કલિલ (colloid) : પદાર્થની એવી બારીક સ્થિતિ જેમાં તેના કણોના એકમ કદ અથવા એકમ દળ દીઠ વધુમાં વધુ પૃષ્ઠીય ક્ષેત્રફળ (surface area) હોય. રાસાયણિક સંરચના (chemical composition – સ્ફટિકમય / અસ્ફટિકમય) ભૌમિતિક આકાર અથવા ઘન, પ્રવાહી કે વાયુ સ્થિતિને ધ્યાનમાં લીધા વગર પદાર્થનો કણ જ્યારે 1 માઇક્રોમીટરથી નાનો પણ 1 નેનોમીટરથી મોટો હોય તેવી તે પદાર્થની સ્થિતિ હોય છે. કણો પરમાણુ કે અણુ કરતાં મોટા, પણ નરી આંખે જોઈ શકાતા કણો કરતાં નાના હોય છે. 1861માં થૉમસ ગ્રેહામે (1805-1869) ‘કોલોઇડ’ ગ્રીક શબ્દ કોલા = સરેશ પરથી સૌપ્રથમ પ્રયોજ્યો. કલિલ પદાર્થો જીવનના દરેક ક્ષેત્રમાં મળી આવે છે; દા.ત., માખણ, ચીઝ, શાહી, રંગ, રેશમ, ઊન, જમીન, રબર, પ્લાસ્ટિક, બહુલકો, ધુમ્મસ, ધુમાડો વગેરે. પ્રાચીન સમયથી કલિલ સુવર્ણ જાણીતું છે.
ફ્રાન્સના વનસ્પતિશાસ્ત્રી બ્રાઉને (1827) પરાગના કલિલ કણોની અનિયંત્રિત ગતિ સૂક્ષ્મદર્શક યંત્ર નીચે નોંધી અને તેને બ્રાઉનિયન ગતિ નામ આપ્યું. અચેસને (1838) પ્રયોગ દ્વારા બતાવ્યું કે જીવંત પ્રણાલીમાં ચરબી કણની આજુબાજુ આંતરત્વચા હોય છે, જે દ્રાવ્ય પ્રોટીનની હાજરીમાં સ્કંદન (coagulation) અનુભવે છે. સેલ્મી(1845-50)એ સિલ્વર ક્લોરાઇડ, પ્રશિયન બ્લૂ અને સલ્ફરનાં કલિલ દ્રાવણોનો પદ્ધતિસર અભ્યાસ કરી જણાવ્યું કે આ દ્રાવણોમાં લવણનાં દ્રાવણો ઉમેરતાં કલિલકણનું સ્કંદન થાય છે. થૉમસ ગ્રેહામ આધુનિક કલિલવિજ્ઞાનનો સ્થાપક ગણાય છે. સાદા અણુ કરતાં કલિલકણની ઓછી પ્રસરણતા (diffusibility) તેના મોટા કદ(10–7 સેમી.થી 10–3 સેમી. વ્યાસ)ને લીધે છે તેમ તેમણે જણાવ્યું. પાર્ચમેન્ટ પત્રમાં પસાર ન થઈ શકે તેવાં જિલેટીન, આલ્બ્યુમિન, ગુંદર વગેરેને કલિલ કહ્યાં જ્યારે તેમાંથી પસાર થઈ શકે તેવા પદાર્થો ખાંડ વગેરેને ‘સ્ફટિકમય’ કહ્યા. આ રીતે ગ્રેહામે કલિલને પદાર્થ એક ચોક્કસ સ્થિતિ તરીકે જણાવી; પણ આધુનિક સંશોધન પ્રમાણે આ જાતનું વર્ગીકરણ સાચું ગણાતું નથી, કારણ કે એક દ્રાવકમાં સ્ફટિકમય પદાર્થ તરીકે વર્તતા પદાર્થ બીજા દ્રાવકમાં કલિલ તરીકે વર્તે છે. દા.ત., મીઠાને (સ્ફટિકમય પદાર્થ) પેટ્રોલિયમ ઈથરમાં કલિલ સ્થિતિમાં મેળવી શકાય છે. આમ કલિલ એ પદાર્થનો જુદો વર્ગ નથી, પરંતુ સાચું દ્રાવણ અને અવલંબિત (suspended) કણ વચ્ચેની કણની સ્થિતિ છે. દ્રાવણમાંથી કોઈ પદાર્થનો અવક્ષેપ મેળવવામાં આવે ત્યારે શરૂઆતના નાના કણોને લીધે કલિલ દ્રાવણ બને છે. ગ્રેહામે તેને ‘સોલ’ નામ આપ્યું. કલિલકણો અલ્ટ્રામાઇક્રોસ્કોપથી જોઈ શકાય છે.
ઇલેક્ટ્રૉન-માઇક્રોસ્કોપની મદદથી જાણી શકાયું છે કે સોલ દ્વિ-ફેઝ વિષમાંગ પ્રણાલી છે. જે પદાર્થના કણ, દ્રાવક માધ્યમમાં પરિક્ષેપણ (dispersion) પામી કલિલપ્રણાલી બનાવતા હોય તે પદાર્થને આંતરિક પરિક્ષેપિત (dispersed) ફેઝ અને માધ્યમને બાહ્ય પરિક્ષેપણ (dispersion) ફેઝ કહેવામાં આવે છે. વિવિધ કલિલપ્રણાલી નીચે પ્રમાણે આપી શકાય :
પરિક્ષેપિત કલિલના પ્રકાર
| માધ્યમ |
પરિક્ષેપિત દ્રવ્ય |
તકનીકી નામ | ઉદાહરણ |
|
વાયુ |
પ્રવાહી
ઘન |
વાયુવિલય
વાયુવિલય (aerosol) |
ધુમ્મસ, છંટકાવ (spray)
ફીણ ધુમાડો, વાતાવરણ અથવા આંતરતારાકીય રજ, ઘન ફીણ, પ્યુમાઇસ પથ્થર |
|
પ્રવાહી |
વાયુ
પ્રવાહી
ઘન |
ફીણ
પાયસ (emulsion) સોલ |
સાબુનું ફીણ, ઝાકળ,
દૂધ, કૉસ્મેટિક લોશન,
પેઇન્ટ, કાદવયુક્ત પાણી, જેલી |
|
ઘન |
વાયુ
પ્રવાહી
ઘન |
ઘન ફીણ
(solid foam) ઘન પાયસ
ઘન સોલ |
ફોમ રબર
ઓપલ નામનું રત્ન, ગોલ્ડ સોલ, પોલાદ |
કેટલાંક કલિલ ઉપરના પ્રકારમાં નથી આવતાં, છતાં પણ તે કલિલ છે; દા.ત., જેલ (gel). કેટલાંક જેલ ઘન સ્વરૂપમાં હોય છે તો કેટલાંક સ્થિતિસ્થાપક પદાર્થો હોય છે. કેટલાંક સહપુંજિત (coacervate) પ્રણાલીરૂપ હોય છે. પ્રોટીન જેવાં જલઆકર્ષક કલિલના સ્કંદનમાં અલગ પડતું પ્રવાહી ફેઝ આનું ઉદાહરણ છે. જેલની રચના મધપૂડા જેવી હોય છે. જેનાં છિદ્રોમાં દ્રાવકરૂપે પાણી રહેલું હોય છે. જે કલિલ દ્રાવણમાં માધ્યમ તરીકે પાણી હોય તેને હાઇડ્રોસોલ કહેવામાં આવે છે. આલ્કોહૉલ કે બેન્ઝીન માધ્યમ હોય તેવાં કલિલ દ્રાવણોને અનુક્રમે આલ્કોસોલ અને બેન્ઝોસોલ કહેવામાં આવે છે. પેરિને (1905) કલિલ સોલના બે વિભાગ પાડ્યા : (1) દ્રવ-આકર્ષક (lyophilic) અને (2) દ્રવ-અપાકર્ષક (lyophobic). જિલેટીન અને ગુંદર જેવા પદાર્થો પાણીના સંપર્કમાં આવતાં જ કલિલ દ્રાવણ બનાવે છે. તેમને દ્રવ-આકર્ષક સોલ કહેવામાં આવે છે. ધાતુના સલ્ફાઇડને પાણીનું આકર્ષણ હોતું નથી. તેમને કલિલ સ્વરૂપમાં લાવવા અન્ય પ્રક્રિયા કરવી પડે છે. આવા પદાર્થોને દ્રવ-અનાકર્ષક સોલ કહેવામાં આવે છે. [દ્રાવક તરીકે પાણી હોય તો જલઆકર્ષક (hydrophilic) અને જલઅપાકર્ષક (hydrophobic) શબ્દો વપરાય છે.]
પાયસ : એક પ્રવાહીમાં બીજા પ્રવાહીના કલિલ સ્થિતિમાં વિભાજનને પાયસ કહેવામાં આવે છે. પાયસ બે પ્રકારના હોય છે પાણીમાં તેલ (oil in water, o/w) અને તેલમાં પાણી (water in oil w/o). પાયસકર્તાના ગુણધર્મ પ્રમાણે o/w અથવા w/o પ્રકાર બનાવી શકાય. પાયસનો ઉપયોગ ફાર્મસી ઉદ્યોગમાં, સૌંદર્યવર્ધક પ્રસાધનો (ક્રીમ, મલમ વગેરે) બનાવવામાં, ખાદ્યો (સલાડ, ક્રીમ, માર્ગેરિન, કૃત્રિમ માખણ વગેરે) તૈયાર કરવામાં તેમજ ચર્મ, કાપડ અને કાગળ ઉદ્યોગમાં થાય છે. પાયસને સ્થિર કરવા તેમાં પાયસકર્તા (emulsifier) ઉમેરવામાં આવે છે.
સાબુ અને કેટલાક રંગો કલિલી વિદ્યુતવિભાજ્યો (colloidal electrolytes) તરીકે વર્તે છે.
કલિલના ગુણધર્મો : કલિલ અવસ્થામાં પદાર્થનું પૃષ્ઠ ક્ષેત્રફળ ઘણું વધારે હોવાને લીધે તે કેટલાક વિશિષ્ટ પ્રકારના ગુણધર્મો ધરાવે છે. સારા પરિક્ષેપિત કણો સારા અધિશોષકો (adsorbents) તરીકે કાર્ય કરે છે અને પોતાની સપાટી પર અણુઓ અથવા આયનોને બાંધી શકે છે. આ ગુણધર્મો હવામાંના ઝેરી વાયુઓ દૂર કરવામાં (સક્રિય કાર્બન વડે), પાણીના શુદ્ધીકરણમાં દ્રાવ્ય અશુદ્ધિઓ દૂર કરવામાં અથવા શર્કરામાંથી કે અન્ય પદાર્થોમાંથી રંગ દૂર કરવામાં વપરાતી પદ્ધતિઓના પાયામાં રહેલ છે. કલિલકણો નરી આંખે અથવા સાદા પ્રકાશિક માઇક્રોસ્કોપ વડે જોઈ શકાતા નથી પણ સ્કૅનિંગ ઇલેક્ટ્રૉન માઇક્રોસ્કોપ વડે જોઈ શકાય છે તેમજ તેના ફોટોગ્રાફ પણ પાડી શકાય છે. કલિલકણોનું કદ અત્યંત નાનું હોવાને કારણે માધ્યમમાંથી (પ્રવાહી અથવા વાયુ) તેમને સાદા ગાળણથી કે સામાન્ય અપકેન્દ્રણ(centrifugation)થી અલગ પાડી શકાતા નથી. તે માટે તેમને સૂક્ષ્મછિદ્રી ગાળણો (ultra-filters) અથવા અલ્ટ્રા-સેન્ટ્રિફ્યુઝ દ્વારા અલગ પાડી શકાય છે. તે પ્રકાશનું પ્રકીર્ણન (scattering) કરી શકે છે. ધુમ્મસ, દૂધ અને કાદવયુક્ત પાણી આવું પ્રકીર્ણન અનુભવે છે. આ પ્રકીર્ણનને તેના શોધકના નામ ઉપરથી ટિન્ડલ અસર કહેવામાં આવે છે. ટિન્ડલ અસરનો ઉપયોગ કરી અલ્ટ્રામાઇક્રોસ્કોપ દ્વારા કલિલકણોને જોઈ શકાય છે. કલિલ અવસ્થામાં સિલિકા રંગદીપ્તિ (iridescence) બતાવે છે. ઓપલ નામનું રત્ન આનો સુંદર દાખલો છે. કલિલને (1) અપ્રતિવર્તી અને (2) પ્રતિવર્તી એમ બે મુખ્ય વિભાગમાં વહેંચી શકાય. અપ્રતિવર્તી પ્રણાલીમાં સોલ, પાયસ, ફીણ, પેસ્ટ, કેટલાક પ્રકારનાં જેલ વગેરેનો સમાવેશ થાય છે; જ્યારે પ્રતિવર્તી પ્રણાલીમાં બહુલકો, પ્રોટીન, સાબુ, પ્રક્ષાલકો અને કેટલાક રંગોનો સમાવેશ કરવામાં આવે છે. પ્રતિવર્તી પ્રણાલી પદાર્થ તથા પાણીને મિશ્ર કરતાં સરળતાથી મેળવી શકાય છે. દા.ત., ગુંદર + પાણી. આ અપ્રતિવર્તી પ્રણાલીમાં શક્ય નથી. કૉલૉઇડ પદાર્થ તેને જેમાં પરિક્ષેપિત કરેલ હોય તે માધ્યમના ગલનબિંદુ, ઉત્કલનબિંદુ તથા બાષ્પદબાણ ઉપર અસર કરતો નથી.
કલિલકણોની સ્થિરતા તેની બહારની સપાટી પરના વિદ્યુતભારને લીધે હોય છે, અથવા કણના ઉપરના પાણીના આવરણને લીધે હોય છે. જો આ બંને કારણો ભૌતિક તેમજ રાસાયણિક રીતે દૂર કરવામાં આવે તો તેની સ્થિરતા દૂર થઈને કલિલ સ્કંદન અનુભવે છે. લોહીનું સ્કંદન આનો દાખલો છે.
કલિલની બનાવટ : કલિલ બે રીતે બનાવી શકાય (1) પરિક્ષેપણ (dispersion) દ્વારા અને (2) સંઘનન (condensation) દ્વારા.
1. પરિક્ષેપણ : આ પદ્ધતિમાં શરૂઆતના સ્થૂલ (coarse) પદાર્થને નાના કણોમાં પરિક્ષેપિત કરવામાં આવે છે; દા.ત., કલિલ ઘંટી(colloid mill)ની મદદથી ઘન પદાર્થનું કલિલકણોમાં વિખંડન કરવામાં આવે છે. તેવી જ રીતે પ્રવાહીનું નેબ્યુલાઇઝર દ્વારા નાના બિંદુ-કણ(droplets)માં વિભાજન કરવામાં આવે છે અથવા મિશ્ર ન થાય તેવા બે પ્રવાહીઓનું (પાણી અને તેલ) બ્લેન્ડર દ્વારા પાયસ રચવામાં આવે છે. દ્રાવકની સપાટી તળે અમુક ધાતુઓના ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચે વિદ્યુત ચાપ પ્રગટાવવાથી જે તે ધાતુના કણો કલિલરૂપે મળે છે.
2. સંઘનન : આ પદ્ધતિમાં આયનો અથવા અણુઓનું સંઘનન કરી કલિલકણો, રેસા અથવા ફિલ્મ બનાવવામાં આવે છે. દા.ત., સ્ટિયરિક ઍસિડનું બેન્ઝીન અથવા ઇથાઇલ ઈથરમાં દ્રાવણ બનાવી તેને પાણીની સપાટી પર પાથરી તેની અદ્રાવ્ય એક-સ્તરીય ફિલ્મ બનાવવામાં આવે છે, ત્યારે સ્ટિયરિક ઍસિડ બારીક કલિલકણ સ્વરૂપે મળે છે. પૃષ્ઠસક્રિય (surface active) પ્રક્ષાલકો(detergents)નું પાણીમાં એવી રીતે દ્રાવણ બનાવવામાં આવે કે જેથી કલિલ સંઘનન મળે. આ સંઘનનને માઇસેલ (micelle) કહેવામાં આવે છે. આ ઉપરાંત સોલ બનાવવાની પ્રક્રિયાનો પણ અહીં ઉલ્લેખ કરવો જોઈએ. વિદ્યુતવિભાજ્યોનું સંયોગી અવક્ષેપન સોલ બનાવવાની એક અગત્યની પ્રક્રિયા છે. અમુક ચોક્કસ સાંદ્રતાવાળા સિલ્વર નાઇટ્રેટ અને પોટૅશિયમ બ્રોમાઇડનાં દ્રાવણોને મિશ્ર કરવામાં આવે ત્યારે સિલ્વર બ્રોમાઇડ કલિલ સ્વરૂપમાં મેળવી શકાય છે, જે લાંબો સમય સુધી સ્થિર રહે છે. કલિલની બનાવટમાં સમકણ પરિક્ષેપી (monodisperse) સોલ (જેમાં કલિલકણોનાં કદ, આકાર અને સંરચના એકસરખાં હોય) બનાવવા એ એક અગત્યનું કાર્ય છે.
કલિલપ્રણાલીઓની વ્યાપક અગત્ય હોઈ તેનો અભ્યાસ રસાયણશાસ્ત્રની કલિલરસાયણ (colloid chemistry) નામની આગવી શાખામાં કરાય છે.
ઉપયોગો : કલિલપ્રણાલીઓ નિર્જીવ તેમજ સજીવ સૃષ્ટિમાં તથા ઉદ્યોગમાં અગત્યનો ભાગ ભજવે છે. ખેતરની માટી, દૂધ, માખણ, ચીઝ, આઇસક્રીમ તથા વિવિધ ખાદ્ય પદાર્થો, સજીવ સૃષ્ટિમાં રહેલ પ્રવાહી પદાર્થો (જેવા કે કોષરસ, રક્ત, ડી.એન.એ., આર.એન.એ., ઉત્સેચકો, પ્લાસ્ટિક, પેઇન્ટ, રબર, કાગળ, રેસા, શાહી વગેરે) કલિલ પદાર્થો છે. ખનિજ તથા ખડક્ધાા નિર્માણમાં, રાંધવાની ક્રિયામાં, ખોરાકના પાચન તથા શોષણમાં, કપડાં રંગવાની પ્રક્રિયામાં તથા કપડાંની ધોલાઈમાં, છપાઈકામમાં, આયનવિનિમય (ion exchange) વગેરેમાં કલિલરસાયણ અગત્યનો ભાગ ભજવે છે. ગટરના ગંદા પાણીના શુદ્ધીકરણ માટે પણ કલિલરસાયણનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.
મફતલાલ જેસિંગભાઈ પટણી
પ્રવીણસાગર સત્યપંથી