A mikrofázisok közötti taszító és vonzó kölcsönhatások: DLVO-elmélet
Tárgyalás: részecske-részecske (pár)kölcsönhatások alapján.
Elektromosan stabilizált szolokban kialakuló
kölcsönhatások (a szolstabilitás DLVO-elmélete) DLVO:
D: Derjaguin; L: Landau; V: Verwey; O: Overbeek;
Az elmélet szerint a részecskék között elektrosztatikus (taszító) és diszperziós (vonzó) kölcsönhatás van.
Diszperziós (van der Waals) vonzás:
A különböző mikrofázisokat alkotó atomok, ill. molekulák közötti vonzásból származik (univerzális).
A kölcsönhatásokat páronként összegzik.
London-féle diszperziós vonzás, molekulák között: 1/r6 Két kolloid részecske közötti vonzó kölcsönhatási energia (VA) jóval nagyobb hatótávolságú (H << a):
VA = - (Aa/12H)
A: az összetett (komplex) Hamaker állandó
(mikrofázisok és a diszperziós közeg minőségétől függ).
A Hamaker-állandó értékét megszabják:
A fázisok atomsűrűségei és a polarizálhatóság
H < 0,3 nm végtelen energiák (elvész az összefüggés fizikai tartalma)
Hamaker állandó értéke általában: 10-20 - 10-19 J.
Kondenzált fázis a részecskék között csökkenti ennek értékét. POLARITÁS!
Demonstráció! Durva diszperz kvarc szemcsék aggregációja és ülepedése hexánban, ill. vízben.
Elektrosztatikus taszítás:
Az elektromos kettősrétegek átfedéséből származik:
Elektrosztatikus taszítás:
Az elektromos kettősrétegek átfedéséből származik:
Elektrosztatikus taszítás:
Az elektromos kettősrétegek átfedéséből származik:
Elektromos kettősréteg taszítás:
A kettősrétegek kismértékű átlapolódása esetén:
VR = 2πa(St)2 exp[-H]
(Exponenciális függés a távolságtól!!!)
Analitikus megoldás nem lehetséges, számítása csak egyszerűsítő feltételek mellett lehetséges:
1. 0 = áll. (a kettősrétegek átfedése során a felületi töltéssűrűség állandó és 0 változik) vagy 0 = áll. (és 0 változik).
A felületi töltéssűrűség (0) és a felületi potenciál kapcsolata diffúz kettősrétegek és kis potenciálok esetén:
0 = 0 : a diszperziós közeg abszolút permittivitása.
Az elektrolit töménység () megváltozása módosíthatja a 0 , ill. 0 értékét is. Attól függ, hogyan nyert töltést a felület (disszociáció, adszorpció).
2.0 nagysága (kisebb v. nagyobb mint kT/e; értéke 25,6 mV 25 oC-on.
3. A kölcsönható fázisok geometriája (sík v. gömb)
4. Az elektromos kettősrétegek vastagsága a részecskék méretéhez képest;
a >> 1 v. a << 1
A DLVO-elmélet szerint:
A totális részecske-részecske kölcsönhatási energia:
VT = VR + VA
Stabil szol: Vmax > 10-15 kT Lassú vagy gyors koaguláció Born-taszítás: primer energia minimum (koaguláció)
Főleg nagyobb részecskék esetén:
szekunder energia minimum (flokkuláció)
Aggregáció, aggregatív és eloszlási állandóság
Szuszpenziók (durva diszperziók):
eloszlási állandóság nincs
3/2kT
Kritikus koaguláltató koncentráció (c.c.c. vagy ckoag, cflok):
Definíció.: az ellenionnak (koaguláltató ionnak) a tömbfázisban levő olyan legkisebb koncentrációja, amelynél a lassú koaguláció már gyors koagulációba csap át (Vmax = 0)
A sebessége mérhető:
ultramikroszkóppal vagy abszorbancia méréssel A tapasztalatok szerint:
c.c.c ~ 1/z6
Schulze-Hardy szabály z= 1, 2, 3: 1000:16:1,3
VR + VA = 0 és (dVT/dH) = 0 feltélek alapján a c.c.c.
meghatározható a DLVO- elmélet alapján is (a DLVO-elmélet kísérleti igazolása).
A c.c.c. kísérleti értékei negatív felületi töltésű AgI-szol esetén:
_____________________________________________
Elektrolit c.c.c. [mmol/dm3]
_____________________________________________
LiNO3 165
Ca(NO3)2 2,4
Al(NO3)3 0,067
_____________________________________________
NaNO3 140
KNO3 136
RbNO3 126
_____________________________________________
AgNO3 0,01!
_____________________________________________
Demonstráció!
I
0I
Turbidimetria
0
I I e d
d
Az átmenő fény intenzitása csökken, mert
zavaros lesz a szol az aggregáció következtében
