Kolloidstabilitás Berka Márta 2010/2011/II
Kolloid stabilitáshoz taszítás kell. Sztérikus stabilizálás V R V S
sztérikus stabilizálás: liofil kolloidok alkalmazása védőhatás adszorpció révén (természetes mesterséges makromolekulák) VS = VM + VVR Két hatás V M Entropic repulsion V VR polimer réteg vastagsága A stabilizációs hatás azon alapszik, hogy extra munka kell a részecskék közelebb viteléhez, a polimerek által meghatározott távolságon belülre..
Térfogat kizárás V T =V A +V S sztérikus + vonzó kölcsönhatás Ha ez a vonzás gyengébb mint a hőmozgás energiája nem koagulál, ha erősebb akkor igen fontos hatás: lánc hossza stérikus taszítás
Sztérikus stabilizálás V T = V A + V S V R =0 Felületi polimer kötődés: 1. nem érzékeny a sókoncentrációra 2. nem vizes közegben is működik 3. koncentrált diszperz rendszerekben is működik nehezen tervezhető és kivitelehető V T Ha ez a vonzás gyengébb mint a hőmozgás energiája nem koagulál, ha erősebb akkor igen.
Sztérikus stabilizálás V T = V A + V S VS = VM + VVR A sztérikusan stabilizált diszperzió annál stabilabb minél jobban oldódik a polimer a közegben. Minél rosszabb az oldószer annál kevésbé stabilizál a polimer. Polimer rossz oldószerben A stabilizáló polimer jó oldószerben Hőmérséklet hatása! ΔG = ΔH TΔS Ha ΔH és ΔS azonos előjelű, akkor a hm.-től függ a stabilitás
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 >V A ~A 121 d/ (48t). Tehát a polimer vastagságnak 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* Olaj -viz 0.5 0.025 Polisztirén-viz 1.05 0.05 Szén-viz 2.8 0.14 TiO 2 -viz 7.0 0.35 * nm
A sztérikus stabilitáshoz szükséges polimer vastagság kt
Configurations of adsorbed polymers amphiphilic hydrophilic hydrophobic Chemical adsorption
Steric + electrostatic stabilization It can be achieved by polyelectrolytes, gelatin, protein... or by charged surface + neutral polymers (caution about zeta potential) V T = V A + V R V T = V A + V R + V S
Érzékenyítés Híd mechanizmus. A felület jó szorbens, a közeg jó oldószer, a polimer borítottság nagyon kicsi, a polimer hosszú A hosszú polimer hídként összeköti a kolloidokat. Ezt a flokkuláló hatást használják pl a víztisztításban. Néhány ppm kationos polielektrolit kicsapja a kolloidot, ami általában negatív. Bizonyos esetekben kis koncentrációkban nem véd hanem érzékenyit a polimer
Liofil kolloidok stabilitása Amint kitűnt a makromolekulás oldatoknál az elektromos kettősréteg kölcsönhatás mellett, a szolvatációnak is jelentős szerepe van. Mindkettő gyengíthető. Izostabilis fehérje, az izoelektromos ph-nál is stabil (nem csapódik ki, pl. zselatin), bár itt a ζ=0, de a hidratáció elég erős, hogy oldatban tartsa. A kisózásukra, a vízelvonáshoz sokkal több só kell, (más oldószerrel is lehet pl. aceton, alkohol). Kolloidvédők, lásd előzőek. Izolabilis fehérjéknél a szolvatáció kisebb, kevésbé liofil az izoelektromos ph-nál kicsapódik (kazein).
Liofil kolloidok stabilitása: kazein The isoelectric point of casein is 4.6.
Liofób kolloidok stabilitása: 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 helyettesítésből. 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 gélszerű, de ha erősen rázzuk folyik. Katasztrofális lavina hatás ingovány, mocsár. Fúró iszap, kezdetben befolyik az üregekbe majd eltömi. Az agyagok nélkülözhetetlenek a papír, ragasztó, kenőcs, kozmetikumok, gumi, és szintetikus anyagok gyártásában. víztisztítás