A kolloidok olyan többkomponensű rendszerek, amelyekben igen apró, a IUPAC definíciója szerint kb. 1 nanométertől 1000 nanométerig (más források a mérettartomány felső határát 100 nm-re, 200 nm-re, vagy 500 nm-reKolloid diszperz rendszerek, elérés: 2021-01-21 teszik) terjedő méretű szemcsék vannak oldva, elkeverve, eloszlatva, diszpergálva. Az eloszlatott részecskék nagysága nagyobb, mint az atomok és a molekulák mérete, de szabad szemmel még nem különböztethetőek meg, esetleg erős felbontású mikroszkóppal láthatóvá tehetőek. A kolloid kifejezés tehát nem anyagfajtát jelölő, hanem az anyag állapotát leíró fogalom. Leggyakrabban vizes kolloidok fordulnak elő, de olajok, zsírok és más oldószerek is lehetnek folyadék közegek. Olyan hétköznapi anyagok tartoznak a kolloidok körébe, mint a tej, a vaj, a különféle kocsonyás anyagok (gélek). Az élethez tartozó folyamatok jelentős része kolloid rendszerekben zajlik le, a sejtek belsejében. A kolloidok viselkedésével, törvényszerűségeivel foglalkozó tudományág a kolloidkémia, amit a határfelületek tudományaként is számon tartanak. A kolloidok fizikai kémiai viselkedését mindmáig nem sikerült teljesen megmagyarázni, sok jelenségre még csak elméletek vannak.
Etimológia A kolla görögül enyvet jelent, a kolloid enyvszerűt. Thomas Graham kémikus, a kolloidok első jelentős kutatója nevezte el ezeket az anyagokat kolloidoknak 1861-ben, mert úgy találta, hogy a kolloidok legjellemzőbb képviselője az enyv.
A kolloidokkal kapcsolatos magyar vonatkozások Fontos megemlíteni a kolloidokkal kapcsolatosan a magyar származású osztrák-német vegyész, Nobel-díjas kémikus, Zsigmondy Richárd nevét, aki Henry Siedentopfal együtt megépítette az ultramikroszkópot 1903-ban. Az eszközzel láthatóvá vált, hogy az arany szolok parányi részecskéket tartalmaznak, melynek értelmében az ilyen kolloidok nem valódi oldatok, hanem heterogén rendszerek. Ennek köszönhetően lezárulhatott a kolloidkémia egyik nagy vitája, a szuszpenzióelmélet nézete igazolódott be az oldatelmélettel szemben.
Buzágh Aladár a peptizációval és a kolloidok stabilitásával foglalkozott. Az Ostwald-Buzágh kontinuitási elv szerint a diszperz rendszer annál stabilabb, minél harmonikusabban (kontinuisabban) illeszkednek be a diszperz fázis részecskéi (adszorpciós rétegükkel együtt) a diszperziós közeg szerkezetébe.Kőrösné Fraknóy Veronika: Buzágh Aladár (1895-1962) helye és szerepe a kolloidkémia történetében.
Wolfram Ervin a határfelületi jelenségekkel, a makromolekulák oldataival, a kolloidok reológiájával foglalkozott.
Diszperz rendszerek A kolloidok mellett a homogén rendszerek és a heterogén rendszerek együttesen alkotják a diszperz rendszerek (más néven diszperziók) csoportját. A diszperz rendszerek legalább két komponensből álló keverékek, melyek közül az egyik apró „szemcsékre” szétoszlatva (diszpergálva) van jelen a másik, összefüggő komponensben. A folytonos (összefüggő), mátrix jellegű anyagot diszperziós közegnek (diszpergáló fázis) nevezzük, a „szemcséset” diszperz fázisnak (diszperz rész, diszpergált anyag). Mindkét komponens lehet bármely halmazállapotú.
thumb|right|200px|A polidiszperz rendszer kompaktabb, mint a monodiszperz A diszperz fázis részecskéinek (szemcséinek) mérete szerint a diszperz rendszereket három csoportra oszthatjuk: homogén rendszerek (más néven valódi oldatok): 1 nm alatt kolloid rendszerek (más néven kolloidok): 1-1000 nm heterogén rendszerek (más néven durva diszperz rendszerek vagy durva diszperziók): 1000 nm felett Ezek a mérethatárok a legáltalánosabban elterjedtek, de a szakirodalomban találkozni lehet ettől eltérő meghatározásokkal is. Egy másik gyakori definíció 1 és 500 nm közötti mérettartományban állapítja meg a kolloid rendszerek diszpergált részecskéinek kiterjedését. Lamella, fonal alakú részecskék esetében a legkisebb kiterjedés határozza meg a csoportba sorolást. Ha a diszperziós fázist nagyjából azonos méretű részecskék alkotják, akkor a rendszer monodiszperz (vagy izodiszperz), ha különböző méretűek, akkor polidiszperz.
A polidiszperz rendszer részecskéinek méretét szokták eloszlási görbével vagy a tömeg és szám szerinti átlag hányadosával (Mw/Mn) jellemezni.
A kolloidok osztályozása A kolloidok átmenetet képeznek a valódi oldatok és a durva diszperz rendszerek között. A kolloidokban a diszpergált részecskék bár rendelkeznek határfelülettel, de szabad szemmel nem láthatók.
A kolloidok osztályozása az eloszlatott részecskék típusa szerint diszperziós kolloidok (fáziskolloidok): valamely folytonos közegben gáz, folyadék és szilárd mikrofázisok, felülettel határolt részecskék találhatók makromolekuláris kolloidok: a folyadékban oldott részecskék mérete eleve a kolloid mérettartományba esik (polimerek, fehérjék stb. oldatai) asszociációs kolloidok: az oldott amfipatikus (amfifil) molekulák micellákká csoportosulnak (felületaktív anyagokat tartalmazó rendszerek)
A kolloidok osztályozása az eloszlatott részecskék közt ható erő szerint inkoherens (nem kohezív) rendszerek: a részecskék egymástól függetlenek. A közeg folyékony jellege a mérvadó (aero- és lioszolok, kolloid oldatok) koherens (kohezív) rendszerek: összefüggő szilárd vázat alkotnak (gélek – a részecskék kapcsolódása miatt; xeroszolok – a közeg miatt)
A kolloidok osztályozása halmazállapot szerint diszperz fázis diszperziós közeg gáz folyékony szilárd gáz nem kolloid folyékony aeroszol(pl. köd, felhők) szilárd aeroszol(pl. füst, atmoszférikus részecskék) folyékony hab(pl. tejszínhab, borotvahab) emulzió(pl. majonéz, latex) szol(pl. pigmentes tinta, vér) szilárd szilárd hab(pl. habszivacs, aerogél) gél(pl. zselatin, kocsonya, agaragar) szilárd szol(pl. füstüveg)
A gázok nem képeznek gázokkal kolloid rendszereket. A gáz molekulái a megfelelő idő elteltével elegyednek más gázok molekuláival, teljesen egynemű (homogén) anyagot képezve, akárcsak a valódi oldatok molekulái. Mivel az oldott anyag molekulái a valódi oldatokban nincsenek egymás mellé csoportosulva, nincsenek határfelületek sem, melyek elválasztják egymástól a két komponenst. A kolloid rendszerekben és a durva diszperziókban viszont léteznek ilyen határfelületek.
A kolloidok szerkezete A liofil (ha a diszperziós fázis víz: hidrofil) kolloid rendszerekben a diszpergált részecske és a diszperziós fázis között erős kölcsönhatás van, a micellát szolvátburok (vízben: hidrátburok) veszi körül.
A liofób (ha a diszperziós fázis víz: hidrofób) kolloid rendszerekben a diszpergált részecske és a diszperziós fázis között nincs kölcsönhatás; ehhez emulgeátorra van szükség. thumb|left|300px thumb|right|300px
Fent a bal oldali rajzon a micella szerkezete látható. Ezt a micellát amfipatikus, vagyis olyan molekulák alkotják, melyek viszonylag hosszú, töltés nélküli szénláncból és rövid poláros csoportból állnak. A „szemcsét” alkotó szerves ionok darabszáma 100-as nagyságrendű. A szomszédos micellák összeolvadását az azonos töltések közti taszító hatás (is) akadályozza. A negatív töltésű funkciós csoportot hidrátburok veszi körül; a vízmolekulák pozitív oldalukkal fordulnak a szerves ion funkciós csoportja felé. Ilyen micellákat képezhetnek például (vízben) azok a felületaktív anyagok, amelyeknek a szénlánca nem elég rövid ahhoz, hogy valódi oldatokat képezzenek, ahhoz pedig nem elég hosszú, hogy egyetlen összefüggő nem oldódó tömeget (külön fázist) képezzen.
A jobb oldali rajzon a kolloid rendszer három komponensből áll: apoláros diszperz fázisból, amfipatikus emulgeátorból és poláros diszperziós közegből.
Az alábbi két rajz közül a bal oldali ábrán a micella magját zsírcseppecske alkotja. Ebben főleg hosszú szénláncú apoláros molekulák találhatók, melyek vízben nem oldódnak. A zsírcsepp felülete felületaktív anyagot adszorbeál, amelynek apoláros „farka” behatol a zsírcsepp molekulái közé, poláros „feje” pedig kilóg a poláros oldószerbe (víz). Ennek a micellának a fennmaradásához elengedhetetlen a felületaktív anyag, az emulgeátor. Ilyen anyagok például a klasszikus szappanok oldásakor keletkező szerves ionok.
A jobb oldali ábrán az emulgeátor ugyanaz. A micella magját vízcsepp alkotja, mely apoláros közegben nem oldódik. Az emulgeátor poláros fejével fordul a micella magja, a vízcsepp felé, farka pedig az apoláros oldószer (pl. olaj) felé. thumb|left|320px|Liofób (ezen belül hidrofób) oldott anyagot tartalmazó kolloid rendszer micellája thumb|right|320px|Liofób (ezen belül hidrofil) oldott anyagot tartalmazó kolloid rendszer micellája
thumb|left|320px|Szol thumb|right|320px|Gél
Szervetlen anyagok (például ezüst-jodid) is képezhetnek kolloidot.
A micellákat első megközelítésben (stabil rendszerben) úgy tekintjük, hogy ütközéskor rugalmasan visszapattannak egymásról és nem okoznak változást egymásban.
A kolloidokra jellemző tulajdonságok thumb|left|300px|A határfelület közelében nem ugyanakkora erők hatnak, mint az anyag belsejében 1: 1. anyag; 2: 2. anyag; 1/2: az 1 és a 2. anyag határfelülete
A kolloid sajátosságok a mérethez kapcsolódnak. Az anyagi minőség csak közvetve befolyásolja; első megközelítésben bármely anyag lehet kolloid állapotú, ha a részecskék megfelelő méretűek. A kolloidok tulajdonságai mintegy átmenetet képeznek a valódi oldatok és a heterogén rendszerek tulajdonságai között.
Minél kisebb szemcsékből áll az anyag, annál nagyobb a fajlagos (egységnyi tömegre eső) felülete, és annál nagyobb a határfelület és az ott lejátszódó folyamatok jelentősége. A kolloid részecskék igen nagy fajlagos felülete határozza meg tulajdonságaikat.
A határfelületeken nem ugyanazok a molekulák vesznek körül egy molekulát, mint az anyag belsejében, ahol ugyanolyan molekulákkal van körülvéve, mint ő maga. Ezért mások a kölcsönhatások is, amelyekben részt vesz. A határfelület közelében anizotrop erőtér hat a molekulákra. A kohéziós erők jelentősége csökken, az adhéziós erőké nő. A felületen elhelyezkedő molekulák szabadenergia-többlettel rendelkeznek, és ebből fakadnak az alapvető kolloid tulajdonságok.
A kolloidok szórják a fényt A kolloid oldatokban a részecskék diffúziója igen lassú A kolloid oldatokban az ozmózisos nyomás igen kicsi A kolloid oldatok dializálhatók (féligáteresztő hártyán nem mennek át) A kolloid oldatok nem teljesen stabilak A kolloid oldatban elektroforézis figyelhető meg. A valódi oldatokban egyenletesen oszlanak el az oldott anyag molekulái az oldott anyagban, nincs határfelület. A fény nagy része gond nélkül átjut rajtuk. A fény irányára merőleges szögből nézve semmi jelentős változás nem látható. A kolloid részecskéknek már van határfelülete, amin visszaverődhet a fény különböző irányokba. Oldalról vagy felülről nézve „látjuk a fénysugarat” a folyadékban, holott „csapadék” (szilárd szemcsék) nem látható az oldatban. Ez a Tyndall-jelenség (Tyndall-effektus). A durva diszperz rendszerekben szabad szemmel látható a csapadék, a folyadék zavaros akkor is, ha nem világítunk át rajta.
A kolloid részecskék mérete összemérhető a látható fény hullámhosszával.
A lassú diffúzió és a gyenge ozmózisos nyomás azt mutatja, hogy a részecskék mozgása a kolloid oldatban elég nehézkes. Ez amiatt van, hogy a mozgó részecskék mérete a kolloid oldatokban sokkal nagyobb, mint a valódi oldatokban.
A közönséges szűrőpapíron csak a durva diszperz rendszerek szilárd szemcséi nem mennek át, a kolloid oldatok diszperz fázisa átmegy. Azonban a féligáteresztő hártya „pórusai” kisebbek, mint a száz körüli molekulát tartalmazó kolloid részecskék mérete, ezért a hártya azokat nem engedi át. A valódi oldatban molekulánként eloszló komponensek átmennek a féligáteresztő hártyán.