Als Kolloide werden kleinste, feinverteilte Stoffe in einer Lösung (Kolloide Lösungen; Kolloides System) bezeichnet.
Ist z. B. die Teilchengröße des gelösten festen Stoffs im Lösemittel größer als der Durchmesser der Einzelmoleküle, aber kleiner als 0,01 µm, so sind die Teilchen – auch unter dem Mikroskop – noch nicht sichtbar, da ihre Größe unterhalb der Wellenlänge des sichtbaren Lichts (0,4 bis 0,8 µm) liegt .
Dass größere Teilchen als in einer echten Lösung vorliegen, kann man aber z. B. zeigen, indem man einen Lichtstrahl durch die Lösung schickt. Während in echten Lösungen dieser Lichtstrahl bei seitlicher Beobachtung unsichtbar bleibt, kann man in kolloidalen Lösungen seinen Gang verfolgen. Denn die festen Teilchen streuen das Licht nach allen Richtungen, so dass seitlich eine leuchtende Trübung zu beobachten ist.
Diese Methode, Kolloidale Lösungen von echten Lösungen zu unterscheiden, basiert auf einer Entdeckung des englischen Naturforschers Michael Faraday im Jahre 1857, die später von dem englischen Physiker John Tyndall (1820-1893) untersucht wurde und daher → Tyndalleffekt genannt wird. Jedes Kolloidales System kann zwei Zustandsformen aufweisen:
In einem Sol sind Kolloide Teilchen mehr oder weniger frei beweglich.
In einem Gel (von gelare (lat.) = zum Erstarren bringen) sind die → Kolloidalen Teilchen miteinander verbunden, also nicht frei beweglich. Daher ist ein Gel mehr oder weniger gallertartig steif. Jedes Sol kann in ein Gel umgewandelt werden. Diesen Vorgang nennt man → Koagulation.
Umgekehrt lassen sich viele Gele wieder in ein Sol überführen. Dieser Vorgang heißt → Peptisation (pepsis (griech.) = Verdauung; Übergang unlöslicher Stoffe in lösliche Stoffe).
In der Oberflächentechnik haben die Sol-Gel-Umwandlungen in den letzten Jahren eine hohe Bedeutung erlangt. Sol-Gel-Verfahren sind nasschemische Verfahren zur Herstellung keramischer oder keramisch-organischer Oberflächenschichten. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass die Herstellung bzw. Abscheidung der Werkstoffe jeweils von einem flüssigen Solzustand ausgeht. Der Schichtstoff kann also durch Tauchverfahren aufgetragen werden. Er wird aus dem Solzustand durch eine Sol-Gel-Transformation in einen festen Gel-Zustand überführt.
Als Sol werden Dispersionen fester Partikel in einer Größenordnung von 1 nm bis 100 nm bezeichnet. Diese Partikel befinden sich feinstverteilt (dispergiert) in Wasser oder organischen Lösungsmitteln.
Die praktizierten Sol-Gel-Verfahren gehen in der Regel von Solsystemen auf der Basis metallorganischer Polymere aus. Der Übergang vom flüssigen Sol zum keramischen Schichtwerkstoff erfolgt jeweils über einen Gelzustand, der sich bei der Trocknung ausbildet. Während des Überganges, der Sol-Gel-Transformation, kommt es zu einer dreidimensionalen Vernetzung der → Nanopartikel im Lösungsmittel, wodurch das Gel seine Festkörpereigenschaften erhält. Die Überführung des Gels in einen oxidkeramischen Werkstoff erfolgt anschließend durch eine gesteuerte Wärmebehandlung. Bei Temperaturen über 300 °C erfolgt die Pyrolyse, bei Temperaturen über 450 °C bis 800 °C das Sintern der Keramikschicht.