Sztérikus stabilizálás. Bányai István 2011-12/2.



Hasonló dokumentumok
Kolloidstabilitás. Berka Márta 2009/2010/II

Sztérikus stabilizálás. Bányai István /2.

Sztérikus stabilizálás. Bányai István 2014/2.

Kolloidok stabilizálása. Bányai István 2015/1.

Kolloidstabilitás. Berka Márta 2010/2011/II

Elektrosztatikus és sztérikus stabilizálás. Bányai István és Novák Levente /2. félév

A kolloidika tárgya, a kolloidok osztályozása rendszerezése. Bányai István

A kromatográfia típusai. Az analitika anyag rövid összefoglalása

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

A kolloidika tárgya. Miben mások a kolloid rendszerek? A kolloid rendszerek osztályozása, jellemzése.

Reológia 2. Bányai István DE Kolloid- és Környezetkémiai Tanszék

Kolloidok stabilizálása. Bányai István 2016/1.

Kolloidkémia előadás vizsgakérdések

Szolok (szilárd lioszolok S/L), xeroszolok (*/S szilárd közegőek), gélek II. Bányai István.

A borok tisztulása (kolloid tulajdonságok)

Felületi jelenségek. Gáz folyadék határfelület. γ V 2/3 = k E (T kr -T) Általános és szervetlen kémia 8. hét. Elızı héten elsajátítottuk, hogy

Kolloidkémia előadás vizsgakérdések

MTA DOKTORI ÉRTEKEZÉS

Szolok (szilárd lioszolok S/L), xeroszolok (*/S szilárd közegűek), gélek II. Bányai István.

Polikondenzációs termékek

SZAKÁLL SÁNDOR, ÁsVÁNY- És kőzettan ALAPJAI

Kolloid kémia Anyagmérnök mesterképzés (MSc) Vegyipari technológiai szakirány MAKKEM 274M

MTA DOKTORI ÉRTEKEZÉS TÉZISEI

Épületvillamosság laboratórium. Villámvédelemi felfogó-rendszer hatásosságának vizsgálata

Kolloidstabilitás. Berka Márta. 7. előadás 1

A jelenség magyarázata. Fényszórás mérése. A dipólus keletkezése. Oszcilláló dipólusok. A megfigyelhető jelenségek. A fény elektromágneses hullám.

Diszperz rendszerek. Kolloid rendszerek. Kolloid rendszerek

A Tömegspektrométer elve AZ ATOMMAG FIZIKÁJA. Az atommag szerkezete (40-44 oldal) A tömegspektrométer elve. Az atommag komponensei:

Tevékenység: Olvassa el a fejezetet! Gyűjtse ki és jegyezze meg a ragasztás előnyeit és a hátrányait! VIDEO (A ragasztás ereje)

Doktori értekezés KATIONOS POLIELEKTROLITOK ÉS ANIONOS TENZIDEK KÖZÖTTI KÖLCSÖNHATÁS

Reológia, a koherens rendszerek tulajdonságai

Folyadék-gáz, szilárd-gáz folyadék-folyadék és folyadék-szilárd határfelületek. Adszorpció és orientáció a határfelületen. Adszorpció oldatból és

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Asszociációs kolloidok

Kolloidkémia 8. Előadás Kolloidstabilitás. Szőri Milán: Kolloidkémia

6. A TALAJ KÉMIAI TULAJDONSÁGAI. Dr. Varga Csaba

Atomfizikai összefoglaló: radioaktív bomlás. Varga József. Debreceni Egyetem OEC Nukleáris Medicina Intézet Kötési energia (MeV) Tömegszám

B1: a tej pufferkapacitását B2: a tej fehérjéinek enzimatikus lebontását B3: a tej kalciumtartalmának meghatározását. B.Q1.A a víz ph-ja = [0,25 pont]

Kolloidkémia 5. Előadás Kolloidstabilitás. Szőri Milán: Kolloidkémia

Kémia. Tantárgyi programjai és követelményei A/2. változat

A POLIELEKTROLIT/TENZID ASSZOCIÁCIÓ SZABÁLYOZÁSA NEMIONOS TENZIDEK ÉS POLIMEREK SEGÍTSÉGÉVEL

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

Anyagszerkezet és vizsgálat. 3. Előadás

Elektrokinetikus jelenségek Kolloid stabilitás

SZAKÁLL SÁNDOR, ÁsVÁNY- És kőzettan ALAPJAI

A biológiai membránok szerkezete és működése. Biológiai alapismeretek

Reológia, a koherens rendszerek tulajdonságai

REOLÓGIA, A KÖLCSÖNHATÁSOK ÖSSZESSÉGE

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Trigonometria

Adszorpció folyadék-szilárd határfelületen. 2015/I Bányai István

Bevezetés a lágy számítás módszereibe

KÜLÖNBÖZŐ ADALÉKOK HATÁSA AZ ELLENTÉTES TÖLTÉSŰ POLIELEKTROLITOK ÉS TENZIDEK ASSZOCIÁCIÓJÁRA

Molekuláris motorok működése

7.4. Tömény szuszpenziók vizsgálata

Az aktiválódásoknak azonban itt még nincs vége, ugyanis az aktiválódások 30 évenként ismétlődnek!

KÉMIA. Kémia a gimnáziumok évfolyama számára

A kolloidika tárgya, a kolloidok osztályozása rendszerezése. Bányai István DE Fizikai Kémiai Tanszék Gyógyszerész

1. Feladatok a dinamika tárgyköréből

Házi dolgozat. Minta a házi dolgozat formai és tartalmi követelményeihez. Készítette: (név+osztály) Iskola: (az iskola teljes neve)

Fa- és Acélszerkezetek I. 5. Előadás Stabilitás I. Dr. Szalai József Főiskolai adjunktus

A kromatográfia típusai

A szilárd állapot. A szilárd állapot. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

helyébe beírva az előző egyenlet összefüggését: p 2 *V 1 = p 1 *(T 2 ), azaz (p 2 )/T 2 = (p 1 = V/n) p*v m = Pa, ekkor a V m p*v = (m/m)*r*t

Vektorok összeadása, kivonása, szorzás számmal, koordináták, lineáris függetlenség

Programozás I gyakorlat

KÉMIA évfolyam (Esti tagozat)

Ragasztás, ragasztóanyagok

Liofil kolloidok stabilitása

[GVMGS11MNC] Gazdaságstatisztika

Ragasztás, ragasztóanyagok. Kötés kialakulása kémiai úton. Kötés kialakulása kémiai úton. Kötés kialakulása kémiai úton

Kémia kerettanterve a Német Nemzetiségi Gimnázium és Kollégium évfolyama számára

6. A kémiai kötés fajtái

Doktori (Ph.D.) értekezés tézisei. Cink-oxid nanorészecskék és hibrid vékonyrétegek optikai, szerkezeti és fényelektromos tulajdonságai

Haladó fizikai kémia gyakorlatok II.

FENNTARTHATÓ FEJLŐDÉS

Orvosi implantátumok anyagai

Agyagásvány szuszpenziók flokkuláltatása hidrolizáló sókkal, tenzidekkel, polimerekkel, ezek elegyeivel, és a képződött aggregátumok szilárdsága

Mosószerek a 21. században Alkímia ma előadássorozat

TÁMOP F-14/1/KONV Anyagátadási ADSZORPC IÓ

Mágneses szuszceptibilitás vizsgálata

Szigetelők Félvezetők Vezetők

A nyugalomban levő levegő fizikai jellemzői. Dr. Lakotár Katalin

A robbanékony és a gyorserő fejlesztésének elmélete és módszerei

Ahol az áramtól átjárt vezetőre (vagy mágnestűre) erő hat. A villamos forgógépek, mutatós műszerek működésének alapja

Kationos tenzidek membrán affinitásának jellemzése lipid monoréteg modell segítségével

Kombinatorika. 9. előadás. Farkas István. DE ATC Gazdaságelemzési és Statisztikai Tanszék. Kombinatorika p. 1/

Az elektromágneses anyagvizsgálat alapjai

A döntő feladatai. valós számok!

Amit a Hőátbocsátási tényezőről tudni kell

Elhelyezési és kezelési tanácsok

FELKÉSZÍTÉS AZ EMELTSZINTŰ KÉMIA ÉRETTSÉGIRE 11. ÉVFOLYAM ÉVES ÓRASZÁM: 72 HETI ÓRASZÁM: 2

Az anyagok mágneses tulajdonságai

KÉMIA TANMENETEK osztályoknak

Véleményezési határidő: november 26. Véleményezési cím:

EGÉSZTESTSZÁMLÁLÁS. Mérésleírás Nukleáris környezetvédelem gyakorlat környezetmérnök hallgatók számára

2. A MIKROBÁK ÉS SZAPORÍTÁSUK

Bár a digitális technológia nagyon sokat fejlődött, van még olyan dolog, amit a digitális fényképezőgépek nem tudnak: minden körülmények között

DOKTORI ÉRTEKEZÉS TÉZISEI HÁROMFÁZISÚ MEGOSZLÁS ALKALMAZÁSA ÉLELMISZERFEHÉRJÉKVIZSGÁLATÁBAN

1. Asszociációs kolloidok

Analízis elo adások. Vajda István október 3. Neumann János Informatika Kar Óbudai Egyetem. Vajda István (Óbudai Egyetem)

Átírás:

Sztérikus stabilizálás Bányai István 2011-12/2.

Kolloid stabilitáshoz taszítás kell. Elektrosztatikus stabilizálás V R V S

Ez a kép most nem jeleníthető meg. Kolloid rendszerek (szerkezet alapján) diszperziós k. szolok inkoherens rendszerek önálló részecskék makromol. kolloid oldatok asszociációs koherens (kohézív) rendszerek Diszperziós, makromolekulás, asszociációs kolloidokból kialakuló porodin (pórusos) Retikuláris (hálós) Spongoid (szivacsszerű) szerkezetű, gélek, halmazok és pórusos testek diszperziós makromolekulás asszociációs liofób liofil liofil (IUPAC ajánlás) korpuszkuláris fibrillás lamellás izodimenziós szálas hajtogatott hártya, lemezes 3

Két töltött gömb közötti eredı kölcsönhatás A kölcsönhatási potenciál az elektrosztatikus taszítás és a vonzás eredője a DLVO elmélet szerint: V T [J] V T = V A + V R H V A ( H) Aa 12H Az elektrosztatikusan stabilizált rendszer érzékeny a felszíni potenciál értékére (ζ~ψ~ ph, saját ion) és az ionerısségre (κ, z). R 2 2 2 ( ) ( ) γ exp( κ ) V H a kt z H γ = zeψ St exp 1 2kT zeψ St exp + 1 2kT Figyeljünk a szélső értékekre!

Eredı kölcsönhatás [J] Kinetikailag stabil a szol, ha V max >>kt azaz V max /kt>>0 Minél magasabb a gát annál kevesebb részecske jut át rajta, potenciál gátolt koaguláció. Az elektrosztatikusan stabilizált rendszer érzékeny a felszíni potenciál értékére (ζ~ψ~ ph, saját ion) és az ionerősségre (κ, z). H [m] szol Gél csapadék Szol-gél átalakulás: Idıben egyre több részecske ütközik, és kerül a másodlagos minimumba, a gyenge vonzóerı hatására az adott távolságban marad, azaz kapcsolódik. Ha ezek a kötéspontok az egész térfogatra kiterjednek, akkor a rendszer gélesedik. A gél egy kvázi szilárd rendszer, alakállandó, amit ebben az esetben fizikai térhálósodás okoz, de könnyen (a másodlagos minimum mélysége kicsi ~1-2kT) átmegy folyékonnyá.

A koaguláció sebessége, a A Smoluchowski egyenlet szerint a koaguláció sebessége stabilitási arány a részecske szám, N p csökkenésébıl: dn p = dt k N d 2 p k d a diffúzió kontrolált gyors koaguláció sebességi állandója k s a lassú gátolt diffúzió sebességi állandója A stabilitási arány: Ha nincs energia gát akkor az ütközés gyakoriságát, a koaguláció sebességét a diffúzió és a koncentráció szabja meg: dn p 2 = 8π Da N p = vgyors dt k = = az ütközések száma d W k s az eredményesütközések száma Egy diszperzió stabilitása nı: ha a méret nı, ha a zéta potenciál nı(ζ >25mV), csökken a Hamaker állandó, csökken az ionerısség, csökken a hımérséklet. http://members.lycos.co.uk/ququqa2/fractals/rla.html http://apricot.polyu.edu.hk/~lam/dla/dla.html

koaguláció [J] κ1< κ2 Mi az a só koncentráció (k vagy n 0 ) amelynél éppen eltőnik a taszítás (potenciálgát)? Ekkor minden ütközı részecske összetapad, csapadék válik ki.

Kritikus koaguláltató koncentráció Mi az a só koncentráció (κ vagy n 0 ) amelynél éppen eltűnik a taszítás (potenciálgát)? Ekkor minden ütköző részecske összetapad. Ha a potenciál gát V max (J) ( sokkal nagyobb mint a kinetikus energia kt akkor a rendszer stabil. Amikor nincs energiagát, akkor minden ütközı részecske összetapad: gyors koaguláció. A koaguláció valószínősége ütközéskor W=1

Kolloid stabilitáshoz taszítás kell. Sztérikus stabilizálás V R V S

Sztérikus stabilizálás (V s ) Védıhatás (taszítás) adszorpció révén (természetes mesterséges makromolekulák, vagy amfifilek), amelyek a közeggel is kölcsönhatásba kerülnek, pl. hidratálódnak. Három összetevıje van - entrópia hatás (konformációs S) - ozmotikus hatás - entalpia hatás polimer réteg vastagsága A stabilizációs hatás azon alapszik, hogy munka kell a részecskék közelebb viteléhez, a polimerek által meghatározott távolságon belülre. Azon kívül nem lép fel. Jelentısége: Élelmiszeripar, fızés (halászlé, pörkölt) rostos gyümölcslevek, kakaó

A hatások részletezése Entrópia-hatás az adszorbeált molekuláknak csökken a mozgási szabadsági fokuk, ha átfednek ( S<0) stabilizál hatótávolság H <2r mértéke nı ha nı a lánchossz, ha nı az adszorbeált mennyiség van vonzó komponense is: a térfogatkizárás

Az ozmotikus hatás µ = RT solvent ln c c zárt tömb A két részecskén szorbeálódott kolloidok (makromolekulák, amfifil molekulák) egymás szférájába hatolva oldószert szorítanak ki. Ennek kémiai potenciálja kisebb lesz a két részecske közötti térben, tehát oldószer áramlik be a két részecske közé taszítva azokat egymástól.

Entalpia hatás Ha jó oldószer van jelen, akkor a távozó vízmolekulák energetikailag kevésbé stabilisabb állapotba kerülnek. Ez taszító potenciált eredményez.

Sztérikus stabilizálás, ha vonzó hatás a Van der Waals hatáson kívül nincs Felületi polimer kötıdés: 1. nem érzékeny a sókoncentrációra 2. nem vizes közegben is mőködik 3. koncentrált diszperz rendszerekben is mőködik nehezen tervezhetı és kivitelezhetı Ha ez a vonzás gyengébb mint a hımozgás energiája nem koagulál, ha erısebb akkor igen.

Ismétlés: Hamaker-hatás A van der Waals vonzás részecskék között vákuumban Atomok vagy molekulák közötti vonzás vákumban: r E β r J 6 A ~ 11, A diszperziós kölcsönhatás additivitása miatt a vonzás nagyobb részecskék között is működik, függ a geometriától. Két a sugarú gömb esetében H távolságban a vonzó kölcsönhatás V A, J: Téglatesteknél: V A H A H 2 H A Hamaker állandó, J a V A ( H) Aa 12H

A térbeli stabilitás feltétele A diszperzió akkor stabil, ha a kinetikus energia nagyobb, mint a részecskék közötti vonzás ütközéskor. Ez a kritérium akkor teljesül, ha elég messze vannak egymástól, ahol már a vonzás kicsi. Azaz az energiamérleg: kt >A 121 d/ (48t). Tehát a polimervastagságnak a részecske körül t, az átmérőtől d függően nagyobb kell, hogy legyen mint: t >A 121 d / (48kT) Aa VA( H) 12H A 121 ( 10-21 ), J A 121 /48kT, nm Olaj -viz 0.5 0.025 Polisztirol-viz 1.05 0.05 Szén-viz 2.8 0.14 TiO 2 -viz 7.0 0.35

Titánia gömbök

A sztérikus stabilitáshoz szükséges polimer vastagság becslése kt A részecske átmérı polimer nélkül

Sztérikus + elektrosztatikus stabilizaáció Polielektrolitok (pl. fehérjék, zselatin) szorpciója - Semleges polimerekkel stabilizált töltött kolloid) V Teljes = V A + V R V Teljes = V A + V R + V S Bizonyos esetekben kis koncentrációkban nem véd hanem érzékenyit a polimer

Érzékenyítés A következı kombináció hosszú polimer, kis koncentrációban jó oldószerben, erıs adszorpció alkalmazás víztisztítás (Fe y (OH) (x-3y) x ) Néhány ppm-nyi kationos polielektrolit flokkuláltatja a kolloidot.

Liofil kolloidok stabilitása Amint kitőnt a makromolekulás oldatoknál az elektromos kettısréteg kölcsönhatás mellett, a szolvatációnak is jelentıs szerepe van. Mindkettı gyengíthetı. Izostabilis fehérje, az izoelektromos ph-nál is stabilis (nem csapódik ki, pl. zselatin), bár itt a ζ=0, de a hidratáció elég erıs, hogy oldatban tartsa. A kisózásukra, a vízelvonáshoz sokkal több só kell, (más oldószerrel is lehet pl. aceton, alkohol). Izolabilis fehérjéknél a szolvatáció kisebb, kevésbé liofil az izoelektromos ph-nál kicsapódik (kazein).

Ez a kép most nem jeleníthető meg. Kolloid rendszerek (szerkezet alapján) diszperziós k. szolok inkoherens rendszerek önálló részecskék makromol. kolloid oldatok asszociációs koherens (kohézív) rendszerek Diszperziós, makromolekulás, asszociációs kolloidokból kialakuló porodin (pórusos) Retikuláris (hálós) Spongoid (szivacsszerű) szerkezetű, gélek, halmazok és pórusos testek diszperziós makromolekulás asszociációs liofób liofil liofil (IUPAC ajánlás) korpuszkuláris fibrillás lamellás izodimenziós szálas hajtogatott hártya, lemezes 22

Liofil kolloidok stabilitása: kazein A sajt és joghurt gyártásakor a kiindulási állapotban a ph 6-7 között van (tej). Savanyításra koagulál (a laktóz (tejcukor) fermentációja tejsavat erdeményez (dairy technological developments). Az izoelektromos pont ph-ja: 4,6. http://www.foodsci.uoguelph.ca/dairyedu/h ome.html

Kazein micella A többi (α) kazein a leg- hidrofóbabb fehérje a lánc szénhidrátokból (galaktóz-glükóz=laktóz) áll

A kazein micella részletei

A tej

A zsírcseppek szerkezete

A tej

Liofób kolloidok stabilitása, érdekesség: agyagok (montmorillonit) High salt conc A montmorillonit részecskék delaminációja vizes diszperzióban egyedi szilikát rétegekre alkáli ellenionok esetében kis (kb. 0.2 M) sókoncentrációnál. Az éleken ph-val változó töltés, a lapokon állandó töltés az izomorf helyettesítésbıl. G. Lagaly, S. Ziesmer / Advances in Colloid and Interface Science 100 102 (2003) 105 128 119

10 million tons of bentonites are used per year Kártyavár szerkezet, pozitív élek és negatív lapok összeállnak Ha gyengén megrázzuk gélszerő, de ha erısen rázzuk folyik. Katasztrofális lavina hatás ingovány, mocsár. Fúró iszap, kezdetben befolyik az üregekbe majd eltömi. Az agyagok nélkülözhetetlenek a papír, ragasztó, kenıcs, kozmetikumok, gumi, és szintetikus anyagok gyártásában. víztisztítás

Good adsorbent, good solvent, (very) low polymer density, (very) long polymers The long polymers bind the colloids together in open flocs. Application: water purification (in practice, a few ppm of cationic polyelectrolyte is added, since most natural colloid surfaces are negative) Good solvent, non-adsorbing polymers released solvent volume from overlapping surface layers Chains are expelled from surface layer with thickness ~R g.when two colloids meet in close contact, the total amount of accessible volume (for the polymer) is increased, hence the translational entropy is increased, and thus the colloidal dispersion is destabilized