A mikrofázisok közötti taszító és vonzó kölcsönhatások: DLVO-elmélet

Az előadások a következő témára: "A mikrofázisok közötti taszító és vonzó kölcsönhatások: DLVO-elmélet"— Előadás másolata:

1 A mikrofázisok közötti taszító és vonzó kölcsönhatások: DLVO-elmélet
Tárgyalás: részecske-részecske (pár)kölcsönhatások alapján. Elektromosan stabilizált szolokban kialakuló kölcsönhatások (a szolstabilitás DLVO-elmélete) DLVO: D: Derjaguin; L: Landau; V: Verwey; O: Overbeek; Az elmélet szerint a részecskék között elektrosztatikus (taszító) és diszperziós (vonzó) kölcsönhatás van.

2 Diszperziós (van der Waals) vonzás:
A különböző mikrofázisokat alkotó atomok, ill. molekulák közötti vonzásból származik (univerzális). A kölcsönhatásokat páronként összegzik. London-féle diszperziós vonzás, molekulák között: 1/r6 Két kolloid részecske közötti vonzó kölcsönhatási energia (VA) jóval nagyobb hatótávolságú (H << a): VA = - (Aa/12H) A: az összetett (komplex) Hamaker állandó (mikrofázisok és a diszperziós közeg minőségétől függ).

3 A Hamaker-állandó értékét megszabják:
A fázisok atomsűrűségei és a polarizálhatóság H < 0,3 nm végtelen energiák (elvész az összefüggés fizikai tartalma) Hamaker állandó értéke általában: J. Kondenzált fázis a részecskék között csökkenti ennek értékét. POLARITÁS! Demonstráció! Durva diszperz kvarc szemcsék aggregációja és ülepedése hexánban, ill. vízben.

4 Elektrosztatikus taszítás:
Az elektromos kettősrétegek átfedéséből származik:

5 Elektrosztatikus taszítás:
Az elektromos kettősrétegek átfedéséből származik:

6 Elektrosztatikus taszítás:
Az elektromos kettősrétegek átfedéséből származik:

7 Elektromos kettősréteg taszítás:
A kettősrétegek kismértékű átlapolódása esetén: VR = 2πa(St)2 exp[-H] (Exponenciális függés a távolságtól!!!)

8 Analitikus megoldás nem lehetséges, számítása csak egyszerűsítő feltételek
mellett lehetséges: 1. 0 = áll. (a kettősrétegek átfedése során a felületi töltéssűrűség állandó és 0 változik) vagy 0 = áll. (és 0 változik). A felületi töltéssűrűség (0) és a felületi potenciál kapcsolata diffúz kettősrétegek és kis potenciálok esetén: 0 =   0 : a diszperziós közeg abszolút permittivitása. Az elektrolit töménység () megváltozása módosíthatja a 0 , ill. 0 értékét is. Attól függ, hogyan nyert töltést a felület (disszociáció, adszorpció). 2.0 nagysága (kisebb v. nagyobb mint kT/e; értéke 25,6 mV 25 oC-on. 3. A kölcsönható fázisok geometriája (sík v. gömb) 4. Az elektromos kettősrétegek vastagsága a részecskék méretéhez képest; a >> 1 v. a << 1

9 A DLVO-elmélet szerint:
A totális részecske-részecske kölcsönhatási energia: VT = VR + VA 3/2kT Stabil szol: Vmax > kT Lassú vagy gyors koaguláció Born-taszítás: primer energia minimum (koaguláció) Főleg nagyobb részecskék esetén: szekunder energia minimum (flokkuláció) Aggregáció, aggregatív és eloszlási állandóság Szuszpenziók (durva diszperziók): eloszlási állandóság nincs

10 Kritikus koaguláltató koncentráció (c.c.c. vagy ckoag, cflok):
Definíció.: az ellenionnak (koaguláltató ionnak) a tömbfázisban levő olyan legkisebb koncentrációja, amelynél a lassú koaguláció már gyors koagulációba csap át (Vmax = 0) A sebessége mérhető: ultramikroszkóppal vagy abszorbancia méréssel A tapasztalatok szerint: c.c.c ~ 1/z6 Schulze-Hardy szabály z= 1, 2, 3: 1000:16:1,3 VR + VA = 0 és (dVT/dH) = 0 feltélek alapján a c.c.c. meghatározható a DLVO- elmélet alapján is (a DLVO-elmélet kísérleti igazolása).

11 A c.c.c. kísérleti értékei negatív felületi töltésű AgI-szol esetén:
_____________________________________________ Elektrolit c.c.c. [mmol/dm3] LiNO Ca(NO3) ,4 Al(NO3) ,067 NaNO KNO RbNO AgNO ,01! Demonstráció!

12 Turbidimetria Az átmenő fény intenzitása csökken, mert zavaros lesz a szol az aggregáció következtében d