Transcript Einteilung kolloidaler Systeme

Vorlesung Kolloidchemie I
I.
1.1.
1.2.
II.
Einführung in die „Welt der Kolloide“
Historischer Abriß
Bedeutung und Einordnung heute
Einteilung kolloidaler Systeme
Einteilung kolloidaler Systeme
•
•
•
•
•
•
Nach dem Aggregatzustand
Nach der Wiederauflösbarkeit
Nach der WW mit dem Dispersionsmittel
Nach dem Ladungszustand
Nach der Bindungsart
Nach Substanzklassen
Einteilung nach der Wiederauflösbarkeit
KOLLOIDE
reversibel
-Mizellkolloide
-Molekülkolloide
irreversible
-ionisch geladene
Kolloide
Einteilung nach der Wechselwirkung
mit dem Dispersionsmittel
KOLLOIDE
lyophil
-osmotischer Druck: hoch
-Viskosität: hoch
lyophob
-osmotischer Druck: niedrig
-Viskosität: niedrig
Einteilung nach der Bindungsart
•
•
•
•
Metallische Bindungen
Hauptvalenzbindungen
Semipolare Bindungen
Van der Waals Bindungen
Einteilung nach dem Ladungszustand
KOLLOIDE
elektrokratisch
-elektrische Doppelschicht
solvatokratisch
-Solvathülle
Einteilung nach Substanzklassen
• Dispersionskolloide
• Assoziationskolloide
• Makromoleküle
III. Stabilität kolloidaler Systeme
Stabilität disperser Systeme
• Kolloidales Gold
• Milch
• Creme
 koagulationsstabil
Kolloidal stabiler Zustand
 ist ein koagulationsstabiler
Zustand
Warum sind kolloidale Systeme
stabil ?
Wechselwirkungsenergie – Abstands
Funktion ?
3.1. Zwischenmolekulare Kräfte
•
•
•
•
•
3.1.1. WW zwischen zwei Ionen
3.1.2. WW zwischen zwei permanenten Dipolen
3.1.3. WW mit dipolinduzierten Molekülen
3.1.4. WW zwischen zwei Neutralmolekülen
3.1.5. Atomare Abstoßungskräfte
3.1. Zwischenmolekulare Kräfte
3.1.1. WW zwischen zwei Ionen
Coulomb’sche Gesetz
F r   qA  qB / 4  0  r 2
r
V r     F r  dr  q A  qB / 4  0  r

 z A  zB e2 / 4  0  r
Coulomb - Energie
3.1. Zwischenmolekulare Kräfte
3.1.2. WW zwischen zwei
permanenten Dipolen
Permanenter Dipol
• Alle unsymmetrischen Moleküle stellen
permanente Dipole dar.
Permanenter Dipol
• Zwei gleichgroße elektrische Ladungen
unterschiedlichen Vorzeichens, die einen
Abstand l besitzen, bilden einen
elektrischen Dipol
3.1. Zwischenmolekulare Kräfte
3.1.2. WW zwischen zwei permanenten Dipolen
Dipolmoment:
  q l
-bei beliebiger Orientierung gilt:
V r    A  B / 4  0  r 3 2 cosA  cosB  sin A  sin B  cos 
-bei paralleler Orientierung gilt:
V r   2 A  B / 4  0  r 3
-bei antiparalleler Orientierung gilt:
V r    A  B / 4  0  r 3
bei Rotation durch Wärmebewegung (Keesom):
V r   2 A2  B2 / 3kT 4  0   r 6
2
Keesom - Energie
3.1. Zwischenmolekulare Kräfte
3.1.3. WW mit dipolinduzierten
Molekülen
Induzierter Dipol
• Bringt man ein symmetrisches Molekül in
ein elektrisches Feld der Feldstärke E, so
kann dadurch eine Ladungsverschiebung im
Molekül stattfinden, und es wird ein
Dipolmoment induziert.
3.1. Zwischenmolekulare Kräfte
3.1.3. WW mit dipolinduzierten Molekülen
Dipolmoment:
ind    E
-WW zwischen einem Ion (B) und einem dipolinduzierten Molekül (A):
2

V r    A zB  qB  / 32 2 02  r 4
-WW zwischen einem Molekül mit permanenten Dipol (B) und einem
dipolinduzierten Molekül (A):
V r    A B2 /4   0   r 6
2
Debye - Energie
3.1. Zwischenmolekulare Kräfte
3.1.4. WW zwischen zwei Neutralmolekülen
Ladungsfluktuation durch Elektronenbewegung
zeitlich veränderlicher Dipol
-WW zwischen zwei fluktuierenden Dipolen bedingt
Phasenverschiebung ( = 180°)
V r     / r 6
 = Londonsche Konstante
3 h 01 02
m it  

 01 02
2 01  02
mit  3 / 4 h d 2
(für ungleiche Moleküle)
(für gleiche Moleküle)
- Elektronenfrequenz
h- Plancksches Wirkungsquantum
London- Energie
3.1. Zwischenmolekulare Kräfte
3.1.5. Atomare Abstoßungskräfte
Abstoßung bedingt durch Ladungen der Elektronenhüllen
sowie einen quantenmechanischen Effekt bei der
gegenseitigen Durchdringung von Atomen oder Molekülen
V r   b e

r
k
b, k – Konstanten
Born - Energie
Lennard-Jones-Potential
Born - Abstoßung
Lennard- Jones-Potential
Van der Waals - Anziehung
3.2. Zwischenpartikulare Kräfte
• 3.2.1. Van der Waalssche
Wechselwirkung
Energie-Abstandsfunktion
zwischen Partikeln
• Makroskopischer Ansatz
• Summation der molekularen WW-kräfte
durch Integration über die Volumina
3.2. Zwischenpartikulare Kräfte
3.1.1. Van der Waalssche Wechselwirkung
Londonsche Wechselwirkungsenergie


V    dv  q   / r dv2
v1
2
6
v2
q – Atome pro cm3
1, 2 – Volumina der Teilchen
a) für kugelförmige Teilchen gilt in erster Näherung (für a  d) :
V   A a / 12 d
mit A – Hamaker Konstante A   2  q 2  
a - Partikelradius
d - Abstand zwischen den Partikeln
b) für zwei parallele Platten
V  -A/12d 2  
im Vakuum
3.2. Zwischenpartikulare Kräfte
3.1.1. Van der Waalssche Wechselwirkung
(Berechnung der Hamaker Konstanten)
Zum Einfluß des umgebenden Mediums
auf die Hamaker-Konstante
Näherungsgleichung:

12
A  A101 2  A20
A101 2
12
20
A

2
- Hamaker-Konstante für WW zwischen zwei Teilchen
des dispergierten Stoffes im Vakuum
- Hamaker-Konstante für WW zwischen zwei Teilchen
des Dispersionsmittels im Vakuum
3.2. Zwischenpartikulare Kräfte
3.1.1. Van der Waalssche Wechselwirkung
(Berechnung der Hamaker Konstanten)
Hamaker-Konstante für zwei
verschiedenartiger Teilchen
Näherungsgleichung:
A12   2q1  q2  12
mit 12  1   2