Kolloid kémia Anyagmérnök mesterképzés (MSc) Vegyipari technológiai szakirány MAKKEM 274M Tantárgyi kommunikációs dosszié (TKD) Miskolci Egyetem Műszaki Anyagtudományi Kar Kémiai Tanszék Miskolc, 2014
Tartalomjegyzék 1. Tantárgyleírás, tantárgyjegyző, óraszám, kredit értékek 2. Tantárgytematika (órára lebontva) 3. Vizsgatételek, vizsgáztatás módja. 4. Egyéb követelmények 5. Ajánlott irodalom 2
1. Tantárgyleírás A tantárgy címe: A tantárgy adatai: Félév: Kolloid kémia Anyagmérnök MSc 1 (MAKKEM 274M) Vegyip techn. szakirány A tantárgy típusa: Óraszám / hét: Kreditek száma: Előadás 2+2g 8 A tantárgy felvételének előfeltétele: nincs Tantárgyfelelős és előadó: dr. Lakatos János, egyetemi docens Egyetem / Kar / Intézet / Tanszék: Miskolci Egyetem, Műszaki Anyagtudományi Kar, Kémia Tanszék A tantárgy státusza: Anyagmérnök MSc szak Vegyipari Technológiai szakirány kötelező szakirányos tárgy A tantárgy célja: Megismertetni a hallgatókat a kolloidok főbb típusaival, azok tulajdonságaival előállításuk és megszüntetésük módszereivel. A tantárgy leírása: Kolloid rendszer fogalma, típusai, előállításuk, stabilitásuk, megszüntetésük. Diszperz rendszerek: szolok, szuszpenziók, emulziók, habok, aeroszolok. Asszociációs kolloidok, micella képződés, szolubilizáció. Makromolekulás oldatok, olvadékok sajátosságai. Határfelületi jelenségek: adszorpció, felületi töltés kialakulása és kompenzációja. 3
2. Tantárgytematika Hét Előadás Gyakorlat* 1 A kolloidika fogalma kialakulása, rövid története, jelentősége. Balesetvédelem, Gyakorlatok ismertetése 2 A kolloid állapot. Homogén, kolloid és heterogén rendszer összehasonlítása. Kolloid rendszerek típusai. Diszperz rendszerek vizsgálata a) porhalmaz részecskeméret eloszlásának meghatározása szitaanalízissel (1000-50 m) (Jegyzet 124 old.). Talaj szemcseméret eloszlásának meghatározása iszapolással hidrometeres eljárással. 3 Diszperz rendszerek. Diszperz rendszerek stabilitása, koagulálás, flokkulálás. 4 Szolok, szuszpenziók, előállításuk, stabilitásuk. Jegyzet 29. feladat. Szuszpenzió előállítása és granulometria görbéjének meghatározása ülepítéses módszerrel Andreasen féle módszerrel 50>d>1 m). Jegyzet 28. feladat Kén szol előállítása és vizsgálata. Részecskeméret eloszlásának mérése fotonkorelációs módszerrel. (Malvern nano sizer). Jegyzet 17. feladat. 5 Habok, előállításuk, stabilitásuk. Fémhabok. Emulziók, típusaik előállításuk stabilitásuk megszüntetésük. Kapilláraktív anyagok hatása a víz felületi feszültségére. Traube féle stalagmométeres mérés. Jegyzet.1. feladat. 6 Aero diszperz rendszerek: ködök, füstök, speciális aeroszolok. Keletkezésük, előállításuk, tulajdonságaik, megszüntetésük. A szmog. 7 Liofób kolloidok. Felületi feszültség, nedvesedés, adszorpció. Felületaktív anyagok. 8 Adszorpció szilárd felületen. Az adszorpció műszaki alkalmazásai. Egymással nem elegyedő folyadékok határfelületi feszültségének meghatározása Donnan-féle pipetta segítségével. Jegyzet. 3. feladat CMC meghatározása konduktormetriás titrálással. Jegyzet. 8. feladat. Szalicilsav szolubilizálhatóságaának vizsgálata. Apoláros folyadékok szolubilizálhatóságának vizsgálata. Jegyzet. 10-11. feladat 9 Adszorpció oldatokból. Emulgeátorok hatóképességének vizsgálata. Az emulzió jellegének és átcsapásának vizsgálata. Jegyzet 12.-13. feladat. 10 Asszociációs kolloidok, önrendeződés Gázadszorpció mérése volumetrikus 4
vizes oldatokban, micella képződés, szolubilizáció. 11 Makromolekulás rendszerek jellemzése. Lineáris és térhálós polimerek tulajdonságai: oldódás, duzzadás, folyási viselkedésük. 12 Kolloidok viselkedése stabilitása elektrolit oldatokban. Elektromos kettősréteg. Elektrokinetikai jelenségek. 13 Kolloid rendszerek előfordulása a módszerrel. Fajlagos felület meghatározása Jegyzet. 5. gyakorlat. Adszorpció folyadék fázisból. Híg festékoldatok adszorpciós izotermájának felvétele. Jegyzet. 7. gyakorlat Pótgyakorlat Pótgyakorlat műszaki gyakorlatban. 14 Zh az elméleti anyagból Minimum zh *A hallgatók a gyakorlatokat párokban különböző időpontoknak forgásban végzik. A gyakorlatra történt felkészülés szintje a gyakorlat elején 10 perces zh. írásával történik. A gyakorlatokra a felkészülés a kiadott leírások (segédlet) alapján történik. 5
Minimumkérdések Kolloid kémia tárgyból A kiadott kérdéssorból 10 kérdés kerül kiválasztásra, aláíráshoz ebből 5-öt, a vizsga megkezdéséhez 7-et kell helyesen megválaszolni. 1. Adja meg milyen mérettartományban beszélünk kolloid részecskéről. 2. Mekkora egy atom ill. molekula mérete nm-ben? 3. Milyen két út lehetséges a kolloid részecskék előállítására? 4. Sorolja fel a kolloid rendszerek három fő típusát. 5. A kolloid rendszerek melyik típusába sorolja a szolokat és a szuszpenziókat? 6. Milyen kolloid rendszerben szerepelhet alkotóként a szappanok? 7. Milyen kolloid rendszerben fordulnak elő 10 000 fölötti molekulatömegű molekulák? 8. Kinek a nevéhez fűződik az ultramikroszkp feltalálása? 9. Milyen eleven működik az ultramikroszkóp? 10. Milyen jelenséget felhasználva különböztethet meg egy oldatot és egy kolloid rendszert egymástól? 11. Mi a Thindall jelenség? 12. Milyen színű egy kolloid rendszer, ha a fényszórása független a hullámhossztól? 13. Milyen színű egy kolloid rendszer, ha fényszórása hullámhossz függő? 14. Miért színes egy oldat? 15. Milyen színű egy oldat? 16. Mit jelent az, hogy egy diszperz rendszer lamellás, fibrilláris és korpuszkulláris szerkezetű? 17.Mit nevezünk legkisebb fizikai felületnek? 18. Miért változik lényegesen az anyagok tulajdonsága a méret csökkenéssel a kolloid tartományban? 19. Rajzoljon fel egy differenciális részecskeméret eloszlási görbét. 20. Rajzoljon fel egy integrális részecskeméret eloszlási görbét. 21. Mit jelent a homo vagy monodiszperz vagy heterodiszperz kifejezés, rajzoljon fel mindegyikre egy eloszlásgörbét. 22. Hogyan határozhatja meg egy diszperz rendszer részecskéinek méreteloszlását? Soroljon fel három lehetőséget. 23. Miért nem stabilak a diszperz rendszerek? 24. Mit jelent a diszperz rendszer aggregatív állandósága? 25. Mit jelent a diszperz rendszer térbeli állandósága? 26. Milyen összefüggés írja le egy test szabad esését, 27. Milyen összefüggés írja le egy test mozgását, ha van közegellenállás? 28. Meddig változik egy mozgó test sebessége, ha szabadon esik ill, ha egy közegben mozog? 29. Hogyan függ egy részecske ülepedési sebessége a méretétől? 30. Mit fogalmaz meg a Stokes egyenlet? 31.Mire következtet abból, ha egy diszperz rendszer diffúz vagy éles határfelülettel ülepszik? 32.Hogyan stabilizálhat egy diszperz rendszert? 33. Melyik részecske oldhatósága nagyobb a kicsié vagy a nagyé? Mi ennek a következménye? 34. Miért következik be oldódáson keresztül egy diszperz rendszer feldurvulása (részecskéinek méretnövekedése) 35. Mit jelent az aggregáció? 36. Mit jelent a koalescencia? 37. Milyen erők működnek a kolloid részecskék között? 6
38. Mi a különbség az elektrosztatikus és a sztérikus stabilizáció között? 39. Mit fejez ki a Hamaker állandó? 40.Hol nagyobb egy anyag Hamaker állandója vákuumban, vízben vagy szerves oldószerben? 41.Mit definiál az alábbi mondat: Az egyes specieseket alkotó atomok, molekulák közötti van der Waals kölcsönhatások összege. 42.Milyen két kölcsönhatás viszonya határozza meg a kolloid részecske stabilitását? 43.Rajzolja fel két részecske között fellépő potenciál távolság függvényét. Jelölje be hol stabil a kolloid rendszer. 44.Rajzolja fel egy stabil és egy koaguláló kolloid potenciálfüggvényét. 45. Hogyan függ sók koaguláltató értéke az ionok töltésétől? 46. Mit fogalmaz meg a Hardy-Shultz szabály? 47.Melyik sóból kell kevesebb egy szol koaguláltatásához NaCl-ból vagy AlCl 3 -ból, miért? 48.Mi történhet egy diszperz rendszerrel, ha makromolekulákat ad hozzá? 49. Mikor destabilizál egy diszperz rendszert egy makromolekula? 50. Mikor stabilizál egy diszperz rendszert egy makromolekula? 51. Destabilizálhat egy polimerrel stabilizált rendszert a makromolekula további adagolása? 52. Mi a különbség a hídképző és a töltést semlegesítő flokkuláció között? 53. Mikor stabil egy diszperz rendszer, ha a részecskéinek töltése nagy vagy kicsi? 54.Hogyan keletkezhet egy diszperz rendszer? 55. Hogyan szűnhet meg egy diszperz rendszer? 56.Mit nevezünk asszociációs kolloidnak? 57. Mi a micella? 58. Mit jelent a cmc? 59. Miért felületaktív a felületaktív anyag? 60. Hogyan viszonylik a felület anyag koncentrációja a felületen és az oldatban egymáshoz? 61. Milyen típusú felületaktív anyagokat ismer? 62. Milyen jellemző koncentrációig csökkentik a felületi feszültséget a felületaktív anyagok? 63. Miért különböző a különböző folyadékok felületi feszültsége? 64. Hasonlítsa össze víz és egy alkohol felületi feszültségét? 65. Hogyan változik a víz felületi feszültsége, ha alkoholt elegyít a vízzel? 66. Milyen jelenségek függenek jelentősen a felületi feszültségtől? 67. Hogyan változik a felületi feszültség a hőmérséklettel? 68. Melyik típusú felületaktív anyagnak a legkisebb a cmc-je? 69. Mennyi molekula alkot általában egy micellát? 70. Milyen kolloid rendszerekben kell alkalmaznunk felületaktív anyagot a rendszer stabilizálására? 71. Mit jelent a HLB? 72. Mi határozza meg a micella szerkezetét a fejcsoport nagysága vagy az alkillánc hossza? 73. Mit jelent a szolubilizáció? 74. Mit határoz meg a polimerben a kristályos és az amorf részek aránya? 75. Mi okozza a polimerek rugalmasságát? 76. Milyen lehet határesetekben a polimerlánc alakja? 77. Mivel jellemzik az oldatbeli polimer gombolyag alakját? 78. Mit jelent a theta oldószer és a theta állapot? 79.Mi a különbség a lineáris és a térhálós polimerek duzzadása között? 80. Mikor nagyobb a gombolyag mérete jó vagy rossz oldószerben? 81. Befolyásolja a diszociábilis csoportok léte és disszociációja a gombolyag alakját, hogyan? 82. Adjon meg egy olyan természetes polimert amelyiken disszociábilis csoportok találhatók. 83. Milyen molekulaméret eloszlása lehet egy polimernek? 84. Hogyan frakcionálhat egy polimert? 7
85. Mi a Newtoni folyadék? 86. Mi a nem Newtoni folyadék? 87. Hogyan határozhatja meg egy polimer molekulatömegét? 88. Milyen molekulatömeget határozhat meg egy polimert tartalmazó oldatban? 89. Mit fejez ki a Khun- Mark- Howkins egyenlet? 90. Definiálja a határviszkozitást. 3. Vizsgatételek, vizsgáztatás módja. Az aláírás megszerzésének feltétele az előadások minimum 60%-nak látogatása, az előadás anyát tartalmazó minimumkérdésekből írt zh. megfelelt (50%) szintű teljesítése, valamint a gyakorlatok követelményeinek teljesítése. Gyakorlat követelményei: a gyakorlatok hiánytalan elvégzése (max. két pótlás engedélyezett) A gyakorlatokon írt zh.-k legalább 50 %-nak el kell érni az elégséges szintet, a zh-k és a jegyzőkönyvek jegyeinek átlaga külön - külön el kell érje az elégséges szintet. A vizsga írásban történik. A vizsga a minimumkérdések 70 %-os teljesítésekor kezdhető el. A vizsgázó két feladatlapot kap. A vizsga a feladatlaponkénti 50 %-os teljesítésekor sikeres. Vizsga idő a két lapra 40 perc.. A+B eredménye: 50-60 % elégséges, 60-70 % közepes, 70-80% jó, 80-100% jeles.a vizsgajegy a gyakorlaton szerzett és a vizsgán szerzett jegyek átlaga. Azonos az előadások tantárgytematikájával. Vizsgatételek Kolloid Kémia tárgyból 8
4. Egyéb követelmények 5. Ajánlott irodalom: Patzkó Á.: A kolloidika alapjai. JATE Kiadó, Szegedi Tudományegyetem, Szeged, (1998). Szántó F.: A kolloidkémia alapjai. Gondolat, Budapest (1987). Balázs J. Dékány I. Patzkó Á. : Kolloidkémiai Laboratóriumi Gyakorlatok. JATE Egyetemi jegyzet, Szeged (1983). Csempesz F. (szerk.) Kolloidkémiai Laboratóriumi Gyakorlatok. Semmelweis Kiadó és Multimédia Stúdió (2009). Shaw D. J.: bevezetés a kolloid és felületi kémiába, Műszaki Kiadó Budapest (1986). Barnes G.T., Gentle I. R. Interfacial Science, Oxford University Press, (2005). Miskolc, 2014. január 15. Dr. Lakatos János egyetemi docens, előadó Dr. Gácsi Zoltán egyetemi tanár, dékán 9