Kolloid állapotjelzık. Molekuláris kölcsönhatások. Határfelületi jelenségek: fluid határfelületek

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Kolloid állapotjelzık. Molekuláris kölcsönhatások. Határfelületi jelenségek: fluid határfelületek"

Rezső Fekete
5 évvel ezelőtt
Látták:

1 Kolloid állapotjelzık. Molekuláris kölcsönhatások. Határfelületi jelenségek: fluid határfelületek Dr. Berka Márta és Bányai István Debreceni Egyetem TEK Kolloid- és Környezetkémiai Tanszék /2011/II. félév óra

2 A kolloid rendszerek jellemzése 1. A rendszer diszperzitásfoka (azaz a méret) méreteloszlás (a fajlagos felület jelentısége) 2. Morfológia (alak, belsı szerkezet) Ez különleges, mert azonos méreteloszlás a végletekig különbözı tualjdonságokra vezet 3. A diszpergált részecskék térbeli eloszlása az inhomogenitás jelensége (heterogén rendszer inhomogenitása és homogenitása: fogalmak). 4. A részecskék közötti kölcsönhatás (meghatározza az elızıeket!)

3 Molekuláris kölcsönhatások A kolloid részecskék közötti kölcsönhatások eredete az egyedi molekulák kölcsönhatására vezethetı vissza. Megszabják a részecskék méretét, alakját, a rendszer stabilitását, valamint a» részecske/részecske» részecske/közeg,» közeg/közeg kölcsönhatást Párkölcsönhatások: két izolált ion vagy molekula közötti kölcsönhatások

4 Ionos és molekuláris kölcsönhatások Ion 1 - ion 2 (Coulomb) Ion 1 - permanens dipól 2 permanens dipól 1 - permanens dipól 2 permanens dipól 1 Indukált dipól 2 pillanatnyi dipól 1 - Indukált dipól 2 Taszítás Hidrogén-kötés (van der Waals) Hidrofil és hidrofób kölcsönhatás

5 Molekuláris kölcsönhatások Elıjel, vonzás (-), taszitás (+) Coulomb: ion-ion E Coul = ( ze) 1( ze) 2 1 4πε r 0 HT~50nm E id 1 2 = ( ze) 1µ 2 cosθ 1 4πε r 0 2 HT~1.5nm ion-dipól dipól-dipól Orientációs hatás a) T kicsi b) T nagy HT: Hatótávolság

µµ 1 2 1 4πε r b) T nagyobb, szabadon rotáló dipólok, mindig vonzás: 0 Alacsonyabb

6 Molekuláris kölcsönhatások dipól-dipól a) T kicsi, a konst. tartalmazza az elıjelet: +2 parallel, -2 antiparallel orientáció E dd 1 2 = konst. µµ πε r b) T nagyobb, szabadon rotáló dipólok, mindig vonzás: 0 Alacsonyabb hımérsékleten a vonzás rendezıdéshez vezethet! 3 HT~1.5nm E dd 1 2 = 2 µ µ 1 3 (4 πε ) kbt r HT:Hatótávolság

Dipólmomentum, D Dipólmomentum molekula Debye molekula Debye molekula Debye HF 1.91 SO2 1.6 Metanol 1.7 HCl 1.05 CO 0.1 Etanol 1.7 HBr 0.79 CO2 0 Aceton 2.86 H 2 O 1.85 Fenol 1.45 H 2 S 0.93 NH 3 1.

7 Dipólmomentum, D Dipólmomentum molekula Debye molekula Debye molekula Debye HF 1.91 SO2 1.6 Metanol 1.7 HCl 1.05 CO 0.1 Etanol 1.7 HBr 0.79 CO2 0 Aceton 2.86 H 2 O 1.85 Fenol 1.45 H 2 S 0.93 NH D= Cm Permanens dipól 1 -indukált dipól 2 ( 2 2 α µ + α µ ) Indukciós hatás, mindig vonzás E id Polarizálhatóság, α 1 2 ~ (4 πε ) 0 1 r 2 6 Polarizálhatóság He 0.2 CO 1.65 CH 2 =CH H H 2 O 1.44 C 2 H Ar 1.63 O C 6 H Xe 4 Cl α 30 3 NH CCl , m CH πε A polarizálhatóság nı a mérettel, tf. dimenzió (benzol!) He? 0

8 pillanatnyi (indukált) dipól 1 -indukált dipól 2 (LONDON 1930) diszperziós kölcsönhatás, mindig vonzás I az ionozációs energia E ti II 1 2 αα = I + I (4 πε ) r London-féle diszperziós kölcsönhatás egyetemleges!! HT~0.4nm A London erık nınek a moláris tömeggel. (Számos folyadéksajátság arányosan változik a molekulatömeggel: fagyáspont, forráspont, gıznyomás, felületi feszültség, viszkozitás) Összeadódik sok molekulából álló testre! Gıznyomás: CH 3 Cl <CH 2 Cl 2 < CHCl 3 <CCl 4 A London erık függnek az alaktól is. Pl. párolgáshı: pentán> izopentán> neopentán

9 Összevonva az indukciós, orientációs és diszperziós kölcsönhatásokat azonos molekulákra: β 6 EA ~ β 11, Boer és Hamaker makro fázisra A: Hamaker állandó, összegzi a párkölcsönhatások energiáját q részecskére (gömb-göm, gömb-sík stb) 2 A ~ q β β Jm 6 r J CCl Etanol 3.4 Benzol 4.29 Cl-benzol 7.57 F-benzol 5.09 Toluol 5.16 víz 1.82 Compound µ Debye α orientation induction dispersion CCl Ethanol Benzene Water %

10 London-féle diszperziós kölcsönhatás Összeadódik sok atomból álló molekulára vagy sok molekulából álló testre! Függ az alaktól is! Telitett gıznyomás: CH 3 Cl <CH 2 Cl 2 < CHCl 3 <CCl 4 az alaktól is függ:

11 E tot Vonzás Taszítás Molekuláris kölcsönhatások taszitás E konst. r β r 11 tot ~, n m vonzás r min pl. metán 0.42 nm J Mie-egyenlet n=12 m=6 Lenard-Jones

12 Hidrogénkötés Ez egy donor-akceptor kölcsönhatás, a H atom kovalensen kötıdik egy erısen elektronegatív kismérető atomhoz és egy hasonlóan elektronegatív atom kötetlen elektron párjához, mint pl. O, N, F, Cl. Asszociációra hajlamos molekulák, ecetsav, cibotaktikus, paraffin, benzol (diszperzios). Hidrofób kölcsönhatás Egy szokatlanul erıs kölcsönhatás hidrofób molekulák vagy molekularészek között vizes közegben. (Ez erısebb, mint ha közeg nélkül lenne ) Termodinamikai kölcsönhatás, megtöri a víz szerkezetét. Kalitka effektus. Hidrofil molekulák erısen polárisak, és többnyire H kötésre hajlamosak

példák Name Formula Solubility Methanol CH 3OH miscible Ethanol C 2H 5OH miscible Propanol C 3H 7OH miscible Butanol C 4H 9OH 0.11 Pentanol C 5H 11OH 0.030 Hexanol C 6H 13OH 0.

13 példák Name Formula Solubility Methanol CH 3OH miscible Ethanol C 2H 5OH miscible Propanol C 3H 7OH miscible Butanol C 4H 9OH 0.11 Pentanol C 5H 11OH Hexanol C 6H 13OH Heptanol C 7H 15OH Van egy lánchossz amely fölött a hidrofób jelleg megnı, mivel nagyon megtöri a hidrogén kötéseket a vízben. Azok az alkoholok amelyek alkil csoport mérete ezen felül van már nem oldhatóak vízben* *Crowe, J.:Chemistry for the Biosciences Oxford UP. ISBN , 2006

14 A vízoldható vegyületek molekulái és a víz molekulák korlátlanul elegyednek. Ha a vegyület nem vízoldható, a molekulái nem elegyednek korlátlanul a vízzel, hanem a kétféle molekula elválasztódik. Elıfordul, hogy kis mennyiség oldódik, míg a nagyobb rész az oldat tetején úszik

15 ion-dipól Ionok hidratációja. Az ionok és a víz molekulák hidratációja ion-dipól kölcsönhatás, amely a töltések és a dipólusos víz molekula között jön létre

Példák Az alkoholok poláris molekulák. Az elektronok a nagy elektronegativitású oxigén atom felé tolódnak, torzítva molekula mint egész elektron eloszlását.

16 Példák Az alkoholok poláris molekulák. Az elektronok a nagy elektronegativitású oxigén atom felé tolódnak, torzítva molekula mint egész elektron eloszlását. Következésképpen a molekula poláris. Az alkohol molekulák hidrogén kötésre képesek a vízzel és egymással *Crowe, J.:Chemistry for the Biosciences Oxford UP. ISBN , 2006

17 Példák A polipeptidek hidrofil és hidrofób részekbıl állnak. A sötétebben jelzett hidrofób részek elfordulnak a vizes környezettıl; ezt az elrendezıdést a szorosabb elhelyezkedéső hidrofób részek közötti diszperziós kölcsönhatás stabilizálja *Crowe, J.:Chemistry for the Biosciences Oxford UP. ISBN , 2006

Samples Különbözı nem-kovalens erık, amelyek hathatnak egy polipeptidben. 2010. 02.

18 Samples Különbözı nem-kovalens erık, amelyek hathatnak egy polipeptidben *Crowe, J.:Chemistry for the Biosciences Oxford UP. ISBN , 2006

A hajtogatott szerkezet kialakulása függ az elsıdleges

19 A nagy molekulák alakja A fehérje szerkezete: 1 kémiai + 3 kolloid Összefüggés az elsıdleges és másodlagos szerkezet között. A hajtogatott szerkezet kialakulása függ az elsıdleges szerkezettıl. A másodlagos szerkezetet a hidrogén kötés stabilizálja

20 A közeg hatása A ph változása befolyásolja a protein töltését, ezen keresztül az oldhatóságát és alakját! Az izoelektromos pontban a leginkább izometrikus 20 (gombolyodott) és legkevésbé hidratált.

Hasonló dokumentumok

Kolloid állapotjelzők. Molekuláris kölcsönhatások. Határfelületi jelenségek: fluid határfelületek

Kolloid állapotjelzők. Molekuláris kölcsönhatások. Határfelületi jelenségek: fluid határfelületek Dr. Berka Márta Debreceni Egyetem TEK Kolloid- és Környezetkémiai Tanszék http://dragon.unideb.hu/~kolloid/