Strukturális erők

Mérni tudják a folyadékban levő szilárd felületek között ható

erőket a felületek távolságának függvényében (molekulárisan sima csillám felületeken).

Israelachvili-féle erőmérő készülék: “surface force apparatus” = SFA, 0,1 nm és 10^-8 N; 1970-es évek eleje.

(Nagyobb taszító-, vagy nagyobb vonzóerőket mértek, mint amelyek a DLVO-elméletből következnének.)

Kölcsönhatások kísérleti meghatározása

Strukturális erők

http://webusers.physics.uiuc.edu/~alek/598PNM/lecture/Lecture5.pdf

Strukturális erők

Csak empirikus összefüggések ismeretesek (az elnevezés azzal függ össze, hogy ezeket az erőket a lioszféra tömbfázisétól eltérő strukturáltsága idézi elő)

1. Szolvatációs (hidratációs) taszítás:

Jó szolvatáció esetén a (néhány nm vastag) szolvátburok védi a részecskéket az összetapadástól.

2. Hidrofób vonzás:

Csak vízfázisban észlelhető hidrofób felületek között.

Viszonylag nagy (100 nm-es) távolságoknál is hat. Speciális tulajdonsága „nemegyensúlyi” jellege.

Egymáshoz közelítve két hidrofób felületet, a közöttük levő

vízfilm hirtelen instabillá válik, és elszakad (koaguláció a primer energia minimumba).

Az eredő kölcsönhatási energia tehát több tagból állhat:

V_T = V_A + V_R + V_S V_S: strukturális tag

Peptizálás

A peptizálás az aggregált állapot megszüntetését eredményezi.

Lehetőségek:

1. Peptizálás elektrolitokkal: adszorpciós módszer

Potenciálmeghatározó (saját) ionokat tartalmazó elektrolit adagolással létrehozott gél esetén.

„Újra feltöltjük” a szol-részecskéket a peptizátor ionok adszorpciója révén. Pl. vas (III)-hidroxid-gél + sajátion (Fe³⁺ -ionok a FeCl₃-ból).

Előfordulhat, hogy a peptizátort – in situ – oldással állítjuk elő.

Az előbbi gélhez pl. sósavat adunk, mely a gél oldásával a peptizátor (Fe³⁺) kialakulását eredményezi (disszolúciós módszer).

2. Peptizálás dialízissel

(vesekárosodás esetén is alkalmazott módszer a dialízis:

hemodialízis)

Inert elektrolittal aggregáltatott rendszerek esetén.

Eltávolítjuk a koaguláltató ionokat a rendszerből, azaz újra

„megvastagítjuk” az elektromos kettősréteget.

Féligáteresztő membrán alkalmazása. Átengedi a diszperziós közeg molekuláit és a kisebb ionokat, de a gélt alkotó

szolrészecskéket nem.

A féligáteresztő hártyák anyaga:

cellofán – cellulóz alapú (lúgban duzzasztott cellulóz);

szintetikus alapanyagú membránok (pl. poliamid).

Szuszpenziók üledékképzése

Eloszlási állandóság: nincs nincs

Aggregatív állandóság: van nincs

Kötéspontok száma: sok kevés

Felkeverhetőség: rossz jó

Strukturált szuszpenziók gyakorlati jelentősége: gyengén aggregáltatott rendszer, könnyű felkeverhetőség (festékek, gyógyszer- és növényvédőszer szuszpenziók).

Szikes talajok meszezése.

Fajlagos üledéktérfogat meghatározás.

Demonstráció: kvarcpor vízben és hexánban

víz hexán

Stabilizálás - destabilizálás makromolekulákkal és tenzidekkel

Makromolekulák (polimerek) 1. Stabilizálás:

Feltétel:

-a makromolekula adszorbeálódjon a részecske felületén:

védőkolloid hatás (pl. zselatin)

-az adszorpciós réteg telített, és elegendően vastag.

Sztérikus gátlás (semleges makromolekula): a, entropikus b, ozmotikus

2. Destabilizálás A:

A makromolekula adszorbeálódik, de az adszorpciós réteg telítettsége csak kb. 50%-os.

Eredmény: hídképző flokkuláció (“bridging flocculation”) vagy más néven “érzékenyítés”.

Speciális körülmények: aggregáltatás két különböző moltömegű makromolekula halmazzal (“site-blocking” flokkuláció)

Az aggregátumok szerkezete mechanikailag erős.

2. Destabilizálás B:

A makromolekula jól szolvatálódik a diszperziós közegben (tehát nem adszorbeálódik).

Eredmény: kiszorulásos flokkuláció (“depletion flocculation”) Ok: ozmotikus effektus

Az aggregátumok szerkezete mechanikailag gyenge.

A víz kiszorul a részecskék közül.

Hígítja a külső, makromolekulás oldatot.

Tenzidek

Tenzidekkel is stabilizálhatunk és destabilizálhatunk. A hatás függ a közegtől (vizes - nemvizes), a felület állapotától (ionos - nemionos) és a tenzid jellegétől (ionos - nemionos).

Pl.: a tenzid molekula poláris fejcsoportjával a mikrofázis felé (orientáltan) adszorbeálódik, akkor vízben destabilizál,

nemvizes, apoláris közegben pedig stabilizálja a diszperziót.

Az apoláris közegben való stabilizálás analóg a védőkolloid hatással, azaz sztérikus taszításra vezethető vissza.

Vizes fázisban ionos tenzidek alkalmazása áttöltést eredményezhet.

A tenzid, koncentrációjának függvényében, destabilizál, majd magasabb koncentrációnál stabilizál.

Ok: egyszeres, majd kétszeres adszorpciós réteg kialakulása a szilárd mikrofázisok felületén:

Demonstráció: CTAB hatása vizes közegű kaolin-bentonit

szuszpenzió stabilitására. (CTAB: cetil-trimetil-ammónium-bromid)