論によると、分散系にイオン性物質を添加すると、バルク溶媒内のイオン濃度が増加し、電気二重層内のイオン濃度は相対的に低下します。これは浸透圧が弱まり、粒子間のファンデルワールス力が優位になる結果、粒子同士が凝集しやすくなります。こうした現象によって生成される凝集物は「凝固物」として知られています。また、コロイド分散系は一般的に、高温下で安定性が増します。これは、温度上昇に伴いイオンや分子の運動が活発になるため、斥力の強さが増すためです。

親水コロイドと疎水コロイド

コロイド分散体には、「親水コロイド」と「疎水コロイド」の２つの分類もあります。親水コロイドは、水和（溶媒和）によって水分子が多数存在し、立体斥力を持つため、安定を保ちます。一方、疎水コロイドは、電解質の投与により沈殿しやすい特性を持っています。親水コロイドの一部には、疎水コロイドを囲むことで凝析を防ぐ「保護コロイド」が存在し、これにより全体の安定性を高める役割を果たします。

コロイドの生物学への影響

20世紀初頭、酵素学が確立する前は、コロイドが酵素の主要な作用機構であると考えられていました。しかし、酵素の基質特異性が明らかになると、この仮説は否定され、生命がコロイドの凝集によって細胞組織を形成しているとも主張されました。今日では、酵素は巨大分子として、工場のように多様な機能を持つものとして認識されています。

解膠とその応用

コロイドの形成において、「解膠」という現象も重要です。これは、固体が再び溶液中で分散しコロイドを形成する過程を指します。解膠を促進する薬剤は、「解膠剤」として知られ、主にコロイド粒子を安定に保つために使用されます。

まとめ

コロイドは化学や生物学において重要なテーマであり、様々な現象や応用を持っています。日常生活でもコロイドは広く使用され、あらゆる分野での研究が続けられています。

もう一度検索