26. Minek az adagolásával lehet leárnyékolni a felületi elektromos töltéseket?

Átírás

1 26. Minek az adagolásával lehet leárnyékolni a felületi elektromos töltéseket? Inert elektrolitokkal. Ezek olyan elektrolitok, melyek a mikrofázist felépítő ionok közül egyiket sem tartalmazzák. 27. Mi az elektroforézis és a nanorészecskék milyen tulajdonságára következtethet a vizsgálatokból? Az elektroforézis az a jelenség, amikor az elektromos potenciálkülönbség egyenáramú erőtérben a részecskét mozgásra kényszeríti. A zéta-potenciált mérhetjük segítségével. A vizsgálat lényege az, hogy az egymást keresztező lézersugarak által kiváltott szórt fény intenzitásának fluktuációja függ a szórócentrum (a részecske maga) haladási sebességétől. 28. Mely kolloid kölcsönhatások szerepelnek a kolloidstabilitás DLVO-elméletében? Adja meg a kölcsönhatások eredetét! Az elmélet szerint a részecskék között elektrosztatikus (taszító) és diszperziós (vonzó) kölcsönhatás van. - Diszperziós (van der Waals) vonzás: A különböző mikrofázisokat alkotó atomok, illetve molekulák közötti vonzásból származik. - Elektromos kettősréteg taszítás: A kettősréteg átlapolódása esetén. 29. Azonos mennyiségű kvarc szemcséket ülepítünk hexánban illetve vízben. Melyik esetben kapunk nagyobb üledéktérfogatot és miért? Hexánban. A hexánban a kvarcrészecskék sem aggregatív, sem eloszlási állandósággal nem rendelkeznek, ezért az aggregált makromolekulák ülepednek a kémcső aljára. Az aggregált kolloid részecskék azonban nem képesek rendezett szerkezetben kiülepedni, mint ahogyan víz esetén, ezért kapunk nagyobb üledéktérfogatot. 30. Rajzolja fel a kölcsönhatási energia részecske-részecske távolság függvényt a DLVOelmélet alapján! Mutassa meg, hogy mi okozhatja a stabilitást fáziskolloidoknál! A DLVO-elmélet szerint két mikrofázis közötti totális kölcsönhatási energia (VT) megegyezik az elektromos kettősréteg taszító (VR) és diszperziós vonzó (VA) kölcsönhatási energiák összegével. VT = VR + VA Amennyiben a taszító maximum értéke (Vmax) számottevően meghaladja a kolloidrészecskék transzlációs kinetikus energiáját (VRmax >> 3/2 x K x T), akkor a szol kinetikailag stabil.

2 31. Mi a kritikus koaguláltató koncentráció? Az ellenionoknak azt a legkisebb töménységét, amelynél a lassú koaguláció gyors koagulációba vált át, azaz a taszító maximum zérussá válik, a koaguláltató ion (elektrolit) kritikus koaguláltató koncentrációjának nevezzük. Ekkor minden r-r ütközés a részecskék összetapadásához vezet. 32. Milyen módszerrel tudná követni szolok aggregációját? Mit tanulmányozna? Az aggregáció sebessége mérhető ultramikroszkóp segítségével és spektrofotometriásan a fényabszorbancia mérésével is. Ebben az esetben a turbiditással arányos látszólagos abszorbanciát mérik. Látszólagos, mert a rendszeren áthaladó fény intenzitása a fény szóródása miatt gyengül. A koaguláció beindulása növeli a fényszórás intenzitását (zavarosabbá válik a kolloid diszperzió). A turbiditás időbeli növekedése a primer részecskék fogyásával hozható kapcsolatba, így az áteresztett fény intenzitásának időbeli csökkenéséből az aggregáció sebessége meghatározható. 33. Elemezze a diszperzió stabilitást makromolekulák jelenlétében! A stabilizálás feltétele, hogy a makromolekula adszorbeálódjon a részecske felületén és az adszorpciós réteg telített, valamint elegendően vastag legyen. Ebben az esetben az ütköző mikrofázisok között ún. sztérikus taszítás lép fel a makromolekulás védőburkok átfedését, a láncok/hurkok egymás közé történő beékelődését követően. A hatást semleges makromolekulák és polielektrolitok is kifejtik, utóbbi esetben a sztérikus taszítás mellett még elektrosztatikus taszítás is felléphet.

3 34. Írja le a védőkolloid hatás lényegét! A stabilizálás feltétele, hogy a makromolekula adszorbeálódjon a részecske felületén és az adszorpciós réteg telített, valamint elegendően vastag legyen. Ebben az esetben az ütköző mikrofázisok között ún. sztérikus taszítás lép fel a makromolekulás védőburkok átfedését, a láncok/hurkok egymás közé történő beékelődését követően. A hatást semleges makromolekulák és polielektrolitok is kifejtik, utóbbi esetben a sztérikus taszítás mellett még elektrosztatikus taszítás is felléphet. 35. Mi a lényege a hídképző flokkulációnak? A makromolekula adszorbeálódik ugyan a mikrofázisok felületén, de az adszorpciós réteg telítettsége csak kb. 50%-os. Ennek lényege, hogy a makromolekula különböző láncvégeivel különböző mikrofázisok felületén adszorbeálódik, és hídként összeköti azokat. 36. Mutassa be szilárd mikrofázisok felületének elektromos áttöltését ionos tenzidekkel. Írja le a szuszpenzióban végbemenő változásokat a tenzid töménységének növelésekor. A szuszpenzió a tenzid koncentrációjának növelésekor először destabilizálódik, majd ismét stabilizálódik, miközben áttöltésre is kerül. Ennek oka az egyszeres majd kétszeres adszorpciós réteg kialakulása a szilárd mikrofázis felületén. 37. Mit ért peptizálás alatt? Hogyan tudja megvalósítani? Peptizálásnak az aggregált állapot megszüntetését, a szol állapot ismételt kialakítását nevezzük. Két leggyakrabban alkalmazott módszere az elektrolitokkal való peptizálás (adszorpciós módszer), illetve a dialízissel történő peptizálás.

4 RÉSZECSKÉK MÉRETE ÉS ELŐÁLLÍTÁSA 38. Mi a polidiszperzitás? Milyen jelzőszámok arányával jellemezné? Polidiszperz egy részecskehalmaz, ha széles skálán megoszló méretű részecskékből áll. Minél nagyobb, annál nagyobbak a különbségek. A tömeg szerinti átlag (Mm) és a szám szerinti átlag (Mn) hányadosával, az egyenetlenségi tényezővel jellemezzük, melynek értéke monodiszperz rendszer esetén Nevezze meg a polidiszperz rendszerek méreteloszlás-függvényeit! Differenciális Integrális 40. Rajzolja fel egy szűk és egy széles méreteloszlású rendszer méreteloszlás függvényeit! Szűknél kevés oszlop van, és az összeggörbe meredeken süllyed Szélesnél sok oszlop van és az összeggörbe hosszan süllyed 41. Milyen képalkotó eszközökkel (műszerekkel) tudná meghatározni a nanorészecskék méretét és alakját? - SEM (pásztázó elektronmikroszkópia) - TEM (transzmissziós elektronmikroszkópia) - HRTEM (nagyfelbontású TEM) - AFM és STM (atomi-erők, illetve pásztázó-alagút mikroszkópia) 42. Mit ért a részecskék gömbekvivalens sugara elnevezés alatt? A gömbekvivalens sugár azt fejezi ki, hogy a szóban forgó részecske a vizsgált tulajdonság szempontjából éppen úgy viselkedik (pl. ugyanolyan sebességgel ülepszik), mint egy sugarú gömb.

5 43. Hogyan függ az ülepedő részecske stacionárius ülepedési sebessége a részecske hidrodinamikai (gömbekvivalens) sugarától és a folyadék dinamikai viszkozitásától? Milyen színű lenne az égbolt a földön fényszórási jelenség nélkül? Fekete. Az égbolt színét a legköri fényszóródás okozza. Az égbolt légkör nélkül fekete lenne, csak a Nap és a csillagok látszanának. 45. Miért vörös a naplemente? A fényszórás következtében. Mivel délután fokozatosan nő a beeső napsugarak hajlásszöge, ezért a fény egyre nagyobb levegő- és porrétegen keresztül jut a megfigyelő szemébe. A fény útjában levő légréteg vastagodásával a rövidebb hullámhosszúak fokozatosan tűnnek el (először az ibolya és a kék), így a Nap és az ég alja egyre vörösebbé válik (ennek a legnagyobb a hullámhossza). 46. Milyen színű fénnyel adna le egyértelmű fényjelzéseket ködös éjszakában? Vörös vagy narancssárga színűvel, mert ezek a legnagyobb hullámhosszúságúak. Az ilyen fénysugarak kevésbé Rayleigh-szóródnak a levegőben, mint a kisebb hullámhosszúak, vagyis jóval nagyobb távolságra hordozhatják a jelzéseket. 47. Mi a feltétele a kolloid rendszerek fényszórásának? A kolloid rendszernek a látható fény hullámhosszával összemérhető léptékű optikai inhomogenitása (törésmutató-különbség van a kolloidok és a közeg között). 48. Adja meg a szórt fénynek a besugárzó fény hullámhosszától való függését Rayleigh-szórás esetén. Hozzon gyakorlati példákat! Az összefüggés: 1, ahol λ a besugárzott fény hullámhossza, tehát a rövidebb hullámhosszú fénysugarak jobban szóródnak. Példa: a naplemente vöröses, vagy a szilva és az égbolt ibolyás-kékes színe. 49. Hogyan függ a szórt fény intenzitása és polarizáltsága Rayleigh-szórás esetén a, a szórás irányától (sugártest) b, a besugárzó fény hullámhosszától c, a szórócentrum térfogatától? a.) 0 vagy 180 fokban kilépve a fény nem polarizált, és itt maximális az intenzitása. 90 fokban teljesen polarizált és csökkentett intenzitású, a köztes szögekben részlegesen polarizált és intenzitása 1 cos szerint változik. A szórt fény intenzitása a szórócentrumtól vett távolsággal arányos (1 ). b.) A rövidebb hullámhossz felé haladva egyre jobban szóródik. Erre példa az égbolt kék színe. c.) A szóródás a részecske térfogatával négyzetesen nő.

6 50. Adja meg a diszperziók előállításának két fő irányát! Értelmezze az egyes folyamatok energetikáját! Makroszkopikus anyagi halmazok dezintegrálása (aprítás, őrlés). Új felület létrehozásához munkát kell befektetni. Aprítás esetén azonban a befektetett munka jelentősebb része súrlódási munkaként disszipálódik. Egy bizonyos idő után olyan nagy lesz az őrlemény fajlagos felülete, hogy a felületi (adhéziós) erők újra összetapasztják a részecskéket. Atomi-molekuláris szintről építkezve, kondenzációs (nukleációs) folyamatok révén alakítunk ki mikrofázisokat 51. Mi a kondenzációs (nukleációs) folyamat két elemi lépése? Góckeletkezés és gócnövekedés 52. Milyen esetben várná kisebb részecskék keletkezését egy kondenzációs folyamatban: ha nagyobb vagy ha kisebb a gócok keletkezésének sebessége? A keletkező diszperzió részecskemérete a góckeletkezés és a gócnövekedés sebességének relatív nagyságától függ. Ha a góckeletkezés sebessége nagyobb, mint a gócnövekedés sebessége, akkor sok kisebb méretű részecske keletkezik. Ellenkező esetben kevés nagyobb méretű részecske. 53. Mit nevezünk kritikus gócméretnek? Azt a gócméretet, amely felett a góckeletkezés már spontán megvalósul, és a szabadentalpiaváltozást tekintve a térfogati tag dominál. 54. Nanorészecskék leválasztásánál melyik paraméterrel szabályozható a részecskék mérete? Az abszolút és a relatív túltelítettséggel 55. Milyen kiindulási vegyületből és milyen kémhatású közegben állítana elő Stöberszilika részecskéket? Szilícium-alkoxidokból, lúgos közegben 56. Milyen alakú, méretű és típusú részecskék keletkeznek a Stöber-módszer során? Közel azonos méretű, izometrikus részecskék keletkeznek, 10nm-től akár a kolloid mérettartomány felső határáig terjedő méretben. A részecskék alakja a méretük növelésével egyre inkább közelít a szabályos gömbhöz 57. Milyen különleges tulajdonsággal rendelkezik a magnetit (Fe 3 O 4 ) tartalmú kolloid diszperzió? Mágneses erőtérben az egész diszperzió folyadékkal együtt mozgásba hozható. Ezt mágneses folyadéknak nevezzük.

7 58. Mi a mágneses folyadék? Mágneses térrel manipulálható folyadék. A folyadékfázis gyakorlatilag teljes mértékben a mágneses nanorészecskék szolvátburkához tartozik, ezért az a részecskékkel együtt mozog. 59. Mit ért a nanorészecskék méretkvantált tulajdonságai alatt? A nanorészecskék azon fizikai és kémiai tulajdonságait, melyek érzékelhetően függenek a mérettől. 60. Mit nevezünk mag-héj típúsú nanorészecskének? Olyan kompozit nanorészecske, amelynek belseje (mag) és külseje (héj) kémiai összetétele különböző. 61. Milyen anyagok szoljainak színe változik a diszpergált részecskék méretével? FELÜLETI FESZÜLTSÉG, KÉTFOLYADÉKOS HATÁRFELÜLET, NEDVESEDÉS 62. Definiálja a felületi feszültséget! A felületi feszültség definíciója tehát: a felület érintősíkjában ható összehúzó erő (mn/m), mely a felületben levő, egységnyi hosszú szakaszra merőlegesen hat (γ = F/2l). A felületi feszültség mélyebb értelmezése szerint nem más, mint az egységnyi, új felület létrehozásához szükséges munka, melyet állandó hőmérsékleten és reverzibilis körülmények között fektettünk be. 63. Hogyan függ tiszta folyadékok felületi feszültsége a hőmérséklettől? Tiszta folyadékok felületi feszültsége tapasztalatok szerint lineárisan csökken növekvő hőmérséklettel 64. Mi a kapilláris nyomás, és hogyan függ a felületi feszültségtől? Tapasztalatok szerint görbült folyadékfelszín homorú (konkáv) és domború (konvex) oldala között nyomáskülönbség lép fel. A homorú oldalon nagyobb a nyomás (a szappanbuborékot fel kell fújnunk). A belső (Pbelső) és külső (Pkülső) nyomás különbségét nevezzük kapilláris nyomásnak (Pc) A kapilláris nyomás felületi feszültség és görbületi sugaraktól való függését a Laplace-egyenlet írja le általános esetben:

8 65. Adja meg az egyensúlyi kapilláris emelkedést tökéletesen nedvesítő folyadékot tartalmazó kapillárisban? Hogyan változik az egyensúlyi gőznyomás görbült folyadékfelszínek fölött (Kelvinegyenlet?) ln Mit nevezünk izoterm átdesztillálásnak, ill. izoterm átkristályosodásnak? Mono- vagy polidiszperz nanorészecskék halmazára jellemző? Izoterm átdesztillálás: amennyiben üvegpohárban levő folyadék fölött a pohár belső falán ugyanabból a folyadékból kisebb cseppeket képzünk, majd a rendszert lezárjuk, egy idő múlva a folyadékcseppek eltűnését tapasztaljuk. Izoterm átkristályosodás: polidiszperz, vizes közegű szuszpenziók kisebb részecskéi feloldódnak és rákristályosodnak a nagyobbakra. 68. Adja meg a folyadék szétterülés feltételét egy másik folyadékon! A tökéletes nedvesítés feltétele az, hogy az 1-es és 2-es folyadékfázisok között fellépő adhéziós energia (Wa) nagyobb legyen, mint a 2-es folyadékfázisban ható kohéziós energia (Wk2). 69. Mit fejez ki a peremszög (kontaktszög)? Minél jobban nedvesíti a folyadék a felületet, annál kisebb a peremszög értéke, a nulla fokot elérve pedig filmnedvesedés lép fel. A peremszög értéke elvileg elérheti a 180 fokot, mely az adhézió teljes hiányát jelentené a szilárd és folyadék fázisok között. 70. Hogyan függ a peremszög a (határ)felületi feszültségtől? cos Θ 71. Hogyan határozza meg kísérletileg a peremszög értékét? Zárt mérőrendszert (folyadék-gőz egyensúly) oldalról fényképezve, homogén, diffúz fénnyel, szemből megvilágítva. Haladó peremszöget cseppfelépítési, hátráló peremszöget cseppelvételi technikával. Elegendően kis tömegű cseppet vizsgálva a gravitációs hatások kiküszöböléséhez. 72. Mit ért peremszöghiszterézis alatt? A haladó és a hátráló peremszögek különbségét

9 73. Nedvesedési szempontból csoportosítsa a felületeket! Hidrofób hidrofil 74. Mi a kritikus felületi feszültség? Hogyan határozható meg? Annak a hipotetikus folyadéknak a felületi feszültsége, amely, ill. amelynél kisebb felületi feszültségű folyadék már tökéletesen nedvesíti a szóban forgó felületet (szilárd felszínre jellemző paraméter). Meghatározása: különböző felületi feszültségű folyadékoknak meghatározzák a peremszögét a vizsgált szilárd felszínen. A kísérleti függvényt 0-ra cos Θ 1 extrapolálják, majd megkeresik a metszéspontnak megfelelő felületi feszültség értéket, amely a kritikus felületi feszültség 75. Hogyan tudja befolyásolni a nedvesíthetőséget? Kémiai felületkezeléssel, vagy a folyadék adalékolásával 76. Mit nevezünk lótuszhatásnak? A szuperhidrofób felületeken az esetek jelentős részében minimális a peremszöghiszterézis, ezért még a legkisebb méretű folyadékcseppek is legördülnek róluk. Öntisztító felületek, mert a legördülő vízcsepp, pl. esőzés idején, magába gyűjti, így magával sodorja a felszínen levő por alakú szennyezéseket