Határfelületi elektromos tulajdonságok ( tétel) Előadás: március 11

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

Szilárd-folyadék határfelület Erős elektrolit adszorpció. Berka Márta és Bányai István 2010/2011/II

Adszorpció erős elektrolitok vizes oldataiból

Az elektromos kettős réteg és speciális alakulásai. Bányai István DE Fizikai Kémiai Tanszék

Adszorpció folyadék-szilárd határfelületen /II Bányai István

A kettős réteg speciális alakulása

6. A TALAJ KÉMIAI TULAJDONSÁGAI. Dr. Varga Csaba

Az adszorpció néhány alkalmazása. Kromatográfia: az analitika anyag rövid összefoglalása

Adszorpció folyadékelegyekből 2. Elektrolit oldat

Kolloidkémia 5. Előadás Kolloidstabilitás. Szőri Milán: Kolloidkémia

Bevezetés a talajtanba VIII. Talajkolloidok

Kolloidkémia 8. Előadás Kolloidstabilitás. Szőri Milán: Kolloidkémia

Kémiai kötések és kristályrácsok ISMÉTLÉS, GYAKORLÁS

Anyagvizsgálati módszerek Elektroanalitika. Anyagvizsgálati módszerek

Elektrokinetikus jelenségek Kolloid stabilitás

A kromatográfia típusai

Sillabusz orvosi kémia szemináriumokhoz 1. Kémiai kötések

Kémiai alapismeretek 6. hét

Elektromos alapjelenségek

Kapilláris elektroforézis

HOMOGÉN EGYENSÚLYI ELEKTROKÉMIA: ELEKTROLITOK TERMODINAMIKÁJA

ELEKTROKÉMIA. - elektrolitokban: ionok irányított mozgása. Elektrolízis: elektromos áram által előidézett kémiai átalakulás

ELEKTROKÉMIA. - elektrolitokban: ionok irányított mozgása. Elektrolízis: elektromos áram által előidézett kémiai átalakulás

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

13 Elektrokémia. Elektrokémia Dia 1 /52

Általános Kémia, 2008 tavasz

Termodinamikai egyensúlyi potenciál (Nernst, Donnan). Diffúziós potenciál, Goldman-Hodgkin-Katz egyenlet.

Kolloidstabilitás. Berka Márta 2010/2011/II

KONDUKTOMETRIÁS MÉRÉSEK

Elektronegativitás. Elektronegativitás

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

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

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.

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

Klasszikus analitikai módszerek:

Sav bázis egyensúlyok vizes oldatban

Kapilláris elektroforézis lehetőségei. Szabó Zsófia Országos Gyógyintézeti Központ Immundiagnosztikai Osztály

Vezetők elektrosztatikus térben

Az élethez szükséges elemek

EGY SPECIÁLIS, NEM KONSZOLIDÁLT ÜLEDÉK: A TALAJ

ELEKTROLITOK VEZETÉSÉVEL KAPCSOLATOS FOGALMAK

Oldódás, mint egyensúly

Kémiai reakciók Műszaki kémia, Anyagtan I. 11. előadás

Oldódás, mint egyensúly

Adatgyűjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb műszerei

7 Elektrokémia. 7-1 Elektródpotenciálok mérése

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

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

Kötések kialakítása - oktett elmélet

Ni 2+ Reakciósebesség mol. A mérés sorszáma

Szedimentáció, elektroforézis. Biofizika előadás Talián Csaba Gábor

VÍZKEZELÉS Kazántápvíz előkészítés ioncserés sómentesítéssel

Elektrolitok nem elektrolitok, vezetőképesség mérése

Elektrokémia 01. (Biologia BSc)

Hz U. oldat. R κ=l/ra. 1.ábra Az oldatok vezetőképességének mérése

ZERVES ALAPANYAGOK ISMERETE, DISZPERZ RENDSZEREK KÉSZÍTÉSE

1.7. Felületek és katalizátorok

Szikes talajok kémiai tulajdonságai és laboratóriumi vizsgálata. Filep Tibor

Közös elektronpár létrehozása

Elektro-analitikai számítási feladatok 1. Potenciometria

Sejtek membránpotenciálja

Kémiai alapismeretek 11. hét

Transzportfolyamatok

Elektrokémia 01. Fogalmak, Elektrokémia, Elektroanalitika, Elektródok. Láng Győző

Elektrokémia 01. Fogalmak, Elektrokémia, Elektroanalitika, Elektródok. Láng Győző

Elektrokémiai gyakorlatok

A kémiai egyensúlyi rendszerek

Válasz Prof. Dr. Bárány Sándor Ellentétes töltésű polielektrolitok és tenzidek asszociációja című MTA doktori értekezésre adott bírálatára

Jegyzőkönyv. Konduktometria. Ungvárainé Dr. Nagy Zsuzsanna

Jellemző redoxi reakciók:

Huminsavak és magnetit nanorészecskék kölcsönhatása: a talajoktól a mágneses folyadékokig. Nyergesné Illés Erzsébet

KÉMIA. Kiss Árpád Országos Közoktatási Szolgáltató Intézmény Vizsgafejlesztő Központ 2003

TALAJOK RÉZMEGKÖTŐ KÉPESSÉGÉNEK VIZSGÁLATA OSZLOPKÍSÉRLETEK SEGÍTSÉGÉVEL

3. A kémiai kötés. Kémiai kölcsönhatás

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

Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítı elıadás I.

KÉMIA Kiss Árpád Országos Közoktatási Szolgáltató Intézmény Vizsgafejlesztő Központ 2003

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

A VÍZ OLDOTT SZENNYEZŐANYAG-TARTALMÁNAK ELTÁVOLÍTÁSA IONCSERÉVEL

Szilárd gáz határfelület. Bányai István 2016 DE Fizikai Kémiai Tanszék

Kolloid állapotjelzők. Molekuláris kölcsönhatások. Határfelületi jelenségek: fluid határfelületek

5. elıadás KRISTÁLYKÉMIAI ALAPOK

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

Altalános Kémia BMEVESAA101 tavasz 2008

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.

Diffúzió. Diffúzió sebessége: gáz > folyadék > szilárd (kötőerő)

A XVII. VegyÉSZtorna I. fordulójának feladatai és megoldásai

Membránpotenciál, akciós potenciál

Szívelektrofiziológiai alapjelenségek. Dr. Tóth András 2018

KÉMIA I. RÉSZLETES ÉRETTSÉGI VIZSGAKÖVETELMÉNY A) KOMPETENCIÁK

Határfelületi jelenségek: szétterülés és nedvesítés

Molekulák mozgásban a kémiai kinetika a környezetben

1. feladat Összesen: 8 pont. 2. feladat Összesen: 11 pont. 3. feladat Összesen: 7 pont. 4. feladat Összesen: 14 pont

Elektrokémia kommunikációs dosszié ELEKTROKÉMIA. ANYAGMÉRNÖK NAPPALI MSc KÉPZÉS, SZABADON VÁLASZTHATÓ TÁRGY TANTÁRGYI KOMMUNIKÁCIÓS DOSSZIÉ

A kolloidika alapjai. 4. Fluid határfelületek

Titrimetria - Térfogatos kémiai analízis -

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

TALAJVÉDELEM XI. A szennyezőanyagok terjedését, talaj/talajvízbeli viselkedését befolyásoló paraméterek

A SZILÁRDTEST FOGALMA. Szilárdtest: makroszkópikus, szilárd, rendezett anyagdarab. molekula klaszter szilárdtest > σ λ : rel.

Orvosi Fizika 13. Bari Ferenc egyetemi tanár SZTE ÁOK-TTIK Orvosi Fizikai és Orvosi Informatikai Intézet

Átírás:

Határfelületi elektromos tulajdonságok (1113. tétel) Előadás: március 11

FELÜLETI TÖLTÉSEK KIALAKULÁSA S/L HATÁRFELÜLETEN ioncserélő gyanták (állandó töltés): kation cserélő anion cserélő _ SO 3 H CH 2 N(CH 3 ) 3 OHl Alkalmazás: víz ionmentesítése. Oszlopregenerálás: HCl ill. NaOH oldatokkal.

FELÜLETI TÖLTÉSEK KIALAKULÁSA S/L HATÁRFELÜLETEN felületi funkciós csoportok disszociációja (lehet állandó vagy változó töltés): alacsony ph magas ph erősen savas csoportok: phfüggetlen gyengén savas csoportok: ph függő területigény: (nm 2 /csoport); pk a kevert savas és bázisos csoportok: ph függő pk a1 ; pk a2

ionok specifikus adszorpciója: többértékű ionok polielektrolitok felületi töltés sűrűség többlet: Q s = z i eγ i Γ i pl. latex részecske Ionic ionos Surfactant tenzidek adszorpciós izoterma: Γ i (C i ) C i

FELÜLETI TÖLTÉSEK KIALAKULÁSA S/L HATÁRFELÜLETEN rosszul oldódó ionkristályok (állandó töltés) rokonion adszorpció! ásványi oxidok (változó töltés) Nernst: ψ 0 = I I Ag Ag I I Ag I Ag Ag OH OH OH OH OH Nernst: low ph high ph kt z H e ln (H ) (H ) pzc = 59.2 ph pzc ph ( ) mv ψ = kt Ci 0 ln zi e (Ci ) pzc víz, 25 C = 25.7 mv z i ln C i (C i ) pzc OH 2 2 OH OH OH2 OH O O OH O OH

FELÜLETI TÖLTÉSEK KIALAKULÁSA S/L HATÁRFELÜLETEN izomorf helyettesítés (állandó töltés): Rácskationok helyettesítése hasonló méretű más kationnal: azonos töltés: a rács töltetlen marad kisebb töltés: pl. Al 3 helyettesítése Ca 2 v. Mg 2 ionnal a rács állandó negatív töltést kap nagyobb töltés: pl. Mg 2 helyettesítése Al 3 ionnal a rács állandó pozitív töltést kap Agyagásványok: permanens negatív töltés izomorf szubsztitúcióval; a kompenzáló kationok cserélhetőek Fontos paraméter: Kationcsere kapacitás (mmol/g) (CEC=cation exchange capacity)

alapszerkezeti egységek agyagásványok két alapvető szerkezeti egységből épülnek fel: hidroxil vagy oxigén T: SiO 4 tetraéder O: Al(OH) 6 oktaéder

1:1 (TO) szerkezetű agyagásvány: kaolinit bázislap távolság 7.2 Å réteg Si 4 Al 4 O 10 (OH) 8. Lemezes szerkezetű. A rétegek közötti kötés eredete: van der Waals erők és hidrogénhíd kötés (erős kötés) Interlamelláris duzzadás elhanyagolható. Szélesség: 0.1~ 4µm, vastagság: 0.05~2 µm 17 µm

2:1 (TOT) szerkezetű agyagásvány: montmorillonit n H 2 Okationok 5 µm Si 8 Al 4 O 20 (OH) 4 nh 2 O (elméleti összetétel). Filmszerű morfológia. Erőteljes izomorf helyettesítés jellemzi: az alumínium és a szilícium helyett más kationok épülnek be a rácsba: ez töltésdefektet idéz elő. A lamellák töltése negatív. n H 2 O és cserélhető kationok találhatók a rétegek között, a bázislap távolság 9.6 Å és között változik (erőteljes duzzadás, akár delamináció). A rétegek közötti kötés eredete: van der Waals erők és cserepozícióban lévő interlamelláris kationok (gyenge kötés) Interlamelláris expanzió/duzzadás jelentős; számos gyakorlati alkalmazás ezen alapul. Szélesség: 12 µm, vastagság: 10 Å ~1/100 szélesség

2:1 (TOT) szerkezetű agyagásvány: illit kálium 7.5 µm K Si 8 (Al,Mg,Fe) 4~6 O 20 (OH) 4 (K,H 2 O) 2. Megjelenése pehelyszerű. Alapszerkezete a csilláméhoz hasonlóthe basic structure is very similar to the mica, so it is sometimes referred to as hydrous mica. Illite is the chief constituent in many shales. Al 3 ionok helyettesíthetik az Si 4 ionokat a tetraéderes rétegekben, és Mg 2 vagy Fe 3 ionok helyettesíthetik az Al 3, ionokat az oktaéderes rétegekben. Ennek következménye a rétegek töltésüdefektje, a lamellák töltése negatív. A lamellák negatív töltését K ionok kompenzálják a rétegek közötti térben. A K ionok méretüknél fogva éppen beilleszkednek a tetraédered réteg hexagonális üregeibe, és ezért az interlamelláris kötés nagyon erős. A bázislaptávolság értéke 10 Å, nincs duzzadás Szélesség: 0.1~ néhány µm, vastagság: ~ 30 Å

Kationcsere kapacitás (CEC = cation exchange capacity) értéke......nagy...kicsi 2 2 2

agyagásvány részecskék élei OH csoportokat hordoznak; változó töltésű felület; az élek töltése a közeg phjától függ MOH H = MOH 2 (protonálódás) MOH OH = MO H 2 O (deprotonálódás) M: metal M M M O O O H H H Pl. kaolinit részecskék éleinek töltése pozitív savas közegben, de negatív bázikus környezetben _

agyagásványok összehasonlítás: fajlagos felület és CEC ásvány kaolinit illit montmorillonit fajlagos felület (m 2 /g) 1020 80100 800 CEC (meq/100g) 310 2030 80120

a kation koncentráció a részecske felülettől vett távolsággal csökken: agyagásvány részecske kationok kettős réteg szabad víz ffree water

AZ ELEKTROMOS KETTŐSRÉTEG Helmholtz modell (1879) (sík kondenzátor) GuoyChapman modell (1914) (diffúz kettősréteg) Határfelületi elektromos tulajdonságok:

A GUOYCHAPMAN KETTŐSRÉTEG Feltevések: 1. a felületi töltés nem lokalizált 2. az ionok pontszerű töltések 3. ion adszorpció nem specifikus 4. a relatív permittivitás állandó x C (x) C (x) ψ(x) ψ 0

A diffúz elektromos kettősréteg vastagsága (GuyChapmann modell) ψ 0 C (x) C (x) x ψ(x) ψ ψ 0 /e ψ 0 δ Potenciál profil ψ(x) =ψ 0 e κx x 1 κ = const ε k I T = δ (Debye hossz)

ION KONCENTRÁCIÓ PROFILOK C i (x) = Cexp z e i kt ψ 0 exp κ x ( ) víz, 25 C: ion koncentráció, mol/l kettősréteg vastagsága Cl anionok Na kationok κ 1 0.30 z C(M) nm 0 < κ 1 < 1000 nm tipikusan, 0 < κ 1 < 100 nm felülettől számított távolság, Å

ELEKTROLIT KONCENTRÁCIÓ HATÁSA A KETTŐS RÉTEG VASTAGSÁGÁRA állandó potenciálú felület, Ψ o =25 mv állandó töltéssűrűségű felület, σ o =5.674 mcoul/m 2 a felülethez tartozó érintő arányos a felületi töltéssűrűséggel felülettől számított távolság, Å felülettől számított távolság, Å

többértékű ionok polielektrolitok felületi töltés sűrűség többlet: Q s = z i eγ i Γ i pl. latex részecske Ionic ionos Surfactant tenzidek adszorpciós izoterma: Γ i (C i ) C i ψ δ ψ Qs εε κ ψ = δ 0 = δ 0 0 zieγi εε κ 0

Potenciálesés az elektromos kettősréteg diffúz részében és vastagságának változása az ionerősséggel

DEBYEHOSSZ ÉS TÖLTÉSSZÁM Debyehossz κ 1, (nm) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 11 elektrolit 22 elektrolit 33 elektrolit 0 10 5 10 4 10 3 10 2 10 1 10 0 10 1 Elektrolit koncentráció (M) Nagyobb vegyértékű ionok hatékonyabban árnyékolják le a felület töltését

δ ψ St ψ 0 ψ(x) felületi potenciál Stern potenciál Stern réteg ( tapadó réteg ) Stern réteg vastagsága A STERN MODELL (1924) x Ste = (x) κ ψ ψ

Stern réteg diffúz kettősréteg egyensúlyi oldatfázis (tömbfázis) Potenciál (J.C 1 ) felülettől vett távolság (nm)

Az elektrokonetikai = zeta (ζ) potenciál a felületi potenciál (Ψ o ), a Stern potenciál (Ψ St ), Ψ(1/κ)= Ψ St /e és az elektrokinetikai (ζ) relációja!!! a gyakorlatban: Ψ St. ζ

Az elektrokonetikai = zeta (ζ) potenciál

A felület áttöltődésének jelensége három (ill. több) értékű elektrolitok jelenlétében

ELEKTROKINETIKAI JELENSÉGEK I. Külsőleg alkalmazott elektromotoros erő (EMF) mozgást generál 1. a folyadék fázis mozgásba jön, a szilárd fázis stacionárius 2. a szilárd fázis mozgásba jön, a folyadékfázis áll ELEKTROOZMÓZIS ELECTROFORÉZIS II. Külsőleg előidézett mozgás elektromotoros erőt generál 1. folyadékot kényszerítünk át porózus szilárd testen 2. szilárd részecskék irányított mozgása folyadékközegben ÁRAMLÁSI POTENCIÁL ÜLEPEDÉSI POTENCIÁL

ELEKTROOZMÓZIS v elo (elektroozmotikus sebesség) elektrolit oldat üvegkapilláris; töltött felületű porózus test

elektroozmózis mérésének elve: porózus dugó mérő elektródok munka elektródok levegő buborék (V elo tipikus értéke néhány mm/perc)

ELEKTROFORÉZIS y x v elf (elektroforetikus vándorlási sebesség) töltött felületű kolloid részecske Kolloid diszperziókra jellemző

ζ potenciál mérése mikroelektroforézissel fényforrás mikroszkóp elektroforézis mérőcella u Elektroforetikus mobilitás elf = V E elf x [=] ( m/s) (V/cm) = u elf µ εε µ 0 ζ ζ = 3 2 u elf µ εε Smoluchowski Equation 0 Hückel Equation

Elektroforetikus mobilitás mérése mikroelektroforézis készülékkel áramlásos cella

ÁRAMLÁSI POTENCIÁL nyomás pl. üvegkapilláris i steady state állapotban: E = áramlási potenciál i = áramlási áram

Dorn Effect ÜLEPEDÉSI POTENCIÁL (Dorneffektus) elektród ülepedő részecskék E elektród E = áramlási potenciál

FELÜLETEK KÖZÖTT HATÓ VONZÓERŐK: ADHÉZIÓ adhézió: felületek közötti vonzás van der Waals erők következménye (hosszútávú kölcsönhatás) minél jobban nedvesíti a közeg a felületet, annál kisebb az adhézió minél kisebb az elektrokinetikai potenciál, annál nagyobb az adhézió