Upload
others
View
4
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Kolloidkémia10. Előadás
Szolok és szuszpenziók
1Szőri Milán: Kolloidkémia
Kolloid rendszerek(szerkezet alapján)
2Szőri Milán: Kolloidkémia
Egymással nem elegyedő két fázis, melyek közül az egyik kolloid méretű részecskék formájában szét van oszlatva a másikban
Diszperziók típusai
Diszpergáltfázis
Diszperziós közeg
Név Példák
folyadék gáz folyadék aeroszol köd, spray
szilárd gáz szilárd aeroszol füst
gáz folyadék hab szappanhab, tűzoltó hab
folyadék folyadék emulzió tej, majonéz, tortakrém
szilárd folyadék szuszpenzió, szol fogpaszta
gáz szilárd szilárd hab polisztirol hab, poliuretán hab
folyadék szilárd szilárd emulzió opál
szilárd szilárd szilárd szuszpenzió pigmentált polimerek
3Szőri Milán: Kolloidkémia
Egymással nem elegyedő két fázis, melyek közül az egyik kolloid méretű részecskék formájában szét van oszlatva a másikban
Diszperziók típusai
Diszpergáltfázis
Diszperziós közeg
Név Példák
folyadék gáz folyadék aeroszol köd, spray
szilárd gáz szilárd aeroszol füst
gáz folyadék hab szappanhab, tűzoltó hab
folyadék folyadék emulzió tej, majonéz, tortakrém
szilárd folyadék szuszpenzió, szol fogpaszta
gáz szilárd szilárd hab polisztirol hab, poliuretán hab
folyadék szilárd szilárd emulzió opál
szilárd szilárd szilárd szuszpenzió pigmentált polimerek
4Szőri Milán: Kolloidkémia
Szolok és Szuszpenziók
Szőri Milán: Kolloidkémia 5
Vizes arany szol (citrát + csersav + Na2CO3)
Elnevezés Definíció (ezt kérem) IUPAC ajánlás
Szuszpenzió 500 nanométernél nagyobb részecskeméretűszilárd részecskéket tartalmazó folyékony durvadiszperz rendszer, amely ülepedni képes.
olyan folyadék, amelybe szilárd részecskékvannak eloszlatva.
Szol 500 nanométernél kisebb részecskeméretűszilárd részecskéket tartalmazó folyékony kolloidrendszer.
olyan többkomponensű folyékony kolloidrendszer, amely a kritikus micellakoncentráció felett emulzió vagy felületaktívanyag oldata.
https://www.tedpella.com/gold_html/goldsols.htm
Kolloid rendszerek előállítása/megszüntetése
Szőri Milán: Kolloidkémia 6
Kolloid rendszer(szuszpenzió és szol)
Homogén amikroszkópos
diszperz rendszer
Koherens rendszer(gél)
Kondenzáció
KoagulálásDisszolúció
Diszpergáláspeptizáció
Szolok és szuszpenziók előállítása peptizálással
• Peptizálás:• Általánosságban: koherens rendszerekből kolloid rendszer kialakítása• Jelen esetben: gél-szol átalakulás
• Peptizátor: segédanyag a peptizáláshoz (stabilizátor) • Elektrolit• Makromolekula• Felületaktív anyagok• Jól adszerbeálódó, vizes közegben maximális zeta-potenciált biztosító elektrolit a jó peptizátor
• Peptizálás csoportosítása a peptizátor felülettel való kölcsönhatása alapján:• Adszorpciós (fiziszorpciós) peptizálás• Kemiszorpciós peptizálás:
• Disszolúciós peptizálás:pl. 1. lépésben disszolúció: Fe(OH)3(s) + HCl→ FeCl3(aq) + H2O
2. lépésben: FeCl3(aq) adszorbeálódik a Fe(OH)3(s) felületén
Szőri Milán: Kolloidkémia 7
Szolok és szuszpenziók előállítása kondenzálással• A góckeletkezés ls a gócnövekeedés sebessége a meghatározó
• von Weymarn-szabály (rosszul írva Weimarn):
Szőri Milán: Kolloidkémia 8
Q: feloldott anyag mennyiségeL: feloldott anyag oldékonysága
R
𝑅 ∝ ((𝑄 − 𝐿)/𝐿)−𝑝
𝑁 ∝ ((𝑄 − 𝐿)/𝐿)𝑞
Journal of Colloid and Interface Science, 1996, 181, 503-510.
(p,q>0)
Szolok és szuszpenziók előállítása
• Gél már akár hígítással peptizálódik (gél-szol átalakulás)
• Kistöménységű oldatokból csak akkor nyerhető közvetlenül szol, ha a keletkező csapadék oldékonysága kicsi.• Pl. BaSO4 csapadékból AgCl segítségével
• Pl. BaSO4 csapadékot alkohol/víz elegyben állítjuk elő (alkohol/víz rosszabbuloldja a csapadékot, mint a víz) nagydiszperzitású szol.
• A zónahatárokat a mellékion változtatásával befolyásolhatjuk• Fe(OH)3 csapadék nagyobb diszperzitás fokú SO4
-2 mellett, mint Cl- mellett
Szőri Milán: Kolloidkémia 9
Szolok és szuszpenziók előállítása kémiai kondenzálással I.• Cserebomlás:
Ag-halogenid szolok előállítása és stabilizálása K-halogenid felesleggelAs2S3 szol előállítása H2S felesleggel
• Fémszolok előállítása redukcióval:Au-,Ag-,Cu-, Bi-szolok előállítása redukálószerekkel (alkoholok, hidrazin-hidrát, nátrium-bór-hidrid)A diszperzitásfok függ: a redukálószer minőségétől, mennyiségétől, adagolási sebességétől, T-től
• A diszperzitásfoktól függ a szol színe
Szőri Milán: Kolloidkémia 10
https://www.amazon.com/EnerGold%C2%AE-10-Times-Concentrated-200-ppm-Colloidal-Gold/dp/B011S6ZKTA
Szolok és szuszpenziók előállítása kémiai kondenzálással II.• Fém-hidroxid-szolok előállítása hidrolízissel:
Tömény Fe-, Al-,Cr-Mn-hidroxid oldatok pH-jának óvatos növelésével toljuk el a hidrolízis irányában a folyamatot. (sósav leválasztása dialízissel vagy (NH4)2CO3-tal)
• Fém- és fém-oxidszolok előállítása termikus vagy fotodisszociációval:diMeHgnagydiszperzitásfokú folyadékkatalizátor előállításánál van jelentősége
• Elektromos eljárással (Bredig-eljárással):
Szőri Milán: Kolloidkémia 11
Szolok tisztítása (dialízis és ultraszűrés) I.
• Kolloidok és az oldott komponensek elválasztása féligáteresztő hártyával
Szőri Milán: Kolloidkémia 12
dialízis elektrodialízis
Szolok állandóságának elmélete I.
• Elektrosztatikus stabilitás elmélet (DLVO-elmélet)• Elektrosztatikával stabilizált szolok
bizonyos elektrolitokkal koagulálnak(hatóion az a felületi töltéssel ellentétes, + mellékionokat ko-ionoknak hívjuk)
• Pl.: pozitív töltésű Fe(OH)3 szol esetén a koagulátor anionja a hatóion
• kritikus koaguláltató koncentráció (c.c.c.): a koagulátor legkisebb koncentrációja amely adott időn belül (pl. 10 min) szemmel látható koagulálást okoz. Szőri Milán: Kolloidkémia 13
Schulze-Hardy szabály:c.c.c. 1/Z6 csökken az ellenion töltésszámával
Schulze-Hardy szabály származtatása a DLVO-ból
• DLVO elmélet alapján:
Szőri Milán: Kolloidkémia 14
𝑉(𝐷) ≈ 𝜋𝑅𝑛𝑜𝑟𝑚64𝑘𝐵𝑇𝜌∞𝛾
2
𝜅2𝑒−𝜅𝐷 −
𝐴𝐻12𝜋𝐷
R2R1 Dr
D=r-R1-R2
𝑉 𝐷𝑚𝑎𝑥 = 0𝑑𝑉
𝑑𝐷= 0
Távolság, D
Dmax
eredő
Vmax
Növekvő sókoncentráció, csökkenő felületi potenciál
Kettősréteg taszítási tag
Van der Waals vonzás
Koaguláláskor:
és 𝑐𝑐𝑐 = 𝜌∞
64𝑘𝐵𝑇𝜌∞𝛾2
𝜅2𝑒−𝜅𝐷𝑚𝑎𝑥 =
𝐴𝐻12𝜋𝐷𝑚𝑎𝑥
64𝑘𝐵𝑇𝜌∞𝛾2
𝜅𝑒−𝜅𝐷𝑚𝑎𝑥 =
𝐴𝐻
12𝜋𝐷𝑚𝑎𝑥2
𝑐𝑐𝑐 = 𝜌∞ =(64 ∙ 12𝜋)2
23𝑒2∙𝜀𝑟𝜀0
3𝛾4 𝑘𝐵𝑇5
𝐴𝐻2 𝒁𝑒 6
𝑅𝑛𝑜𝑟𝑚 =𝑅1𝑅2𝑅1 + 𝑅2
https://www.slideserve.com/latoya/surface-forces-and-liquid-films
Szolok állandóságának elmélete
Szőri Milán: Kolloidkémia 15
𝜓0
D
30mV
A koagulálás kinetikája
• Smoluchowski elmélete: • vonzó kölcsönhatások csak egy adott R sugarú hatógömbön belül
jelentkeznek.• Gyors koagulálás: ha a hatásgömbön belül minden ütközés összetapadáshoz
vezet:
𝑛 =𝑛0
1 + 4𝜋𝑅𝐷𝑛0𝑡
• Lassú koagulálás: ha a hatásgömbön belül csak ütközések egy része jár összetapadással
Szőri Milán: Kolloidkémia 16
n0: egységnyi térfogatban a primer részecskeszámn: egységnyi térfogatban az összes részecskeszámD: a szol diffúziós állandójaR: hatásgömb sugarat: idő
Szolok állandóságának elmélete II.
• Nem-elektromos stabilitás elmélet
• Makromolekulás anyagokkal történő stabilizálás (Védőkolloid hatás)
• Sztérikus stabilizálás:• Adszorpciós réteg hatása a vonzóerőre (Vold-féle hatás)
• A részecskék közötti vonzó hatás csökkenése egy adott rétegvastagságnál annál nagyobb, minél több orietált amfipatikus molekulát tartalamaz az adszorbeált réteg
• Entrópia-gát
• Makromolekulás anyagok adszorpciója és stabilizáló hatása
Szőri Milán: Kolloidkémia 17
A szuszpenziók ülepedéstípusai
Szőri Milán: Kolloidkémia 18
Elsődleges részecskékegyedi ülepedése
Másodlagos részecskékegyedi ülepedése
Elsődleges részecskékkollektív ülepedése
Másodlagos részecskékkollektív ülepedése
Stokes -egyenlet
A szuszpenziók ülepedés kinetikája
Szőri Milán: Kolloidkémia 19
Gátolt ülepedés
szuszpenziónívók
Szolok és szuszpenziók optikai sajátságai
Szőri Milán: Kolloidkémia 20minta emisszió
minta abszorpció (transzmisszió)n=n0, I<I0
forrás(monokromatikus)
n0, I0
fluoreszcencia, foszforeszencia
n<n0
Rayleigh-, Mie-szórás
n=n0
Raman-szóródásn=n0±n´
reflexió n=n0, I<I0
teljes reflexiórefrakció n=n0, I=I0
https://i.ytimg.com/vi/Q0qrU4nprB0/maxresdefault.jpg
Szórástípusok
• Dimenzió nélküli méretparaméter:
• Cirkulárisan polarizált fény szórásképei (sugártestek):
Szőri Milán: Kolloidkémia 21
𝑥 =2𝜋𝑟
𝜆0
r: gömbrészecske sugaraλ0: beeső fény hullámhossza
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/atmos/blusky.htmlhttps://pages.mtu.edu/~scarn/teaching/GE4250/scattering_lecture_slides.pdf
Rayleigh szórás
Szőri Milán: Kolloidkémia 22http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/atmos/blusky.html
23Szőri Milán: Kolloidkémia