1. 개요
콜로이드(colloid) 또는 교질( 膠 質)은 혼합물의 일종으로, 균일 혼합물과 불균일 혼합물의 경계에 위치하여 완전히 섞이진 않았지만 쉽게 분리되지도 않는 혼합물이다.IUPAC의 정의[1]에 따르면 1 nm~1 µm(10-7~10-4 ㎝)의 입자가 용매에 퍼져 있는 것을 콜로이드라 한다.[2] 용질 입자의 크기가 1 nm 이하인 것은 용액이라고 불린다.
2. 어원
명칭인 콜로이드(colloid)는 그리스어에서 아교(풀)를 의미하는 콜라(kolla)[3]에 “~와 비슷하다”는 의미의 접미사 oid를 붙인 것이다. '교질'이라는 번역명 역시 아교에서 유래한 것이다.3. 종류
콜로이드라 하면 흔히 액체 안에 고체 입자가 든 것을 연상하지만, 그 외에도 매우 다양한 형태의 콜로이드가 있다.| ↓분산매[4]＼분산질[5]→ | 고체 | 액체 | 기체 |
| 고체 |
고체 졸[Sol] 예: 골드루비[7], 각종 보석류[8] |
겔[Gel] 예: 곤약, 한천 |
고체
거품[포말] 예: 스티로폼, 에어로젤 |
| 액체 |
졸[Sol] 예: 먹물 |
에멀션[12] 예: 우유 |
거품[포말] 예: 면도 크림 |
| 기체 |
고체
에어로졸[Aerosol] 예: 연기, 스모그, 미세먼지 |
액체 에어로졸[Aerosol] 예: 안개, 구름 |
없음[16] |
위 표에서 분산매는 “무엇 안에 퍼져있는가”, 분산질은 “무엇이 퍼져있는가”를 뜻한다. 예를 들어 먹물은 액체(물) 안에 고체(먹 입자)가 퍼져 있는 콜로이드다.
4. 특징
콜로이드는 용액이 아니지만 육안으로 보면 용액과 구별이 어렵기 때문에 "가짜 용액"(false solution)이라고도 부른다. 용액과 콜로이드를 쉽게 구별하는 방법은 유리 시험관에 넣고 빛을 비춰보는 것이다. 그 유명한 틴들 현상(아래 설명 참조)을 관찰할 수 있으면 콜로이드, 아니면 용액이다.콜로이드보다 더 큰 입자가 퍼져있는 것은 현탁액(suspension)이라 부른다. 현탁액은 브라운 현상이 일어나지 않기 때문에 얼마동안 방치해두면 입자가 가라앉아 침강물을 형성하므로 쉽게 구별할 수 있다. 주의할 점은 침강물이 형성되고 남은 액체가 콜로이드일 수도 있다는 점. 예를 들어 우유에다 모래를 넣으면 모래가 밑에 가라앉겠지만 그렇다고 우유가 콜로이드가 아닌 것은 아니다.
콜로이드를 구성 성분별로 분리하려면 단순한 침강으로는 불가능하며 원심분리기, 전기영동 등 특수한 방법을 이용해야 한다. 원심분리는 콜로이드의 구성 성분들을 비중에 따라 분리하는 방법이며, 전기영동은 전하에 따라 분리하는 방법이다.
4.1. 틴들 현상
Tyndall phenomenon빛이 산란되어 빛의 진로가 나타나는 현상. 액체 콜로이드뿐만 아니라 안개, 구름 같은 대기 현상에서도 관측이 가능하다(안개와 구름 역시 콜로이드다). 짙게 낀 구름 사이로 햇빛이 내리쬐는 광경이나, 밤에 짙게 낀 안개 속으로 가로등 빛의 궤적을 본 적이 있을 것이다. 이 역시 틴들 현상이다. 레이저 쇼 역시 이를 이용한 것으로, 입자가 없으면 광선은 보이지 않는다. 순우리말로 '볕뉘'라는 단어가 이 현상을 뜻한다.
현탁액 중에서도 입자가 아주 고운(가는) 것은 틴들 현상을 일으킨다. 때문에 틴들 현상은 용액과 콜로이드를 구분하는 데는 유용하지만 콜로이드와 현탁액을 구분하는 데는 그리 유용하지 않다.
또한 고체 콜로이드(스티로폼 등)에서는 대개 틴들 현상 관찰이 불가능하다(빛이 안 통과하므로).
4.2. 브라운 운동
Brownian motion콜로이드 입자가 매질과 부딪쳐 불규칙하게 움직이는 현상. 자세한 내용은 해당항목 참고
[1]
D. H. Everett, Pure Appl. Chem., 1972, Vol. 31, No. 4, pp. 577-638
http://dx.doi.org/10.1351/pac197231040577
[2]
화학자 볼프강 오스트발트(Wolfgang Ostwald)는 1914년 저서 『무시된 차원의 세계(Die Welt der vernachlässigten Dimensionen)』에서
용질 입자의 크기를 더 좁게 1 nm~100 nm(10-7~10-5 ㎝)로 정의하였다.
[3]
콜라겐,
콜라주와 어원이 동일하다. 참고로 음료
콜라(cola)는 이와 무관하다(식물의 이름이고 그리스어가 아니다).
[4]
dispersion_medium
[5]
dispersed_phase
[Sol]
솔이라고도 부른다.
[7]
녹은 유리에 미립자 형태의 금을 풀어 만드는 비싼 유리다. 루비골드, 루비글래스, 크랜베리 유리 등의 다양한 이름으로도 불리는데, 이름에 루비가 들어가지만 그 정체는 유리다. 유리를 만들 때 안에 미립자 금을 풀면 예쁜 붉은색 유리가 만들어지는데, 때문에 골드루비라는 이름이 붙은 것이다.
[8]
루비의 경우 Al2O3 연속상에 Cr3+ 분산상이, (파란색) 사파이어의 경우 Co 계열이 분산되어 있다.
[Gel]
젤이라고도 부른다.
[포말]
포말이라고도 부른다.
[Sol]
[12]
emulsion. 우유처럼 된 액체라는 뜻에서 유화액(乳化液)이라고도 한다. 일상에서도 자주 사용하는 화학효과로, 화장품의 분류 중 하나인 에멀젼이나, 요리기술(특히
알리오 올리오는 이게 생명)에 이용한다. 주로 섞이지 않는 두 액체(주로 물과 기름)가 섞이게 하는 효과.
[포말]
[Aerosol]
연무질(煙霧質)이라고도 부른다.
[Aerosol]
[16]
기체끼리는 종류에 관계없이 어떤 비율로도 완전히 혼합되기 때문에 이 경우는
용액이다.