Kolloidkémia. 2. Előadás Asszociációs kolloidok

Hasonló dokumentumok
Mosószerek a 21. században Alkímia ma előadássorozat

1. Asszociációs kolloidok

Oldatok - elegyek. Elegyek: komponensek mennyisége azonos nagyságrendű

Kolloidkémia 1. előadás Első- és másodrendű kémiai kötések és szerepük a kolloid rendszerek kialakulásában. Szőri Milán: Kolloidkémia

HOMOGÉN EGYENSÚLYI ELEKTROKÉMIA: ELEKTROLITOK TERMODINAMIKÁJA

Doktori értekezés KATIONOS POLIELEKTROLITOK ÉS ANIONOS TENZIDEK KÖZÖTTI KÖLCSÖNHATÁS

Oldatok - elegyek. Többkomponensű homogén (egyfázisú) rendszerek. Elegyek: komponensek mennyisége azonos nagyságrendű

Kolloidkémia előadás vizsgakérdések

Allotróp módosulatok

Kémiai reakciók. Közös elektronpár létrehozása. Általános és szervetlen kémia 10. hét. Elızı héten elsajátítottuk, hogy.

Asszociációs kolloidok

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

Kolloidkémia 5. Előadás Kolloidstabilitás. Szőri Milán: Kolloidkémia

Asszociációs kolloidok

a. 35-ös tömegszámú izotópjában 18 neutron található. b. A 3. elektronhéján két vegyértékelektront tartalmaz. c. 2 mól atomjának tömege 32 g.

Kolloidkémia előadás vizsgakérdések

Célkitűzés/témák Fehérje-ligandum kölcsönhatások és a kötődés termodinamikai jellemzése

Asszociációs kolloidok

ZERVES ALAPANYAGOK ISMERETE, DISZPERZ RENDSZEREK KÉSZÍTÉSE

MTA DOKTORI ÉRTEKEZÉS

Az elektromos kettősréteg. Az elektromos potenciálkülönbség eredete, értéke és az azt befolyásoló tényezők. Kolloidok stabilitása.

Kémiai kötések. Kémiai kötések kj / mol 0,8 40 kj / mol

ozmózis osmosis Egy rendszer termodinamikailag stabilis, ha képződése szabadentalpia csökkenéssel jár, állandó nyomáson és hőmérsékleten.

Kolloidkémia 5. előadás Határfelületi jelenségek II. Folyadék-folyadék, szilárd-folyadék határfelületek. Szőri Milán: Kolloidkémia

Többkomponensű rendszerek. Diszperz rendszerek. Kolloid rendszerek tulajdonságai. Folytonos közegben eloszlatott részecskék - diszperz rendszerek

A POLIELEKTROLIT/TENZID ASSZOCIÁCIÓ SZABÁLYOZÁSA NEMIONOS TENZIDEK ÉS POLIMEREK SEGÍTSÉGÉVEL

Elektronegativitás. Elektronegativitás

Sillabusz orvosi kémia szemináriumokhoz 1. Kémiai kötések

Kémiai kötések és kristályrácsok ISMÉTLÉS, GYAKORLÁS

Asszociációs kolloidok

m n 3. Elem, vegyület, keverék, koncentráció, hígítás m M = n Mértékegysége: g / mol elem: azonos rendszámú atomokból épül fel

KÉMIA ÍRÁSBELI ÉRETTSÉGI- FELVÉTELI FELADATOK 2002

Kémiai reakciók Műszaki kémia, Anyagtan I. 11. előadás

HIDROFIL HÉJ KIALAKÍTÁSA

NEDVESEDÉS (KONTAKT NEDVESEDÉS TANULMÁNYOZÁSA TENZIDOLDATOKKAL)

Az anyagi rendszer fogalma, csoportosítása

Telítetlen oldat: még képes anyagot feloldani (befogadni), adott hőmérsékleten.

1. változat. 4. Jelöld meg azt az oxidot, melynek megfelelője a vas(iii)-hidroxid! A FeO; Б Fe 2 O 3 ; В OF 2 ; Г Fe 3 O 4.

O k t a t á si Hivatal

Sav bázis egyensúlyok vizes oldatban

6. változat. 3. Jelöld meg a nem molekuláris szerkezetű anyagot! A SO 2 ; Б C 6 H 12 O 6 ; В NaBr; Г CO 2.

A 27/2012. (VIII. 27.) NGM rendelet (29/2016. (VIII. 26.) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

Szakértesítő 1 Interkerám szakmai füzetek A folyósító szerek viselkedése a kerámia anyagokban

4. változat. 2. Jelöld meg azt a részecskét, amely megőrzi az anyag összes kémiai tulajdonságait! A molekula; Б atom; В gyök; Г ion.

Kolloidkémia 8. Előadás Kolloidstabilitás. Szőri Milán: Kolloidkémia

KARBONSAV-SZÁRMAZÉKOK

Javítókulcs (Kémia emelt szintű feladatsor)

Adszorpció folyadékelegyekből 2. Elektrolit oldat

A kolloidika alapjai. 4. Fluid határfelületek

Általános Kémia GY 4.tantermi gyakorlat

Folyadékok. Molekulák: Gázok Folyadékok Szilárd anyagok. másodrendű kölcsönhatás növekszik. cseppfolyósíthatók hűtéssel és/vagy nyomással

Tenzidek zárványkomplex képződésének vizsgálata folyadékfázisban és adszorpciójuk tanulmányozása szilárd/folyadék határfelületen

Minta feladatsor. Az ion neve. Az ion képlete O 4. Szulfátion O 3. Alumíniumion S 2 CHH 3 COO. Króm(III)ion

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

KÜLÖNBÖZŐ ADALÉKOK HATÁSA AZ ELLENTÉTES TÖLTÉSŰ POLIELEKTROLITOK ÉS TENZIDEK ASSZOCIÁCIÓJÁRA

1. feladat Összesen: 15 pont. 2. feladat Összesen: 10 pont

MTA DOKTORI ÉRTEKEZÉS TÉZISEI

β 2 verzió 1. gyakorlat ( ) 1.1. Bevezetés : savanion (pl. dodecil-szulfát) : ellenion (pl. nátrium-ion)

Bevezetés a talajtanba VIII. Talajkolloidok

SZERVETLEN ALAPANYAGOK ISMERETE, OLDATKÉSZÍTÉS

Kémiai alapismeretek 6. hét

Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítı elıadás I.

Kolloidstabilitás. Berka Márta 2010/2011/II

Általános és szervetlen kémia 3. hét Kémiai kötések. Kötések kialakítása - oktett elmélet. Lewis-képlet és Lewis szerkezet

Oldódás, mint egyensúly

Általános kémia képletgyűjtemény. Atomszerkezet Tömegszám (A) A = Z + N Rendszám (Z) Neutronok száma (N) Mólok száma (n)

Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny 2009/2010. Kémia I. kategória II. forduló A feladatok megoldása

Folyadékok. Molekulák: Gázok Folyadékok Szilárd anyagok. másodrendű kölcsönhatás növekszik. cseppfolyósíthatók hűtéssel és/vagy nyomással

Oldódás, mint egyensúly

Általános Kémia GY 3.tantermi gyakorlat

77. Mit értünk pozitív, ill. negatív adszorpción? Víz-levegő határfelületen mely anyagokra jellemző, és miben nyilvánul meg?

Általános kémia vizsgakérdések

Jedlovszky Pál Eszterházy Károly Egyetem, Kémiai és Élelmiszerkémiai Tanszék Tanszék, 3300 Eger, Leányka utca 6

KÉMIA FELVÉTELI DOLGOZAT

2012/4. Pannon Egyetem, MOL Ásványolaj- és Széntechnológiai Intézeti Tanszék, Veszprém RONCSOLÁSMENTES VIZSGÁLATTECHNIKA

KÉMIA ÍRÁSBELI ÉRETTSÉGI- FELVÉTELI FELADATOK 1997

ELEKTROLITOK VEZETÉSÉVEL KAPCSOLATOS FOGALMAK

Szent-Györgyi Albert kémiavetélkedő

Fordított fázisú ionpár- kromatográfia ( Reversed Phase Ion-Pair Chromatography, RP-IP-HPLC )

KONDUKTOMETRIÁS MÉRÉSEK

Elektrolitok nem elektrolitok, vezetőképesség mérése

Elegyek. Csonka Gábor 2008 Általános Kémia: oldatok 1 dia

Az atom- olvasni. 1. ábra Az atom felépítése 1. Az atomot felépítő elemi részecskék. Proton, Jele: (p+) Neutron, Jele: (n o )

Mucilago / Mucilagines

ph-számítás A víz gyenge elektrolit. Kismértékben disszociál hidrogénionokra (helyesebben hidroxónium-ionokra) és hidroxid-ionokra :

5. Az adszorpciós folyamat mennyiségi leírása a Langmuir-izoterma segítségével

5. gyakorlat SZOLUBILIZÁCIÓS JELENSÉGEK TANULMÁNYOZÁSA

7.4. Tömény szuszpenziók vizsgálata

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27


Kémia OKTV 2006/2007. II. forduló. A feladatok megoldása

Közös elektronpár létrehozása

Osztályozó vizsgatételek. Kémia - 9. évfolyam - I. félév

Tisztító- és fertőtlenítőszerek

TÖBBKOMPONENS RENDSZEREK FÁZISEGYENSÚLYAI II. Ismerjük fel, hogy többkomponens fázisegyensúlyokban a folyadék fázisnak kitüntetett szerepe van!

Curie Kémia Emlékverseny 9. évfolyam III. forduló 2018/2019.

POLIELEKTROLIT/TENZID RENDSZEREK STABILITÁSA ÉS OLDAT/LEVEGŐ HATÁRFELÜLETI TULAJDONSÁGAINAK VIZSGÁLATA

Az élethez szükséges elemek

Általános Kémia GY, 2. tantermi gyakorlat

VILÁGÍTÓ GYÓGYHATÁSÚ ALKALOIDOK

Átírás:

Kolloidkémia 2. Előadás Asszociációs kolloidok 1 https://ilustracionmedica.wordpress.com/2014/08/27/fisicos-haciendo-medicina-john-tyndall/

Oldatok Klasszikus vs. Kolloid oldat Tyndall-jelenség Az ion méretének növelése NaBr Magas c (3M 16 w%) 4M ( 20 w%) 5M ( 25 w%) J. Chem. Phys. 2016, 144, 204126. Csapadékképződés (pl. szervetlen kémia) Klasszikus állapotjelzők: Összetétel (x i, w% i, c i, c T,i stb) szín T V P U H S G A További állapotjellemzők: Részecskemorfológia Eloszlásmódja Diszperzitásfoka 2

Az asszociációs (önszerveződő) kolloidok Az oldatban poláris és apoláris csoportokat is tartalmazó molekulák (tenzidek) asszociációja (másodrendű kémia kötésekkel történő összekapcsolódása), amely oldatával termodinamikai egyensúlyban van (termodinamikai stabilitással bírnak, képződésük spontán folyamat). Az asszociációs kolloidok átmenetet képeznek a klasszikus oldatok és a szolok között Kettő vagy többkomponensű mikroheterogén rendszer hidroapatikus egyensúly hidrofil micella Phys. Chem. Chem. Phys., 2014, 16, 8594. Nátrium dodecil szulfát (SDS) micella J. Phys. Chem. B 2007, 111, 11722. 3

Tenzidek csoportosítása I. Kémiai szerkezetük szerint: Nemionos tenzidek: Nem disszociábilis hidrofil csoport kapcsolódik a hidroapatikus csoporthoz Anionos (anionaktív) tenzidek: Az anionhoz kapcsolódik a hidroapatikus csoport Kationos (kationaktív) tenzidek: Az kationhoz kapcsolódik a hidroapatikus csoport Amfoter tenzidek: Ikerionos csoport kapcsolódik a hidroapatikus csoporthoz hidrofil Nagy µ (akár 5D<µ) hidroapatikus lipofil 4

Tenzidek csoportosítása II. R: telített vagy telítetlen szénhidrogén lánc, szénatomszáma: 8-18 Disszociáló ellenionok: X + : Na +, K + Y - : Br -, Cl - 5

Tenzidek csoportosítása III. Eredetük szerint: Természetes tenzidek: Ramnóz lipid Szoforózlipidek Szintetikus tenzidek: Optik 2016, 127, 2740. 6

A micellák szerkezete, alakja és mérete Befolyásoló tényezők: Tenzid molekulaszerkezete Oldószertől c tenzid c elektrolit Hőmérséklet Dinamikus egyensúly (folyamatos a tenzidmolekula-kicserélődés a micella és az oldat között, t kicserélődés =néhány ns) Geometriai paraméterek: pl. a,b,t Aggregációs szám: micellában található tenzidszám 7 PLoS ONE 2013, 8, e62488.

Az asszociációs kolloidok csoportosítása Közeg szerint: Micellák: Vizes rendszerekben Fordított micellák: Nemvizes rendszerekben képződnek Micellák kisebb méretűek Apoláris oldószerben csak a kis HLB értékű nemionos tenzidek oldódnak Hidroapatikus fázis Micella Vizes fázis Vizes fázis apoláris fázis Fordított micella 8

Hidrofil-lipofil egyensúly (HLB) Vízoldhatóság HLB skála (Nemionos tenzid) Alkalmazási terület Szolubilizálószer (15-18) Hidrofil (vízoldható) Diszperzió vízben Mosószer (13-15) O/V emulgeálószer (8-16) Nedvesítőszer (7-9) V/O emulgeálószer (3-6) Lipofil Habzásgátló (2-3) Journal of Soil Science and Plant Nutrition, 2012, 12, 667. 9

Hidrofil-lipofil egyensúly (HLB) ICI standard az optimális emulgeálószer kiválasztáshoz Davies módszer (molekula HLB-je): HLB molekula = 7 + H hidrofil + H lipofil HLB SDS = 7 + 38,7 + 12 0,475 = 40,0 Griffin módszer (tenzidkeverék HLB-je): HLB = (HLB molekula,i w molekula,i ) Online: International Journal of Pharmaceutics 2008, 356, 44. http://www.firp.ula.ve/archivos/historicos/57_chap_davies.pdf http://www.al-nasir.com/www/pharmcalc/exec_calc.php?id=hlb Hidrofil csoportok -SO 4 Na + 38,7 -COO K + 21,1 -COO Na + 19,1 N (tercier amin) 9,4 Szorbitán észter 6,8 Szabad észter 2,4 -COOH 2,1 Szabad OH 1,9 -O- 1,3 Szorbitán OH 0,5 Lipofil csoportok -CH- -0,475 -CH 2 - -0,475 CH 3 - -0,475 10 =CH- -0,475 H hidrofil H lipofil

Asszociációs kolloidok fizikai-kémiai tulajdonságai I. Az asszociációs kolloidok töményebb vizes oldatai eltérnek a klasszikus oldatoktól: Felületi feszültség Fajlagos és ekvivalens elektromos vezetőképesség Ozmózisnyomás Gőznyomás-csökkenés Fagyáspont-emelkedés Micellaképződés J. Colloid Interface Sci. 2012, 370, 102. http://www.dataphysics.de/2/start/understanding-interfaces/basics/surfactants-and-critical-micelle-concentration-cmc/ CMC 11

Asszociációs kolloidok fizikai-kémiai tulajdonságai II. Felületi feszültség (γ) A tenzidmolekulák adszorpciója az oldat/levegő határfelületen A tiszta oldószerhez képes csökken az oldat γ-je A c > CMC-nél az oldatfelszín tenzidmolekula borítottsága nem változik (a hozzáadott tenzidek a micellaalkotókká válnak), az oldat γ-je nem változik Fajlagos és ekvivalens elektromos vezetőképesség Ionos tenzideknél a c < CMC esetén, növeljük az ionok koncentrációját az oldatban, az elektromos vezetőképesség nő Micellaképződéssel kisebb ionmozgékonyságú asszociátumok képződnek a vezetőképesség csak kisebb mértékben tud nőni. Ozmózisnyomás, gőznyomás-csökkenés, fagyáspontemelkedés Kolligatív tulajdonságok csak az ionkoncentrációtól függ, amit a micellaképződés befolyásol 12

Kritikus micellaképződési koncentráció (CMC) További jelölések (IUPAC): c.m.c., cmc, c M Mértékegység : mm (mmol/dm 3 ) mg/l (mg/dm 3 ) PLoS ONE 2011, 6, e19850. 13 További cmc adatok: https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/legacy/nsrds/nbsnsrds36.pdf

Az önszerveződés termodinamikája I. Micellaképződés egyensúlya: G agg = RTlnK agg = RTln X n G agg = RTln X n Tenzidmolekula oldatából aggregátum képződése: X n + nrtln X X n = 10 10 M (kicsi szám, éppen megjelenik a micella) X = 10 3 M = 1mM (tipikus CMC érték) n > 50 (a legkisebb micellák is tartalmaznak ennyi tenzidet) G agg = RTln X n + nrtln(cmc) RTln(CMC): egy tenzidmolekula átlagos szabadenergia-járuléka G agg = 57 kj mol + 50 17 kj mol kj 800 mol (K agg = 10 140 ) CMC = n X n K agg n[x] [X n ] + X X [X n ] 14 http://cdn.intechweb.org/pdfs/13118.pdf [X]

Az önszerveződés termodinamikája II. Izotermális titráló kalorimetria (ITC) SDS CMC-jének meghatározása ITC-vel Integrálás Frontiers in Microbiology, 2015, 6, 1049. CMC 15 Colloid Polym. Sci. 2011, 289, 3.

CMC-t befolyásoló tényezők Asszociációs hajlam az intermolekuláris kölcsönhatásoktól függ: G agg = RTln X n G agg + RTln X n n + nrtln CMC = G agg = RTln(CMC) A tenzid szánlánchosszának (N C ) növekedésével a cmc csökken: lg CMC = a bn C A tenzid-tenzid kölcsönhatás növekszik A nemionos tenzid cmc-je kisebb, mint az azonos méretű ionosé Kisebb tenzid-oldószer kölcsönhatás Nagyobb vegyértékű ellenionos tenzid oldat cmc-je kisebb, mint az egyvegyértékűé Nagyobb tenzid-ellenion kölcsönhatás Ellenionok hidratációjának csökkenésével csökken a tenzid oldat cmc-je Kisebb oldószer-ellenion kölcsönhatás Tenzid-tenzid kölcsönhatás Tenzid-oldószer kölcsönhatás Tenzid-ellenion kölcsönhatás Oldószer-ellenion kölcsönhatás További elektrolitok hozzáadásával csökken a tenzid oldat cmc-je lg CMC = a blgc elektrolit Kisebb az ionos tenzid disszociációs hajlama 16 Oldószer-oldószer kölcsönhatás

Tenzidoldat felülete és tömbfázis kapcsolata Miért nem számít a felületen adszorbeált tenzid mennyisége? (Miért nem függ a felület méretétől a CMC?) ( Nagytisztaságú anyag, de szennyezett a felülete probléma) CMC(SDS)=8,2 mm A m (SDS)=0,25nm 2 =2,5 10-17 dm 2 V=1dm 3 A=1dm 2 Mikor függene a felületmérettől a CMC? 1dm 1dm 1dm 2 6,6 10-8 mol SDS 1dm 8,2 10-3 mol SDS 17

Tenzidoldat határrétegének szerkezete 7 nm 2 /SDS molekula 0,52 nm 2 /SDS molekula Monoréteg borítottságnál SDS Langmuir 2010, 26, 5462. DTAB C 12 E 10 A: egy reprezentatív SDS a nagy felületi koncentrációjú zónában B: egy reprezentatív SDS a kis felületi koncentrációjú zónában Langmuir, 2014, 30, 10600. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 2518. 18

Hőmérsékelt hatása az ionos tenzidek oldhatóságára és a micellaképződésre Ionos tenzidek oldhatósága a hőmérsékelt növelésével: Kismértékben nő A c tenzid > CMC: ugrásszerűen nő A micellák átlagos tömege a hőmérséklet emelésével általában csökken c tenzid Telített Tenzid oldat + Szilárd tenzid Telített tenzid oldat + Szilárd tenzid + Micellák Micellák + tenzidoldat tenzid oldat Krafft-pont T( C) https://www.stevenabbott.co.uk/practical-surfactants/cloud-krafft.php 19

Hőmérsékelt hatása az nemionos tenzidek oldhatóságára és a micellaképződésre A nemionos tenzidek CMC-je a hőmérséklet növelésére csökken A micellák átlagos tömege a hőmérséklet emelésével általában erősen nő A nemionos tenzidek oldhatósága vízben egy jellemző hőmérséklettől ugrásszerűen csökken Micellaméretnövekedés (zavarosodás) után, fázisszétválás a c tenzid b Micella + Tenzid Tenzid oldat oldat CMC(T) T( C) Micella a micellás oldat tenzid koncentrációja Kétfázisú rendszer Tenzid oldat koncentrációja Tenzid oldat Current Opinion in Colloid & Interface Science, 2016, 22, 23. 20 Physicochemical and Engineering Aspects 2001, 183 185, 95.

Analógia - oldhatóság Térbeli diszkontinuitások kialakulása NaCl tömény oldata (telített oldat 26%, 25⁰C-on) (3M 16 w%) 4M ( 20 w%) 5M ( 25 w%) J. Chem. Phys. 2016, 144, 204126. NaCl perkolációs hálózat 21 https://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/iss/kap_6/illustr/i6_2_2.html

A szolubilizáció Egy olyan anyag oldódása tenzid segítségével, amely tenzidmentesen nem vagy nagyon kis mértékben oldódna be Micellák jelenlétének köszönhető Spontán folyamat https://femina.hu/otthon/kezi_mosas/ a képződő szolubilizátum lehet folyékony vagy szilárd halmazállapotú Tenzid: Szolubilizátum: Apoláris szolubilizátum Amfipatikus szolubilizátum Szolubilizátum molekulái adszorbeálódik a micellafelületen Szolubilizátum molekulái a nemionos tenzidek láncai között helyezkedik el 22

Fázisegyensúlyok L lamellar phase; H 1 hexagonal phase (normal type); H 2 hexagonal phase (reversed type); I 1 isotropic solution (normal micelles); I 2 isotropic solution (reversed micelles); K liquid crystalline phase, presumably with rod-like reversed micelles (non-hexagonal packing Glicerin-monooleát Cetil-trimethilammónium-bromid Biochemical Society Transactions, 2011, 39, 725. 23 Soft Matter, 2012, 8, 11022.

Gyakorlati alkalmazások Nedvesítőszerek Hidrofóbizálószerek Diszpergálószerek Emulgeálószerek Habképzők Mosószerek Overall growth on a volume basis in the major world areas is expected to average almost 3% annually during 2015 20. https://www.ihs.com/products/chemical-surfactants-scup.html http://tudasbazis.sulinet.hu/hu/szakkepzes/kereskedelem-es-marketing/kereskedelmi-es-marketing-modulok/mososzerek/mososzerek-fogalma-osszetetele 24

Kolloid rendszerek (szerkezet alapján) 25

26