Diszperziók előállítása

Diszperziók előállítása

1. Dezintegrálás (diszpergálás, dezaggregálás) Munkavégzés szükséges (több új felület) 2. Kondenzálás (nukleáció)

Aktiválási energia kell (új felület)

Diszpergálás

Szilárd anyagok diszpergálása:

Az őrlési körülmények optimalizálása

Szilárd anyagok diszpergálását

elősegítő tényezők:

-idegen anyag -nedves őrlés

-tenzid adalékolása (Rehbinder-hatás)

Újra összetapadnak

Diszperziók előállítása kondenzálással

Csoportosítás:

halmazállapot szerint (pl. gőzfázisú) komponensek száma (oldat)

idegen anyag jelenléte (homogén – heterogén), pl.kondenzcsík (Wilson-féle ködkamra: nukleáció ionokon)

Homogén nukleáció gőzfázisban

Tapasztalat szerint: P > P_

P/P_ = S (túltelítés)

P: gőznyomás, P_: egyensúlyi gőznyomás (adott T-n) T: hőmérséklet

T = áll. d(ΔG)/dr = 0

kritikus gócméret (r_krit) Folyadékcsepp modell: egyetlen gömb alakú csepp

keletkezésére

G = 4 r²  - (4 r³ /3) (RT/V_m) ln (P/P_) felületi tag (+) térfogati tag (-)

r: gócsugár γ: felületi feszültség V_m: folyadék moltérfogata A kondenzált állapot

energetikailag kedvezőbb!

1. Góc keletkezése 2. Góc növekedése

1 2

A túltelítés hatása a kritikus gócméretre

S_krit : 1 db góc/(cm³ s) pl. vízre: 275,2 K-on

S_krit = 4,2 (0,89 nm, 80 molekula)

S növekedésével egyre kisebb aktiválási energia, egyre kisebb kritikus gócméret.

Otthoni

tanulmányozásra

Diszperziók előállítása kondenzálással

Wilson-féle ködkamra: nukleáció ionokon

(Dr. Raics Péter, fénykép) (Dr. Kemenes László, az AtomErőmű című újságban megjelent írásának felhasználásával.

http://www.npp.hu/erdekesseg/kodkamra/kodkamra.htm.)

Nukleáció oldatokban

Befolyásoló tényezők: hőmérséklet, koncentráció, oldhatóság (T és oldószer)

Góckeletkezés sebessége:

v_gk = K [(c-c_o)/c_o ] relatív túltelítettség

Gócnövekedés sebessége:

v_gn = k (c-c_o) abszolút túltelítettség

Diszperzitásfok (1/részecskeméret) : D_  v_gk/v_gn  1/c_o

A csapadék nagyon rossz oldhatósága nem kedvez a szűrhetőségnek!

A méret befolyásolása a relatív túltelítettségen keresztül:

Jelentős mennyiségű kisméretű részecskék előállítása céljából eredményre vezet:

nagy c (koagulálás) vagy kicsiny c_o (oldószercsere).

Demonstráció: kén-szol előállítása oldószercserével

SZOLOK (szuszpenziók) ELŐÁLLÍTÁSA:

HIDROLÍZISES ELJÁRÁSOK

Hidrolizáló sók

pl. Fe(OH)₃ -szol (Graham-módszer)

1. FeCl₃ - oldat szakaszos hidrolízise NH₄HCO₃ -tal 2. Dialízis desztillált vízzel szemben (pH = 4 teljes hidrolízis)

50 g/l, 5 nm-es részecskék

Kontrollált hidrolízis: pl. SiO₂ -szol (Stöber-módszer) Gömb alakú, monodiszperz (szűk méreteloszlású)

Előállítás: Si(EtO)₄ + vizes ammónia-oldat (alkoholban) Hidrolízis, majd kondenzáció (a bázikus ammónia

elősegíti a polikondenzációt is.

Ezért keletkeznek mikrofázisok!)

37 nm 60 nm 95 nm

350 nm

TEM-felvételek

SEM-felvétel

21 4 3 5

2 1 4 3

1 5 3 2

5 4

21 43 5

Az S107 (107nm, hidrofil) minta részlegesen átfedő (1-5 rétegű) LB-filmjei eltérő megfigyelési irányokból fényképezve.

Optikai demonstráció 1

I. Többrétegű LB-filmek mikroszkóp fedőlemezen

A tiltott sáv szélességének méretfüggése különböző félvezetőkre

Félvezetők méretkvantált tulajdonságainak demonstrálása

ZnO-szolok öregedése (3-7 nm) (az abszorbancia méretfüggő )

„Blue-shift” (kék eltolódás)

(Naszályi-Hórvölgyi, 2006)

CdTe: 2-5 nm-es részecskék szolja a fluoreszcencia méretfüggése Ez is blue-shift? Hát hogyne!

H. Weller et al.

Félvezetők méretkvantált tulajdonságainak demonstrálása

1951: Turkevich et al. (citrátos redukció)

A STUDY OF THE NUCLEATION AND GROWTH PROCESSES IN THE SYNTHESIS OF COLLOIDAL GOLD by J. Turkevich, P. C. Stevenson, J. Hillier

DISCUSSIONS OF THE FARADAY SOCIETY (11): 55 (1951)       Times Cited: 1204 

A citrát redukáló és egyben stabilizáló ágens.

Markus Niederberger, 2006 Markus.Niederberger@mpikg.mpg.de

Előállítás redukcióval

Arany kolloid előállítása vízben

Markus Niederberger, 2006 Markus.Niederberger@mpikg.mpg.de

Az arany méretkvantált tulajdonsága (

)

Tömbi arany Színe: arany O.p.: 1064 ^oC

Arany szol Színe:

méretfüggő

A kis méretek hatása a mágneses tulajdonságokra

A, Nagy fajlagos felület:

a mágneses részecskék hidroszoljában számottevő a

hidroszférában levő víz mennyisége (mágneses folyadék)

B, “Single domain” hatás (kb. 10-15 nm-es vas vagy magnetit részecskékben):

a mágnességet okozó spinek egy irányban állnak egyetlen

részecskében (jelentős mágneses hatás): szuperparamágnesesség

Kolloid részecskék alakjának és nagyságának jellemzése

Részecskék alakja

Izometrikus

Gömb Henger Oktaéder

Anizometrikus

Forgási ellipszoid:

oblát („diszkosz”) prolát („szivar”)

Ezek torzult formái:

lamella fibrilla

Fehér azbeszt Kaolinit

Mesterséges előállítás:

elektromos szálképzés

Részecskeméret jellemzése:

Monodiszperz: azonos méretű részecsék halmaza (szűk méreteloszlás)

Polidiszperz: különböző méretű részecskék halmaza (széles méreteloszlás: átlagok és méreteloszlás függvények)

Milyen átlaggal jellemezzük a méretet?

Szám szerinti átlag

: M

= (∑ n

M

)/(∑n

)

Tömeg szerinti átlag

: M

= (∑n

M

)/∑(n

M

)

A polidiszperzitás jellemzése: M_m/M_n (egyenetlenségi tényező) Monodiszperz esetben értéke 1!

Ozmózisnyomás: a részecskék számától függ (kolligatív tulajdonság)!

A szórt fény intenzitása a részecskék méretétől

függ!

Polidiszperz rendszerek méreteloszlása a méret eloszlási függvényekkel jellemezhető

Differenciális méreteloszlás Integrális méreteloszlás Gyakorlás: Rajzolja fel egy szűk- és egy széles méreteloszlású részecskehalmaz függvényeit, valamint egy tridiszperz rendszer összeggörbéjét!

Az részecske méret (alak) vizsgálati módszerei

SEM (pásztázó elektronmikroszkópia)

TEM (transzmissziós elektronmikroszkópia) HRTEM (nagy felbontású TEM)

AFM és STM (atomi-erők- és pásztázó- alagút-mikroszkópia)

Ülepítési módszerek (ultracentrifuga) Ozmózis nyomás

Fényszórás (dinamikus és sztatikus)

Az alak szerepe: aggregáció sebessége, és gélesedés (gélpont), nanoszerkezetű anyagok, bevonatok előállítása.

80 nm-es szilika részecskékre szorbeált 5 nm-es ZnO részecskék, SEM