Colloidi

Introduzione all’argomento

Il mondo dei colloidi è una condizione intermedia tra quello delle soluzioni e quello delle sospensioni: essi sono infatti miscugli che si discostano per caratteristiche di tipo chimico-fisico sia dall’una che dall’altra tipologia di miscela. Il termine “colloide” è ciò da cui deriva la denominazione comune di molti composti, quali per esempio la colla ed il collagene colloidale, il che immediatamente rimanda alla tipologia chimica e alle caratteristiche delle particelle da analizzarsi. Tante volte si ha a che fare con i colloidi e nemmeno ci si fa caso; dunque la domanda sorge spontanea: a che livello queste miscele sono presenti all’interno della sfera quotidiana? Quando si può dire di essere a contatto con un colloide?  Che caratteristiche hanno?

L’intento primario del progetto è quello di rispondere a queste domande illustrando le particolarità di questi composti grandi, ma non abbastanza.

Strutturazione del video realizzato

L’obiettivo della realizzazione di questo prodotto ha riguardato principalmente l’utilizzo di sostanze e strumenti facilmente reperibili all’interno dell’ambito domestico al fine di riuscire a produrre composti così particolari quali quelli colloidali. Il video si compone di: una fase iniziale di presentazione del mondo dei colloidi, la spiegazione delle caratteristiche chimico-fisiche di queste sospensioni in contrapposizione con i vicini mondi di soluzioni e miscugli, la descrizione del fenomeno naturale della nebbia in quanto colloide, creazione di un colloide(esperimento 1: L’Effetto Tyndall), tutorial riguardo uno dei possibili utilizzi di queste miscele(esperimento 2: La Plastica Biodegradabile), conclusione, saluti e riferimenti al Museo Explorazione.

Quali fenomeni ed argomenti sono stati trattati

• Cos’è un colloide?

Un colloide è un miscuglio che, a livello macroscopico, presenta una colorazione dai toni opachi (di più o di meno) e che, a livello microscopico, risulta essere composta da particelle di grandezza compresa tra 0,002 e 0,2 µ (micrometri = 1x ), presenti più comunemente sottoforma di aggregati. Tale ingombro particellare implica il fatto che gli aggregati rimangano sospesi all’interno della fase disperdente meno densa in cui sono immersi ma, al contempo, che non vengano attraversati da un raggio di luce collimata(quale il raggio laser)  senza che questo venga deviato dalle suddette particelle: queste infatti risultano esser messe in evidenza dal fascio di luce che le investe.

Contrariamente:

• una soluzione, essendo composta da particelle di diametro inferiore agli 0,002 µ, non presenta frammenti evidenti ad occhio nudo in sospensione: essi infatti sono molto leggeri e non sono quindi in grado di precipitare sul fondo del recipiente contenente la soluzione chimica. Inoltre il diametro particellare è talmente piccolo che l’occhio umano non è in grado di rilevare i diversi frammenti della sostanza disciolta. Qualora si volesse inviare un raggio di luce collimata attraverso una soluzione si vedrebbe che le particelle non hanno un diametro di  grandezza sufficiente a far si che quest’ultimo venga deviato nel suo percorso(in sostanza il percorso del raggio non è visibile e si vedono solo i punti di impatto con i bordi del recipiente);
• in un miscuglio le particelle della fase dispersa assumono diametro superiore agli 0,2 µ: da ciò deduciamo perché è possibile recepirli sotto forma di precipitati sul fondo del recipiente all’interno del quale è contenuta la miscela. Si tratta di frammenti sufficientemente grandi da essere percepiti dall’occhio umano ma troppo pesanti per rimanere nella fase disperdente. Qualora si volesse inviare un raggio di luce collimata attraverso un miscuglio si vedrebbe che le particelle hanno un diametro di  grandezza sufficiente a far si che quest’ultimo risulti impossibilitato  ad oltrepassare la superficie del precipitato(il precipitato non permette al raggio di proseguire oltre la porzione di spazio da esse occupata).
• Fenomeni naturali associabili ai colloidi: la nebbia

La nebbia è un fenomeno molto comune durante le giornate d’autunno e d’inverno, ma poche volte ci si pone il quesito riguardante cosa veramente la componga: essa è composta in realtà da una fase gassosa in cui sono poste in sospensione delle goccioline d’acqua, sia allo stato liquido che allo stato solido(quindi ghiaccio). Da ciò si deduce come la nebbia sia un colloide: le particelle da cui è composta infatti non sono sufficientemente pesanti per riuscire a precipitare sul suolo, ma non sono nemmeno così piccole da lasciar passare per esempio i raggi di luce dei fari di una macchina: questa condizione spiega perché essa appaia opaca e impenetrabile alla vista.

• Due Esperimenti eseguibili all’interno dell’ambiente domestico

àEsperimento 1: Come riprodurre un colloide L’Effetto Tyndall

Per visionare al meglio l’effetto è consigliabile posizionare il sistema in una stanza buia

L’esperimento si propone di creare un colloide sfruttando risorse quotidianamente utilizzate per paragonare il risultato ottenuto con una soluzione ed un miscuglio. Per realizzare il composto si riempia un barattolo di vetro(B) per circa un terzo del volume con argilla in polvere e si colmi il restante volume con acqua del rubinetto(non demineralizzata). Dopo aver mescolato il composto si sigilli ermeticamente il contenitore, lo si lasci riposare per circa due giorni fino a raggiungere la condizione in cui l’argilla  sembri completamente decantata sul fondo.

L’esperimento evidenzia la differenza tra un colloide e un miscuglio: l’interno del barattolo infatti presenta due “stratificazioni” di cui una è quella costituita dall’argilla precipitata, che possiede particelle troppo pesanti per poter rimanere in sospensione, l’altra costituita dalla parte liquida semitrasparente. Si  riempia d’acqua anche un altro barattolo(A), identico al precedente, e lo si sigilli. Si posizioni un puntatore laser(anche giocattolo) verso i liquidi contenuti nei barattoli al buio: il barattolo A non mette in evidenza il passaggio del raggio laser dal momento che le particelle in soluzione, ovvero i sali minerali disciolti nell’acqua, da qui la necessità di utilizzare una tipologia di acqua non demineralizzata, sono troppo piccole per intralciare il percorso della luce(il percorso è “invisibile”). Il barattolo B al contrario, evidenzia il percorso di attraversamento del raggio: alcune particelle d’argilla di diametro inferiore non sono decantate sul fondo e sono rimaste fluttuanti nel mezzo; esse hanno però un diametro di gran lunga superiore a quello di un soluto, quindi il raggio laser non passa indisturbato attraverso il liquido e, al momento dell’incidenza con un conglomerato, illumina la particella. Ne deriva quindi che i contenuti dei barattoli A e B sono da definirsi rispettivamente soluzione e colloide. Il metodo che sfrutta il raggio di luce collimata per distinguere colloidi e soluzioni è definito Effetto Tyndall.

à Esperimento 2: Come utilizzare un colloide La Bioplastica

L’esperimento si propone di utilizzare un colloide comunemente presente in casa per produrre la plastica biodegradabile. Per la sua preparazione si posizioni su un fornello un pentolino con all’interno un contenitore resistente alle alte temperature immerso in acqua(a “bagnomaria”). Si versino nel contenitore 250 ml di latte intero e si attenda l’ebollizione(circa tre minuti). Si aggiungano 60 ml di aceto bianco e si mescoli. Dopo circa cinque minuti, l’aggiunta dell’aceto causa la scomposizione del latte in due fasi evidentemente differenti: una parte biancastra, quale addensamento delle particelle di grasso e delle caseine(un tipo particolare di proteine contenute nei latticini) presenti in sospensione nel latte, e una parte più liquida giallastra, il siero. Si filtri il composto più denso tramite l’utilizzo di un imbuto e della carta da filtro(una garza o della carta assorbente sono più che sufficienti) e lo si strizzi. Dal momento che tali particelle si trovano comunemente sospese all’interno di un liquido ne consegue che il latte è un colloide. Si dia poi forma a piacimento al composto gommoso ottenuto dalla filtrazione: nel video sono stati utilizzati stampi per cupcakes, alcune formine per ghiaccio oppure è possibile appiattire lo strato al fine di ottenere una lamina di spessore simile ad un foglio. Si lasci asciugare per circa tre giorni(poco di più per le forme di spessore superiore).

Il risultato è un materiale utilizzabile in sostituzione alla plastica sintetica, la Plastica Biodegradabile.

Conclusione

La scelta di questi esperimenti ed i materiali utilizzati per realizzarli è stata adattata all’ambito domestico per stimolare gli studenti a scoprire e a creare persino in tempo di pandemia: non tutti infatti hanno la possibilità di utilizzare materiali e strumentazioni sofisticate al fine di applicare la teoria alla base dei fenomeni fisici e chimici.

Il mondo dei colloidi è poco conosciuto ma esso ricopre un ruolo fondamentale nell’ambito dei fenomeni naturali e artificiali che fanno parte del vivere quotidiano.

Queste sostanze sono tutt’oggi oggetto di studio: ciò fa capire come tali miscugli intermedi siano molto più speciali e comuni di quanto in realtà si possa immaginare.

Per scoprirne di più riguardo i colloidi si consulti il sito:

https://www.alfatest.it/settore/dispersioni-colloidali-e-nanoparticelle

*Per visualizzare il documento completo, scaricare il file