materiały z wykł VIII ch fiz 2013

materiały z wykł VIII ch fiz 2013, Technologia żywnosci i Żywienie człowieka, 2 semestr, chemia fizyczna, ...

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->Oprac. dr Ewa Więckowska-Bryłka,KCh WNoŻ SGGWWykład VII. Koloidy. Metody spektroskopoweUKŁADY DYSPERSYJNETypy układów koloidowych w zależności od stanu skupienia fazyrozproszonej (faza zdyspergowana) i fazy rozpraszającej (ośrodekrozpraszający)Mieszaniny otrzymane przez rozproszenie (zdyspergowanie) dowolnejsubstancji (zw.fazą zdyspergowaną)w jakimkolwiek ośrodku (zw.ośrodkiemrozpraszającymlubdyspersyjnym)Układlubstan koloidowySpecyficzny stan rozdrobnienia substancji w danym rozpuszczalnikurozdrobnienie koloidowe(układ koloidowy,zol)1nm ≤ 2r < 100 nmPodstawą do zaklasyfikowania danego układu są:właściwości fizyczne i chemiczne13Cechy charakterystyczne układów dyspersyjnych:Doświadczenie lubzjawiskoObserwacja cząstek fazyrozproszonej wmikroskopieObserwacja wultramikroskopieMetody otrzymywania układów koloidowych:Dyspersyjne -Rozdrabnianie jednej fazy w celuotrzymania z niej cząstek owymiarach koloidowychKondensacyjne, polimeryzacyjne-RoztwórniewidzialneUkład koloidowyniewidzialneZawiesinawidzialneŁączenie mniejszych cząstek fazywiększe o rozmiarach koloidowychwMetody oczyszczania układów koloidowych:niewidzialnewidzialnewidzialneRuchy BrownaEfekt TyndallaDializaDyfuzjaPrzechodzenie fazyrozdrobnionej przezbibułę filtracyjnąPrzechodzenie przezultrasączeknie występująnie występujezachodzizachodziprzechodziwystępująwystępujenie zachodzizachodziprzechodzinie występująwystępujenie zachodzinie zachodzinie przechodzizwykle od rozpuszczonych substancji krystalicznych i elektrolitówcząstki koloidów przenikają przez sączki z bibuły filtracyjnejsą zatrzymywane przez naturalne (roślinne i zwierzęce) i sztuczne(kolodium, celofan) błony półprzepuszczalnedoprowadzeniewodyodprowadzeniewodyzoldializa– wykorzystuje dyfuzjęinnych składników przez błonypółprzepuszczalne. Jony lubrozpuszczone małe cząsteczkiprzechodzą przez błonę z zolu dowodyprzechodzinie przechodzinie przechodzi2błona dializująca41Właściwości kinetyczne układów koloidowychRuchy Browna– cząstkichaotycznym ruchuwbezustannym,Właściwości elektrokinetyczne układów koloidowych:Ze względu na zdolność oddziaływania cząstek koloidowych zośrodka rozpraszającego:cząsteczkamixr�½RTΔt3NAπ η(x)2R Tt3 NArΔx– średnia wartość długości przesunięcia w czasieΔtnapodstawie dużej liczby pomiarów dla pojedynczej cząstkikoloidowej,r–promień cząstki koloidowej, η–lepkośćośrodka,R– stała gazowa,T– temperatura, K,NA– liczbaAvogadra,x2=KoloidyLiofobowe•••Pomiar wielkości cząstek ważny w produkcji:artykułów spożywczych,kosmetyków, farmaceutyków, papieru, cementu, farb i barwników, przeróbkikopalinSedymentacja– opadanie cząstek koloidowych na dno naczynia pod wpływemsiły ciężkości; prędkość opadania cząstek koloidowych:cząstki koloidowe trudno ulegająsolwatacji cząsteczkami fazyrozpraszającejm. in.hydrofobowe(H2O jakorozpuszczalnik)rozdrobnione złoto w wodzieLiofilowe•••cząstki koloidowe łatwo ulegająsolwatacjim. in.hydrofilowe(H2O jakorozpuszczalnik)m. in. koloidy białkowev=2 r2(d - do) g9d– gęstość ośrodka rozpraszającego,do– gęstośćcząstki koloidowej,g– przyspieszenie ziemskie,–lepkość57Zjawisko Tyndalla-strumień światła przechodzący przez układ koloidowyulega ugięciu i częściowo rozproszeniu na cząstkach koloidowych; z boku –jasna opalizująca smuga w postaci stożka•rozpraszanie światła na cząstkach o wielkości porównywalnej z długością faliświatła. Dzięki rozpraszaniu światła w dzień niebo jest niebieskie, a o świcie izmierzchu czerwone. Dzięki rozpraszaniu widzimy chmury i dym.6Właściwości koloidów liofobowych i liofilowychKoloidy liofoboweKoloidy liofiloweMetodami dyspersji lubMożna otrzymać przezkondensacjirozpuszczenieStruktura cząstekPrzeważnie zespoły cząstek Często makrocząsteczkiStężenie fazyNa ogół nieznaczneMoże być dużerozproszonejRuchy BrownaWyraźneCzęsto bardzo niewyraźneEfekt TyndallaWyraźnyNiewyraźnyBarwa układuCzęsto zabarwioneNajczęściej bezbarwneŁadunek elektrycznyCząstki zawsze naładowane Ładunek może nie występowaćLepkośćZbliżona do fazyWiększa niż fazy rozpraszającejrozpraszającejTworzenie pianyNie tworzą pianyŁatwo tworzą pianęPęcznienieNie pęczniejąPęczniejąc zwiększają objętośćŁatwo tworząTworzenie galaretNie tworząKoagulacja pod wpływemWrażliwość na działanieMało wrażliwe, pod wpływemmałych stężeń elektrolituelektrolitudużych stężeń następujewysalanie lub koacerwacjaWrażliwość na działanieNieznaczna i dopiero przyPrzy dużych stężeniach znacznaśrodków dehydratującychdużych stężeniachCharakter koagulacjiNieodwracalnaOdwracalnaNapięcie powierzchnioweZbliżone do fazyMniejsze od fazy rozpraszającej8rozpraszającejWłaściwościOtrzymywanie2•••Micela koloidowa– cząstki zwykle obdarzone ładunkiem elektrycznymwskutek:adsorpcji jonów elektrolitu z układuprocesu dysocjacji elektrolitycznej koloidu cząsteczkowegoprocesu dysocjacji cząsteczek tworzących cząstkę koloidowąPozostałość –ośrodek międzymicelarnyPunkt izoelektryczny koloidu•••Micela koloidu liofobowego:••stan, w którym ładunek cząstek koloidowych sprowadzi się do zeraprzez adsorpcję jonów przeciwnego znaku (zarówno w przypadkukoloidu liofobowego, jak i liofilowego)liofobowy[mAgI]nI–(ładunek ujemny)dodatek Ag+(np. AgNO3) zobojętnia I–, nadmiar Ag+–przeładowanie cząstek i powstanie układu[mAgI]nAg+stan tuż przed „przeładowaniem” – nietrwały zw.punktemizoelektrycznymkoloid liofobowy – ulega koagulacji, liofilowy – pozostaje zolemw przypadku amfoterycznych koloidów np. białek – punktizoelektryczny występuje przy wartości pH zw.wartością pH punktuizoelektrycznegoa) KI + AgNO3AgI + KNO3b) AgNO3+ KIAgI + KNO3granulamicela911Koloidy liofilowe– cząstki mogą być obdarzone ładunkiem, np. cząstki białekPotencjał elektrokinetyczny ξNa granicy warstwy adsorpcyjnej idyfuzyjnej różnica potencjałów zw.potencjałem ξ(czyt. dzeta)aminokwasyOROHNH2RO+NH3O-jonobojnaczyO– w środowisku H+:ROHNH3+jądro miceli otoczonewarstwą rozmytązawierającą jony OH–jądro miceli otoczonewarstwą rozmytązawierającą jony H+10EElektroosmoza– przyłożenie polaelektrycznego powoduje ruchwarstwy dyfuzyjnej jonów icząsteczek rozpuszczalnika. Jest tojednokierunkowy ruch ośrodkadyspersyjnegoprzezbłonępółprzepuszczalnąO– w środowisku OH–RONH2-Ruchliwość elektroosmotycznaczyli prędkość przesuwania się warstwy rozpuszczalnikapodczas elektroosmozy:E– natężenie pola elektrycznego, równeilorazowiU/l(napięcia przez odległośćEεξvηstąd:v =ξ�½między elektrodami podłączonymi do źródłaηEεprądu),ε– stała dielektryczna ośrodka,η– lepkość ośrodka.123Elektroforeza– wędrówka cząstek koloidowych pod wpływem polaelektrycznego względem nieruchomego ośrodka rozpraszającegoCząstki (–) wędrują do anodyWpływ elektrolitu:anaforezakataforezaCząstki (+) wędrują do katodyElektroforeza wkapilarzewzrost mocy jonowej roztworu,szybki zanik warstwy dyfuzyjnejwiększa możliwość zbliżenia się dwóch miceli.całkowity zanik warstwy dyfuzyjnej oznacza wartość potencjałuelektrokinetycznego równą zeru (punkt izoelektryczny).Próg koagulacji– minimalna liczba milimoli danego elektrolitu niezbędna doskoagulowania 1 dm3układu koloidowegozależy od rodzaju dodanego elektrolitu, a zwłaszcza od wartościowościdodawanych jonówRuchliwość elektroforetycznav =Eεξηprędkość przesuwania się miceli koloidowych wpolu elektrycznym o natężeniu EIm wyższa jest wartościowość jonu o znaku przeciwnym do ładunku cząstekkoloidowych, tym niższy jest próg koagulacji•dla jednowartościowych kationów litowców zdolność do wywołaniakoagulacji maleje w szeregu:Cs+< Rb+< K+< Na+< Li+.Szeregi liotropowe Hofmeistera:Zastosowania elektroforezy:— rozdzielanie i analiza białek, kwasów itp.; odpowiedni dobórstężenia i pH ośrodka – składniki mieszaniny wędrują z różnymiprędkościami i mogą być rozdzielone•podobnie w przypadku anionów:SO2< anion kwasu cytrynowego < CH3COO–< Br–<NO34oraz:13I–< Br–< Cl–.15Trwałość układów koloidowychWysalanie– koagulacja koloidów liofilowych pod wpływemdużych ilości elektrolituspowodowana ładunkiem na powierzchni cząstki koloidowejsolwatacją (wytworzenie wokół cząstki koloidowej otoczki złożonej z cząsteczekrozpuszczalnika), zwłaszcza w przypadku koloidów liofilowychZole– nietrwałe wskutek ruchów Browna i przechodzą wżeleKoagulacja– proces łączenia się mniejszych cząstek koloidu w większe, przejście zolu wżelelektrolit usuwa cząsteczki rozpuszczalnika stanowiące otoczkę solwatacyjnąZniszczenie otoczki solwatacyjnej:pod wpływem innych środków dehydratujących, np. alkoholu, acetonuw przypadku białek –denaturacja(proces nieodwracalny).Objawy koagulacji:•zmiana barwy,•zmętnienie lub wytrącenie osadu,•zmniejszeniewartościpotencjałuelektrokinetycznego•zmniejszenie prędkości elektroforezy itp.Koagulację przyspieszają:•podwyższenie temperatury,•bodźce mechaniczne (wstrząsanie układu),•przepływ prądu elektrycznego,•działanie światła,•dodatek nieelektrolitów,•dodatek elektrolitu (zwłaszcza w przypadkukoloidów hydrofobowych)Koacerwacja– proces powstawania agregatów w postaci kropelek cieczy wskutek dodaniaelektrolitu do koloidu liofilowegoKoagulacja wzajemna– zobojętnienie ładunku cząstek koloidu liofobowego po dodaniuinnego koloidu liofobowego o cząstkach przeciwnie naładowanychPeptyzacjajeżeli do świeżo skoagulowanego koloidu (żelu) dodać odpowiedniego elektrolituulegającego silnej adsorpcji na powierzchni cząstek, to żel może ponownie przejść w zolnp. podczas rozcieńczania wodą destylowaną białka kurzego skoagulowanego podwpływem Na2SO4.proces przeciwny do koagulacji czyli przejścia żelu w zol, a więc ponownegorozdrobnienia (koloidyodwracalneikoagulacja odwracalna)Dodatek soli metali ciężkich, np. Cu2+, Pb2+, czy kwasu nieorganicznego (np.HCl) do białka kurzego lub jego koagulacja pod wpływem temperatury16powoduje otrzymanie koloidu nieodwracalnego.144Żeleukłady koloidowe, w których ośrodkiem rozpraszającym jestciecz, a fazą rozproszoną koloid liofilowystan zbliżony do stanu stałego (np.roztwory żelatyny, krochmalu i mydła lubnaturalnego kauczuku w benzenie,przechodzą samorzutnie ze stanu ciekłegodo zbliżonego do stałego)otrzymuje się je przez sporządzenie układukoloidowego na gorąco, a następnieschłodzenie (np. żelatyna do otrzymywaniagalaret, galaretek owocowych, dżemów)cząsteczki rozpuszczalnika w żelu wypełniają luźną siećprzestrzenną złożoną z cząstek koloidu liofilowegoukład w pewnym sensie sztywny i nie wykazuje płynności.Pęcznienie żeli– wysuszone żele mają zdolność wchłaniania cieczy(rozpuszczalnika)Piany••••••układy, w którym fazą rozproszoną jest gaz, arozpraszającą – cieczmożna je otrzymać wstrząsając ciecz znierozpuszczalnym w niej gazemwymiary zawieszonych w cieczy pęcherzykówgazów mogą znacznie przewyższać rozmiarycząstek koloidowychmają wiele cech zolów koloidowychmożna je utrwalać przez dodatek substancjipowierzchniowo czynnych, obniżających napięciepowierzchniowe cieczy (mydło, saponiny, niektóre·białka)tzw. substancji pianotwórczychtworzenie piany korzystne w procesie prania ręcznego,ale np. w procesie barwienia tkanin, dodaje sięspecjalnych środków niszczących pianę.1719mieszaniny złożone z przynajmniej dwóch nie mieszających się ze sobącieczy, z których jedna jest rozproszona, w postaci drobnych kropelek, wdrugiej stanowiącej ośrodek rozpraszającykażda z tych cieczy, zależnie odwarunków, może być zarównoośrodkiem rozpraszającym jak iskładnikiem rozproszonym, np.emulsja wody w oleju lub odwrotnie –emulsja oleju w wodziena ogół układy nietrwałe (krople cieczydążą do łączenia się ze sobą, gdyż dużemają mniejszą energię powierzchniową)EmulsjeAnaliza instrumentalnametody spektrofotometrycznemetody elektrochemicznemetody radiometrycznemetody chromatograficzneMetody spektroskopowe– zespół metod w chemii fizycznej i fizyce zajmujących siębadaniem przejawów oddziaływania między promieniowaniem elektromagnetycznym amaterią (czyli zbiorem atomów, cząsteczek, itd.) oraz badaniem na tej podstawiebudowy i właściwości atomów, cząsteczek i jąder atomowych.Klasyfikacja metod spektroskopowych ze względuna charakter oddziaływaniapromieniowania elektromagnetycznego z materią:spektroskopię absorpcyjnąemisyjnąrozpraszaniaKlasyfikacja metod spektroskopowych ze względuna rodzaj badanego układu(cząstekmaterii):W celu utrwalenia emulsji dodaje się tzw. emulgatorów:emulgatorami mogą być np. elektrolity, których jony adsorbują się napowierzchni kropelek cieczy powodując ich jednoimienne naładowanie, co zkolei nie sprzyja zlewaniu się kropelek cieczy w kroplew przemyśle, w celu utrwalenia emulsji przeprowadza się homogenizację, np.mleka, kremów, margaryny (krople tłuszczu są rozbijane na tak małe fragmenty,że oddzielają się od mleka znacznie trudniej).Emulsje spotykane w życiu codziennym to np. mleko, mleczne soki roślin, tłuszczezwierzęce, masło, majonez (w majonezie emulgatorem jest albumina jaj,utrwalająca emulsję oleju w wodzie).18spektroskopia atomowaspektroskopia molekularnalubcząsteczkowaspektroskopia jądrowaspektroskopia kryształów205 [ Pobierz całość w formacie PDF ]

zanotowane.pl

doc.pisz.pl

pdf.pisz.pl

mement.xlx.pl