TFKI 30 Yt och kolloidkemi YT OCH KOLLOIDKEMI

Transkript

1 TFKI 30 Yt och kolloidkemi YT OCH KOLLOIDKEMI 2006

2 Vad är Yt-och kolloidkemi? Papper Rengöring Livsmedel Färg

3 Hur beskrivs systemen med termer från yt-och kolloidkemi? Ex livsmedel Margarin vattenkulor och fettkristaller i en kontinuerlig fas av flytande olja Glass fettkulor och luftblåsor i en kontinuerlig fas av is Ex papper Mäld en dispersion (suspension) av fiberfragment och fyllmedel Ex färg Latexfärg pigmentpartiklar och bindemedelsdroppar i en vattenfas

4 Översikt Kapitel 1 (kolloidala system) Varför yt- och kolloidkemi? Vad är kolloidala partiklar? Vad är kolloidala system? Kapitel 2 (kinetik) Hur rör sig kolloidala partiklar? Hur kan man bestämma storlek och form? (sedimentation, ultracentrifugering, osmotiskt tryck) Kapitel 3 (optiska egenskaper) Hur kan man studera kolloidala partiklar? Hur kan man bestämma storlek och form? Hur kan man studera ytor?

5 Kapitel 4 (fast fas-vätska) (vätska-vätska) Vad är ytspänning och gränsskiktsspänning? Vad är tensider och vilka egenskaper har de? Hur ser det ut i gränsytan och hur kan denna studeras? Kapitel 5 (fast fas-gas) Hur ser det ut i gränsytan och hur kan denna studeras? Vad är en adsorptionsisoterm? Hur kan adsorptionsisotermer användas för att bestämma ytors eller molekylers storlek? Kapitel 6 (fast fas -vätska) Hur ser det ut i gränsytan och hur kan denna studeras? Vad är kontaktvinkel? Hur fungerar rengöring, flotation, vätmedel?

6 Kapitel 7 (laddade ytor) Varför är ytor i lösning ofta laddade? Vilken effekt har laddningen på den omgivande lösningen? Hur kan laddningen bestämmas? Kapitel 8 (kolloidal stabilitet) Vad innebär kolloidal stabilitet? Hur påverkar man stabiliteten i kolloidala system? Kapitel 9 Reologi (utgår) Hur studerar man kolloidal stabilitet Kapitel 10 (emulsioner) (mikroemulsioner) (skum) Vad skiljer en emulsion och en mikroemulsion? Var används dessa? Hur bildas skum och hur blir man av med det?

7 Kap. 1 Kolloidala system System där en eller flera av komponenterna har åtminstone en dimension i storleksordningen 1nm-1µm Klassificering Kolloidala dispersioner Lösningar av makromolekyler Associationskolloider (kolloidala strukturer som uppstår i surfaktantlösningar) Viktiga egenskaper Partiklarnas form Partiklarnas storlek Ytegenskaper Partikel-partikel växelverkan Partikel-lösningsmedel växelverkan

8 Kolloidala dispersioner Associationskolloider Makromolekyler i lösning d Termodynamiskt instabil Termodynamiskt stabil Termodynamiskt stabil lösning (tvåfassystem) (enfassystem) (enfassystem) Partiklar 1nm-1µm Strukturer som uppstår i Makromolekyler 1nm-1µm surfaktantlösningar En kontinuerlig fas strukturer 1nm-1µm En kontinuerlig fas En dispergerad fas Ett upplöst ämne suspension >1µm dispersion < 1µm

9 Ur Ytkemi om svårigheten att blanda (Akzo Nobel) (dispersioner)

10 I ett system med mer än en fas möts yt-och kolloidkemi, då uppstår nämligen ytor ( fasgränser) Geometrisk yta Kolloidala system har små partiklar Fasgränsyta (interphase) Stor total yta Def: ytenergi är den energi som behövs för att öka ytan (J/m 2 = Nm/ m 2 = N/m) Låt oss göra en beräkning. 1 L?

11 Antal molekyler vid ytan Antal partiklar och area

12 Har alla partiklar samma storlek och form? monodispers polydispers Medelvärden för molekylmassan M n = n i M n i i M w (ni M i )M = n M i i i M D w p = M n Antalsmedelvärde Viktsmedelvärde Polydispersitetsindex Låt oss göra en beräkning.

13 Experimentella metoder som kan användas för att bestämma partiklarnas storlek och form 1. Studera partikelns rörelse i ett kraftfält (gravitationen, centrifugalfält) kap2 2. Studera partikeln i mikroskop (mikroskopi, elektronmikroskopi, AFM) Kap.3 3. Studera partikelns förmåga att sprida ljus (ljusspridning) kap.3 I 0 4. Mätningar som ger upplysning om ytarea hos partikeln (gasadsorption kap.5 och adsorption ur lösning kap.6)

14 Att framställa dispersioner Mekanisk sönderdelning Utfällning (bygga upp ur atomer eller molekyler) (Vid utfällning bestäms storleken på partiklarna av balansen mellan groddbildning och groddtillväxt) Exempel på faktorer som påverkar tillväxthastigheten : tillgång på material den kontinuerliga fasens viskositet hur lätt nytt material inkorporeras i den växande kristallen