Wilhelmy- és Langmuir-típusú filmmérlegek FELÜLETI HÁRTYÁK (oldhatatlan monomolekulás filmek) Amfipatikus molekulákból létesül -Vízben való oldhatóság csekély -Terítés víz-levegő határfelületen filmmérlegben Wilhelmy- és Langmuir-típusú filmmérlegek Hammurabi 1792 – 1750 (BC) Benjamin Franklin 1774: a vízre öntött olaj lecsendesíti a hullámokat Lord Rayleigh (1842-1919): az 1900-at megelőző években Franklin eredményei alapján (4 cm3 olaj kb. 2000 m2-es vízfelszínen) Kiszámította a terülő olajfim vastagságát (2 nm, az olívaolajat alkotó olajsav molekulák hossza). Kiszámította az Avogadro-számot. Agnes Pockels (1862-1935), autodidakta, Velencében született, Németországban nevelkedett, 1891-ben a Nature-ben (Lord Rayleigh ajánlásával) publikálta mintegy 10 év eredményeit. Az első filmmérleg megalkotója, az oldalnyomás mérése, a vízfelszíni molekulák komprimálás hatására bekövetkező 2D fázisátalukálásának vizsgálatai fűződnek nevéhez. Tiszeletbeli PhD-címet kapott 1932-ben (az első nő) a Braunschweigi Műszaki Egyetemtől. 70. szülinapja alkalmával.

Langmuir-film balance

Komprimálás: felületi feszültség (γv) csökken (GIBBS-egyenlet), oldalnyomás (П) nő П = γv – γm γm: molekulás filmmel borított felszín felületi feszültsége Az oldalnyomás eredete: A kisebb felületi feszültségű folyadékfelszín igyekszik kiterjedni a nagyobb felületi feszültségű felület rovására (szabadenergia csökkenés)

Kámfortánc (demonstráció) Analógia 3D gázok összenyomásával A filmképző anyag ideális viselkedése esetén a monomolekulás film állapotegyenlete, mely a tökéletes gázokra vonatkozó egyenlet kétdimenziós megfelelője: ПAm = RT, Am: a filmet alkotó anyag moláris felületigénye (Levezethető a Sziszkowszki- és a Gibbs-egyenlet összevetése alapján:) Egyes fehérjékre, kis oldalnyomásoknál teljesül.

A filmet alkotó molekulák kölcsönhatása általában nem hagyható figyelmen kívül: -Kondenzált (sztearinsav), expandált (mirisztinsav) és gáz filmek keletkezése -Kohézió az apoláris láncok között, taszítás a poláris fejcsoportok között

Oldalnyomás vs. terület izotermák (filmmérleg): Gáz – folyadék – szilárd filmek a komprimálás során Molekula keresztmetszeti terület (Ak) meghatározása

Olajsav (cisz) és elaidinsav (transz): egyetlen kettőskötés, 18 szénatomos karbonsavak (cisz-transz izomerek) Ak: 45 Å2 (cisz) és 21 Å2 (transz)

Langmuir-Blodgett filmek és rétegek (molekuláris és nanorészecskés) Jelentőség -Molekuláris kölcsönhatások, fázisátalakulások tanulmányozása (biológiai jelentőség: fél sejt membrán) -Kiegészítő vizsgálatok: nagyléptékű szerkezet tanulmányozása (fluoreszcencia és Brewster-szög mikroszkópia, pásztázó szögű reflektometria, stb.) Langmuir-Blodgett filmek és rétegek (molekuláris és nanorészecskés)

A nanorészecskés LB-filmek előnyös optikai tulajdonságai Megnövelt transzmittancia: antireflexiós hatás Komplex szilika LB-film (79 + 48 + 24 + 21 nm; d = 131 nm /mért) 1 2 3 4 5 2-rétegű szilika film üveg hordozón (79 + 79 nm silica particles; d = 132 nm /mért) Megnövekedett transzmittancia: csökkenő fényszórás és/vagy gradiens törésmutató következménye. Hórvölgyi et al., Colloids Surfaces A: 278(1-3) (2006) 10

A szerkezetképzés gazdagsága A rétegek azonos típusú részecskékből (mag-héj is lehet) épülnek fel (egy komponensű rétegek). A rétegek (kémiai összetételben vagy felületi tulajdonságban) különböző részecskékből épülnek fel (kevert rétegek). Az LB-film különböző típusú rétegekből épül fel (kevert v. összetett filmek), etc.

Az amfipatikus molekulák szerkezetképzése meghatározó módon függ a szubsztrátum és a fejcsoportok hidrofilitásától (polaritásától). Az Y-típusú szerkezet hidrofil szubsztrátum és igen hidrofil fejcsoport esetén keletkezik. A kezdő lépés a lemezke kihúzása a folyadékból, aminek eredményeképpen hidrofóbbá válik a felület és újra bemerítve az amfipatikus molekulákkal borított felszínbe kiépül a második réteg. Jelentősége a pl. a szenzorikai alkalmazásban lehet.