Bagaimana Menyiapkan Dispersi Koloidal?

Ada dua macam cara untuk dapat menyiapkan sebuah system koloidal:

1 Dengan cara memecah belah sebuah bulk material menjadi berdimensi koloid (metode dispersi)

2 Building up agregat berskala molecular menjadi berukuran koloid (metode kondensasi atau nukleasi)

Sebagai catatan, dispersi akan tetap berada pada kondisi metastable, atau keadaan stabil secara koloidal, jika kondisi dibuat sedemikian rupa hingga gaya repulsive tetap lebih besar untuk mencegah partikel dari koagulasi atau flokulasi.

Metode Dispersi

Comminution

Proses comminution adalah sebuah proses dimana sebuah powder/ partikel berskala koloidal bisa diproduksi dengan cara menghancurkan sebuah material bulk melalui proses yang disebut dengan grinding. Naiknya energy bebas yang berkaitan dengan proses ini, akan diberikan dengan besarnya surface area dari produk yang dihasilkan dan surface tension dari permukaan yang terbentuk.

Jika proses grinding terjadi pada sebuah atmosfer inert, akan ada tendensi yang sangat kuat pada partikel untuk beradhesi satu dengan yang lain – peristiwa caking dari bubuk kering adalah salah satu contoh problem yang umum dalam prakteknya.

Karena immerse sebuah permukaan solid ke dalam sebuah liquid akan berakibat menurunkan tegangan permukaan, grinding biasanya dilakukan dibawah liquid. Lebih jauh lagi, dengan cara mengontrol komposisi dari liquid dengan cara menambahkan, sebagai mana contohnya: agen pendispersi, maka sebuah dispersi yang stabil akan tercapai. Dalam dunia industry, cara ini lebih banyak disukai, maka jangan heran jika kita bisa melihat banyak sekali agen pendispersi yang dijual secara komersial tersedia.

Emulsifikasi

Formasi daripada sebuah emulsi dengan cara breaking down sebuah liquid dengan adanya liquid yang lain bisa dicapai dengan cara mekanik. Simple shaking atau stirring mungkin cukup untuk membuat koloid, namun untuk yang lain, kadang dibutuhkan gaya hidrodinamik yang sangat kuat seperti yang dilakukan pada skala komersial yaitu “colloid mills” atau “emulsifiers”. Campuran dua liquid ini dipaksa berada di bawah tekanan untuk melewati celah sempit dan kadangpula, secara simultan harus menerima gaya gesek.

Sukses atau tidaknya proses emulsifikasi ini bergantung pada tegangan antar permukaan antara dua liquid. Hal ini bisa dimodifikasi dengan menggunakan agen pengemulsi (emulsifying agents). Jika tegangan antar muka sangat rendah, maka energy yang dibutuhkan untuk membentuk sebuah emulsi juga rendah dan bisa disediakan dengan thermal motion dari molekul. Spontaneous emulsification adalah fenomena yang sangat penting, dan bisa digunakan dalam dispersi dari bahan kimia agrikultur dalam air, dan secara potensial, dalam recovery minyak. Dalam beberapa hal, dispersi secara mikroemulsi yang dihasilkan adalah stabil secara termodinamik.

Metode Suspensi dan aerosol

Sebuah aplikasi dari metode ini adalah polimerisasi suspensi, dimana sebuah emulsi dari droplet monomer, terstabilisasi oleh surfaktan, dipolimerisasi dengan cara penambahan initiator yang terlarut dalam monomer. Polimerisasi terjadi dalam droplet monomer, yang akan mengakibatkan formasi lateks polimer .

Penggunaan dari partikel aerosol untuk tujuan yang sama adalah sebuah pengembangan yang terjadi akhir-akhir ini (saat buku ini ditulis). Sebagai contohnya, titanium (IV) ethoxida yang direaksikan dengan uap air akan menghasilkan partikel titanium dioksida speric amorf.

Metoda Kondensasi

Nukleasi dan Pertumbuhan Partikel

Secara prinsip, kita bisa menyiapkan partikel koloidal dari spesies molekular dengan cara membentuk kompleks molekular dengan meningkatkan ukuran hingga range koloid tercapai, dan ini adalah sebuah cara dimana banyak dispersi dibentuk. Biasanya, spesies molekular (atomic) dibentuk dengan reaksi kimia, dan secara virtual tidak terlarut dalam medium dispersi. Mereka beragregasi menjadi partikel dengan menaikkan ukuran. Beberapa contoh yang familiar adalah formasi dari sulfur koloidal dengan interaksi dari larutan natrium thiosulfate dengan asam, dari emas koloida dengan reduksi emas klorida, dan dari perak halide koloida dengan reaksi dari alkali halide dengan larutan perak nitrat. 

Disarikan dari D.H. Everett -Basic Principles of Colloid Science-

Aplikasi dari Koloid dalam Dunia Industri

Pembentukan sebuah material, tidak akan pernah lepas daripada ilmu koloid. Saat ini yang sedang popular, meliputi: pengembangan baterai, pembentukan katalis, dan segala ilmu yang berhubungan dengan powder technology, meliputi proses fluidisasi, grinding, crushing, drying dsb.

Beberapa pertanyaan yang harus dijawab ketika berhadapan dengan colloid science
- Bagaimana menciptakan dispersi koloid ?
- Faktor apa saja yang mempengaruhi dispersi ketika ia telah terbentuk? Apakah dia akan tetap terjaga stabil atau tidak?
- Bagaimana agar supaya dispersi tetap berada pada keadaan terdispersi, atau teragregasi?
- Properti khusus apa saja yang bisa kita dapat saat sebuah system berada pada kategori koloid?

Tabel berikut ini berisi tentang summari dari industri mana saja yang memiliki concern terhadap koloid berikut masalah yang sering dihadapi.

Contoh peran koloid dalam bidang industri energi dan makanan.

Bidang Energi

Dalam ekstraksi minyak, terjadi sebuah interaksi komplek antara gaya tegangan permukaan, wettability, dan reologi. Beberapa hal tersebut memiliki pengaruh terhadap efisiensi dimana minyak bisa terambil. Faktanya adalah sangatlah jarang kita bisa mengekstrak minyak lebih dari 50% dari minyak yang terdapat di lapangan. Hal ini menimbulkan sebuah konsekuensi bahwa reward yang tinggi akan kita terima jika kita berhasil menggunakan teknik untuk memperbesar yield dengan cara yang ekonomis. Beberapa metode terkait koloid yang mungkin dilakukan adalah : penggunaan dari surfaktan untuk mengurangi tegangan permukaan air-minyak dan untuk mengurangi gradien tekanan yang dibutuhkan untuk memindahkan minyak. Injeksi daripada surfaktan akan membuat minyak dan air membentuk sebuah emulsi yang nantinya bisa terbawa arus. Penggunaan dari polimer untuk memodifikasi reologi dari proses dan untuk menghambat ‘fingering’, dimana adanya fingering ini akan berakibat pada peristiwa bypass air sehingga tidak semua permukaan reservoir berkontak dengan fluid yang diinjeksikan.

Untuk memindahkan gumpalan minyak yang terjebak dalam sebuah pori, sebuah beda tekanan dibutuhkan. Beda tekanan yang dibutuhkan ini bisa dikurangi dengan cara menurunkan tegangan permukaan

Jika terjadi sebuah bypass dimana air lewat secara paralel melewati gumpalan minyak, pressure drop bisa dinaikkan dengan cara menaikkan viskositas dari fasa aqueous dengan cara penambahan polimer

Minyak yang terekstraksi dari sebuah ‘well’ biasanya mengandung air terdispersi sebagai emulsi yang halus. Peristiwa de-emulsifikasi dari minyak adalah sebuah bagian penting dari semua proses dan proses ini sangatlah tergantung daripada aplikasi teknologi koloid.

Industri minyak juga menyangkut  banyak dalam prosesnya yang berhubungan dengan pembentukan busa dimana bisa sangat menguntungkan atau merugikan tergantung kebutuhan. Pengontrolan dari busa ini merupakan hal yang sangat penting dan memerlukan sebuah aplikasi dari ilmu koloid dan permukaan.

Bidang Makanan  

Gel hadir dalam banyak varietas pada tahap preparasi dan produk akhir dari industri makanan. Konsekuensinya dalam area inilah terjadi banyak interest. Secara tradisional, gel berasal dari bahan alam biologis. Namun saat ini, pembuatan secara sintesis atau modifikasi secara kimia dari bahan biologis natural banyak digunakan dalam industri manufaktur makanan. Beberapa problem yang eksis diantaranya adalah wetting dari fine powder. Sup, kokoa dan bubuk susu yang dikeringkan harus siap terdispersi jika ditambahkan dengan air. Hal ini bisa dicapai dengan dengan penambahan sedikit agen pengemulsifikasi dan pendispersi , yang biasanya berasal dari bahan biologis.

Dalam bidang yang lain, mungkin kita selalu bertanya-tanya, mengapa gel rambut bisa lengket ke tangan kita, sedangkan sampo yang kita gunakan tidak. Bagaimana cara membuat pupuk cair, agar ia bersifat tidak membasahi tanaman, sehingga diharapkan pupuk yang merupakan racun tidak menempel pada tanaman. Semua hal tersebut melibatkan ilmu yang disebut koloid dan kimia permukaan

Disarikan dari D.H. Everett -Basic Principles of Colloid Science-