Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

A határfelületi jelenségek szerepe a kolloid diszperziók viselkedésében, kinetikai stabilitásában A fáziskolloidok termodinamikailag nem stabilak, csak.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "A határfelületi jelenségek szerepe a kolloid diszperziók viselkedésében, kinetikai stabilitásában A fáziskolloidok termodinamikailag nem stabilak, csak."— Előadás másolata:

1 A határfelületi jelenségek szerepe a kolloid diszperziók viselkedésében, kinetikai stabilitásában A fáziskolloidok termodinamikailag nem stabilak, csak kinetikai állandóságról beszélhetünk. Mi okozza a kinetikai állandóságot? A mikrofázisok között kialakuló -elektromos taszítás (főleg vizes elektrolit oldatokban) -szolvátburok taszítás -sztérikus taszítás (makromolekulák jelenlétében) A részecskék között fellépő elektrosztatikus taszítást a részecskék felületének elektromos töltése idézi elő.

2 A felületi töltés kialakulása (főleg vizes közegben) 1. (Ion)adszorpció: ekvivalens (szelektív) Adszorpció sorrendje: -saját ion (specifikus adszorpció közvetlenül a felületen: nem szimplán Coulomb-vonzás miatt) -rokon ion -oxónium- v. hidroxid-ion -nagy vegyértékű ion -azonos értékű ionok esetén: liotrop sor (az ion felületi töltéssűrűsége és hidratációs képessége) pl. Li +  Cs +  felületi töltéssűrűség csökken  hidratációs képesség csökken  adszorpció képesség nő

3 2. Felületi disszociáció pl.:  O 3 Si  OH + H 2 O (kvarc felületén)   O 3 Si  O - + H 3 O +  negatív felületi töltés (pH függő!)  potenciálmeghatározó ion: oxónium- és hidroxid-ionok 3. Az ionok eltérő oldékonysága pl.: BaSO 4 - részecskék esetén a szulfát-ionok jobb oldhatósága miatt a felület pozitív töltésű 4. Ioncsere Azonos töltéselőjelű, de különböző töltésszámú ionok cseréje (izomorf helyettesítés: Si-, Al-ionok cseréje Zn- és Li- ionokkal; agyagásványokban!)

4 5. Aszimmetrikus elektron felhalmozódás az érintkező fázisok két oldalán a fázisok eltérő elektromos permittivitása következtében Még a levegő buboréknak is van töltése benzolban! Jelentőség: nemvizes diszperziós közegek esetén Coehn-szabály: vízben általában minden mikrofázis negatív elektromos töltésű (a víz viszonylag nagy permittivitása miatt az elektronok a kisebb permittivitású fázis oldalán halmozódnak fel) Egyéb fogalmak: ellenionok: a felület töltésével ellenkező töltéselőjelű ionok koionok: a felület töltésével megegyező töltéselőjelű ionok inert elektrolit: a mikrofázist felépítő ionok egyikét sem tartalmazó elektrolit

5 Az elektromos kettősréteg kialakulása és leírása Az elektromos kettősréteg kialakulásának oka a felületek elektromos töltése. Ezáltal áll helyre az elektroneutralitás (a felületi töltések lesemlegesítése) mégpedig kolloidális mérethatáron belül. Kialakulása a felületi töltések miatt fellépő elektromos potenciál különbséget (a fázishatár és a diszperzió közeg belseje között) nem szünteti meg, csak a potenciál változásának menetét befolyásolja.

6 1. A Helmholtz-féle síkkondenzátor modell -az ionok hőmozgása nem megengedett -az ionok pontszerűek -mind a belső (pozitív töltések), mind a külső fegyverzet (ellenionok: negatív töltések) ionjai rendezetten, tömör illeszkedésben helyezkednek el.

7 Az elektromos potenciál (  (x) [V]) fizikai tartalma: A felület elektromos töltésével megegyező töltésnek a felülettől vett végtelen (nagyon nagy) távolságból egy bizonyos távolságig (x) való beviteléhez szükséges munka osztva az ion töltésével (Z) ([V] = [J]/[C]). Egy z töltésszámú ionra: x  (x) = 1/Z *  p (x’) dx’,  ahol p az ion beviteléhez szükséges erő és Z = z * e (e: elemi töltés).

8 2. Gouy-Chapman-modell (diffúz kettősréteg) x - végtelen kiterjedésű sík felületek - a töltések pontszerűek - az ionok töménysége a felülettől Boltzmann-eloszlást mutat (hőmozgás!) - csak Coulomb-féle kölcsönhatások vannak - csak a közeg permittivitása számít, amely mindenütt azonos Diffúz réteg oo

9 Az elektromos potenciál változása 1:1 elektrolitok és kis felületi potenciál (  o < 25 mV) esetén végtelen nagy kiterjedésű sík felületek között:  (x) =  o e -  x  : a reciprok Debye-Hückel paraméter   (c  z 2 /T) 1/2 ahol c  az ellenionok koncentrációja a tömbfázisban, z az ellenionok töltésszáma és T az abszolút hőmérséklet. 1/  a kettősréteg vastagsága (x = 1/  esetén a felületi potenciál e-ad részére csökken).

10 3. A Stern-modell - az ionok véges kiterjedésűek - specifikus kölcsönhatások is megengedettek (pl.hidratációs-dehidratációs hatások következtében) Az elektromos kettősréteg két részből áll: -a felülethez közelebb levő része rendezett (a felület vonzó erői dominálnak) -a felülettől távolodva rendezetlen (diffúz) felépítésű (az ionok hőmozgása domináns)

11 Az elektromos potenciál lecsengése a Stern-síkig (ahol a Stern-potenciált értelmezzük) lineáris, azon kívül pedig exponenciális. Az ionerősségtől függően H vagy GC modellhez hasonló!

12 A kettősréteg vastagsága általában nm, azaz  = m -1. 1/  értéke 1:1 elektrolit esetén: c elektrolit z = 1z = 2 ______________________________________________ M10 nm5 nm M100 nm50 nm Fontos megállapítás: elektrolitok adagolásával az elektromos kettősréteg szerkezetét., ill. az elektromos potenciál lefutását megváltoztathatjuk. Specifikus (saját) ionokkal a felületi töltéssűrűséget, így a felületi potenciált is megváltoztathatjuk (mert ezek az elektromos kettősréteg belső fegyverzetébe is képesek bekerülni), míg inert elektrolitokkal csak az elektromos potenciál változásának menetét befolyásolhatjuk.

13 Elektrokinetikus jelenségek, zéta-potenciál - Az elektromos kettősréteg meghasad - Potenciálkülönbség a hasadási sík, valamint a diszperziós közeg (tömbfázis) között. Ez a zéta (  ) vagy elektrokinetikus potenciál (léte mozgáshoz kötött) A kettősréteg külső (diffúzabb) részének „lemosódása” következtében a részecskék elektromos viselkedését közvetlenül ez a potenciál szabja meg.

14 A zéta-potenciál kísérleti meghatározása a következő jelenségeken alapul: a, Elektromos potenciálkülönbség kelt mozgást, ill. áramlást Egyenáramú erőtérben elektroforézis vagy elektroozmózis. A mozgás (áramlás) sebességéből a zéta-potenciál számítható. b, Mozgás, ill. áramlás hoz létre elektromos potenciálkülönbséget (ülepedési, ill. áramlási potenciál) Részecskék ülepedése vagy a diszperziós közeg áramlása (pl. porózus anyagon keresztül). A potenciálkülönbségekből a zéta potenciál számítható.

15 Pl. Elektroforézis vizsgálata során meghatározzuk az elektroforetikus mozgékonyságot (u el = v/E). v: részecske haladásának sebessége E: egyenáramú elektromos térerő Ebből a zéta potenciál:  = k u el (  /  )  : közeg viszkozitása k: a kettősréteg vastagságától és a részecske méretétől függő paraméter (értéke 1 és 1,5 között változhat - + zéta potenciál

16 Gömb alakú részecske esetén /Smoluchowski, Hückel, Henry/ k = 1, ha  a >> 1 k = 1,5, ha  a << 1, ahol „a” a részecske sugara Mérése elektroforézissel: -(Mikro)elektroforézis (durva diszperz esetben optikai mikroszkóppal, szolok esetén fényszórás mérésével) -Mozgó határfelületek módszerével (nanorészecskékre és makromolekulákra is; Tiselius- v. Buzágh-féle készülék

17 A zéta-potenciál mérése mikroelektroforézissel Szolok esetében a szórt fény intenzitása valamilyen frekvenciával fluktuál, ami függ a részecske sebességétől. Mérik a frekvenciát és számítják a sebességet. (Dirk Schmaljohann nyomán)

18 A zéta-potenciál függése a diszperziós közeg elektrolittartalmától: A hasadási sík helyzete nem függ számottevően a közeg elektrolittartalmától! a, Inert elektrolitok adagolásával a felületi potenciál (általában) állandó marad csak a kettősréteg vékonyodik. Hasadási sík: szaggatott vonal

19 b, Specifikus adszorpció: sajátion, ill. potenciálmeghatározó ionok esetén (pl. vizes közegű AgI szol és AgNO 3 ) 1. Növelve az AgNO 3 koncentrációját a felületi töltéssűrűség, ill. potenciál eléri maximális értékét, azaz a határréteg ezüst-ionokra nézve telítetté válik. 2. Tovább növelve a koncentrációt, az ellenionok (nitrát- ionok) hatása érvényesül (hasonlóan az inert elektrolitok hatásához). Az AgI-szemcsék töltése kezdetben gyengén pozitív volt.

20 A zéta-potenciál változása az ezüst-nitrát koncentrációjának függvényében: Eredetileg pozitív töltéselőjelű ezüst-jodid részecskék vizes közegű szoljában.

21 A zéta-potenciál függvény bizonyos esetekben még előjelet is válthat. Nagy töltésszámú (nagyobb mint kettő) ellenionok esetén elektromos áttöltés következhet be. Áttöltést okozhatnak a sajátionok (amennyiben ellenionok) még alacsony töltésszám esetén is! 1:1: NaCl; 1:2: Na 2 SO 4, 1:3: Na 3 PO 4 (áttöltés) Makroanionok: pl. (Na)-karboximetil-cellulóz (sok negatív töltés!)


Letölteni ppt "A határfelületi jelenségek szerepe a kolloid diszperziók viselkedésében, kinetikai stabilitásában A fáziskolloidok termodinamikailag nem stabilak, csak."

Hasonló előadás


Google Hirdetések