콜로이드

요약 보통의 분자나 이온보다 크고 지름이 1nm~1000nm 정도의 미립자가 기체 또는 액체 중에 분산된 상태를 콜로이드 상태라고, 콜로이드 상태로 되어 있는 전체를 콜로이드라고 한다. 생물체를 구성하고 있는 물질의 대부분이 콜로이드이다.

교질(膠質)이라고도 한다. 콜로이드라는 명칭은 19세기 중엽에 영국의 그레이엄에 의해 처음 사용되었다. 그는 확산에 대해 연구하던 중, 은 물에 잘 녹아 물속에 확산하기 쉬운 것과 물에 잘 녹지 않아 확산하기 어려운 것이 있다는 것을 알았다. 전자는 보통 볼 수 있는 과 같은 결정성(結晶性) 물질들이고, 후자는 젤라틴과 같은 비결정성 물질들이다. 그래서 전자와 같은 것을 정질(晶質), 후자와 같은 것을 콜로이드라고 분류하게 되었다. 자연계에는 콜로이드의 예가 많으며, 특히 생물체를 구성하고 있는 물질의 대부분이 콜로이드 상태로 존재하며 복잡한 기능을 나타내고 있다. 이와 같이 콜로이드의 중요성은 매우 크고 콜로이드에 관한 과학은 최근 급속히 발전하고 있다.

분산질과 분산매
콜로이드입자가 분산하고 있는 것을 분산질, 그것을 둘러싸고 있는 것을 분산매라고 한다. 콜로이드에는 여러 종류가 있으나 분산질과 분산매의 종류에 따라 나누어진다. 또한 일반적으로 중에 액체가 분산해 있는 것을 에멀션(乳濁液), 액체 중에 고체가 분산해 있는 것을 서스펜션(懸濁液)이라 하며, 어느 경우나 분산해 있는 입자가 콜로이드 차원이면 콜로이드라고 할 수 있고, 전자를 에멀션 콜로이드, 후자를 서스펜션 콜로이드라고 한다.

또 분산질의 집합상태에 따라 다음 세 가지로 분류할 수도 있다. ① 콜로이드:단백질이나 고무와 같은 고분자가 분산질이 되기 때문에, 이지만 분자의 크기가 콜로이드 차원이 되어 있어 콜로이드의 성질을 띠게 되는 것, ② 미셀 콜로이드(會合 콜로이드):비누나 염료(染料) 같은 것에서 볼 수 있는 것같이 용액 중에서 분자 또는 이 많이 모여 회합한 상태로 콜로이드의 성질을 나타내는 것, ③ 입자 콜로이드:단순히 고체 미립자가 콜로이드 차원이 되어 분산하고 있는 것 등이 있다.

분산질의 성질에 따라 다음 두 가지로 분류하는 경우도 있다. ① 친수(親水) 콜로이드:분산질이 녹말 ·단백질처럼 물에 대해 친화성(親和性)인 것(분산매가 물 이외의 액체로서 그 액체에 대해 친화성이 있으면 親液콜로이드라고 한다), ② 소수(疎水) 콜로이드:분산질이 금속 가루와 같이 물에 대해 친화성을 갖지 않는 것(분산매가 물 이외의 액체로서 이에 대해 친화성을 갖지 않으면 疎液콜로이드라고 한다) 등이 있다.  콜로이드 입자는 지름(직경)이 수 nm(나노미터)에서 수㎛(마이크로미터)의 구상입자(球狀粒子)로 되어 있을 때가 일반적으로 안정하다고 하지만, 긴 사슬 모양 분자의 화합물에서는 그 표현이 적합하지 않은 경우가 있다. 따라서, 입자의 크기보다는 입자에 들어 있는 원자의 수에 따라 정의를 내려야 한다는 견해도 있어 1,000∼10억 개의 원자를 포함하는 경우를 콜로이드 입자라고 정의하기도 한다. 

성질
콜로이드 용액에 강한 빛을 쬐어 측면에서 보면 빛의 통로가 밝게 나타난다. 이것을 틴들 현상이라고 하며, 콜로이드 용액의 특유한 성질이다. 또한 콜로이드 입자가 용매분자나 다른 분자와 충돌하여 불규칙적으로 돌아다니는 운동을 브라운 운동이라고 하며, 이 운동은 입자가 작을수록 격렬하게 된다. 콜로이드 입자는 일반적으로 대전(帶電)하고 있다.

예를 들면, 금의 콜로이드 같은 것은 음전기를, 구리의 콜로이드 같은 것은 양전기를 띤다. 콜로이드 용액이 안정하게 존재하고 있는 것은 콜로이드 입자가 같은 종류의 전기를 띠고 있어 서로 반발하고 있기 때문이다. 따라서, 콜로이드 용액에 전극(電極)을 넣어 직류를 통하게 하면 양전기를 띤 콜로이드 입자는 음극으로, 음전기를 띤 콜로이드 입자는 양극을 향해서 이동한다. 이 현상을 전기이동이라고 한다. 이와 같이 콜로이드 입자의 전하를 중화할 수 있는 반대부호를 갖는 이온을 함유하는 전해질을 가하면, 그 이온은 콜로이드 입자에 흡착되어 전기를 중화하게 되고 입자가 크게 되어 한다. 이와 같은 현상을 응석(凝析)이라고 한다.

친수 콜로이드에서는 입자가 물의 얇은 막으로 덮여 있기 때문에 소량의 전해질을 가하면 전해질이 물 분자를 끌어들이므로 콜로이드 입자에 덮인 수막(水膜)이 소실하여 침전하게 된다. 이 현상을 염석(鹽析)이라고 한다. 또한 소수 콜로이드에 친수 콜로이드를 가하면, 일반적으로 응석하기 어렵게 되어 버린다. 이와 같은 작용을 하는 콜로이드를 보호 콜로이드라고 한다.

예를 들면, 먹물에서는 탄소입자를 아교질이 보호하는 상태의 콜로이드가 되어 탄소입자를 물속에 분산시킨다. 콜로이드 용액을 정제(精製)하는 데는 방광막(膀胱膜) ·셀로판막 등과 같은 반투막(半透膜)이 사용된다. 반투막은 분자나 이온 따위는 자유로이 통과시키나 콜로이드 입자는 통과시키지 못한다. 따라서, 콜로이드 용액은 반투막을 지나서 밖으로 빠져나오지만 콜로이드입자는 그 안에 남게 되어 콜로이드 용액을 정제할 수 있게 한다. 이 방법을 투석(透析)이라고 한다. 콜로이드 용액과 진짜 용액이 다른 점은 투석되는지 그렇지 않은지에 있다.