कोलाइड: Difference between revisions

एक कोलाइड एक मिश्रण है जिसमें एक पदार्थ सूक्ष्मदर्शी रूप से फैले हुए विलेयता कणों से मिलकर दूसरे पदार्थ में निलंबन (रसायन विज्ञान) होता है। कुछ परिभाषाएँ निर्दिष्ट करती हैं कि कणों को एक तरल में फैलाया जाना चाहिए,<ref name=":0">{{Cite book |last=Israelachvili |first=Jacob N. |title=इंटरमॉलिक्युलर और सतही बल|date=2011 |publisher=Academic Press |isbn=978-0-08-092363-5|edition=3rd |location=Burlington, MA |oclc=706803091}}</ref> जबकि अन्य एरोसोल और जैल जैसे पदार्थों को शामिल करने के लिए परिभाषा का विस्तार करते हैं। कोलाइडल निलंबन शब्द स्पष्ट रूप से समग्र मिश्रण को संदर्भित करता है (हालांकि 'सस्पेंशन (रसायन विज्ञान)' शब्द का एक संकीर्ण अर्थ बड़े कण आकार द्वारा कोलाइड्स से अलग है)। कोलाइड में परिक्षिप्त प्रावस्था (निलंबित कण) और सतत प्रावस्था (निलंबन का माध्यम) होती है। छितरी हुई अवस्था के कणों का व्यास लगभग 1 नैनोमीटर से 1 माइक्रोमीटर होता है।<ref>{{Cite book|last=International Union of Pure and Applied Chemistry. Subcommittee on Polymer Terminology|url=https://www.worldcat.org/oclc/406528399|title=पॉलिमर शब्दावली और नामकरण का संग्रह: आईयूपीएसी सिफारिशें, 2008|date=2009|publisher=Royal Society of Chemistry|others=Richard G. Jones, International Union of Pure and Applied Chemistry. Commission on Macromolecular Nomenclature|isbn=978-1-84755-942-5|location=Cambridge|oclc=406528399}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Stepto|first=Robert F. T.|date=2009-01-01|title=बहुलक विज्ञान में फैलाव (IUPAC अनुशंसाएँ 2009)|url=https://www.degruyter.com/document/doi/10.1351/PAC-REC-08-05-02/html|journal=Pure and Applied Chemistry|volume=81|issue=2|pages=351–353|doi=10.1351/PAC-REC-08-05-02|s2cid=95122531|issn=1365-3075}}</ref>

हाइड्रोक्लोइड्स कुछ रसायनों (ज्यादातर पॉलीसेकेराइड और प्रोटीन) का वर्णन करते हैं जो पानी में कोलाइड रूप से फैलाने योग्य होते हैं। इस प्रकार प्रभावी रूप से घुलनशील बनने से वे चिपचिपाहट और/या उत्प्रेरण जेलेशन को बढ़ाकर पानी के रिओलॉजी को बदल देते हैं। वे अन्य रसायनों के साथ अन्य संवादात्मक प्रभाव प्रदान कर सकते हैं, कुछ मामलों में सहक्रियात्मक, अन्य विरोधी में। इन विशेषताओं का उपयोग करके हाइड्रोकोलॉइड बहुत उपयोगी रसायन हैं क्योंकि फार्मास्यूटिकल्स, व्यक्तिगत देखभाल और औद्योगिक अनुप्रयोगों के माध्यम से खाद्य पदार्थों से प्रौद्योगिकी के कई क्षेत्रों में, वे स्थिरीकरण, अस्थिरता और पृथक्करण, जेलेशन, प्रवाह नियंत्रण, क्रिस्टलीकरण नियंत्रण और कई अन्य प्रभाव प्रदान कर सकते हैं। घुलनशील रूपों के उपयोग के अलावा कुछ हाइड्रोकोलोइड्स में सूखे रूप में अतिरिक्त उपयोगी कार्यक्षमता होती है यदि घुलनशीलता के बाद उन्हें पानी हटा दिया जाता है - जैसे सांस स्ट्रिप्स या सॉसेज केसिंग या वास्तव में, घाव ड्रेसिंग फाइबर के लिए फिल्मों के निर्माण में, कुछ अधिक दूसरों की तुलना में त्वचा के साथ संगत। हाइड्रोकार्बन के कई अलग-अलग प्रकार हैं जिनमें से प्रत्येक संरचना, कार्य और उपयोगिता में अंतर के साथ है जो आम तौर पर रियोलॉजी के नियंत्रण और रूप और बनावट के भौतिक संशोधन में विशेष अनुप्रयोग क्षेत्रों के लिए सबसे उपयुक्त हैं। स्टार्च और कैसिइन जैसे कुछ हाइड्रोकार्बन उपयोगी खाद्य पदार्थ होने के साथ-साथ रियोलॉजी संशोधक भी हैं, अन्य में सीमित पोषक मूल्य होते हैं, जो आमतौर पर फाइबर का स्रोत प्रदान करते हैं।<ref>{{Cite journal |last1=Saha |first1=Dipjyoti |last2=Bhattacharya |first2=Suvendu |date=6 November 2010 |title=भोजन में थिकिंग और गेलिंग एजेंट के रूप में हाइड्रोकार्बन: एक महत्वपूर्ण समीक्षा|journal=[[Journal of Food Science and Technology]] |language=en |volume=47 |issue=6 |pages=587–597 |doi=10.1007/s13197-010-0162-6 |issn=0022-1155 |pmc=3551143 |pmid=23572691 }}</ref>

हाइड्रोकोलॉइड्स शब्द भी एक प्रकार की ड्रेसिंग को संदर्भित करता है जिसे त्वचा में नमी को लॉक करने के लिए डिज़ाइन किया गया है और त्वचा की प्राकृतिक उपचार प्रक्रिया में मदद करता है, ताकि निशान, खुजली और खराश को कम किया जा सके।

हाइड्रोकार्बन में कुछ प्रकार के जेल बनाने वाले एजेंट होते हैं, जैसे सोडियम कार्बोक्सिमिथाइलसेलुलोज (NaCMC) और जिलेटिन। वे आम तौर पर त्वचा से 'चिपकने' के लिए किसी प्रकार के सीलेंट, यानी पॉलीयुरेथेन के साथ मिलाए जाते हैं।

कोलाइड में परिक्षिप्त प्रावस्था और सतत प्रावस्था होती है, जबकि विलयन (रसायन) में विलेय और विलायक केवल एक प्रावस्था बनाते हैं। एक घोल में एक विलेय व्यक्तिगत अणु या आयन होते हैं, जबकि कोलाइडल कण बड़े होते हैं। उदाहरण के लिए, पानी में नमक के घोल में सोडियम क्लोराइड (NaCl) क्रिस्टल घुल जाता है, और Na⁺ और Cl⁻ आयन पानी के अणुओं से घिरे होते हैं। हालांकि, दूध जैसे कोलाइड में, कोलाइडल कण अलग-अलग वसा अणुओं के बजाय वसा के ग्लोब्यूल्स होते हैं। क्योंकि कोलाइड कई चरणों वाला होता है, इसमें पूरी तरह मिश्रित, निरंतर समाधान की तुलना में बहुत भिन्न गुण होते हैं।<ref>{{cite journal | url=https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.langmuir.0c01139 | doi=10.1021/acs.langmuir.0c01139 | title=कोलाइडल और क्रिस्टलीय बाष्पीकरणीय जमा के बीच अंतर| year=2020 | last1=McBride | first1=Samantha A. | last2=Skye | first2=Rachael | last3=Varanasi | first3=Kripa K. | journal=Langmuir | volume=36 | issue=40 | pages=11732–11741 | pmid=32937070 | s2cid=221770585 }}</ref>

*कूलम्ब का नियम: कोलॉइडी कणों में अक्सर विद्युत आवेश होता है और इसलिए वे एक-दूसरे को आकर्षित या प्रतिकर्षित करते हैं। निरंतर और छितरी हुई दोनों अवस्थाओं का आवेश, साथ ही चरणों की गतिशीलता इस अंतःक्रिया को प्रभावित करने वाले कारक हैं।

*वैन डेर वाल्स बल: यह दो द्विध्रुवों के बीच परस्पर क्रिया के कारण होता है जो या तो स्थायी या प्रेरित होते हैं। भले ही कणों में स्थायी द्विध्रुव न हो, इलेक्ट्रॉन घनत्व के उतार-चढ़ाव एक कण में एक अस्थायी द्विध्रुव को जन्म देते हैं। यह अस्थायी द्विध्रुव पास के कणों में द्विध्रुव को प्रेरित करता है। अस्थायी द्विध्रुव और प्रेरित द्विध्रुव तब एक दूसरे की ओर आकर्षित होते हैं। इसे वैन डेर वाल्स बल के रूप में जाना जाता है, और यह हमेशा मौजूद रहता है (जब तक छितरी हुई और निरंतर चरणों के अपवर्तक सूचकांकों का मिलान नहीं किया जाता है), कम दूरी का होता है, और आकर्षक होता है।

[[File:Brownian Motion.gif|thumb|350 एनएम व्यास बहुलक कोलाइडल कणों की ब्राउनियन गति।|268x268px]]पृथ्वी का गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र कोलाइडल कणों पर कार्य करता है। इसलिए, यदि कोलाइडल कण निलंबन के माध्यम से सघन हैं, तो वे अवसादन (नीचे की ओर गिरना) करेंगे, या यदि वे कम घने हैं, तो वे क्रीमिंग (रसायन विज्ञान) (ऊपर की ओर तैरेंगे)। बड़े कणों में तलछट की प्रवृत्ति भी अधिक होती है क्योंकि उनके पास इस गति का प्रतिकार करने के लिए छोटी ब्राउनियन गति होती है।

:<math>\eta</math> निलंबन माध्यम की चिपचिपाहट है,

:<math>V</math> कोलाइडल कण का आयतन है, जिसकी गणना एक गोले के आयतन का उपयोग करके की जाती है <math>V = \frac{4}{3}\pi r^3</math>,

कोलाइडल कणों को अवसादन संतुलन में कहा जाता है यदि अवसादन की दर ब्राउनियन गति से गति की दर के बराबर होती है।

कोलाइड्स तैयार करने के दो प्रमुख तरीके हैं:<ref>Kopeliovich, Dmitri.  [http://www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=preparation_of_colloids Preparation of colloids]. substech.com</ref>

* मिलिंग, एयरोसोल स्प्रे, या कतरनी के अनुप्रयोग (जैसे, हिलाना, मिलाना, या उच्च-कतरनी मिक्सर) द्वारा बड़े कणों या बूंदों को कोलाइडल आयामों में फैलाना।

* वर्षा (रसायन विज्ञान), संघनन, या रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं द्वारा बड़े कोलाइडल कणों में छोटे घुले हुए अणुओं का संघनन। ऐसी प्रक्रियाओं का उपयोग कोलाइडल स्टोबर प्रक्रिया या कोलाइडयन सोने की तैयारी में किया जाता है।

एक कोलाइडयन प्रणाली की स्थिरता समाधान में निलंबित शेष कणों द्वारा परिभाषित की जाती है और कणों के बीच अन्योन्यक्रिया बलों पर निर्भर करती है। इनमें इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन और वैन डेर वाल्स बल शामिल हैं, क्योंकि वे दोनों सिस्टम की समग्र थर्मोडायनामिक मुक्त ऊर्जा में योगदान करते हैं।<ref name=":1">{{Cite book|last=Everett|first=D. H.|url=https://www.worldcat.org/oclc/232632488|title=कोलाइड विज्ञान के मूल सिद्धांत|date=1988|publisher=Royal Society of Chemistry|isbn=978-1-84755-020-0|location=London|oclc=232632488}}</ref>

एक कोलाइड स्थिर होता है यदि कोलाइडल कणों के बीच आकर्षक बलों के कारण अन्योन्यक्रिया ऊर्जा KT (ऊर्जा) से कम होती है, जहां k बोल्ट्ज़मान स्थिरांक है और T निरपेक्ष तापमान है। यदि ऐसा है, तो कोलॉइडी कण एक दूसरे को प्रतिकर्षित करेंगे या केवल कमजोर रूप से आकर्षित करेंगे, और पदार्थ निलंबन बना रहेगा।

यदि अन्योन्यक्रिया ऊर्जा kT से अधिक है, तो आकर्षक बल प्रबल होंगे, और कोलाइडल कण आपस में टकराना शुरू कर देंगे। इस प्रक्रिया को आम तौर पर कण एकत्रीकरण के रूप में संदर्भित किया जाता है, लेकिन इसे फ्लोक्यूलेशन, जमावट (जल उपचार) या अवक्षेपण (रसायन विज्ञान) के रूप में भी जाना जाता है।<ref>{{Cite journal|last1=Slomkowski|first1=Stanislaw|last2=Alemán|first2=José V.|last3=Gilbert|first3=Robert G.|last4=Hess|first4=Michael|last5=Horie|first5=Kazuyuki|last6=Jones|first6=Richard G.|last7=Kubisa|first7=Przemyslaw|last8=Meisel|first8=Ingrid|last9=Mormann|first9=Werner|last10=Penczek|first10=Stanisław|last11=Stepto|first11=Robert F. T.|date=2011-09-10|title=बिखरी हुई प्रणालियों में पॉलिमर और पोलीमराइज़ेशन प्रक्रियाओं की शब्दावली (IUPAC अनुशंसाएँ 2011)|url=https://www.degruyter.com/document/doi/10.1351/PAC-REC-10-06-03/html|journal=Pure and Applied Chemistry|language=de|volume=83|issue=12|pages=2229–2259|doi=10.1351/PAC-REC-10-06-03|s2cid=96812603|issn=1365-3075}}</ref> हालांकि इन शब्दों का अक्सर एक दूसरे के स्थान पर उपयोग किया जाता है, कुछ परिभाषाओं के लिए उनके अर्थ थोड़े भिन्न होते हैं। उदाहरण के लिए, जमावट का उपयोग अपरिवर्तनीय, स्थायी एकत्रीकरण का वर्णन करने के लिए किया जा सकता है, जहां कणों को एक साथ रखने वाली ताकतें सरगर्मी या मिश्रण के कारण होने वाली किसी भी बाहरी ताकत से अधिक मजबूत होती हैं। फ्लोकुलेशन का उपयोग कमजोर आकर्षक बलों से जुड़े प्रतिवर्ती एकत्रीकरण का वर्णन करने के लिए किया जा सकता है, और कुल मिलाकर आमतौर पर फ्लोक कहा जाता है। अवक्षेपण शब्द सामान्य रूप से कोलाइड फैलाव से एक ठोस (अवक्षेपण) में एक चरण परिवर्तन का वर्णन करने के लिए आरक्षित होता है, जब यह एक क्षोभ के अधीन होता है।<ref name="cosgrove2010" /> Aggregation causes sedimentation or creaming, therefore the colloid is unstable: if either of these processes occur the colloid will no longer be a suspension.[[File:ColloidalStability.png|thumb|upright=1.4|स्थिर और अस्थिर कोलाइडल फैलाव के उदाहरण।]]एकत्रीकरण के खिलाफ स्थिरीकरण के लिए इलेक्ट्रोस्टैटिक स्थिरीकरण और स्टेरिक स्थिरीकरण दो मुख्य तंत्र हैं।

* इलेक्ट्रोस्टैटिक स्थिरीकरण समान विद्युत आवेशों के पारस्परिक प्रतिकर्षण पर आधारित है। कोलाइडल कणों का आवेश एक दोहरी परत (सतही विज्ञान) में संरचित होता है, जहाँ कण सतह पर आवेशित होते हैं, लेकिन फिर कण को ​​​​चारों ओर घेरने वाले काउंटरों (विपरीत आवेश के आयनों) को आकर्षित करते हैं। जीटा क्षमता के संदर्भ में निलंबित कोलाइडल कणों के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण सबसे आसानी से निर्धारित होता है। एकत्रीकरण पर वैन डेर वाल्स आकर्षण और इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण के संयुक्त प्रभाव को डीएलवीओ सिद्धांत द्वारा मात्रात्मक रूप से वर्णित किया गया है।<ref>{{Cite journal|date=2011-01-01|title=इंटरमॉलिक्युलर फोर्स|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780123750495000013|journal=Interface Science and Technology|language=en|volume=18|pages=1–57|doi=10.1016/B978-0-12-375049-5.00001-3|issn=1573-4285|last1=Park|first1=Soo-Jin|last2=Seo|first2=Min-Kang|isbn=9780123750495}}</ref> कोलाइड को स्थिर करने का एक सामान्य तरीका पेप्टाइजेशन है, एक प्रक्रिया जहां इसे इलेक्ट्रोलाइट से हिलाया जाता है।

* स्टेरिक स्थिरीकरण में कणों पर एक बहुलक या सर्फेक्टेंट की एक परत को अवशोषित करना शामिल होता है ताकि उन्हें आकर्षक बलों की सीमा में बंद होने से रोका जा सके।<ref name="cosgrove2010" />बहुलक में श्रृंखलाएँ होती हैं जो कण की सतह से जुड़ी होती हैं, और श्रृंखला का वह भाग जो बाहर फैला होता है, निलंबन माध्यम में घुलनशील होता है।<ref>{{Cite book|url=https://www.worldcat.org/oclc/701308697|title=कोलाइड स्थिरता: सतह बलों की भूमिका। भाग I|date=2007|publisher=Wiley-VCH|others=Tharwat F. Tadros|isbn=978-3-527-63107-0|location=Weinheim|oclc=701308697}}</ref> इस तकनीक का उपयोग कार्बनिक सॉल्वैंट्स सहित सभी प्रकार के सॉल्वैंट्स में कोलाइडयन कणों को स्थिर करने के लिए किया जाता है।<ref>{{Cite journal|last1=Genz|first1=Ulrike|last2=D'Aguanno|first2=Bruno|last3=Mewis|first3=Jan|last4=Klein|first4=Rudolf|date=1994-07-01|title=स्टरली स्टेबलाइज़्ड कोलाइड्स की संरचना|url=https://doi.org/10.1021/la00019a029|journal=Langmuir|volume=10|issue=7|pages=2206–2212|doi=10.1021/la00019a029|issn=0743-7463}}</ref>

दो तंत्रों का संयोजन भी संभव है (इलेक्ट्रोस्टेरिक स्थिरीकरण)।

[[File:ComparisonStericStab-ShearThinningFluids2.png|thumb|स्टेरिक और जेल नेटवर्क स्थिरीकरण।|276x276px]]जेल नेटवर्क स्थिरीकरण नामक विधि एकत्रीकरण और अवसादन दोनों के लिए स्थिर कोलाइड्स का उत्पादन करने के प्रमुख तरीके का प्रतिनिधित्व करती है। विधि में कोलाइडयन निलंबन में एक बहुलक को जोड़ने में शामिल होता है जो जेल नेटवर्क बनाने में सक्षम होता है। पॉलीमेरिक मैट्रिक्स की कठोरता से कणों का जमना बाधित होता है, जहां कण फंस जाते हैं, <रेफरी नाम = कोम्बा 2009 3717-3726>{{cite journal|last=Comba|first=Silvia|author2=Sethi|title=ज़ैंथन गम के कतरनी-पतले जैल का उपयोग करके लोहे के नैनोकणों के अत्यधिक केंद्रित निलंबन का स्थिरीकरण|journal=Water Research|date=August 2009|volume=43|issue=15|pages=3717–3726|doi=10.1016/j.watres.2009.05.046|pmid=19577785}}</रेफरी> और लंबी बहुलक श्रृंखला बिखरे हुए कणों को स्टेरिक या इलेक्ट्रोस्टेरिक स्थिरीकरण प्रदान कर सकती है। ऐसे पदार्थों के उदाहरण ज़ैंथन गम और ग्वार गम हैं।

* इलेक्ट्रोस्टैटिक बैरियर को हटाना जो कणों के एकत्रीकरण को रोकता है। यह कणों की डिबाई लंबाई (विद्युत दोहरी परत की चौड़ाई) को कम करने के लिए निलंबन में नमक मिलाकर पूरा किया जा सकता है। यह निलंबन में कणों के सतह आवेश को प्रभावी ढंग से बेअसर करने के लिए निलंबन के पीएच को बदलकर भी पूरा किया जाता है।<ref name=":0" />यह प्रतिकूल बलों को हटा देता है जो कोलाइडयन कणों को अलग रखता है और वैन डेर वाल्स बलों के कारण एकत्रीकरण की अनुमति देता है। पीएच में मामूली परिवर्तन जेटा क्षमता में महत्वपूर्ण परिवर्तन में प्रकट हो सकते हैं। जब जीटा क्षमता का परिमाण एक निश्चित सीमा से नीचे होता है, आमतौर पर लगभग ± 5mV, तेजी से जमावट या एकत्रीकरण होता है।<ref>{{Cite journal|last1=Bean|first1=Elwood L.|last2=Campbell|first2=Sylvester J.|last3=Anspach|first3=Frederick R.|last4=Ockershausen|first4=Richard W.|last5=Peterman|first5=Charles J.|date=1964|title=जमावट रासायनिक खुराक के नियंत्रण में जीटा संभावित माप [चर्चा के साथ]|url=https://www.jstor.org/stable/41264141|journal=Journal (American Water Works Association)|volume=56|issue=2|pages=214–227|doi=10.1002/j.1551-8833.1964.tb01202.x|jstor=41264141|issn=0003-150X}}</ref>

कम मात्रा अंश के अस्थिर कोलाइडल निलंबन क्लस्टर तरल निलंबन बनाते हैं, जिसमें कणों के अलग-अलग समूह तलछट माध्यम से अधिक घने होते हैं, या क्रीम यदि वे कम घने होते हैं। हालांकि, उच्च मात्रा अंश के कोलाइडल निलंबन विस्कोलेस्टिक गुणों के साथ कोलाइडयन जैल बनाते हैं। विस्कोइलास्टिक कोलाइडियल जैल, जैसे बेंटोनाइट और टूथपेस्ट, कतरनी के नीचे तरल पदार्थ की तरह बहते हैं, लेकिन जब कतरनी हटा दी जाती है तो उनका आकार बनाए रखता है। यही कारण है कि टूथपेस्ट ट्यूब से टूथपेस्ट को निचोड़ा जा सकता है, लेकिन इसे लगाने के बाद टूथब्रश पर रहता है।