Habok, emulziók, szolok. Makromolekulák. Az ozmózis jelensége. Asszociációs kolloidok.

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Habok, emulziók, szolok. Makromolekulák. Az ozmózis jelensége. Asszociációs kolloidok."

Géza Katona
6 évvel ezelőtt
Látták:

1 Habok, emulziók, szolok. Makromolekulák. Az ozmózis jelensége. Asszociációs kolloidok.

2 Aeroszolok Gázfázisú diszperziók: L/G köd; S/G füst Szmog: összetett rendszer London típusú (redukáló): S/L/G; szilárd szennyezőkre (pl. korom, szálló por) folyadék kondenzálódik, mely redukáló gázokat (pl. SO 2 ) old be. Los Angeles típusú (oxidáló, vagy fotokémiai): bonyolult fotokémiai reakciók során keletkező gyökök okozzák

3 Gázdiszperziók, habok A diszperz rész gázfázisú, a közeg pedig folyékony Ha a diszpergált rész kolloid mérettartományba esik gázlioszolról beszélünk Amennyiben a folyadék térfogata elenyésző a gázzal szemben a hab elnevezést használjuk.

(Laplace egyenlet!!!) Kondenzálással: a folyadékban oldott gáz oldékonyságát hirtelen csökkentve.

4 Habok előállítása, stabilitása Diszpergálással : a gázfázis darabolásával, pórusos testen való átbuborékoltatással, illetve keveréssel. Buborékoltatás esetén el kell érni a küszöbnyomást! (Laplace egyenlet!!!) Kondenzálással: a folyadékban oldott gáz oldékonyságát hirtelen csökkentve. A stabilitás függ: Folyadék fázis felületi feszültsége Viszkozitás Folyadékhártya szerkezete

5 Habok stabilizálása Felületi feszültség csökkentése!! (tenzidek) Segédanyagok használata (folyadékfilm szerkezetét stabilizáló anyagok)

Habok megszüntetése Folyadékhártya megtörése (elvéknyítása): rövid szénláncú tenzidek alkalmazása, oldószerkiáramlás gyorsítása Durvítás (nagyobb buborékokká való

6 Habok megszüntetése Folyadékhártya megtörése (elvéknyítása): rövid szénláncú tenzidek alkalmazása, oldószerkiáramlás gyorsítása Durvítás (nagyobb buborékokká való összeolvadás a gáz falon keresztüli diffúziójával) Stabilizáció megszüntetése (habzásgátlás) : a stabilizáló anyagot micellába vagy más struktúrába visszük. Mechanikai megtörés

7 Szolok, szuszpenziók A diszperz rész szilárd, a közeg pedig folyékony Ha a diszpergált rész kolloid mérettartományba esik szolról beszélünk (S/L), míg a durvább rendszert szuszpenziónak nevezzük. Mérettartománytól függő sajátságok (ülepedés, viszkozitás, optikai tulajdonságok) Stabilitásukat nagymértékben befolyásolja a szilárd anyag felületén végbemenő folyamatok (adszorpció, kettősréteg kialakulása)

8 Szolok, szuszpenziók előállítása Heterogén rendszerből diszpergálással: mechanikai aprítás száraz vagy nedves úton Durva rendszerből dezaggregálással (peptizáció): a szilárd részecskék közötti kohéziós erők megszüntetésével/ csökkentésével Elektromos porlasztás (fémek esetén) Kémiai reakcióval, vagy oldékonyság csökkentésével (kondenzáció): fontos a gócképződés és gócnövekedés aránya

9 Szolok, szuszpenziók stabilizálása Makromolekulák hatása

10 Folyadék lioszolok, emulziók Mind a diszpergált rész, mind a közeg folyékony fázisú. Ha a diszpergált rész mérete kolloid mérettartományba esik folyadék lioszolról, durvább rendszerek esetén emulzióról beszélünk. Fontos kritérium: a diszpergált rész NEM, vagy csak korlátozottan elegyedik a közeggel Aközegfolytonos,míga diszpergált rész nem.

11 Folyadék lioszolok, emulziók típusai O/V (pl. tej), V/O (vaj) Kettős folytonosságú emulziók O/V/O illetve V/O/V összetett emulziók

12 Emulziók típusának meghatározása Általában az O/V krémesebb, míg a V/O zsírosabb tapintású Az emulzió saját közegével könnyen hígítható Az emulzió a közegben oldódó festékkel könnyen színezhető Az O/V emulziók vezetőképessége sokkal nagyobb mint a V/O emulzióké NEM feltétlenül az a közeg amelyikből többvan!

13 Emulziók előállítása Stabil emulziók létrehozása csak emulgeátorokkal, vagy stabilizáló szerekkel lehetséges! Diszpergálással: nagyméretű cseppekből, vagy fázisból (mechanikai) aprítással (nyírás, keverés) Kondenzációval: a diszpergált fázis oldatát emulgeátort tartalmazó közegbe csepegtetik (oldószer kicserélése)

14 Emulziók stabilizálása Amfifil molekulákkal (emulgeáló szerek): A molekula polaritásától függően stabilizálja az O/V vagy V/O emulziókat (ld. később) Szilárd részecskékkel (Pickering emulziók)

15 Gélek Koherens rendszerek (vázszerkezettel rendelkeznek) Átmenet a folyadék-szilárd (vagy gáz-szilárd) állapotok között A részecskék mozgási energiája kisebb mint az összetartó erő: kis kohéziós erőnél: fizikai gélek (a vázszerkezetet gyenge másodrendű kötések alakítják ki) nagy kohéziós erőnél: kémiai gélek (a vázszerkezetet elsőrendű kémiai kötések hozzák létre)

16 Gélek

17 Makromolekulás kolloidok A molekula kisebb monomer egységekből épülfel kémiai kötésekkel. Természetes és mesterséges eredetűek is léteznek Méretüket és alakjukat a makromolekula kémiai szerkezete valamint a közeg (oldószer, hőmérséklet, ph, ionerősség.) határozza meg.

18 Lineáris polimerek mérete és alakja Jó oldószerben (az oldószerszegmens kölcsönhatás erősebb, mint a szegmens-szegmens kölcsönhatás) a makromolekula kiterjed Rossz oldószerben (a szegmensszegmens kölcsönhatás erősebb, mint az oldószer-szegmens között), a molekula gombolyaggá alakul (kiszorítja az oldószert) Theta oldószer: Statisztikusnak megfelelő méret és alak

19 Lineáris polimerek mérete és alakja A szegmensek szabadon rotálnak egymáshoz viszonyítva A rotációt a vegyértékszög és a többi szegmens által elfoglalt térfogat szabályozza Statisztikus láncvéghossz (h): ( h) 2 nl 2 Ahol n: polimerizáció foka, l: egy szegmens hossza

20 Az ozmózis Féligáteresztő hártyán (membránon) történő oldószeráramlás a makromolekulát kisebb koncentrációban tartalmazó hely felé. A folyamat hajtóereje a kémiai potenciál különbség a membrán két oldalán. A folyamat önként végbemegy. Az oldószeráramlás visszaszorítható ha a megnöveljük a nyomást a nagyobb koncentrációjú oldalon. Azt a nyomásértéket, ahol az oldószeráramlás megszűnik ozmózisnyomásnak nevezzük (Π) crt (1 B c 2 2 B3c...)

21 Asszociációs kolloidok Mi történik az amfifil molekulákkal az oldatban, ha a felszín telítődik?

22 Asszociációs kolloidok Egy adott koncentrációérték felett az amfifil molekulák önként végbemenő folyamatban asszociálódnak. Az asszociátumok mérete már kolloid mérettartományba esik. Az asszociátumokat micelláknak nevezzük.

23 Micellák lehetséges alakja A tenzid alakja és mérete, polaritása és a közeg minősége fontos kiindulási pont l c a 0 V/(l c a 0 ) l c : a tenzid hossza a 0 : a poláris fej mérete V : a micella térfogata 0 1/3 1/3 1/2 1/2-1 >1 gömbi micella hengeres micella lemezes micella inverz micella

Micellák képződésének hajtóereje x a hidrofób láncrész kevésbé bontja meg a víz-víz kölcsönhatást a micella külső része polárisabb, így kedvező a hidratáció Kölcsönhatások: víz-víz : G 1 amfifil

25 Micellák képződésének hajtóereje x a hidrofób láncrész kevésbé bontja meg a víz-víz kölcsönhatást a micella külső része polárisabb, így kedvező a hidratáció Kölcsönhatások: víz-víz : G 1 amfifil víz(hidrofil-hidrofil, hidrofil-hidrofób) : G 2 olaj-olaj (micellán belül, hidrofób-hidrofób) : G 3 Gmicella = G 1 + G 2 + G 3 Entrópiatényező: a hidrofób láncrészek mozgékonysága nagyobb az olajos fázisban)

26 Tenzidek csoportosítása Anionos (negatívan töltött) - zsírsavak, alkil-szulfonsavak, alkil(aril)-foszfátok sói Kationos (pozitívan töltött) Alkil-ammónium sók, aminok Amfoter (ikerionos) (ph függő töltés) proteinek, biomolekulák, betain-tipusú Nemionos (töltés nélküliek, neutrálisak) éterek, zsírsavészterek, savamidok Ikertenzidek (twin)

27 Anionos tenzidek: COO - Na + nátrium-sztearát S nátrium-dodecil-szulfát (SDS) O S O - S O Na + S O - nátrium-dodecilbenzol-szulfát O Na +

28 Kationos tenzidek: CH 3 N + CH 3 cetil-trimetil-ammónium-bromid CH 3 Br - N + cetil-piridínium-bromid Br -

29 Amfoter tenzidek: lecitin

30 Nemionos tenzidek:

31 A micellaképződés hatása az oldat fizikai paramétereire Kritikus micellaképződési koncentráció (CMC)

32 A CMC értékét befolyásoló tényezők 1. A szénlánc hosszúsága Szénatomszám CMC (mol/m 3 ) Monomerek száma Nagyobb szolvatációs képesség nagyobb CMC Nagyobb asszociációs hajlam kisebb CMC

33 A CMC értékét befolyásoló tényezők 2. Sóhatás (SDS) c NaCl (mol/dm 3 ) CMC (mol/m 3 ) Ionos tenzideknél a fejcsoportok közötti taszítást az ellenion kompenzálja Az egyedi molekulák töltésének árnyékolásával csökkenti azok hidratálódási képességét

34 A CMC értékét befolyásoló tényezők 3. Sóhatás (nem ionos tenzidekre) Az oldhatóságra gyakorolt hatása miatt befolyásolja a CMC értékét 4. Hőmérséklet Eltérő hatás az ionos és nemionos tenzidekre

35 Gyakorlati alkalmazások Mosás: a hidrofób szennyeződés leválasztása szilárd felületről. Mosóhatás (technikailag) : nedvesítés (hidrofil, hidrofób) kioldás szolubilizáció Emulziók, szuszpenziók készítése Szolubilizáció: Az asszociációs kolloidok képesek az adott közegben nem oldódó (pl. apoláris anyagok) nagyobb mennyiségét kolloid oldatban tartani.

36 Alveoli: léghólyagocska belső felületén lévő filmben lévő sajátos proteinek, foszfolipidek és felületaktív anyagok vannak. Biológiai alkalmazás

37 Biológiai alkalmazás Közvetlen alkalmazás, az emberi tüdőben csökkenteni kell a felületi feszültséget A tüdőben: dipalmitil-foszfatidil-kolin Respiratory Distress Syndrome (Beractant (Survanta, Abbott Pharmaceuticals) 4 ml/kg )

38 Modern mosószerek Tenzid: ionos, nemionos keveréke, enzimek (bontó hatás) Adalékok: a mosóhatást segítő (polifoszfátok, lágyítók, korróziógátlók) fényesítők, fehérítők, bleachers nátrium perborát (nascens oxigén) fluoreszcens anyagok Szolubilizáció: Az asszociációs kolloidok képesek az adott közegben nem oldódó (pl. apoláris anyagok) nagyobb mennyiségét kolloid oldatban tartani.

39 Melyik a jobb felületaktív anyag? A hosszabb szénláncú tenzidek molekulái hatékonyabban törik meg a víz szerkezetét, ezáltal jobban csökkentik annak felületi feszültségét azonos koncentráció mellett. Azonos típusú molekulák esetén a szénatomszám növelésével ugyanakkora felületaktivitás eléréséhez ~harmadakkora koncentráció szükséges.

40 A HLB érték Hydrophilic Lipophilic Balance A felületaktív anyag polaritását adja meg. A nagyobb érték polárosabb anyagot jelent. A HLB értéke függ a poláris csoportok minőségétől és számától

41 AHLB érték Tenzidek keverékére a HLB érték összeadódik! Mi HLB értéke annak a keveréknek, amely 25 % Span 80 (HLB = 4.3) és 75% Tween 80 (HLB = 15.0) tenzidet tartalmaz? 0.25* *15.0=13.0 Milyen arányban kell összekeverni a Tween 60 (HLB=14.9) és Span 60 (HLB=4.7) tenzideket, hogy egy HLB=6.74 keveréket kapjunk? x* (1-x)*4.7=6.74 x=0.2 20% Tween % Span 60

Hasonló dokumentumok

Asszociációs kolloidok

Asszociációs kolloidok Berka Márta http://dragon.unideb.hu/~kolloid/ Felületaktív anyag (szappan, mosószer, tenzid) Asszociációs kolloidok Amfifil molekulák The hydrophobic part is most often a chain of