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

Slides:



Advertisements
Hasonló előadás
Elektromos mező jellemzése
Advertisements

Készítette: Bráz Viktória
Kristályrácstípusok MBI®.
Nanotechnológia előadás 2
SO 2, NO x felbontási hatásfokának vizsgálata korona kisülésben Horváth Miklós – Kiss Endre.
Elektromos alapismeretek
A hőterjedés alapesetei
Az elektrosztatikus feltöltődés keletkezése
Az elektrosztatikus feltöltődés keletkezése
Elektrokémia kinetika Írta: Rauscher Ádám Bemutató: Kutsán György
Elektrokémia kinetika Írta: Rauscher Ádám Bemutató: Kutsán György
A membrántranszport molekuláris mechanizmusai
TALAJVÉDELEM XI. A szennyezőanyagok terjedését, talaj/talajvízbeli viselkedését befolyásoló paraméterek.
Redoxi-reakciók, elektrokémia Vizes elektrolitok
KOLLOID OLDATOK.
Kapilláris elektroforézis
12. előadás Elektrosztatikus és mágneses mezők Elektronfizika
VEGYÉSZETI-ÉLELMISZERIPARI KÖZÉPISKOLA CSÓKA
Készítette Varga István VEGYÉSZETI-ÉLELMISZERIPARI KÖZÉPISKOLA CSÓKA
SZÁRÍTÁS Szárításon azt a műveletet értjük, mely során valamilyen nedves szilárd anyag nedvességtartalmát csökkentjük, vagy eltávolítjuk elpárologtatás.
Derítés.
A talaj 3 fázisú heterogén rendszer
Ezt a frekvenciát elektron plazmafrekvenciának nevezzük.
A koaguláció kinetikája és mechanizmusa (alapfogalmak)
A határfelületi jelenségek szerepe a kolloid diszperziók viselkedésében, kinetikai stabilitásában A fáziskolloidok termodinamikailag nem stabilak, csak.
2. A HIDROGÉNATOM SZERKEZETE
A kolloid részecskék kölcsönhatásai, kinetikai stabilitás
3. A HIDROGÉNATOM SZERKEZETE A hidrogénatom Schrödinger-egyenlete.
Asszociációs (micellás) kolloidok (vizes rendszerek)
Asszociációs (micellás) kolloidok (vizes rendszerek)
Fényszórás (sztatikus és dinamikus) Ülepítés gravitációs erőtérben
A mikrofázisok közötti taszító és vonzó kölcsönhatások: DLVO-elmélet
Ülepítés gravitációs erőtérben Fényszórás (sztatikus és dinamikus)
Szonolumineszcencia vizsgálata
Elektron transzport - vezetés
Mit tudunk már az anyagok elektromos tulajdonságairól
A fémrács.
Koaguláció. Kolloid részecske és elektrosztatikus mezője Nyírási sík (shear plane): ezen belül a víz a részecskével együtt mozog Zéta-potenciál: a nyírási.
Koaguláció.
TALAJ KÉMIAI TULAJDONSÁGAI
A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011
Villamos tér jelenségei
Szemcsés anyag, ha folyik...
A dielektromos polarizáció
Az elektromos áram.
Üledékes sorozatok tagolás - agyagindikátorok
KOLLOID OLDATOK.
A mozgás egy E irányú egyenletesen gyorsuló mozgás és a B-re merőleges síkban lezajló ciklois mozgás szuperpoziciója. Ennek igazolására először a nagyobb.
A kvantum rendszer.
Készült a HEFOP P /1.0 projekt keretében Az információtechnika fizikája XII. Előadás Elektron és lyuk transzport Törzsanyag Az Európai.
A FONTOSABB MÓDSZEREK:
Halmazállapotok Gáz Avogadro törvénye: azonos nyomású és hőmérsékletű gázok egyenlő térfogatában – az anyagi minőségtől, molekula méretétől függetlenül.
A forrás- és az olvadáspont meghatározása
Ionok, ionvegyületek Konyhasó.
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék ENERGETIKA ENERGIAELLÁTÁS FAZEKAS ANDRÁS ISTVÁN.
Általános kémia előadás Gyógyszertári asszisztens képzés
I. Az anyag részecskéi Emlékeztető.
Szerkezet Vázlat Bevezetés Aggregáció kölcsönhatások, erők
Másodrendű kötések molekulák között ható, gyenge erők.
Hővezetés falakban Író Béla Hő- és Áramlástan II.
egymáson elgördülve (diffúzió!)
A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011
Optikai mérések műszeres analitikusok számára
Méréstechnika 15. ML osztály részére 2017.
Fizikai kémia I. a 13. VL osztály részére 2013/2014
A folyadékállapot.
Méréstechnika 1/15. ML osztály részére 2017.
A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011
Hőtan.
OLDATOK.
Előadás másolata:

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.

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

2. Felületi disszociáció pl.: O3SiOH + H2O (kvarc felületén)  O3SiO- + H3O+  negatív felületi töltés (pH függő!)  potenciálmeghatározó ion: oxónium- és hidroxid-ionok 3. Az ionok eltérő oldékonysága pl.: BaSO4 - 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!)

Még a levegőbuboréknak is van töltése benzolban! 5. Aszimmetrikus elektron felhalmozódás az érintkező fázisok két oldalán a fázisok eltérő elektromos permittivitása következtében Még a levegőbuboréknak is van töltése benzolban! (Relatív permittivitás: ca. 1 (levegő) és 2,3 (benzol)) 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

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.

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.

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).

2. Gouy-Chapman-modell (diffúz kettősréteg) x o Diffúz réteg - 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

A különböző töltésű ionok relatív (a teljes ionmennyiségre vonatkoztatott) mennyiségének változása a felülettől vett távolság függvényében

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 z2/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).

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)

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!

A kettősréteg vastagsága általában 10-100 nm, azaz 1/ értéke 1:1 elektrolit esetén: celektrolit z = 1 z = 2 ______________________________________________ 10-3 M 10 nm 5 nm 10-5 M 100 nm 50 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.

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.

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.

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

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

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

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

b, Specifikus adszorpció: sajátion, ill b, Specifikus adszorpció: sajátion, ill. potenciálmeghatározó ionok esetén (pl. vizes közegű AgI szol és AgNO3) 1. Növelve az AgNO3 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.

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

A zéta-potenciál függvény bizonyos esetekben még előjelet is válthat 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: Na2SO4, 1:3: Na3PO4 (áttöltés) Makroanionok: pl. (Na)-karboximetil-cellulóz (sok negatív töltés!)