*مینا*
25th November 2009, 11:43 PM
يک روش خوب براي درک مفاهيم نانويي، مطالعه‌ي نقاط شروع اين فناوري در دنياي علم است. در قرن بيستم، به دنبال کشف قابليت‌هاي گسترده‌ي مولکول‌ها در ساختن مواد جديد، دانش‌هاي مرتبط با ذرات ريز توسعه يافتند. يکي از اين يافته‌ها که امروزه توسعه‌ي چشمگيري پيدا کرده، کلوييد و انواع مختلف آن است.
کلوييد چيست؟
اگر در يک لوله‌ي آزمايش تا يک‌سوم گنجايش آن الکل معمولي بريزيم و به آن نصف قاشق چايخوري گَرد گوگرد اضافه کنيم و سپس مخلوط حاصل را به‌ملايمت داخل يک بِشِر آب داغ گرما بدهيم و هم بزنيم، مي‌بينيم که گوگرد در الکل حل مي‌شود. اما اگر چنين محلولي را در يک ظرف سرد خالي کنيم، مي‌بينيم که پديد‌ه‌ي ديگري به وجود مي‌آيد. در مخلوط جديد، گوگرد به صورت ذرات ريزي درمي‌آيد و هر ذره با آن‌که خيلي ريز است، از صدها و گاه هزاران اتم تشکيل شده است. اين ذرات را «کلوييد» مي‌نامند.
کلوييد چگونه کشف شد؟
در سال 1861، توماس گراهام، عبور موادّ مختلف را از درون غشاي1 (http://www.nanoclub.ir/modules.php?name=News&file=article&sid=32#1._%D8%AC%D8%AF%D8%A7%D8%B3%D8%A7%D8%B2%D9% 8A) تراوا آزمايش کرد. او دريافت که گروهي از اجسام به‌آساني از درون غشا عبور مي‌کنند و گروه ديگر به هيچ وجه از آن نمي‌گذرند. اين دانشمند، اجسام گروه اول را کريستالوئيد (شبه بلور) وگروه دوم را کلوييد (شبه چسب) ناميد.
توماس گراهام 1805-1869
http://www.nanoclub.ir/contents/colloid/01.jpg
کلوييدها محلول نيستند
کلوييدها ظاهري محلول‌مانند دارند. يعني به‌ظاهر همگن و شفاف‌اند و مانند محلولها از سوراخ‌هاي کاغذ صافي مي‌گذرند. با وجود اين، چهار تفاوت اساسي ميان کلوييدها و محلولها ديده مي‌شود:
1. درکلوييدها، اندازه‌ي ذراتِ پخش‌شده، از اندازه‌ي ذرات حل‌شده در محلولها، يعني مولکول‌ها و يونها، بزرگتر و بين 10-7 و10-8 سانتي‌متر است؛ در حالي که اندازه‌ي ذرات حل‌شده در محلولها در حدود 10-9 متر (نانومتر) است، يعني ابعاد يونها.
2. اگرچه معمولاً اندازه‌ي ذرات سازنده‌ي کلوييدها آن اندازه کوچک است که از سوراخ‌هاي کاغذ مي‌گذرند، اما آن اندازه بزرگ هم هست که وقتي در مسير نور قرار گيرند، بتوانند نور را به اطراف بپراکنند. اگر در يک جاي تاريک، دو ظرف، يکي شامل محلولي مانند آب نمک و ديگري شامل کلوييدي مانند FeCl3 در آب جوش را در کنار يکديگر قرار دهيد و باريکه‌ي نوري به آن بتابانيد و از پهلو به آن دو نگاه کنيد، مي‌بينيد که مسير عبور نور در داخل محلول مشخص نيست، ولي در داخل کلوييد کاملاً مشخص است؛
به ترتيب از چپ به راست: کلوييد پودر طلا، محلول کلريد طلا، سوسپانسيون سولفات آهن و کلريد طلا
http://www.nanoclub.ir/contents/colloid/02.jpg
3. کلوييدها برخلاف محلولها حالت پايدار ندارند، بلکه با گذشت زمان تغيير مي‌کنند؛
4. ذرات سازنده‌ي کلوييدها بر خلاف ذرات سازنده‌ي محلولها، در شرايط معين، مثلاً بر اثر سرد کردن يا گرم کردن يا در مجاورت با برخي ذرات ديگر، به يکديگر متصل مي‌شوند و ذرات بسيار بزرگتري را تشکيل مي‌دهند. در اين صورت، کلوييد حالت «نيمه‌جامد» يا «ژله» به خود مي‌گيرد، يا اينکه لخته مي‌شود.
خواص محلولها، کلوييدها و سوسپانسيون‌ها
محلول‌هاکلوييدها سوسپانسيون‌ها ته‌نشين نمي‌شوند.ته‌نشين نمي‌شوند.با گذشت زمان ته‌نشين مي‌شوند.بدون تغيير از صافيِ معمولي مي‌گذرند.بدون تغيير از صافيِ معمولي مي‌گذرند.به وسيله‌ي کاغذ صافيِ معمولي جدا مي‌شوند.بدون تغيير از غشا مي‌گذرند.به وسيله‌ي غشا جدا مي‌شوند.به وسيله‌ي غشا جدا مي‌شوند.نور را پراکنده نمي‌کنند.نور را پراکنده مي‌کنند.نور را پراکنده مي‌کنند.اندازه‌هاي کلوييدي
اگر جسمي را که نرم ساييده شده است در آب بريزيم، يکي از سه حالت زير پيش مي‌آيد:
1. ممکن است يک «محلول حقيقي» تشکيل شود که نتيجه‌ي پراکنده شدنِ اتم‌ها، مولکول‌ها يا يون‌هاي آن جسم در يک حلاّل است. اندازه‌ي ذرات در اين محلول از حدود 1nm تجاوز نمي‌کند؛
2. اين امکان وجود دارد که ذراتِ بزرگتر از حدود 100nm باقي بمانند. اين ذرات ميکروسکوپي، به‌تدريج ته‌نشين مي‌شوند. از آنجا که اين ذرات به طور موقت معلق‌اند و بر اثر ماندن ته‌نشين مي‌شوند، به مخلوط حاصل، «مخلوط معلق» يا «سوسپانسيون» مي‌گويند؛
3. ذراتي که اندازه‌ي آنها از 1nm تا حدود 100nm تغيير مي‌کند، معمولاً به صورت پراکنده در همه‌جاي محيط باقي مي‌مانند. اين نوع مخلوط «کلوييد» ناميده مي‌شود. به عبارت ديگر، در يک مخلوط کلوييدي با «نانوذرات» سروکار داريم.
کلوييدها در ميانه‌ي سوسپانسيون‌ها و محلولها قرار مي‌گيرند، ولي ناهمگن به شمار مي‌روند. محيط‌هاي پيوسته ــ همچون آب يا الکل ــ و جسم پراکنده، هرکدام وضعيت جداگانه‌اي به وجود مي‌آورند.
مقايسه‌ي اندازه‌ي ذراتِ محلولها، سوسپانسيون‌ها و کلوييدها
نوع
اندازه ي ذره
دوام
محلول
<1nm ذره
دائمي
کلوييد
<100nmذره1nm<
دائمي
سوسپانسيون
100nm< ذره
ته‌نشين مي‌شود
دسته‌بندي کلوييدها
کلوييدها را برحسب حالت ذرات پخش‌شده (جامد، مايع و گاز) و حالت محيط پخش‌کننده مي‌توان مطابق جدول زير دسته‌بندي و نام‌گذاري کرد:حالت ذرات پخش‌شدهحالت‌محيط پخش‌کنندهنام کلينمونه‌ها گاز گاز__مايعگاز اِروسُل ابرومه / افشانه‌هاي حشره‌کش / رنگ‌هاجامدگاز اِروسُلدود گازمايع کف حباب‌هاي کوچک گاز در مايع، مانند کف صابونمايعمايعامولسيونکرم هاي بهداشتي / شير (چربي معلق در آب)جامدمايعسُلچسب‌ها / رنگ‌ها / آب گل‌آلود گازجامدکف جامدسنگ پامايعجامدژلکره (آب در چربي جامد)جامدجامدسُل جامدچيني / برخي از شيشه‌هاي رنگي / مرواريدچند نکته
الف ـ حرکت براوني ذرات کلوييدي
اگر يک قطره شير را با ميکروسکوپ نوري به‌دقت نگاه کنيد، ذرات تشکيل‌دهنده‌ي آن را در حال حرکت دائم مي‌بينيد. اين ذرات پيوسته و به طور نامنظم تغيير جهت مي‌دهند. ذرات کلوييدي هنگامي‌که به هم مي‌رسند، در برخورد با يکديگر تغيير مسير مي‌دهند. به اين حرکت دائمي و نامنظم ذرات کلوييدي «حرکت براوني» مي‌گويند.
ب ـ دستگاه الکتروفورِز
دستگاهي است که براي مطالعه‌ي حرکت ذرات کلوييدي در ميدان الکتريکي مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
ج ـ دياليز
فرايند جدا کردن يونها از ذرات کلوييدي «دياليز» ناميده مي‌شود. اين کار معمولاً به کمک يک غشاي مناسب صورت مي‌گيرد. امروزه از دياليز به طور گسترده براي تصفيه‌ي خون استفاده مي‌شود.
مطالعه و آزمايش بر روي انواع کلوييدهاي جامد در مايع آسان و ارزان‌تر از زمينه‌هاي ديگر نانوفناوري به نظر مي‌رسد. شايد شما هم بتوانيد نانوذرات مفيدي بسازيد! حالا که مي‌دانيد سابقه و ريشه‌ي نانوذرات همان کلوييدها هستند، منابع علمي بيشتري در اختيار داريد؛ مخصوصاً به زبان شيرين پارسي!
در آينده در مورد روش‌هاي مطالعه روي نانوذرات در مخلوط‌هاي کلوييدي و کاربرد آنها بيشتر صحبت خواهيم کرد.
نانو کلوب
کلوييد چيست؟
اگر در يک لوله‌ي آزمايش تا يک‌سوم گنجايش آن الکل معمولي بريزيم و به آن نصف قاشق چايخوري گَرد گوگرد اضافه کنيم و سپس مخلوط حاصل را به‌ملايمت داخل يک بِشِر آب داغ گرما بدهيم و هم بزنيم، مي‌بينيم که گوگرد در الکل حل مي‌شود. اما اگر چنين محلولي را در يک ظرف سرد خالي کنيم، مي‌بينيم که پديد‌ه‌ي ديگري به وجود مي‌آيد. در مخلوط جديد، گوگرد به صورت ذرات ريزي درمي‌آيد و هر ذره با آن‌که خيلي ريز است، از صدها و گاه هزاران اتم تشکيل شده است. اين ذرات را «کلوييد» مي‌نامند.
کلوييد چگونه کشف شد؟
در سال 1861، توماس گراهام، عبور موادّ مختلف را از درون غشاي1 (http://www.nanoclub.ir/modules.php?name=News&file=article&sid=32#1._%D8%AC%D8%AF%D8%A7%D8%B3%D8%A7%D8%B2%D9% 8A) تراوا آزمايش کرد. او دريافت که گروهي از اجسام به‌آساني از درون غشا عبور مي‌کنند و گروه ديگر به هيچ وجه از آن نمي‌گذرند. اين دانشمند، اجسام گروه اول را کريستالوئيد (شبه بلور) وگروه دوم را کلوييد (شبه چسب) ناميد.
توماس گراهام 1805-1869
http://www.nanoclub.ir/contents/colloid/01.jpg
کلوييدها محلول نيستند
کلوييدها ظاهري محلول‌مانند دارند. يعني به‌ظاهر همگن و شفاف‌اند و مانند محلولها از سوراخ‌هاي کاغذ صافي مي‌گذرند. با وجود اين، چهار تفاوت اساسي ميان کلوييدها و محلولها ديده مي‌شود:
1. درکلوييدها، اندازه‌ي ذراتِ پخش‌شده، از اندازه‌ي ذرات حل‌شده در محلولها، يعني مولکول‌ها و يونها، بزرگتر و بين 10-7 و10-8 سانتي‌متر است؛ در حالي که اندازه‌ي ذرات حل‌شده در محلولها در حدود 10-9 متر (نانومتر) است، يعني ابعاد يونها.
2. اگرچه معمولاً اندازه‌ي ذرات سازنده‌ي کلوييدها آن اندازه کوچک است که از سوراخ‌هاي کاغذ مي‌گذرند، اما آن اندازه بزرگ هم هست که وقتي در مسير نور قرار گيرند، بتوانند نور را به اطراف بپراکنند. اگر در يک جاي تاريک، دو ظرف، يکي شامل محلولي مانند آب نمک و ديگري شامل کلوييدي مانند FeCl3 در آب جوش را در کنار يکديگر قرار دهيد و باريکه‌ي نوري به آن بتابانيد و از پهلو به آن دو نگاه کنيد، مي‌بينيد که مسير عبور نور در داخل محلول مشخص نيست، ولي در داخل کلوييد کاملاً مشخص است؛
به ترتيب از چپ به راست: کلوييد پودر طلا، محلول کلريد طلا، سوسپانسيون سولفات آهن و کلريد طلا
http://www.nanoclub.ir/contents/colloid/02.jpg
3. کلوييدها برخلاف محلولها حالت پايدار ندارند، بلکه با گذشت زمان تغيير مي‌کنند؛
4. ذرات سازنده‌ي کلوييدها بر خلاف ذرات سازنده‌ي محلولها، در شرايط معين، مثلاً بر اثر سرد کردن يا گرم کردن يا در مجاورت با برخي ذرات ديگر، به يکديگر متصل مي‌شوند و ذرات بسيار بزرگتري را تشکيل مي‌دهند. در اين صورت، کلوييد حالت «نيمه‌جامد» يا «ژله» به خود مي‌گيرد، يا اينکه لخته مي‌شود.
خواص محلولها، کلوييدها و سوسپانسيون‌ها
محلول‌هاکلوييدها سوسپانسيون‌ها ته‌نشين نمي‌شوند.ته‌نشين نمي‌شوند.با گذشت زمان ته‌نشين مي‌شوند.بدون تغيير از صافيِ معمولي مي‌گذرند.بدون تغيير از صافيِ معمولي مي‌گذرند.به وسيله‌ي کاغذ صافيِ معمولي جدا مي‌شوند.بدون تغيير از غشا مي‌گذرند.به وسيله‌ي غشا جدا مي‌شوند.به وسيله‌ي غشا جدا مي‌شوند.نور را پراکنده نمي‌کنند.نور را پراکنده مي‌کنند.نور را پراکنده مي‌کنند.اندازه‌هاي کلوييدي
اگر جسمي را که نرم ساييده شده است در آب بريزيم، يکي از سه حالت زير پيش مي‌آيد:
1. ممکن است يک «محلول حقيقي» تشکيل شود که نتيجه‌ي پراکنده شدنِ اتم‌ها، مولکول‌ها يا يون‌هاي آن جسم در يک حلاّل است. اندازه‌ي ذرات در اين محلول از حدود 1nm تجاوز نمي‌کند؛
2. اين امکان وجود دارد که ذراتِ بزرگتر از حدود 100nm باقي بمانند. اين ذرات ميکروسکوپي، به‌تدريج ته‌نشين مي‌شوند. از آنجا که اين ذرات به طور موقت معلق‌اند و بر اثر ماندن ته‌نشين مي‌شوند، به مخلوط حاصل، «مخلوط معلق» يا «سوسپانسيون» مي‌گويند؛
3. ذراتي که اندازه‌ي آنها از 1nm تا حدود 100nm تغيير مي‌کند، معمولاً به صورت پراکنده در همه‌جاي محيط باقي مي‌مانند. اين نوع مخلوط «کلوييد» ناميده مي‌شود. به عبارت ديگر، در يک مخلوط کلوييدي با «نانوذرات» سروکار داريم.
کلوييدها در ميانه‌ي سوسپانسيون‌ها و محلولها قرار مي‌گيرند، ولي ناهمگن به شمار مي‌روند. محيط‌هاي پيوسته ــ همچون آب يا الکل ــ و جسم پراکنده، هرکدام وضعيت جداگانه‌اي به وجود مي‌آورند.
مقايسه‌ي اندازه‌ي ذراتِ محلولها، سوسپانسيون‌ها و کلوييدها
نوع
اندازه ي ذره
دوام
محلول
<1nm ذره
دائمي
کلوييد
<100nmذره1nm<
دائمي
سوسپانسيون
100nm< ذره
ته‌نشين مي‌شود
دسته‌بندي کلوييدها
کلوييدها را برحسب حالت ذرات پخش‌شده (جامد، مايع و گاز) و حالت محيط پخش‌کننده مي‌توان مطابق جدول زير دسته‌بندي و نام‌گذاري کرد:حالت ذرات پخش‌شدهحالت‌محيط پخش‌کنندهنام کلينمونه‌ها گاز گاز__مايعگاز اِروسُل ابرومه / افشانه‌هاي حشره‌کش / رنگ‌هاجامدگاز اِروسُلدود گازمايع کف حباب‌هاي کوچک گاز در مايع، مانند کف صابونمايعمايعامولسيونکرم هاي بهداشتي / شير (چربي معلق در آب)جامدمايعسُلچسب‌ها / رنگ‌ها / آب گل‌آلود گازجامدکف جامدسنگ پامايعجامدژلکره (آب در چربي جامد)جامدجامدسُل جامدچيني / برخي از شيشه‌هاي رنگي / مرواريدچند نکته
الف ـ حرکت براوني ذرات کلوييدي
اگر يک قطره شير را با ميکروسکوپ نوري به‌دقت نگاه کنيد، ذرات تشکيل‌دهنده‌ي آن را در حال حرکت دائم مي‌بينيد. اين ذرات پيوسته و به طور نامنظم تغيير جهت مي‌دهند. ذرات کلوييدي هنگامي‌که به هم مي‌رسند، در برخورد با يکديگر تغيير مسير مي‌دهند. به اين حرکت دائمي و نامنظم ذرات کلوييدي «حرکت براوني» مي‌گويند.
ب ـ دستگاه الکتروفورِز
دستگاهي است که براي مطالعه‌ي حرکت ذرات کلوييدي در ميدان الکتريکي مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
ج ـ دياليز
فرايند جدا کردن يونها از ذرات کلوييدي «دياليز» ناميده مي‌شود. اين کار معمولاً به کمک يک غشاي مناسب صورت مي‌گيرد. امروزه از دياليز به طور گسترده براي تصفيه‌ي خون استفاده مي‌شود.
مطالعه و آزمايش بر روي انواع کلوييدهاي جامد در مايع آسان و ارزان‌تر از زمينه‌هاي ديگر نانوفناوري به نظر مي‌رسد. شايد شما هم بتوانيد نانوذرات مفيدي بسازيد! حالا که مي‌دانيد سابقه و ريشه‌ي نانوذرات همان کلوييدها هستند، منابع علمي بيشتري در اختيار داريد؛ مخصوصاً به زبان شيرين پارسي!
در آينده در مورد روش‌هاي مطالعه روي نانوذرات در مخلوط‌هاي کلوييدي و کاربرد آنها بيشتر صحبت خواهيم کرد.
نانو کلوب