يك روش خوب براي درك مفاهيم نانويي، مطالعه‌ي نقاط شروع اين فناوري در دنياي علم است. در قرن بيستم، به دنبال كشف قابليت‌هاي گسترده‌ي مولكول‌ها در ساختن مواد جديد، دانش‌هاي مرتبط با ذرات ريز توسعه يافتند. يكي از اين يافته‌ها كه امروزه توسعه‌ي چشمگيري پيدا كرده، كلوييد و انواع مختلف آن است. 

 

كلوييد چيست؟ 

اگر در يك لوله‌ي آزمايش تا يك‌سوم گنجايش آن الكل معمولي بريزيم و به آن نصف قاشق چايخوري گَرد گوگرد اضافه كنيم و سپس مخلوط حاصل را به‌ملايمت داخل يك بِشِر آب داغ گرما بدهيم و هم بزنيم، مي‌بينيم كه گوگرد در الكل حل مي‌شود. اما اگر چنين محلولي را در يك ظرف سرد خالي كنيم، مي‌بينيم كه پديد‌ه‌ي ديگري به وجود مي‌آيد. در مخلوط جديد، گوگرد به صورت ذرات ريزي درمي‌آيد و هر ذره با آن‌كه خيلي ريز است، از صدها و گاه هزاران اتم تشكيل شده است. اين ذرات را «كلوييد» مي‌نامند. 

 

كلوييد چگونه كشف شد؟ 

در سال 1861، توماس گراهام، عبور موادّ مختلف را از درون غشاي تراوا آزمايش كرد. او دريافت كه گروهي از اجسام به‌آساني از درون غشا عبور مي‌كنند و گروه ديگر به هيچ وجه از آن نمي‌گذرند. اين دانشمند، اجسام گروه اول را كريستالوئيد (شبه بلور) وگروه دوم را كلوييد (شبه چسب) ناميد. 

 

 

توماس گراهام 1805-1869

 

كلوييدها محلول نيستند 

كلوييدها ظاهري محلول‌مانند دارند. يعني به‌ظاهر همگن و شفاف‌اند و مانند محلول‌ها از سوراخ‌هاي كاغذ صافي مي‌گذرند. با وجود اين، چهار تفاوت اساسي ميان كلوييدها و محلول‌ها ديده مي‌شود: 

1 - دركلوييدها، اندازه‌ي ذراتِ پخش‌شده، از اندازه‌ي ذرات حل‌شده در محلول‌ها، يعني مولكول‌ها و يون‌ها، بزرگتر و بين 10-7 و10-8 سانتي‌متر است؛ در حالي كه اندازه‌ي ذرات حل‌شده در محلولها در حدود 10-9 متر (نانومتر) است، يعني ابعاد يونها. 

2 - اگرچه معمولاً اندازه‌ي ذرات سازنده‌ي كلوييدها آن‌ اندازه كوچك است كه از سوراخ‌هاي كاغذ مي‌گذرند، اما آن اندازه بزرگ‌ هم هست كه وقتي در مسير نور قرار ‌گيرند، بتوانند نور را به اطراف بپراكنند. اگر در يك جاي تاريك، دو ظرف، يكي شامل محلولي مانند آب نمك و ديگري شامل كلوييدي مانند FeCl3 در آب جوش را در كنار يكديگر قرار دهيد و باريكه‌ي نوري به آن بتابانيد و از پهلو به آن دو نگاه كنيد، مي‌بينيد كه مسير عبور نور در داخل محلول مشخص نيست، ولي ‌در داخل كلوييد كاملاً مشخص است؛ 

 

به ترتيب از چپ به راست: كلوييد پودر طلا، محلول كلريد طلا، سوسپانسيون سولفات آهن و كلريد طلا
 

 

 

3 - كلوييدها برخلاف محلول‌ها حالت پايدار ندارند، بلكه با گذشت زمان تغيير مي‌كنند؛ 

4 - ذرات سازنده‌ي كلوييدها بر خلاف ذرات سازنده‌ي محلول‌ها، در شرايط معين، مثلاً بر اثر سرد كردن يا گرم كردن يا در مجاورت با برخي ذرات ديگر، به يكديگر متصل مي‌شوند و ذرات بسيار بزرگتري را تشكيل مي‌دهند. در اين ‌صورت، كلوييد حالت «نيمه‌جامد» يا «ژله» به خود مي‌گيرد، يا اينكه لخته مي‌شود. 

 

اندازه‌هاي كلوييدي 

اگر جسمي را كه نرم ساييده شده است در آب بريزيم، يكي از سه حالت زير پيش مي‌آيد: 

1. ممكن است يك «محلول حقيقي» تشكيل شود كه نتيجه‌ي پراكنده شدنِ اتم‌ها، مولكول‌ها يا يون‌هاي آن جسم در يك حلاّل است. اندازه‌ي ذرات در اين محلول از حدود 1nm تجاوز نمي‌كند؛ 

2. اين امكان وجود دارد كه ذراتِ بزرگتر از حدود 100nm باقي بمانند. اين ذرات ميكروسكوپي، به‌تدريج ته‌نشين مي‌شوند. از آنجا كه اين ذرات به طور موقت معلق‌اند و بر اثر ماندن ته‌نشين مي‌شوند، به مخلوط حاصل، «مخلوط معلق» يا «سوسپانسيون»‌ مي‌گويند؛ 

3. ذراتي كه اندازه‌ي آنها از 1nm تا حدود 100nm تغيير مي‌كند، معمولاً به صورت پراكنده در همه‌جاي محيط باقي مي‌مانند. اين نوع مخلوط «كلوييد» ناميده مي‌شود. به عبارت ديگر، در يك مخلوط كلوييدي با «نانوذرات» سروكار داريم. 

 

كلوييدها در ميانه‌ي سوسپانسيون‌ها و محلول‌ها قرار مي‌گيرند، ولي ناهمگن به شمار مي‌روند. محيط‌هاي پيوسته ــ همچون آب يا الكل ــ و جسم پراكنده، هركدام وضعيت جداگانه‌اي به وجود مي‌آورند. 

 

چند نكته 

الف ـ حركت براوني ذرات كلوييدي 

اگر يك قطره شير را با ميكروسكوپ نوري به‌دقت نگاه كنيد، ذرات تشكيل‌دهنده‌ي آن را در حال حركت دائم مي‌بينيد. اين ذرات پيوسته و به طور نامنظم تغيير جهت مي‌دهند. ذرات كلوييدي هنگامي‌كه به هم مي‌رسند، در برخورد با يكديگر تغيير مسير مي‌دهند. به اين حركت دائمي و نامنظم ذرات كلوييدي «حركت براوني» مي‌گويند. 

 

ب ـ دستگاه الكتروفورِز 

دستگاهي است كه براي مطالعه‌ي حركت ذرات كلوييدي در ميدان الكتريكي مورد استفاده قرار مي‌گيرد. 

 

ج ـ دياليز 

فرايند جدا كردن يون‌ها از ذرات كلوييدي «دياليز» ناميده مي‌شود. اين كار معمولاً به كمك يك غشاي مناسب صورت مي‌گيرد. امروزه از دياليز به طور گسترده براي تصفيه‌ي خون استفاده مي‌شود. 

مطالعه و آزمايش بر روي انواع كلوييدهاي جامد در مايع آسان و ارزان‌تر از زمينه‌هاي ديگر نانوفناوري به نظر مي‌رسد. شايد شما هم بتوانيد نانوذرات مفيدي بسازيد! حالا كه مي‌دانيد سابقه و ريشه‌ي نانوذرات همان كلوييدها هستند، منابع علمي بيشتري در اختيار داريد؛ مخصوصاً به زبان شيرين پارسي! 

 

نقل از هوپا