View
0
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Habok, emulziók, szolok. Makromolekulák.
Az ozmózis jelensége.Asszociációs kolloidok.
Aeroszolok
• Gázfázisú diszperziók: L/G köd; S/G füst• Szmog: összetett rendszerLondon típusú (redukáló): S/L/G; szilárd
szennyezőkre (pl. korom, szálló por) folyadékkondenzálódik, mely redukáló gázokat (pl. SO2)old be.
Los Angeles típusú (oxidáló, vagy fotokémiai):bonyolult fotokémiai reakciók során keletkezőgyökök okozzák
Gázdiszperziók, habok• A diszperz rész gázfázisú, a közeg pedig
folyékony• Ha a diszpergált rész kolloid mérettartományba
esik gázlioszolról beszélünk• Amennyiben a folyadék térfogata elenyésző a
gázzal szemben a hab elnevezést használjuk.
Habok előállítása, stabilitása• Diszpergálással : a gázfázis darabolásával,
pórusos testen való átbuborékoltatással, illetvekeveréssel. Buborékoltatás esetén el kell érni aküszöbnyomást! (Laplace egyenlet!!!)
• Kondenzálással: a folyadékban oldott gázoldékonyságát hirtelen csökkentve.
A stabilitás függ:
• Folyadék fázis felületi feszültsége• Viszkozitás• Folyadékhártya szerkezete
Habok stabilizálása• Felületi feszültség csökkentése!! (tenzidek)• Segédanyagok használata (folyadékfilm
szerkezetét stabilizáló anyagok)
Habok megszüntetése• Folyadékhártya megtörése (elvéknyítása):
rövid szénláncú tenzidek alkalmazása,oldószerkiáramlás gyorsítása
• Durvítás (nagyobb buborékokká valóösszeolvadás a gáz falon keresztülidiffúziójával)
• Stabilizáció megszüntetése(habzásgátlás) : a stabilizáló anyagotmicellába vagy más struktúrába visszük.
• Mechanikai megtörés
Szolok, szuszpenziók
• A diszperz rész szilárd, a közeg pedigfolyékony
• Ha a diszpergált rész kolloid mérettartománybaesik szolról beszélünk (S/L), míg a durvábbrendszert szuszpenziónak nevezzük.
• Mérettartománytól függő sajátságok (ülepedés,viszkozitás, optikai tulajdonságok)
• Stabilitásukat nagymértékben befolyásolja aszilárd anyag felületén végbemenő folyamatok(adszorpció, kettősréteg kialakulása)
Szolok, szuszpenziók előállítása
• Heterogén rendszerből diszpergálással:mechanikai aprítás száraz vagy nedves úton
• Durva rendszerből dezaggregálással(peptizáció): a szilárd részecskék közöttikohéziós erők megszüntetésével/csökkentésével
• Elektromos porlasztás (fémek esetén)• Kémiai reakcióval, vagy oldékonyság
csökkentésével (kondenzáció): fontos agócképződés és gócnövekedés aránya
Szolok, szuszpenziók stabilizálása
Makromolekulák hatása
Folyadék lioszolok, emulziók
• Mind a diszpergált rész, mind a közeg folyékonyfázisú.
• Ha a diszpergált rész mérete kolloidmérettartományba esik folyadék lioszolról,durvább rendszerek esetén emulzióról beszélünk.
• Fontos kritérium: a diszpergált rész NEM, vagycsak korlátozottan elegyedik a közeggel
• A közeg folytonos, míg adiszpergált rész nem.
Folyadék lioszolok, emulziók típusai
• O/V (pl. tej), V/O (vaj)• Kettős folytonosságú emulziók
• O/V/O illetve V/O/V összetett emulziók
Emulziók típusának meghatározása
• Általában az O/V krémesebb, míg a V/Ozsírosabb tapintású
• Az emulzió saját közegével könnyen hígítható• Az emulzió a közegben oldódó festékkel könnyen
színezhető• Az O/V emulziók vezetőképessége sokkal
nagyobb mint a V/O emulzióké
NEM feltétlenül az a közeg amelyikből több van!
Emulziók előállítása
• Stabil emulziók létrehozása csakemulgeátorokkal, vagy stabilizáló szerekkellehetséges!
• Diszpergálással: nagyméretű cseppekből, vagyfázisból (mechanikai) aprítással (nyírás, keverés)
• Kondenzációval: a diszpergált fázis oldatátemulgeátort tartalmazó közegbe „csepegtetik”(oldószer kicserélése)
Emulziók stabilizálása
• Amfifil molekulákkal (emulgeálószerek): A molekula polaritásátólfüggően stabilizálja az O/V vagy V/Oemulziókat (ld. később)
• Szilárd részecskékkel (Pickeringemulziók)
Gélek
• Koherens rendszerek (vázszerkezettelrendelkeznek)
• Átmenet a folyadék-szilárd (vagy gáz-szilárd)állapotok között
• A részecskék mozgási energiája kisebb mint azösszetartó erő:
kis kohéziós erőnél: fizikai gélek (avázszerkezetet gyenge másodrendű kötésekalakítják ki)nagy kohéziós erőnél: kémiai gélek (avázszerkezetet elsőrendű kémiai kötésekhozzák létre)
Gélek
Makromolekulás kolloidok
• A molekula kisebb monomer egységekből épül felkémiai kötésekkel.
• Természetes és mesterséges eredetűek isléteznek
• Méretüket és alakjukat a makromolekula kémiaiszerkezete valamint a közeg (oldószer,hőmérséklet, pH, ionerősség….) határozza meg.
Lineáris polimerek mérete és alakja
• Jó oldószerben (az oldószer-szegmens kölcsönhatás erősebb, minta szegmens-szegmens kölcsönhatás) amakromolekula „kiterjed”
• Rossz oldószerben (a szegmens-szegmens kölcsönhatás erősebb, mintaz oldószer-szegmens között), amolekula gombolyaggá alakul(kiszorítja az oldószert)
• Theta oldószer: Statisztikusnakmegfelelő méret és alak
Lineáris polimerek mérete és alakja
• A szegmensek szabadon rotálnak egymáshozviszonyítva
• A rotációt a vegyértékszög és a többi szegmensáltal elfoglalt térfogat szabályozza
• Statisztikus láncvéghossz (h):
Ahol n: polimerizáció foka, l: egy szegmens hossza
22)( nlh
Az ozmózis
• Féligáteresztő hártyán (membránon) történőoldószeráramlás a makromolekulát kisebbkoncentrációban tartalmazó hely felé. A folyamathajtóereje a kémiai potenciál különbség amembrán két oldalán. A folyamat önkéntvégbemegy.
• Az oldószeráramlás visszaszorítható ha amegnöveljük a nyomást a nagyobb koncentrációjúoldalon. Azt a nyomásértéket, ahol azoldószeráramlás megszűnik ozmózisnyomásnaknevezzük (Π)
...)1( 232 cBcBcRT
Mi történik az amfifil molekulákkal az oldatban, haa felszín telítődik?
Asszociációs kolloidok
Asszociációs kolloidok
Egy adott koncentrációérték felett az amfifil molekulákönként végbemenő folyamatban asszociálódnak. Azasszociátumok mérete már kolloid mérettartományba esik.Az asszociátumokat micelláknak nevezzük.
Micellák lehetséges alakjaA tenzid alakja és mérete, polaritása és a közeg minőségefontos kiindulási pont
lc
a0 lc : a tenzid hosszaa0: a poláris fej méreteV : a micella térfogata
V/(lca0)
0 – 1/3 1/3 – 1/2 1/2 -1 >1
gömbi micella hengeres micella lemezes micella inverz micella
Micellák képződésének hajtóereje
x
•a hidrofób láncrész kevésbé bontja meg a víz-víz kölcsönhatást
•a micella külső része polárisabb, így kedvező a hidratáció
•Entrópiatényező: a hidrofób láncrészek mozgékonyságanagyobb az „olajos fázisban)
Kölcsönhatások:víz-víz : G1amfifil – víz(hidrofil-hidrofil, hidrofil-hidrofób) : G2olaj-olaj (micellán belül, hidrofób-hidrofób) : G3
Gmicella = G1 + G2 + G3
Tenzidek csoportosítása• Anionos (negatívan töltött)
- zsírsavak, alkil-szulfonsavak, alkil(aril)-foszfátok sói
• Kationos (pozitívan töltött)– Alkil-ammónium sók, aminok
• Amfoter (ikerionos) (pH függő töltés)– proteinek, biomolekulák, betain-tipusú
• Nemionos (töltés nélküliek, neutrálisak)– éterek, zsírsavészterek, savamidok
• Ikertenzidek (twin)
Anionos tenzidek:
COO-
Na+
O S O-
S
S
Na+
S O-
O
O Na+
nátrium-sztearát
nátrium-dodecil-szulfát(SDS)
nátrium-dodecilbenzol-szulfát
Kationos tenzidek:
N+ CH3
CH3
CH3
Br-
N+
Br-
cetil-trimetil-ammónium-bromid
cetil-piridínium-bromid
Amfoter tenzidek:
lecitin
Nemionos tenzidek:
A micellaképződés hatása az oldat fizikai paramétereire
Kritikus micellaképződési koncentráció (CMC)
A CMC értékét befolyásoló tényezők
1. A szénlánc hosszúsága
Szénatomszám 12 14 16 18
CMC (mol/m3) 8.6 2.2 0.58 0.23
Monomerek száma 33 46 60 78
• Nagyobb szolvatációs képesség nagyobb CMC• Nagyobb asszociációs hajlam kisebb CMC
A CMC értékét befolyásoló tényezők
2. Sóhatás (SDS)
cNaCl(mol/dm3) 0 0.01 0.03 0.1 0.3
CMC (mol/m3) 8.1 5.6 3.1 1.5 0.7
• Ionos tenzideknél a fejcsoportok közötti taszítást az ellenion kompenzálja
• Az egyedi molekulák töltésének „árnyékolásával”csökkenti azok hidratálódási képességét
A CMC értékét befolyásoló tényezők
3. Sóhatás (nem ionos tenzidekre)
• Az oldhatóságra gyakorolt hatása miatt befolyásolja a CMC értékét
4. Hőmérséklet• Eltérő hatás az ionos és nemionos tenzidekre
• Mosás: a hidrofób szennyeződés leválasztása szilárd felületről.
• Mosóhatás (technikailag) :– nedvesítés (hidrofil, hidrofób)– kioldás– szolubilizáció
Gyakorlati alkalmazások
• Emulziók, szuszpenziók készítése• Szolubilizáció:
Az asszociációs kolloidok képesek az adott közegben nem oldódó (pl. apoláris anyagok) nagyobb mennyiségét kolloid oldatban tartani.
Alveoli: léghólyagocska belső felületén lévő filmben lévő sajátos proteinek, foszfolipidek és felületaktív anyagok vannak.
Biológiai alkalmazás
Biológiai alkalmazás• Közvetlen alkalmazás, az emberi tüdőben csökkenteni
kell a felületi feszültséget• A tüdőben: dipalmitil-foszfatidil-kolin• Respiratory Distress Syndrome (Beractant (Survanta,
Abbott Pharmaceuticals) 4 ml/kg )
Modern mosószerek
• Tenzid:– ionos, nemionos keveréke, enzimek (bontó hatás)
• Adalékok:– a mosóhatást segítő (polifoszfátok, lágyítók,
korróziógátlók)• fényesítők, fehérítők, bleachers
– nátrium perborát (nascens oxigén)– fluoreszcens anyagok
Szolubilizáció:
Az asszociációs kolloidok képesek az adott közegben nem oldódó (pl. apoláris anyagok) nagyobb mennyiségét kolloid oldatban tartani.
Melyik a jobb felületaktív anyag?
A hosszabb szénláncútenzidek molekuláihatékonyabban törikmeg a víz szerkezetét,ezáltal jobbancsökkentik annakfelületi feszültségétazonos koncentrációmellett. Azonos típusúmolekulák esetén aszénatomszám növe-lésével ugyanakkorafelületaktivitás eléré-séhez ~harmadakkorakoncentráció szükséges.
A HLB értékHydrophilic – Lipophilic Balance
A felületaktív anyag polaritását adja meg. A nagyobb értékpolárosabb anyagot jelent.A HLB értéke függ a poláris csoportok minőségétől ésszámától
A HLB értékTenzidek keverékére a HLB érték összeadódik!
Mi HLB értéke annak a keveréknek, amely 25 % Span 80 (HLB= 4.3) és 75% Tween 80 (HLB = 15.0) tenzidet tartalmaz?
0.25*4.3 + 0.75*15.0=13.0
Milyen arányban kell összekeverni a Tween 60 (HLB=14.9) ésSpan 60 (HLB=4.7) tenzideket, hogy egy HLB=6.74 keveréket
kapjunk?
x*14.9 + (1-x)*4.7=6.74x=0.2
20% Tween 60 + 80% Span 60
Recommended