popularyzatorski opis rezultatów projektu

Nr wniosku: 157034, nr raportu: 6249. Kierownik (z rap.): dr hab. Jacek Gapiński
W projekcie badano zachowanie zawiesin koloidowych w pobliżu warunków, w których jego cząsteczki
krystalizują. W odróżnieniu od kryształu molekularnego, takiego jak metale, lód, skały, warunkiem
uzyskania kryształu koloidowego jest występowanie silnych oddziaływań odpychających pomiędzy
jego cząsteczkami. Jego ciekawą cechą jest występowanie swobodnej przestrzeni pomiędzy
cząsteczkami koloidu, która wypełniona jest rozpuszczalnikiem. Możliwe jest uzyskanie kryształów, w
których cząsteczki koloidu zajmują mniej niż 0.1 % objętości próbki. Kryształ taki jest oczywiście
bardziej miękki niż kryształy molekularne i cząsteczki koloidu mogą nawet wykonywać ruchy dyfuzyjne
o sporej amplitudzie: do 10% średniej odległości międzycząsteczkowej. Tę wartość przyjmuje się
nawet jako jedno z kryteriów krystalizacji. Tak więc, patrząc na kryształ koloidowy z bardzo bliska
(widząc kilka - kilkanaście jego cząsteczek), z trudem odróżnimy ten kryształ od koloidu w stanie
ciekłym. O jego krystalicznym charakterze przekonać się można w pełni dopiero obserwując efekty
wywołane przez większą objętość, np. kątową zależność natężenia rozproszonego promieniowania,
które dla kryształu zawsze będzie miało postać intensywnych wąskich wiązek rozchodzących się w
określonych kierunkach, wyznaczonych przez warunek Bragga. Jeśli ma się szczęście lub świadomie
dobierze wielkość i stężenie koloidu, można tę zależność uwidocznić w postaci kolorów, bo kryształ
koloidowy działa jak siatka dyfrakcyjna. Oświetlając pod odpowiednim kątem kryształ koloidowy
światłem białym, uzyskamy warunek Bragga (wzmocnienie) dla różnych barw pod różnymi kątami i
stąd mogą pojawić się piękne kolory w krystalicznej próbce: będzie ona się mienić kolorami zależnymi
od kąta obserwacji.
Rys. 1. Próbki koloidu krzemionkowego w dimetylformamidzie. 1 - koloid ciekły, 2-3
koegzystencja kryształ-ciecz, 4,5 - monokryształ. Próbka 5 ma tak duże stężenie, że ugięciu
ulegają najsilniej promienie ultrafioletowe - stąd brak koloru przy dnie. Za wyjątkiem zdjęcia
5b, wszystkie próbki zostały oświetlone światłem białym padającym pod kątem prostym do
kierunku obserwacji (z lewego boku). Zdjęcie próbki 5 oznaczone jako 5b zrobione zostało w
oświetleniu ogólnym, w którym żadna z przedstawionych próbek nie wykazuje kolorów,
ponieważ mają one pochodzenie dyfrakcyjne (tak jak mieniąca się płyta CD i DVD lub jak
skrzydełka niektórych owadów).
Zjawisko krystalizacji koloidów jest ważnym punktem badania właściwości koloidów, ponieważ
pozwala precyzyjnie weryfikować teorie dotyczące oddziaływań cząsteczek koloidowych. A
oddziaływania te są kluczowe dla zrozumienia zachowania układów koloidowych stanowiących
od wieków nasze naturalne otoczenie, a ostatnio również to "sztuczne" tworzone najpierw w
laboratoriach, a potem na skalę przemysłową. Odniesieniem do świata "praktycznego" są
praktycznie wszystkie produkty spożywcze, kosmetyczne, wszystkie farby, zaprawy oraz
zawartość komórek żywych organizmów.
Realizowany projekt nie miał na celu badania żadnego z tych konkretnych realizacji koloidu, a
jedynie zbadanie (wciąż nieznanych do końca) właściwości modelowego układu koloidowego w
celu systematyzowania wiedzy, która pozwoli kiedyś na projektowanie zawiesin o zupełnie
nowych właściwościach.