คอลลอยด์คือสารผสมที่ประกอบด้วยสารหนึ่งซึ่งประกอบด้วยอนุภาคที่ไม่ละลายน้ำที่^{กระจายตัวในระดับจุลภาค แขวนลอยอยู่ทั่วสารอีกชนิดหนึ่ง คำจำกัดความบางอย่างระบุว่าอนุภาคต้องกระจายตัวอยู่ในของเหลว [} 1 ]ในขณะที่คำ^{จำกัดความอื่น}ๆ ขยายขอบเขตไปรวมถึงสารต่างๆ เช่นแอโรโซลและเจลคำว่าสารแขวนลอยคอลลอยด์หมายถึงสารผสมโดยรวมอย่างชัดเจน (แม้ว่าความหมายที่แคบกว่าของคำว่าสารแขวนลอยจะแตกต่างจากคอลลอยด์โดยขนาดอนุภาคที่ใหญ่กว่า) คอลลอยด์มีเฟสที่กระจายตัว (อนุภาคที่แขวนลอย) และเฟสต่อเนื่อง (ตัวกลางของสารแขวนลอย)

คอลลอยด์บางชนิดโปร่งแสงเนื่องจากปรากฏการณ์ทินดอลล์ซึ่งเป็นการกระเจิงของแสงโดยอนุภาคในคอลลอยด์ ส่วนคอลลอยด์อื่นๆ อาจทึบแสงหรือมีสีจางๆ

สารแขวนลอยคอลลอยด์เป็นหัวข้อของวิทยาศาสตร์พื้นผิวและคอลลอยด์สาขาวิชานี้เริ่มต้นในปี พ.ศ. 2488 โดยFrancesco Selmi [ ^{2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}ซึ่งเรียกสารแขวนลอยเหล่านี้ว่าสารละลายเทียม และต่อมาได้รับการขยายความโดยMichael Faraday ^{[ 6 ] [ 7 ]}และThomas Grahamซึ่งบัญญัติศัพท์คำว่า^{คอลลอยด์}ในปี พ.ศ. 2404 ^{[ 8 ]}

เนื่องจากนิยามของคอลลอยด์นั้นคลุมเครือมากสหภาพเคมีบริสุทธิ์และประยุกต์ระหว่างประเทศ (IUPAC) จึงได้กำหนดนิยามสมัยใหม่ของคอลลอยด์ขึ้น:

คำว่าคอลลอยด์หมายถึงสถานะของการแบ่งย่อย ซึ่งหมายความว่าโมเลกุลหรืออนุภาคโพลีโมเลกุลที่กระจายตัวอยู่ในตัวกลางจะมีมิติอย่างน้อยหนึ่งทิศทางอยู่ระหว่าง 1 นาโนเมตรถึง 1 ไมโครเมตรโดยประมาณ หรือในระบบจะพบความไม่ต่อเนื่องที่ระยะทางในระดับนั้น ไม่จำเป็นที่ทั้งสามมิติจะต้องอยู่ในช่วงคอลลอยด์…และไม่จำเป็นที่หน่วยของระบบคอลลอยด์จะต้องแยกจากกัน…ขีดจำกัดขนาดที่ระบุไว้ข้างต้นไม่ตายตัว เนื่องจากจะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติที่กำลังพิจารณาในระดับหนึ่ง^{[ 12 ]}

คำจำกัดความของ IUPAC นี้มีความสำคัญเป็นพิเศษเพราะเน้นถึงความยืดหยุ่นที่มีอยู่ในระบบคอลลอยด์ อย่างไรก็ตาม ความสับสนส่วนใหญ่เกี่ยวกับคอลลอยด์เกิดจากการทำให้ง่ายเกินไป IUPAC ชี้แจงให้ชัดเจนว่ามีข้อยกเว้น และไม่ควรมองว่าคำจำกัดความนี้เป็นกฎที่ตายตัว DH Everett นักวิทยาศาสตร์ผู้เขียนคำจำกัดความของ IUPAC เน้นย้ำว่าคอลลอยด์มักจะเข้าใจได้ดีกว่าผ่านตัวอย่างมากกว่าคำจำกัดความที่เข้มงวด^{[ 13 ]}

คอลลอยด์สามารถจำแนกได้ดังนี้:

		เฟสกระจาย
		แก๊ส	ของเหลว	แข็ง
ตัวกลางกระจายตัว	แก๊ส	ไม่พบคอลลอยด์ชนิดดังกล่าว เป็นที่ทราบกันดีว่าฮีเลียมและซีนอนไม่สามารถผสมกันได้ภายใต้เงื่อนไขบางประการ[ 14 ] [ 15 ]	ละอองของเหลว ตัวอย่าง: หมอก , เมฆ , การควบแน่น , ละอองน้ำ , ไอน้ำ , สเปรย์ฉีดผม	สเปรย์แข็ง ตัวอย่าง: ควัน , เมฆน้ำแข็ง , ฝุ่นละอองในบรรยากาศ
	ของเหลว	โฟม ตัวอย่าง: วิปครีม , ครีมโกนหนวด	อิมัลชันหรือผลึกเหลว ตัวอย่าง: นม , มายonnaise , ครีมทามือ , น้ำยาง , เยื่อชีวภาพ , สารควบแน่นชีวโมเลกุลเหลว	โซล ตัวอย่าง: หมึกสี , ตะกอน , โคลน , ตะกอนตกค้าง , สารควบแน่นชีวโมเลกุลที่ เป็นของแข็ง
	แข็ง	โฟมแข็ง ตัวอย่าง: แอโรเจล , สบู่ลอยน้ำ , โฟมสไตรีน , หินภูเขาไฟ	เจล ตัวอย่าง: อะการ์ , เจลาติน , เยลลี่ , สารควบแน่นชีวโมเลกุลที่มีลักษณะคล้ายเจล	สารละลายของแข็ง ตัวอย่าง: แก้วแครนเบอร์รี่

สารผสมที่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งมีเฟสกระจายตัวอยู่ในช่วงขนาดนี้ อาจเรียกว่าละอองคอลลอยด์อิมัลชันคอลลอยด์ สารแขวนลอยคอลลอยด์โฟมคอลลอยด์สารกระจายตัวคอลลอยด์หรือไฮโดรซอล

• 
  ซิลิกาเจลคอลลอยด์ ที่มี ความขุ่นเล็กน้อย
• 
  เจลใส่ผมเล็กน้อย
• 
  ครีมเป็นอิมัลชันกึ่งแข็งที่ประกอบด้วยน้ำมันและน้ำ ครีมชนิดน้ำมันในน้ำใช้เพื่อความงาม ในขณะที่ครีมชนิดน้ำในน้ำมันใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางการแพทย์
• 
  ปรากฏการณ์ทินดอลล์ในโอปอล : มันกระจายแสงสีฟ้า ทำให้มองเห็นเป็นสีฟ้าจากด้านข้าง แต่แสงสีส้มจะส่องผ่านได้โอปอลเป็นเจลที่น้ำกระจายตัวอยู่ในผลึกซิลิกา
• 
  หมอก

ไฮโดรคอลลอยด์ หมายถึง สารเคมีบางชนิด(ส่วนใหญ่เป็นพอลิแซ็กคาไรด์และโปรตีน ) ที่สามารถกระจายตัวได้ในน้ำ ในรูปคอลลอยด์ จึงทำให้ "ละลาย" ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางรีโอโลยี ของน้ำ โดยการเพิ่มความหนืดและ/หรือทำให้เกิดการก่อตัวเป็นเจล นอกจากนี้ยังอาจมีปฏิกิริยากับสารเคมีอื่นๆ ในบางกรณีอาจเสริมฤทธิ์กัน ในบางกรณีอาจต้านฤทธิ์กัน ด้วยคุณสมบัติเหล่านี้ ไฮโดรคอลลอยด์จึงเป็นสารเคมีที่มีประโยชน์มากในหลายด้านของเทคโนโลยี ตั้งแต่ อาหารยาผลิตภัณฑ์ดูแลส่วนบุคคล ไปจนถึงการใช้งานในอุตสาหกรรม สามารถช่วยในการรักษาเสถียรภาพ การทำให้ไม่เสถียร การแยกสาร การก่อตัวเป็นเจล การควบคุมการไหล การควบคุมการตกผลึก และผลกระทบอื่นๆ อีกมากมาย นอกเหนือจากการใช้งานในรูปแบบที่ละลายได้แล้ว ไฮโดรคอลลอยด์บางชนิดยังมีฟังก์ชันเพิ่มเติมในรูปแบบแห้ง หากหลังจากละลายแล้วนำน้ำออกไป เช่น ในการผลิตแผ่นฟิล์มปิดแผล ปลอกไส้กรอกเทียม และเส้นใยปิดแผล (บางชนิดเข้ากันได้กับผิวหนังมากกว่าชนิดอื่นๆ) มีไฮโดรคอลลอยด์หลายประเภท แต่ละประเภทมีโครงสร้าง ฟังก์ชัน และประโยชน์ใช้สอยที่แตกต่างกัน การเลือกสารไฮโดรคอลลอยด์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับพื้นที่ใช้งานเฉพาะนั้นอาจขึ้นอยู่กับการควบคุมคุณสมบัติทางรีโอโลยีและการปรับเปลี่ยนรูปร่างและเนื้อสัมผัสทางกายภาพ ไฮโดรคอลลอยด์บางชนิด เช่นแป้งข้าวโพดและเคซีน เป็นอาหารที่มีประโยชน์ รวมถึงเป็นสารปรับเปลี่ยนคุณสมบัติทางรีโอโลยีด้วย ในขณะที่บางชนิดมีคุณค่าทางโภชนาการจำกัด โดย ส่วนใหญ่มักเป็นแหล่งของใยอาหาร^{[ 16 ]}

คำว่าไฮโดรคอลลอยด์อาจหมายถึงวัสดุปิดแผลชนิดหนึ่งที่ออกแบบมาเพื่อกักเก็บความชุ่มชื้นในผิวหนังและช่วยกระบวนการสมานแผลตามธรรมชาติ ลดรอยแผลเป็น อาการคัน และอาการเจ็บปวด

คอลลอยด์มีเฟสกระจายและเฟสต่อเนื่อง ในขณะที่ในสารละลายตัว ถูกละลาย และตัวทำละลาย ประกอบกันเป็นเฟสเดียวเท่านั้น ตัว ถูกละลายในสารละลายเป็นโมเลกุลหรือไอออน แต่ละตัว ในขณะที่อนุภาคคอลลอยด์มีขนาดใหญ่กว่า ตัวอย่างเช่น ในสารละลายเกลือในน้ำ ผลึกโซเดียมคลอไรด์ (NaCl) ละลาย และไอออน Na ⁺และ Cl− ^ถูกล้อมรอบด้วยโมเลกุลของน้ำ อย่างไรก็ตาม ในคอลลอยด์เช่นนม อนุภาคคอลลอยด์เป็นก้อนไขมัน ไม่ใช่โมเลกุลไขมันแต่ละตัว เนื่องจากคอลลอยด์มีหลายเฟส จึงมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันมากเมื่อเทียบกับสารละลายต่อเนื่องที่ผสมอย่างสมบูรณ์^{[ 17 ]}

แรงต่อไปนี้มีบทบาทสำคัญในการปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคคอลลอยด์: ^{[ 18 ] [ 19 ]}

• แรงผลักจากปริมาตรที่ถูกกีดกัน : หมายถึงความเป็นไปไม่ได้ที่อนุภาคแข็งจะทับซ้อนกัน ได้
• ปฏิสัมพันธ์ทางไฟฟ้าสถิต : อนุภาคคอลลอยด์มักมีประจุไฟฟ้าและจึงดึงดูดหรือผลักกัน ประจุของทั้งเฟสต่อเนื่องและเฟสกระจายตัว รวมถึงการเคลื่อนที่ของเฟสต่างๆ ล้วนเป็นปัจจัยที่มีผลต่อปฏิสัมพันธ์นี้
• แรงแวนเดอร์วาลส์ : แรงนี้เกิดจากการปฏิสัมพันธ์ระหว่างไดโพลสองตัว ซึ่งอาจเป็นไดโพลถาวรหรือไดโพลเหนี่ยวนำ แม้ว่าอนุภาคจะไม่มีไดโพลถาวร แต่ความผันผวนของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนจะทำให้เกิดไดโพลชั่วคราวในอนุภาค ไดโพลชั่วคราวนี้จะเหนี่ยวนำให้เกิดไดโพลในอนุภาคที่อยู่ใกล้เคียง จากนั้นไดโพลชั่วคราวและไดโพลเหนี่ยวนำจะดึงดูดซึ่งกันและกัน ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าแรงแวนเดอร์วาลส์ ซึ่งมีอยู่เสมอ (เว้นแต่ดัชนีหักเหของเฟสกระจายและเฟสต่อเนื่องจะตรงกัน) เป็นแรงระยะสั้น และเป็นแรงดึงดูด
• แรงสเตอริก : แรงผลักเชิงสเตอริกที่มักเกิดขึ้นเนื่องจากโพลิเมอร์ที่ดูดซับเคลือบผิวของคอลลอยด์
• แรงดึงดูดจากการลดลงของความเข้มข้น : แรงดึงดูดเชิงเอนโทรปีที่เกิดขึ้นจากความไม่สมดุลของความดันออสโมติก เมื่อคอลลอยด์แขวนลอยอยู่ในตัวกลางที่ประกอบด้วยอนุภาคหรือพอลิเมอร์ขนาดเล็กกว่ามาก ซึ่งเรียกว่าสารลดความเข้มข้น

แรงโน้มถ่วงของโลกส่งผลต่ออนุภาคคอลลอยด์ ดังนั้น หากอนุภาคคอลลอยด์มีความหนาแน่นมากกว่าตัวกลางแขวนลอย อนุภาคเหล่านั้นจะตกตะกอน (ตกลงสู่ด้านล่าง) หรือหากมีความหนาแน่นน้อยกว่า อนุภาคเหล่านั้นจะลอยขึ้นสู่ด้านบน อนุภาคขนาดใหญ่มีแนวโน้มที่จะตกตะกอนมากกว่า เนื่องจากมีการเคลื่อนที่แบบบราวน์ น้อยกว่า ที่จะต้านทานการเคลื่อนที่นี้ได้

ความเร็วในการตกตะกอนหรือการแยกชั้นของน้ำนมหาได้จากการเทียบแรงต้านของสโตกส์กับแรงโน้มถ่วง :

${\displaystyle m_{A}g=6\pi \eta rv}$

ที่ไหน

${\displaystyle m_{A}g}$คือน้ำหนักอาร์คิมีดีสของอนุภาคคอลลอยด์

${\displaystyle \eta }$คือค่าความหนืดของตัวกลางแขวนลอย

${\displaystyle r}$คือรัศมีของอนุภาคคอลลอยด์

และนั่นคือความเร็วในการตกตะกอนหรือการแยกชั้นของนม${\displaystyle v}$

สามารถหาค่ามวลของอนุภาคคอลลอยด์ได้โดยใช้สูตร:

${\displaystyle m_{A}=V(\rho _{1}-\rho _{2})}$

ที่ไหน

${\displaystyle V}$คือปริมาตรของอนุภาคคอลลอยด์ ซึ่งคำนวณโดยใช้ปริมาตรของทรงกลม${\displaystyle V={\frac {4}{3}}\pi r^{3}}$

และเป็นความแตกต่างของความหนาแน่นมวลระหว่างอนุภาคคอลลอยด์กับตัวกลางแขวนลอย${\displaystyle \rho _{1}-\rho _{2}}$

เมื่อจัดเรียงใหม่ ความเร็วในการตกตะกอนหรือการแยกชั้นคือ:

${\displaystyle v={\frac {m_{A}g}{6\pi \eta r}}}$

มีขีดจำกัดสูงสุดสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางของอนุภาคคอลลอยด์ เนื่องจากอนุภาคที่มีขนาดใหญ่กว่า 1 μm มีแนวโน้มที่จะตกตะกอน ดังนั้นสารดังกล่าวจะไม่ถือว่าเป็นสารแขวนลอยคอลลอยด์อีกต่อไป^{[ 20 ]}

กล่าวได้ว่าอนุภาคคอลลอยด์อยู่ในภาวะสมดุลการตกตะกอนหากอัตราการตกตะกอนเท่ากับอัตราการเคลื่อนที่จากการเคลื่อนที่แบบบราวน์

มีวิธีการเตรียมคอลลอยด์หลักสองวิธี: ^{[ 21 ]}

• การกระจายตัวของอนุภาคขนาดใหญ่หรือหยดน้ำให้มีขนาดเท่ากับอนุภาคคอลลอยด์โดยการบดการพ่นหรือการใช้แรงเฉือน (เช่น การเขย่า การผสม หรือการผสมด้วยแรงเฉือนสูง )
• การควบแน่นของโมเลกุลขนาดเล็กที่ละลายอยู่ให้กลายเป็นอนุภาคคอลลอยด์ขนาดใหญ่ขึ้น โดยผ่านกระบวนการตกตะกอนการควบแน่นหรือ ปฏิกิริยา ออกซิเดชัน-รีดักชันกระบวนการเหล่านี้ถูกนำมาใช้ในการเตรียมคอลลอยด์ซิลิกาหรือทองคำ

การรักษาเสถียรภาพ

ความเสถียรของระบบคอลลอยด์ถูกกำหนดโดยอนุภาคที่ยังคงแขวนลอยอยู่ในสารละลายและขึ้นอยู่กับแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาค ซึ่งรวมถึงปฏิสัมพันธ์ทางไฟฟ้าสถิตและแรงแวนเดอร์วาลส์เนื่องจากทั้งสองอย่างมีส่วนช่วยต่อพลังงานอิสระ โดยรวม ของระบบ^{[ 22 ]}

คอลลอยด์จะมีเสถียรภาพก็ต่อเมื่อพลังงานปฏิสัมพันธ์เนื่องจากแรงดึงดูดระหว่างอนุภาคคอลลอยด์มีค่าน้อยกว่าkTโดยที่ k คือค่าคงที่ของโบลต์ซมันน์และ T คืออุณหภูมิสัมบูรณ์หากเป็นเช่นนั้น อนุภาคคอลลอยด์จะผลักกันหรือดึงดูดกันเพียงเล็กน้อย และสารนั้นจะยังคงเป็นสารแขวนลอยอยู่

If the interaction energy is greater than kT, the attractive forces will prevail, and the colloidal particles will begin to clump together. This process is referred to generally as aggregation, but is also referred to as flocculation, coagulation or precipitation.^[23] While these terms are often used interchangeably, for some definitions they have slightly different meanings. For example, coagulation can be used to describe irreversible, permanent aggregation where the forces holding the particles together are stronger than any external forces caused by stirring or mixing. Flocculation can be used to describe reversible aggregation involving weaker attractive forces, and the aggregate is usually called a floc. The term precipitation is normally reserved for describing a phase change from a colloid dispersion to a solid (precipitate) when it is subjected to a perturbation.^[20] Aggregation causes sedimentation or creaming, therefore the colloid is unstable: if either of these processes occur the colloid will no longer be a suspension.

Electrostatic stabilization and steric stabilization are the two main mechanisms for stabilization against aggregation.

• Electrostatic stabilization is based on the mutual repulsion of like electrical charges. The charge of colloidal particles is structured in an electrical double layer, where the particles are charged on the surface, but then attract counterions (ions of opposite charge) which surround the particle. The electrostatic repulsion between suspended colloidal particles is most readily quantified in terms of the zeta potential. The combined effect of van der Waals attraction and electrostatic repulsion on aggregation is described quantitatively by the DLVO theory.^[24] A common method of stabilising a colloid (converting it from a precipitate) is peptization, a process where it is shaken with an electrolyte.
• Steric stabilization consists absorbing a layer of a polymer or surfactant on the particles to prevent them from getting close in the range of attractive forces.^[20] The polymer consists of chains that are attached to the particle surface, and the part of the chain that extends out is soluble in the suspension medium.^[25] This technique is used to stabilize colloidal particles in all types of solvents, including organic solvents.^[26]

A combination of the two mechanisms is also possible (electrosteric stabilization).

A method called gel network stabilization represents the principal way to produce colloids stable to both aggregation and sedimentation. The method consists in adding to the colloidal suspension a polymer able to form a gel network. Particle settling is hindered by the stiffness of the polymeric matrix where particles are trapped,^[27] and the long polymeric chains can provide a steric or electrosteric stabilization to dispersed particles. Examples of such substances are xanthan and guar gum.

Monitoring stability

เทคนิคที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในการตรวจสอบสถานะการกระจายตัวของผลิตภัณฑ์ และเพื่อระบุและวัดปริมาณปรากฏการณ์ที่ไม่เสถียร คือการกระเจิงแสง หลายครั้ง ควบคู่กับการสแกนแนวตั้ง^{[ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]}วิธีนี้เรียกว่าturbidimetryซึ่งอาศัยการวัดสัดส่วนของแสงที่หลังจากส่งผ่านตัวอย่างแล้ว จะกระเจิงกลับโดยอนุภาคคอลลอยด์ ความเข้มของการกระเจิงกลับเป็นสัดส่วนโดยตรงกับขนาดอนุภาคเฉลี่ยและสัดส่วนปริมาตรของเฟสที่กระจายตัว ดังนั้น การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นในท้องถิ่นที่เกิดจากการตกตะกอนหรือการแยกชั้น และการจับกลุ่มกันของอนุภาคที่เกิดจากการรวมตัวกัน จะถูกตรวจจับและตรวจสอบ^{[ 33 ]}ปรากฏการณ์เหล่านี้เกี่ยวข้องกับคอลลอยด์ที่ไม่เสถียร

การกระเจิงแสงแบบไดนามิกสามารถใช้ตรวจจับขนาดของอนุภาคคอลลอยด์ได้โดยการวัดความเร็วในการแพร่กระจาย วิธีนี้เกี่ยวข้องกับการฉายแสงเลเซอร์ไปยังคอลลอยด์ แสงที่กระเจิงจะสร้างรูปแบบการรบกวน และความผันผวนของความเข้มแสงในรูปแบบนี้เกิดจากการเคลื่อนที่แบบบราวน์ของอนุภาค หากขนาดที่ปรากฏของอนุภาคเพิ่มขึ้นเนื่องจากการรวมตัวกันเป็นกลุ่ม จะส่งผลให้การเคลื่อนที่แบบบราวน์ช้าลง เทคนิคนี้สามารถยืนยันได้ว่าเกิดการรวมตัวขึ้นหากขนาดที่ปรากฏของอนุภาคถูกกำหนดให้เกินช่วงขนาดทั่วไปของอนุภาคคอลลอยด์^{[ 22 ]}

ในฟิสิกส์คอลลอยด์เป็นระบบจำลองที่น่าสนใจสำหรับอะตอม [ ^{36 ]}อนุภาคคอลลอยด์ขนาดไมโครเมตรมีขนาดใหญ่พอที่จะสังเกตได้ด้วยเทคนิคทางแสง เช่นกล้องจุลทรรศน์แบบคอนโฟกัล แรงหลายอย่างที่ ^{ควบคุม}โครงสร้างและพฤติกรรมของสสาร เช่น ปฏิสัมพันธ์ของปริมาตรที่ถูกกีดกันหรือแรงไฟฟ้าสถิต ควบคุมโครงสร้างและพฤติกรรมของสารแขวนลอยคอลลอยด์ ตัวอย่างเช่น เทคนิคเดียวกันที่ใช้ในการจำลองก๊าซในอุดมคติสามารถนำมาใช้ในการจำลองพฤติกรรมของสารแขวนลอยคอลลอยด์ทรงกลมแข็งได้การเปลี่ยนเฟสในสารแขวนลอยคอลลอยด์สามารถศึกษาได้แบบเรียลไทม์โดยใช้เทคนิคทางแสง^{[ 37 ]}และคล้ายคลึงกับการเปลี่ยนเฟสในของเหลว ในหลายกรณีที่น่าสนใจ ความลื่นไหลทางแสงถูกนำมาใช้เพื่อควบคุมสารแขวนลอยคอลลอยด์^{[ 37 ] [ 38 ]}

Colloids are also used as model systems for studying the glass transition, because dense colloidal suspensions can display glassy dynamics similar to those of glass-forming liquids. Molecular-dynamics simulations of anisotropic ellipsoidal particles interacting through the Gay–Berne potential have reported liquid-glass behavior related to experiments on ellipsoidal PMMA colloids,^[39][40] where rotational motion becomes arrested while translational motion remains fluid-like.

A colloidal crystal is a highly ordered array of particles that can be formed over a very long range (typically on the order of a few millimeters to one centimeter) and that appear analogous to their atomic or molecular counterparts.^[41] One of the finest natural examples of this ordering phenomenon can be found in precious opal, in which brilliant regions of pure spectralcolor result from close-packed domains of amorphous colloidal spheres of silicon dioxide (or silica, SiO).^[42][43] These spherical particles precipitate in highly siliceous pools in Australia and elsewhere, and form these highly ordered arrays after years of sedimentation and compression under hydrostatic and gravitational forces. The periodic arrays of submicrometre spherical particles provide similar arrays of interstitialvoids, which act as a natural diffraction grating for visiblelightwaves, particularly when the interstitial spacing is of the same order of magnitude as the incident lightwave.^[44][45]

Thus, it has been known for many years that, due to repulsiveCoulombic interactions, electrically chargedmacromolecules in an aqueous environment can exhibit long-range crystal-like correlations with interparticle separation distances, often being considerably greater than the individual particle diameter. In all of these cases in nature, the same brilliant iridescence (or play of colors) can be attributed to the diffraction and constructive interference of visible lightwaves that satisfy Bragg's law, in a matter analogous to the scattering of X-rays in crystalline solids.

The large number of experiments exploring the physics and chemistry of these so-called "colloidal crystals" has emerged as a result of the relatively simple methods that have evolved in the last 20 years for preparing synthetic monodisperse colloids (both polymer and mineral) and, through various mechanisms, implementing and preserving their long-range order formation.^[46]

Colloidal phase separation is an important organising principle for compartmentalisation of both the cytoplasm and nucleus of cells into biomolecular condensates—similar in importance to compartmentalisation via lipid bilayer membranes, a type of liquid crystal. The term biomolecular condensate has been used to refer to clusters of macromolecules that arise via liquid-liquid or liquid-solid phase separation within cells. Macromolecular crowding strongly enhances colloidal phase separation and formation of biomolecular condensates. Colloidal solutions are also used as a tool enabling fast, simple, and safe intracellular delivery of various types of molecules, such as polymers or proteins.^[47]

อนุภาคคอลลอยด์ยังสามารถทำหน้าที่เป็นพาหะในการขนส่ง^{[ 48 ]} ของสารปนเปื้อนต่างๆ ในน้ำผิวดิน (น้ำทะเล ทะเลสาบ แม่น้ำ แหล่งน้ำจืด) และในน้ำใต้ดินที่ไหลเวียนอยู่ในหินที่มีรอยแตก^{[ 49 ]} (เช่นหินปูนหินทรายหินแกรนิต) สารกัมมันตรังสีและโลหะหนักสามารถดูดซับบนคอลลอยด์ที่แขวนลอยอยู่ในน้ำได้ง่าย คอลลอยด์หลายประเภทได้รับการยอมรับ ได้แก่ คอลลอยด์อนินทรีย์ (เช่นอนุภาคดินเหนียว ซิลิเกตเหล็กออกซีไฮดรอกไซด์ ) คอลลอยด์อินทรีย์ ( สาร ฮิวมิกและฟุลวิก ) เมื่อโลหะหนักหรือสารกัมมันตรังสีก่อตัวเป็นคอลลอยด์บริสุทธิ์ คำว่า " eigencolloid " ใช้เพื่อกำหนดเฟสบริสุทธิ์ เช่น Tc(OH) , U(OH) หรือ Am(OH) บริสุทธิ์ คอลลอยด์ถูกสงสัยว่าเป็นตัวกลางในการขนส่งพลูโตเนียมในระยะไกลในพื้นที่ทดสอบนิวเคลียร์เนวาดาพวกมันเป็นหัวข้อของการศึกษาอย่างละเอียดมาหลายปีแล้ว อย่างไรก็ตาม การเคลื่อนที่ของคอลลอยด์อนินทรีย์นั้นต่ำมากในเบนโทไนต์ ที่อัดแน่น และในชั้นดินเหนียวลึก^{[ 50 ]} เนื่องจากกระบวนการอัลตราฟิลเตรชันที่เกิดขึ้นในเยื่อดินเหนียวหนาแน่น^{[ 51 ]} คำถามนี้ไม่ชัดเจนนักสำหรับคอลลอยด์อินทรีย์ขนาดเล็กที่มักผสมอยู่ในน้ำในรูพรุนกับโมเลกุลอินทรีย์ที่ละลายอย่างแท้จริง^{[ 52 ]}

ในวิทยาศาสตร์ดินเศษส่วนคอลลอยด์ในดินประกอบด้วยอนุภาคดินเหนียวและฮิวมัส ขนาดเล็กที่มี เส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 1 ไมโครเมตร และมี ประจุไฟฟ้าสถิตบวกและ/หรือลบที่แตกต่างกันไปตามสภาวะทางเคมีของตัวอย่างดิน เช่น^ค่า pH ของดิน^[ 53 ^]

สารละลายคอลลอยด์ที่ใช้ในการบำบัดทางหลอดเลือดดำจัดอยู่ในกลุ่มสารเพิ่มปริมาตร ที่สำคัญ และสามารถใช้ทดแทนของเหลว ทางหลอดเลือดดำได้ คอลลอยด์รักษา ความดันออสโมติกคอลลอยด์สูงในเลือด^{[ 54 ]}ดังนั้นตามทฤษฎีแล้วควรจะเพิ่มปริมาตรในหลอดเลือด เป็นหลัก ในขณะที่สารเพิ่มปริมาตรประเภทอื่นที่เรียกว่าคริสตัลลอยด์จะเพิ่มปริมาตรระหว่างเซลล์และปริมาตรภายในเซลล์ ด้วย อย่างไรก็ตาม ยังคงมีข้อโต้แย้งเกี่ยวกับความแตกต่างที่แท้จริงในประสิทธิภาพจากความแตกต่างนี้^{[ 54 ]}และงานวิจัยจำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับการใช้คอลลอยด์นี้อิงจากงานวิจัยที่หลอกลวงโดยJoachim Boldt [ ^{55 ] ความ}แตกต่างอีกประการหนึ่งคือโดยทั่วไปแล้วคริสตัลลอยด์มีราคาถูกกว่าคอลลอยด์มาก^{[ 54 ]}