COLLOIDI. - Lo stato colloidale della materia è di particolare interesse sia per essere la condizione di molti prodotti industriali di grandissimo valore pratico (gomme, filati, prodotti plastici di varia natura) sia, soprattutto, perché è la condizione di molte sostanze organiche e della materia vivente (v. PROTOPlessis).
Fu merito di Francesco Selmi (1864) di mettere in evidenza per primo alcune proprietà di certe soluzioni che egli distinse quali pseudo soluzioni dalle soluzioni vere. Solo 15 anni dopo, il Grahm dette il nome di c. alle prime e di cristalloidi alle seconde, definendo con questi termini lo stato colloso, viscoso (in genere) delle prime e la proprietà di cristallizzare delle seconde. Questa distinzione oggi non è più generale poiché si conoscono molti c. che cristallizzano ed altri che non sono viscosi.
Una proprietà che distingue i c. dai cristalloidi è quella che i primi non possono essere filtrati per setti porosi, cioè non dializzano. Questo rivela la condizione corpuscolare dello stato colloidale per cui le particelle non passano attraverso i pori della membrana. E chiaro però che tale possibilità dipende dalla grandezza dei pori. Mediante filtri cosi pori di grandezza diversa e nota si possono misurare cosi le dimensioni delle particelle. L' ultrafiltrazione abbrevia il tempo necessario per una simile operazione.
Le particelle colloidali sono state considerate come aggregati di più molecole, di forma pressocché sferica, e pertanto lo stato colloidale non è che un grado di suddivisione della materia tra quella di molecole libere e quella di una disgregazione grossolana che rappresenta una condizione dello stato solido. Secondo Ostwald la materia presenta proprietà colloidali quando è sud. divisa in particelle dell'ordine di grandezza di 0,1-0,001 μ. ( μ=1 millesimo di millimetro) di diametro; frammenti maggiori rientrano tra le dispersionigrossolane dello stato so-
lido e minori sono dell'ordine di molecole, ioni o atomi liberi dello stato liquido e gassoso.
Le particelle colloidali sono sospese, disperse, in un mezzo dispersivo che può essere gassoso o liquido. Le nebbie e i fumi sono c. gassosi, ma di gran lunga più importanti sono quelli con mezzo dispersivo liquido. Il liquido può essere dei più vari e può o essere puro o rappresentare una soluzione; da un punto di vista biologico interessano particolarmente i c. in cui il mezzo dispersivo è l'acqua o meglio una soluzione acquosa di sali.
Un c. rappresenta dunque un sistema difasico, nella sua costituzione più semplice, essendo una fase rappresentata dal mezzo dispersivo, continuo, e l'altro dalla sostanza dispersa, discontinua; le particelle disperse costituite da aggregati molecolari sono dette micelle. Le micelle possono essere di varia natura: metalliche, minerali, organiche;
numero dilegami nei geli: a) colloide ste rico; b) colloide lineare.
e hanno di norma una carica elettrica: un c. colorato sottoposto ad un campo elettrico rivela una migrazione del colore ad un polo o all'altro a seconda che le micelle (colorate) sono cariche positivamente o negativamente. Con questo mezzo (elettroforcsi) si possono distinguere i c. elettropositivi da quelli elettronegativi.
La condizione colloidale sin qui descritta è quella detta di sol. In un sol le particelle sono soggette ad un incessante movimento nei più disparati sensi, una specie di tremolio, detto movimento browniano. Questo movimento è dovuto agli urti che le particelle ricevono dalle molecole del mezzo dispersivo in moto cinetico. Aumentando la temperatura, tale moto aumenta e anche il moto browniano delle micelle diviene più vivace. L'osservazione delle particelle colloidali è possibile per certi c. mediante l'ultramicroscopio (Siedentopf e Zsigmondy) basato su una illuminazione diagonale dell'oggetto osservato al microscopio in modo che esso sia illuminato ma che i raggi non penetrino nel tubo del microscopio (fig. 1); è costituito da un sistema ottico che si applica al posto del condensatore del microscopio (paraboloidale, cardioide, ecc.).
Le particelle di un sol tendono a sedimentare, e tale tendenza aumenta quando le particelle perdono la loro carica elettrica; quando cioè il c. è allo stato isoelétrico. Dalla velocità di sedimentazione si può calcolare la dimensione delle particelle. Il tempo di sedimentazione può essere abbreviato se si sottopone il c. ad una gravitazione superiore a quella terrestre, come, ad es., con l'ultracen-trifuga di Swedberg che genera una gravitazione 750.000 volte quella terrestre.
Quando la particelle si sono sedimentate al fondo ovvero sono precipitate, il c. viene a trovarsi nella condizione di gel.
Vi sono dei c. in cui le particelle hanno affinità per l'acqua, possono cioè attraversare e trattenere alla superficie gusci di dipoli d'acqua attraenti dall'estremo con carica contraria a quella della particella (fig. 2); tali c. sono detti idrofili e l'assunzione d'acqua da parte delle particelle è detta solvatazione. Anche i c. idrofili, per perdita di acqua, passano allo stato di gel caratterizzato dall'unione delle particelle in una fase continua, mentre il liquido rimane imbrigliato e disperso tra le micelle addensate (fig. 3). Mentre nei c. idrofobi o liofobi il gel non ripassa a soli se non per una nuova azione meccanica di disgregazione, il c. idrofilo ripassa nella condizione di sol per assunzione di acqua. Si parla di reversibilità dei c. o di tixotropia. Nella gelificazione vi può essere una contrazione della massa ed espulsione di liquido (concevazione) e la formazione di un coacervato.
Molte proprietà dei c. liofili, quali l'elevata viscosità del sol, la grande assunzione di acqua dei gel, il loro rigon-fiamento e la facile tixotropia, sono state spiegate con la constatazione della condizione lineare o filamentosa delle particelle disperse.
In molti c. tali particelle colloidali sono costituite da una sola gigantesca molecola (macromolecola) ottenuta con processi di polimerizzazione di una molecola semplice.
Delle sostanze che costituiscono la materia vivente, i glucidi, i lipidi e i potidi sono costituiti da c. macromolecolari. Queste sostanze sono quindi al tempo stesso e vere soluzioni, in quanto sono disperse nelle singole molecole, e c. in quanto le molecole, per le loro dimensioni, si comportano come micelle.
Pertanto, con l'introduzione del concetto dei c. filiformi non si è più potuta mantenere la classificazione di Ostwald basata sui diametri delle particelle: lo Staudinger ha introdotto un nuovo criterio di delimitazione delle grandezze delle particelle materiali allo stato colloidale basato non più sul diametro delle particelle ma sul numero dei loro atomi. Così, secondo questo autore, le particelle sono allo stato colloidale se gli atomi che le compongono sono in numero compreso fra 10^3 e 10^8.
La ragione del grande rigonfiamento dei c. filamentosi è illustrato dalla fig. 4. Mentre in un gel di sferocolioide una miscela, una volta solvatata, si stacca dalla massa e passa allo stato di sol, in un gel filamentoso che ci si può raffigurare come un feltro compresso, occorre che penetri molto liquido tra i filamenti per permettere loro un libero movimento. Così si spiega come sia più facile il passaggio a soli di un gel filamentoso rigonfiato che di un gel sferico: i punti di coesione tra le particelle sono molto più numerosi nel gel di sferocolioide che nel gel di c. lineare (fig. 5).
Dal grado di polimerizzazione si hanno c. con fibre più o meno lunghe. Si consideri, ad es., la polimerizzazione di aminoacidi a costituire un di- e quindi un polipeptide (fig. 6): più le fibre sono lunghe, cioè più è ele-vata la polimerizzazione, più le proprietà caratteristiche dei c. lineari si manifestano. Si distinguono gli emicoloidi con filamenti formati da 50-500 termini, poco viscosi, poco rigonfiabili, i mesocoloidi (500-5000 termini), più viscosi e con gel, più rigonfiabili; gli eucoloidi (oltre 5000 termini), assai viscosi, fiabili, e con gel molto rigonfiabili.
La condizione lineare delle particelle colloidali ha permesso di spiegare molte condizioni di anisotropia al-tesame con la luce polarizzata, anisotropia che sta ad indicare un orientamento delle particelle, orientamento che negli sferocoloidi è difficile a concepire. Infatti sem-plici fenomeni di movimento, di scorrimento, orientamento le particelle, in base agli attriti interni che si manifestano, con l'asse maggiore parallelo alla direzione di flusso. Così oltre alla condizione isotropa, che nei c. lineari indica un pieno disordine delle particelle, si aggiunge una condi-zione di anisotropia dovuta ad un orientamento delle particelle. Essa può esservi nei sol in movimento e si può stabilire nei gel. Condizioni di stiramento o contrazione possono aumentare l'orientamento. Le condizioni di orien-tamento sono: quella nematica, in cui le particelle sono tutte orientate parallelamente tra loro ma disposte a varie altezze, come, ad es., può essere preso a modello un filo di lana considerando quali particelle i peli che lo compongono; quella smectica in cui all'orientamento parallelo si aggiunge una stratificazione regolare, come avviene in molte membrane colloidali; quella cubottatica in cui le particelle assumono posizioni definite secondo un reticolo tridi-nensionale assumendo così il vero valore di un reticolo cristallino. Si tratta in questo caso di gel pseudocristallini; un esempio ci è dato dalla cellulosa. L'esame con i raggi X di questa sostanza ci rivela infatti un tipico reticolo di Lane che indica l'orientamento cristallino delle particelle.
Una classificazione dei c. può essere fatta nel modo seguente:
A) C. inorganici (per dispersione, liofobi, gel irrever-sibili): a) sferocoloidi (metallici, micelle cristalline); b) li-neari (silice colloidale).
B) C. organici. - I. Liofobi (per dispersione, sferocoloidi, gel irreversibili): a) micellari (ad es., olio in acqua); b) molecolari (ad es., latici); II. Liofili: a) per dissoluzione di micellari (reversibili); a) sferocoloidi (sol poco viscosi); b) lineari (sol viscosi, gel rigonfiabili), omopolari, etero-polari (ad es., saponi). B) per soluzione o macromole-colari: a) sferocoloidi (sol poco viscosi, gel poco rig. omopolari (ad es., acet. glicogeno), eteropolari (ad es., ovalbumina, emoglobina); b) lineari (sol molto viscosi, gel molto rigonfiabili). I) emicoloidi (macromolecole di 50-500 termini: (ad es., emicolulose); 2) mesocoloidi (ca-tene di 500-5000 termini: ad es., lichenina); 3) eu-coloidi (catene con oltre 5000 termini: ad es., cellulose).