Tentor !!!

Question 1

Redogör för varför tillsatser av polymerer i allmänhet ökar vätskors viskositet mer än
tillsatser av lågmolekylära ämnen per gram tillsatt ämne! (3p)
Svar: I bra lösningsmedel bildar polymerer nystan som innehåller stor volymsandel
lösningsmedel  Stor volym per nystan. Ett nystan bidrar till viskositeten lika mycket
som en solid sfär med radien ≈ nystanets gyrationsradie. Viskositeten ökar med
volymsandelen nystan  Stor viskositetshöjning per gram polymer. (I en vätska som
rinner rör sig vätskeskikt med olika hastighet. Viskositeten uppkommer på grund av att
rörelseenergi överförs från skikt som rör sig snabbt till skikt som rör sig långsamt; det
finns en friktion mellan skikten. I gränsytan mellan ett polymernystan och det rena
lösningsmedlet uppstår på samma sätt friktion när lösningen rinner).

Answer 1

Redogör för varför tillsatser av polymerer i allmänhet ökar vätskors viskositet mer än
tillsatser av lågmolekylära ämnen per gram tillsatt ämne! (3p)
Svar: I bra lösningsmedel bildar polymerer nystan som innehåller stor volymsandel
lösningsmedel  Stor volym per nystan. Ett nystan bidrar till viskositeten lika mycket
som en solid sfär med radien ≈ nystanets gyrationsradie. Viskositeten ökar med
volymsandelen nystan  Stor viskositetshöjning per gram polymer. (I en vätska som
rinner rör sig vätskeskikt med olika hastighet. Viskositeten uppkommer på grund av att
rörelseenergi överförs från skikt som rör sig snabbt till skikt som rör sig långsamt; det
finns en friktion mellan skikten. I gränsytan mellan ett polymernystan och det rena
lösningsmedlet uppstår på samma sätt friktion när lösningen rinner).

Question 2

Vid bestämningar av gyrationsradien med statisk ljusspridning som i exemplet ovan,
utnyttjar man ljusspridningens vinkelberoende. Förklara varför gyrationsradien kan
bestämmas genom mätningar av hur intensiteten på det spridda ljuset ändras med
spridningsvinkeln! (2p)
Svar: Laserljus är elektromagnetisk strålning med en viss våglängd. En komponent av
ljuset är ett oscillerande elektriskt fält. Ljusspridning uppstår när elektronerna i
molekylerna som bygger upp polymerkedjorna växelverkar med det elektromagnetiska
fältet. Ljuset sprids samtidigt från alla segment i polymerkedjan i alla riktningar.
Spridningens intensitet beror av vinkeln 𝜃 mellan laserstrålens riktning och det spridda
ljuset. Vid 𝜃=0 är fotonerna som sprids från olika punkter i ett polymernystan i fas
(konstruktiv interferens). Vid högre vinklar kommer de spridda fotonerna som färdats
olika sträckor (a och b i nedanstående figur) vara mer eller mindre ur fas, och när de
växelverkar med varandra uppstår destruktiv interferens. Det gör att intensiteten minskar.
Gyrationsradien är segmentens medelavstånd till nystanets tyngdpunkt. Med ökad
gyrationsradie ökar medelavståndet mellan olika spridningscentra i molekylen. Därmed
ökar också den destruktiva interferensen vi en given vinkel och intensiteten avtar
snabbare med ökad spridningsvinkel. Det finns ett direkt samband mellan intensitetens
vinkelberoende och gyrationsradien som kan utnyttjas för att bestämma gyrationsradien
från en plot av spridningsintensiteten mot spridningsvinkeln.

Answer 2

Vid bestämningar av gyrationsradien med statisk ljusspridning som i exemplet ovan,
utnyttjar man ljusspridningens vinkelberoende. Förklara varför gyrationsradien kan
bestämmas genom mätningar av hur intensiteten på det spridda ljuset ändras med
spridningsvinkeln! (2p)
Svar: Laserljus är elektromagnetisk strålning med en viss våglängd. En komponent av
ljuset är ett oscillerande elektriskt fält. Ljusspridning uppstår när elektronerna i
molekylerna som bygger upp polymerkedjorna växelverkar med det elektromagnetiska
fältet. Ljuset sprids samtidigt från alla segment i polymerkedjan i alla riktningar.
Spridningens intensitet beror av vinkeln 𝜃 mellan laserstrålens riktning och det spridda
ljuset. Vid 𝜃=0 är fotonerna som sprids från olika punkter i ett polymernystan i fas
(konstruktiv interferens). Vid högre vinklar kommer de spridda fotonerna som färdats
olika sträckor (a och b i nedanstående figur) vara mer eller mindre ur fas, och när de
växelverkar med varandra uppstår destruktiv interferens. Det gör att intensiteten minskar.
Gyrationsradien är segmentens medelavstånd till nystanets tyngdpunkt. Med ökad
gyrationsradie ökar medelavståndet mellan olika spridningscentra i molekylen. Därmed
ökar också den destruktiva interferensen vi en given vinkel och intensiteten avtar
snabbare med ökad spridningsvinkel. Det finns ett direkt samband mellan intensitetens
vinkelberoende och gyrationsradien som kan utnyttjas för att bestämma gyrationsradien
från en plot av spridningsintensiteten mot spridningsvinkeln.

Question 3

Betrakta följande tre substanser:
A) En oladdad polymer uppbyggd av opolära segment
B) En polyelektrolyt
C) Ett polyelektrolytsalt bestående av en negativt laddad polyjon och en positivt
laddad polyjon.
Alla tre består av polymerkedjor med hög molekylvikt (>100000).
Vilken substans förväntas ha högst löslighet i vatten? Motivera ditt svar! Av svaret ska
det framgå, för var och en av substanserna, varför lösligheten förväntas vara låg eller hög.
(3p)
Svar: Högst löslighet: Polyelektrolyten (B). I vatten dissocierar motjonerna från
polyjonladdningarna. Därmed ökar saltets bidrag till lösningens blandningsentropi
avsevärt, vilket medför att även en polyelektrolyt med hydrofob ryggrad kan lösa sig i
vatten.
Oladdade polymerer med hög molekylvikt (A) bidrar mycket mindre är lågmolekylära
ämnen till lösningars blandningsentropi per gram upplöst ämne, eftersom varje gram
upplöst polymer genererar endast ett litet antal upplösta molekyler (mindre antal sätt
att blanda molekylerna med vattenmolekylerna). Det innebär att intermolekylär
växelverkan med vatten får större betydelse för polymerer än lågmolekylära ämnen, och
medför att polymerer blir dåligt blandbara med vatten om de har opolär ryggrad.
Polyelektrolytsalt bestående av en negativt laddad polyjon och en positivt laddad polyjon
(C) har i allmänhet låg löslighet i vatten eftersom upplösta kedjor bidrar lite till
blandningsentropin (per gram) samtidigt som det oupplösta saltet stabiliseras av
coulombkrafterna mellan de motsatt laddade kedjorna

Answer 3

Betrakta följande tre substanser:
A) En oladdad polymer uppbyggd av opolära segment
B) En polyelektrolyt
C) Ett polyelektrolytsalt bestående av en negativt laddad polyjon och en positivt
laddad polyjon.
Alla tre består av polymerkedjor med hög molekylvikt (>100000).
Vilken substans förväntas ha högst löslighet i vatten? Motivera ditt svar! Av svaret ska
det framgå, för var och en av substanserna, varför lösligheten förväntas vara låg eller hög.
(3p)
Svar: Högst löslighet: Polyelektrolyten (B). I vatten dissocierar motjonerna från
polyjonladdningarna. Därmed ökar saltets bidrag till lösningens blandningsentropi
avsevärt, vilket medför att även en polyelektrolyt med hydrofob ryggrad kan lösa sig i
vatten.
Oladdade polymerer med hög molekylvikt (A) bidrar mycket mindre är lågmolekylära
ämnen till lösningars blandningsentropi per gram upplöst ämne, eftersom varje gram
upplöst polymer genererar endast ett litet antal upplösta molekyler (mindre antal sätt
att blanda molekylerna med vattenmolekylerna). Det innebär att intermolekylär
växelverkan med vatten får större betydelse för polymerer än lågmolekylära ämnen, och
medför att polymerer blir dåligt blandbara med vatten om de har opolär ryggrad.
Polyelektrolytsalt bestående av en negativt laddad polyjon och en positivt laddad polyjon
(C) har i allmänhet låg löslighet i vatten eftersom upplösta kedjor bidrar lite till
blandningsentropin (per gram) samtidigt som det oupplösta saltet stabiliseras av
coulombkrafterna mellan de motsatt laddade kedjorna

Question 4

En dispersion av negativt laddade kolloidala partiklar i vatten flockulerar när
man tillsätter små mängden av poly(diallyldimethylamonium) klorid (PDDA, en
polyelektrolyt med positivt laddade segment).

Answer 4

En dispersion av negativt laddade kolloidala partiklar i vatten flockulerar när
man tillsätter små mängden av poly(diallyldimethylamonium) klorid (PDDA, en
polyelektrolyt med positivt laddade segment).
Svar: Poly-jon bryggning. PDDA kommer att fungera som motjon för flera partiklar
samtidigt. Att separera partiklarna skulle innebära att PDDA konfigurationsentropi
minskar. Detta leder till flockulering.

Question 5

Nanopartiklar av kiseldioxid (ett hydrofilt material) dispergerad i vatten har ett
mycket bra kolloidal stabilitet även vid höga salt koncentrationer. En mycket
stark repulsiv kraft som inte beskrivs av DLVO teorin uppstår när partiklarna
kommer för nära varandra.

Answer 5

Nanopartiklar av kiseldioxid (ett hydrofilt material) dispergerad i vatten har ett
mycket bra kolloidal stabilitet även vid höga salt koncentrationer. En mycket
stark repulsiv kraft som inte beskrivs av DLVO teorin uppstår när partiklarna
kommer för nära varandra.
Svar: Hydratiseringskrafter. En möjlig förklaring till hur hydratiseringskrafter
uppstår är: att ta bort vatten från närheten av hydrofila ytor kräver mycket energi. En
stark repulsion uppstår istället. Finns dock alternativa förklaringar.

Question 6

Den kolloidala stabiliteten för negativt laddade partiklar dispergerad i vatten kan
ofta förbättras om en bas tillsätts till dispersionen. Att tillsätta en syra kan
istället minska deras kolloidala stabilitet.

Answer 6

Den kolloidala stabiliteten för negativt laddade partiklar dispergerad i vatten kan
ofta förbättras om en bas tillsätts till dispersionen. Att tillsätta en syra kan
istället minska deras kolloidala stabilitet.
Svar: DLVO krafter. Att förändra pH kan förändra ytladdningstätheten. För negativa
partiklar, kommer en ökning av pH att öka ytladdningstätheten och elektrisk dubbellager
repulsion. Att minska pH har den motsatta effekten.

Question 7

Hur skulle ytspänningskurvan förändras om försöket med den laddade amfifilt
läkemedel upprepas i närvaro av 100 mM NaCl i lösningen? Motivera! (2p)

Answer 7

Hur skulle ytspänningskurvan förändras om försöket med den laddade amfifilt
läkemedel upprepas i närvaro av 100 mM NaCl i lösningen? Motivera! (2p)
Svar: Flyttas åt vänster och nedåt. Tillsätta motjoner skärmer repulsionen mellan
huvudgrupperna och CMC minskar (kurvan flyttas ått vänster). Det blir lättare för
surfaktant molekyler att fördela sig till gränsytan (kurvan flyttas nedåt)

Question 8

Rangordna följande surfaktanter efter ökande CMC. Motivera ditt svar!

Answer 8

CMC beror bl.a. på längden av kolkedjan och om huvudgruppen är laddad eller oladdad.
Natrium laurylsulfat och laurylglycerol har lika långa kolkedjor, men natrium laurylsulfat
är laddad och har därför högre CMC. Hexyltrimethylammonium bromid är också laddad,
och har en mycket kortare kolkedja en natriumlaurylsulfat. Den har därför högst CMC.

Question 9

En förutsättning för att det ska bildas en gel är att polymerkoncentrationen är högre
än polymerens överlappskoncentration. Förklara varför! (2p)

Answer 9

En förutsättning för att det ska bildas en gel är att polymerkoncentrationen är högre
än polymerens överlappskoncentration. Förklara varför! (2p)
Svar: För att bilda ett intakt nätverk måste bindningar bildas mellan olika polymer. Det
kräver att nystanen överlappar, vilket sker om koncentrationen överstiger
överlappskoncentrationen

Question 10

b) Betrakta nedanstående fasdiagram för dextran – polyetylenglykol – vatten. Punkter och
streckade bindelinjer visar experimentellt bestämda sammansättningar hos jämviktsfaser i
fasseparerade prov. Heldragna bindelinjer är beräknade med hjälp av en teoretisk modell.
(i) Vilken typ av fasseparation uppvisar systemet, segregation eller association? (1p)
(ii) Ge en rimlig förklaring till varför enfasområdet är förhållandevis litet! (2p)

Answer 10

(i) Vilken typ av fasseparation uppvisar systemet, segregation eller association? (1p)
Svar: Segregation

(ii) Ge en rimlig förklaring till varför enfasområdet är förhållandevis litet! (2p)
Svar: Dextran (DEX) och PEG är oladdade polymerer. Båda har mycket bra blandbarhet
med vatten (framgår av att enfasområdet sträcker sig långt “ner” längs respektive sida i
triangeln). Däremot är deras blandbarhet med varandra i närvaro av vatten begränsad,
vilket innebär att enfasområdet i diagrammet är litet. Den låga blandbarheten tyder på att
PEG-DEX växelverkan är mindre gynnsam än PEG-PEG och DEX-DEX kontakterna,
vilket är vanligt för två polymerer uppbyggda av olika molekylslag. Eftersom polymerer
bidrar förhållandevis lite till lösningar blandningsentropi leder den ogynnsamma
kontakten lätt till fasseparation, eftersom fasseparationen medför att kontakten mellan
dem minskar

Question 11

Upplösningshastigheten för tabletter av fasta läkemedel påverkas av ett antal faktorer.
Förutom tablettens vikt (och därmed substansmängden läkemedel den innehåller) är
följande faktorer av betydelse:
-Omröringshastigheten i vätskan
-Läkemedlets diffusionskoefficient i vätskan
-Tablettens form (tex. sfäriskt piller eller myntformad tablett)
-Läkemedlets löslighet i vätskan
Förklara hur var och en av dessa faktorer inverkar på upplösningshastigheten! Du kan
använda Ficks 1:a lag i din förklaring men svar av typen ”formeln visar att …” räcker
inte som förklaring. (4p)

Answer 11

Upplösningshastigheten för tabletter av fasta läkemedel påverkas av ett antal faktorer.
Förutom tablettens vikt (och därmed substansmängden läkemedel den innehåller) är
följande faktorer av betydelse:
-Omröringshastigheten i vätskan
-Läkemedlets diffusionskoefficient i vätskan
-Tablettens form (tex. sfäriskt piller eller myntformad tablett)
-Läkemedlets löslighet i vätskan
Förklara hur var och en av dessa faktorer inverkar på upplösningshastigheten! Du kan
använda Ficks 1:a lag i din förklaring men svar av typen ”formeln visar att …” räcker
inte som förklaring. (4p)
Svar: Omröringshastigheten i vätskan: Ökad hastighet förväntas öka
upplösningshastigheten eftersom hastigheten för masstransport av upplöst läkemedel från
tablettytan till bulkvätskan ökar. Det kan beskrivas som att tjockleken av stagnanta lagret
i vätskan i kontakt med tabletten minskar, vilket ökar koncentrationsgradienten i
stagnanta lagret.
Läkemedlets diffusionskoefficient i vätskan: Ökad diffusionskoefficient ökar
masstransporten genom stagnanta lagret och därmed upplösningshastigheten.
Tablettens form: Formen avgör tablettens kontaktyta med vätskan och hur ytan ändras
under upplösningen. Vid varje tidpunkt kan upplösningshastigheten antas vara
proportionell mot ytans area (Ficks 1:a lag). För tabletter med samma massa (innan
upplösningen börjar) är ytan större för en myntformad tablett än för ett sfäriskt piller. För
myntet minskar dessutom ytans area mindre än för pillret under större delen av
upplösningen. Upplösningshastigheten är därför hela tiden snabbast för myntet.
Läkemedlets löslighet i vätskan: Upplösningshastigheten ökar med ökad löslighet
eftersom koncentrationsgradienten i stagnanta lagret ökar (jmf. ovan).

Question 12

Beskriv och förklara effekten av NaCl koncentrationen på den kolloidala
stabiliteten av AgNPs dispersioner. (2p)

Answer 12

Beskriv och förklara effekten av NaCl koncentrationen på den kolloidala
stabiliteten av AgNPs dispersioner. (2p)
Svar: Man ser i figuren att tillsatts av NaCl minskar den kolloidala stabiliteten. Den
hydrodynamiska radien ökar snabbare med högre NaCl koncentration, vad som tyder
på snabbare aggregering.
Anledningen till detta är att tillsatts av NaCl gör att den elektriskt dubbel lager repulsionen minskar. Motjonerna kommer att ackumulera nära partiklarnas yta och ”skärma” deras laddningar. Debye längden minskar och styrkan och räckvidd av repulsionen minskar. Det blir isf lättare för partiklarna att koagulera.

Question 13

Förväntar man sig att den kolloidala stabiliteten för negativt laddade AgNPs.
förbättras eller försämras om man upprepar experimenten vid pH = 6 istället än
pH = 8? (1p)

Answer 13

Förväntar man sig att den kolloidala stabiliteten för negativt laddade AgNPs.
förbättras eller försämras om man upprepar experimenten vid pH = 6 istället än
pH = 8? (1p)
Svar: försämras. Lägre pH kan leda till neutralisering av de negativt laddade
grupperna på ytan.

Question 14

a) Spirinolakton är ett diuretikum som främst används för att behandla
vätskeuppbyggnad pga bl.a. hjärtsvikt eller njursjukdom. Adhesionsenergi mellan
vatten och fast spirinolakton vid 25 °C är 57 mJ/m2. Kohesionsenergi för vatten
vid samma temperatur är 144 mJ/m2. Är fast spirinolakton hydrofilt eller
hydrofobt? Motivera ditt svar! (2p)

Answer 14

a) Spirinolakton är ett diuretikum som främst används för att behandla
vätskeuppbyggnad pga bl.a. hjärtsvikt eller njursjukdom. Adhesionsenergi mellan
vatten och fast spirinolakton vid 25 °C är 57 mJ/m2. Kohesionsenergi för vatten
vid samma temperatur är 144 mJ/m2. Är fast spirinolakton hydrofilt eller
hydrofobt? Motivera ditt svar! (2p)
Svar:
Fast spirinolakton är hydrofobt. Detta kan man motivera på olika sätt.
 Man ser att vattnets kohesions energi är mer än dubbel så hög än
vatten/spirinolakton adhesionsenergi. Detta tyder på att vatten ”föredrar” att vara i
kontakt med andra vatten molekyler än med spirinolakton.

Question 15

Förklara kort varför man kan få övermättade lösningar av ett ämne om ämnet
finfördelas till nanokristaller innan upplösning. (2p)

Answer 15

Förklara kort varför man kan få övermättade lösningar av ett ämne om ämnet
finfördelas till nanokristaller innan upplösning. (2p)
Svar: Nanokristaller har en stor area/volym förhållandet. Dvs att det finns en
stor ytnergi kostnad per mängd ämne när ämnet finfördelas till nanokristaller.
Tillsätter man ett lösningsmedel kan ytenergin minska om nanokristallerna
löser upp sig istället, även om detta innebär än kostnad i blandnings fri
energin. Man kan isf få en övermättad lösning.

Question 16

Varför förändras jämviktskonstanten för bindningen till ytan när
saltkoncentrationen förändras? Förklara! (2p)

Answer 16

Varför förändras jämviktskonstanten för bindningen till ytan när
saltkoncentrationen förändras? Förklara! (2p)
Svar: Blandningsentropi för motjoner minskar när joniska surfaktanter fördelar sig till
ytan (dvs att det finns en blandningsentropi kostnad). Blandningsentropi kostnaden
minskar om man har NaCl i lösningen och det blir därför mer gynnsam för surfaktanterna
att dela sig till ytan –> jämviktskonstant ökar. Ökar man salt koncentrationen, kommer
också jämviktskonstanten att öka.

Question 17

Vilken fas (L1, L2, D, I2 eller F) förväntar man sig är den mest viskösa fasen?
(1p)

Answer 17

Vilken fas (L1, L2, D, I2 eller F) förväntar man sig är den mest viskösa fasen?
(1p)
Svar: I2 (kubiska faser har kristallinitet i 3 dimensioner. De är mycket
trögflytande).

Question 18

Dubbelbrytande faser

Answer 18

Dubbelbrytande faser: lamellär och hexagonala faser.

Question 19

Ett prov som innehåller 20% kaprylsyra består bara av en flytande kristallin fas.
Om man tillsätter tillräckligt med salt till provet, omvandlas det till ett en-fas prov
bestående av en W/O mikroemulsion. Förklara varför detta händer!

Answer 19

Man börjar med en omvänd
hexagonal fas, mycket nära gränsen
där man börjar få L2. Tillsatts av salt
kommer att skärma repulsionen
mellan AOT huvudgrupperna. CPP
ökar och man får en L2 fas, dvs, en
W/O mikroemulsion.

Question 20

Uppvisar PMMA och PS associativt eller segregativt fasbeteende i toluen? Redogör
även för skillnaden mellan associativ och segregativ fasseparation!

Answer 20

Segregativ fasseparation. Segregativ fasseparation uppkommer när polymererna
undviker kontakt med varandra i lösningsmedlet. Då delar provet upp sig i två faser där
den ena har högst koncentration av den ena polymeren och den andra högst koncentration
av den andra polymeren. Associativ fasseparation uppkommer när polymererna strävar
efter att öka kontakten med varandra. Då delar provet upp sig i två faser där den ena har
hög koncentration av båda polymererna och den andra har låg koncentration av båda
polymererna.

Question 21

Experimenten visade att DLVO teorin fungerade bra för att förutsäga
beteendet av partiklar dispergerade i NaCl(aq), men inte för partiklar
dispergerad i SrSO4(aq). Ange en rimlig förklaring till detta. (2p)

Answer 21

Experimenten visade att DLVO teorin fungerade bra för att förutsäga
beteendet av partiklar dispergerade i NaCl(aq), men inte för partiklar
dispergerad i SrSO4(aq). Ange en rimlig förklaring till detta. (2p)
Svar:
Multivalenta joner kan resultera i starka attraktiva jonkorrelations krafter, som
inte beskrivs av DLVO teorin.

Question 22

Förklara skillnaden mellan lösligheten för ämnet i pulverform och ämnet i
form av nanokristaller! Varför kan koncentrationen dexametason överstiga
lösligheten för ämnet när det finfördelas till nanokristaller? (2p)

Answer 22

Förklara skillnaden mellan lösligheten för ämnet i pulverform och ämnet i
form av nanokristaller! Varför kan koncentrationen dexametason överstiga
lösligheten för ämnet när det finfördelas till nanokristaller? (2p)
Svar: När man har nanokristaller blir förhållandet gränsyta/volym mycket större än om
man har pulver. Pga gränsytans mellanfasspänning har nanokristallerna mycket hög
gränsytenergi per volym. Fri energi kostnaden att ha en så stor gränsyta blir större än
kostnaden att övermätta lösningen. Lösligheten för nanokristaller kan därför överstiga
lösligheten för makroskopiska ämnet.

Question 23

I ett prov som innehåller 10% hexanol, 70% vatten och resten CTAB finns vid
jämvikt en lamellär fas. Om man tillsätter salt till provet, får man vid jämvikt två
faser: en lamellär fas och en L1 fas. Ge en rimlig förklaring till detta. (2p)

Answer 23

I ett prov som innehåller 10% hexanol, 70% vatten och resten CTAB finns vid
jämvikt en lamellär fas. Om man tillsätter salt till provet, får man vid jämvikt två
faser: en lamellär fas och en L1 fas. Ge en rimlig förklaring till detta. (2p)
Svar: Saltet gör att repulsionen mellan surfaktant bilager i den lamellära fasen
minskar. Bilagerna kommer att packas närmare till varandra. Vatten som fanns
mellan dem separeras i en egen (L1) fas).

Question 24

Redogör för hur man kan bestämma en polymers molekylvikt med hjälp av
osmometri! (2p)

Answer 24

Redogör för hur man kan bestämma en polymers molekylvikt med hjälp av
osmometri! (2p)
Svar:
Osmotiskt tryck ideal lösning: Π = 𝑅𝑇𝐶 =
𝑅𝑇𝑛
𝑉
=
𝑅𝑇𝑚
𝑀
𝑉
=
𝑅𝑇𝑐
𝑀
Π
𝑅𝑇𝑐
=
1
𝑀
I gränsen mot oändlig utspädning beter sig polymerlösningen som ideal. Man kan
mäta Π för lösningar med kända koncentrationer c (massa/volym), räkna ut kvoten
Π
𝑅𝑇𝑐
för varje koncentration och plotta enligt grafen nedan. Sen extrapolerar man
till c=0 och läser av intercepted med y-axeln, som motsvarar 1
𝑀
. (För c>0 är
lösningen i princip icke-ideal och Π
𝑅𝑇
=
𝑐
𝑀
+ 𝐵𝑐
2 + ⋯)
M är antalsmedelvärdet för molmassan = molekylvikten · g/mol.

Question 25

Polymerer tillsätts ofta till farmaceutiska beredningar för att öka viskositeten.
(i) Jämfört med många andra ämnen ger tillsatser av polymerer ofta mycket
större viskositetsökning av vätskor per tillsatt gram upplöst ämne. Vilken
egenskap hos polymerer är det som gör att de är så effektiva i detta avseende?
Motivera ditt svar! (2p)

Answer 25

Polymerer tillsätts ofta till farmaceutiska beredningar för att öka viskositeten.
(i) Jämfört med många andra ämnen ger tillsatser av polymerer ofta mycket
större viskositetsökning av vätskor per tillsatt gram upplöst ämne. Vilken
egenskap hos polymerer är det som gör att de är så effektiva i detta avseende?
Motivera ditt svar! (2p)
Svar.
Polymerkedjor bildar nystan i lösningen. Varje nystan bidrar till viskositeten
ung. lika mycket som en sfärisk partikel med radien = nystanets
gyrationsradie.
I utspädda lösningar gäller för sfärer: 𝜂 = 𝜂0(1 + 2.5𝜙) där 𝜙 är
volymsandelen.
Eftersom nystanen innehåller stor viktsandel lösningsmedel krävs mycket
lägre massa upplöst polymer för att nå en viss volymsandel (viskositet) än vad
som behövs för tex. kolloidala partiklar eller molekyler som inte bildar nystan.

Question 26

Om målsättningen är att en beredning ska vara ett enfasprov är det viktigt att
polymeren löser sig bra i lösningsmedlet, vilket inte alltid är fallet. Varför är
polymerlösningar mer benägna att fasseparera än lösningar av lågmolekylära
ämnen?

Answer 26

Svar:
En viktig orsak är att polymerer bidrar mindre till en lösnings blandningsentropi per
gram upplöst ämne än lågmolekylära ämnen eftersom koncentrationen polymer
uttryckt i antal mol kedjor/volym lösning är lägre än för ämnen med låg molekylvikt.
Det finns alltså förhållandevis få polymerkedjor per mängd lösningsmedel, vilket
innebär att antalet sätt att blanda polymer och lösningsmedel är litet (låg entropi). Det
innebär i sin tur att systemet förlorar endast lite blandningsentropi i händelse av
fasseparation, vilket medför att även svaga attraktioner mellan polymerkedjorna i
lösningen kan orsaka fasseparation.

Question 27

Ange ett exempel på en icke-DLVO attraktiv kraft och en icke-DLVO repulsiv
kraft och beskriv kortfattad hur krafterna uppstår. (2p)

Answer 27

Ange ett exempel på en icke-DLVO attraktiv kraft och en icke-DLVO repulsiv
kraft och beskriv kortfattad hur krafterna uppstår. (2p)
Exempel på icke-DLVO attraktiva krafter:
Utarmningskrafter
Polyjon bryggning
Överbryggande flockulering
Jon-korrelations krafter
Hydrofoba interaktioner
Exempel på icke-DLVO repulsiva krafter:
Hydratiseringskrafter
Steriska krafter
Krafter pga termiska fluktuationer
För beskrivning av hur krafterna uppstår, se boken och föreläsningsanteckningar.

Question 28

Enligt figuren, vad händer med CMC när temperaturen förändras?
Förklara varför temperaturen har just den effekten och bestäm CMC när
temperaturen är 40 ℃. (3p)

Answer 28

Enligt figuren, vad händer med CMC när temperaturen förändras?
Förklara varför temperaturen har just den effekten och bestäm CMC när
temperaturen är 40 ℃. (3p)
Svar: Man ser att kurvan flyttas åt vänster med ökande temperatur.
Koncentrationen där ytspänningen blir konstant minskar. Det betyder att CMC
minskar med ökande temperatur.
Anledning till detta är att PEO lösligheten i vatten minskar med ökande
temperatur. Huvudgrupperna krymper och steriska repulsionen mellan dem
minskar. Det blir lättare att bilda miceller –> CMC minskar.

Question 29

Förklara varför stelningstemperaturen är lägre för ett prov med molbråket 0.8 för
DMAB än för ren DMAB! (2p)

Answer 29

Förklara varför stelningstemperaturen är lägre för ett prov med molbråket 0.8 för
DMAB än för ren DMAB! (2p)
Svar: När provet stelnar bildas en fas med ren DMAB. För att överkomma
entropikostnaden att separera ut DMAB från vätskeblandningen (”sortering”) måste
temperaturen vara lägre är stelningstemperaturen för ren DMAB.

Question 30

Poly(styren) är olöslig i vatten. Poly(natriumstyrensulfonat) är så gott som fullständigt
blandbar med vatten. Förklara skillnaden! (2p)

Answer 30

Poly(styren) är olöslig i vatten. Poly(natriumstyrensulfonat) är så gott som fullständigt
blandbar med vatten. Förklara skillnaden! (2p)
Svar: Poly(styren) är en oladdad hydrofob polymer. Poly(natriumstyrensulfonat) har
samma ”ryggrad” som poly(styren) men med en sulfonatgrupp bunden till bensenringen,
vilket gör att den tillsammans med natriumjonerna (motjon till sulfonatgruppen) är en
polyelektrolyt. I vatten dissocierar natriumjonerna från sulfonatgrupperna. Den ökning av
systemets blandningsentropi som det innebär förklarar varför den är blandbar med vatten.

Question 31

Förklara varför det i allmänhet är svårt att blanda två olika neutrala polymerer i vatten
så att ett koncentrerat en-fasprov bildas, även om polymererna var och en för sig är
fullständigt blandbara med vatten! Förklara också varför möjligheten att blanda två
polymerer i vatten ökar om den ena polymeren är en polyelektrolyt! (3p)

Answer 31

Förklara varför det i allmänhet är svårt att blanda två olika neutrala polymerer i vatten
så att ett koncentrerat en-fasprov bildas, även om polymererna var och en för sig är
fullständigt blandbara med vatten! Förklara också varför möjligheten att blanda två
polymerer i vatten ökar om den ena polymeren är en polyelektrolyt! (3p)
Svar: I allmänhet repellerar två olika neutrala polymerkedjor varandra i vatten eftersom
de har olika kemisk uppbyggnad. Eftersom polymerer (med tillräckligt hög molekylvikt)
bidrar lite till blandningsentropin är denna repulsion i många fall tillräckligt stor för att
överkomma entropiskostnaden och orsaka segregativ fasseparation.
Polyelektrolytkomponenten minskar tendensen att fasseparera segregativt eftersom
fasseparation innebär sänkning av motjonsentropin (motjonerna bidrar maximalt till
blandningsentropin när de är jämnt fördelade i systemet).

Question 32

Ett enkelt sätt att bestämma viskositeten på en vätska är bestämma
sedimentationshastigheten för en liten stålkula i vätskan.
(i) Redogör för de krafter som verkar på stålkulan i ett sådant försök! (2p)

Answer 32

Ett enkelt sätt att bestämma viskositeten på en vätska är bestämma
sedimentationshastigheten för en liten stålkula i vätskan.
(i) Redogör för de krafter som verkar på stålkulan i ett sådant försök! (2p)
Svar: En nedåtriktad kraft orsakad av gravitationen som ges av kulans volym (𝑉),
densitetsskillnaden mellan stål och vätska (∆𝜌) och gravitationskonstanten (𝑔): 𝐹𝑔𝑟 =
𝑉∆𝜌𝑔
En uppåtriktad kraft orsakad av friktionen mellan kulan och vätskan: 𝐹𝑔𝑟 = 6𝜋𝜂𝑟𝑣,
där 𝜂 är vätskans viskositet, 𝑟 är kulans radie och 𝑣 är kulans sedimentationshastighet.

Question 33

Att tillsätta för mycket beta-laktoglobulin (en protein, molmassan = 18400
g/mol) till en kolloidal dispersion kan leda till flockulering. Aggregaten som
bildas innehåller ibland ingen laktoglobulin.

Answer 33

Att tillsätta för mycket beta-laktoglobulin (en protein, molmassan = 18400
g/mol) till en kolloidal dispersion kan leda till flockulering. Aggregaten som
bildas innehåller ibland ingen laktoglobulin.
Svar: Utarmningsflockulering. Om partiklarna kommer tillräckligt nära
kommer ingen laktoglobulin att finnas i området mellan dem. Vatten lämnar
mellanrummet och en attraktion uppstår. Flockulat som bildas innehåller inte
laktoglobulin

Question 34

Dispergerade partiklar kan tas bort från vatten genom att tillsätta en liten
mängd av polymerer som adsorberar på partiklarnas yta. Aggregaten som
bildas kan filtreras bort.

Answer 34

Dispergerade partiklar kan tas bort från vatten genom att tillsätta en liten
mängd av polymerer som adsorberar på partiklarnas yta. Aggregaten som
bildas kan filtreras bort.
Svar: Överbryggande flockulering. En polymer kedja kan binda till flera
partiklar samtidigt och bilda en stor klump som kan filtreras bort.

Question 35

Däggdjurceller är ofta negativt laddade. Man kan därför tillsätta små
mängder av katjoniska polymerer för att orsaka flockulering av dispergerade
däggdjurceller.

Answer 35

Däggdjurceller är ofta negativt laddade. Man kan därför tillsätta små
mängder av katjoniska polymerer för att orsaka flockulering av dispergerade
däggdjurceller.
Svar: polymerer funkar som motjon till flera partiklar samtidigt. En attraktiv
kraft uppstår.

Question 36

Negativt laddade liposomer attraheras till varandra och till negativt laddade
ytor om man tillsätter kalcium klorid (CaCl2) till dispersionen.

Answer 36

Negativt laddade liposomer attraheras till varandra och till negativt laddade
ytor om man tillsätter kalcium klorid (CaCl2) till dispersionen.
Svar: Jon korrelations krafter. Calcium i mellanrummet mellan partiklar
ordnar sig och resulterar i en attraktiv kraft. (Den också gör att elektriskt
dubbellager repulsion minskar).

Question 37

Hydrofoba partiklar dispergerade i vatten koagulerar mycket snabbare än
vad som DLVO teorin förutsäger. Ibland kan man dock minska
koaguleringshastigheten genom att avlufta dispersionen.

Answer 37

Hydrofoba partiklar dispergerade i vatten koagulerar mycket snabbare än
vad som DLVO teorin förutsäger. Ibland kan man dock minska
koaguleringshastigheten genom att avlufta dispersionen.
Svar: Hydrofob interaktion. En attraktiv kraft som kan vara starkare än
DLVO krafterna. Den har också mycket lång räckvidd. Ibland uppstår
attraktionen pga ångbryggning. Avluftar man dispersionen, undvikas detta.

Question 38

Lösligheten för nanokristaller blir ännu högre om nanokristallerna inte är
sfäriska. Förklara kort varför icke-sfäriska nanokristaller har högre löslighet
än sfäriska nanokristaller med samma volym. (1p)

Answer 38

Lösligheten för nanokristaller blir ännu högre om nanokristallerna inte är
sfäriska. Förklara kort varför icke-sfäriska nanokristaller har högre löslighet
än sfäriska nanokristaller med samma volym. (1p)
Icke sfäriska kristaller har större A/V förhållandet än sfäriska. Detta gör att
ytenergi/mol blir större (större kostnad att bilda kristaller). Det blir mer fördelaktig för ämnen att lösa upp sig än att ha så stor gränsyta/volym (energikostnad att
övermätta lösningen är mindre än energikostnad att ha en stor gränsyta).

Question 39

CMC för LDC bestämdes till 170 mM. Man kan dock se i figuren att
ytspänningen fortsätter minska med ökande LDC koncentration även vid
koncentrationer högre än CMC. Ge en rimlig förklaring till detta! (2p)

Answer 39

CMC för LDC bestämdes till 170 mM. Man kan dock se i figuren att
ytspänningen fortsätter minska med ökande LDC koncentration även vid
koncentrationer högre än CMC. Ge en rimlig förklaring till detta! (2p)
Svar: Att ytspänning försätter minska efter CMC betyder att koncentrationen
fri surfaktant inte blir konstant efter CMC. Rimligast förklaring till detta är att
lidokain bilder miceller med låg aggregationstal. Man kan visa att detta kan
leda till att koncentrationen fria molekyler ökar med den totala
koncentrationen även efter CMC.

Question 40

Vilken typ av (makro-) emulsion (O/W eller W/O) kan man förvänta sig om man
skulle använda kaliumoleat som emulgator? Motivera! (2p)

Answer 40

Vilken typ av (makro-) emulsion (O/W eller W/O) kan man förvänta sig om man
skulle använda kaliumoleat som emulgator? Motivera! (2p)
Svar: Kaliumolat loser upp sig bra i vatten medan det är olöslig i oljan (man ser i
diagrammet att det löser upp sig inte i dekanol). Vätskan i den surfaktanten löser upp sig
bäst blir den kontinuerliga fasen. DVS. att man förväntar sig O/W emulsioner.

Question 41

iv) Ange en mätmetod som kan användas för att bestämma gyrationsradien! (1p)

Answer 41

iv) Ange en mätmetod som kan användas för att bestämma gyrationsradien! (1p)
Svar: Statisk ljusspridning

Question 42

Många syntetiskt framställda polymerer har låg löslighet i vatten. Däremot ökar i allmänhet
lösligheten dramatiskt om laddade segment inkorporeras i polymerkedjan.
i) Förklara varför laddade polymerer i allmänhet har hög löslighet i vatten! (2p)

Answer 42

Många syntetiskt framställda polymerer har låg löslighet i vatten. Däremot ökar i allmänhet
lösligheten dramatiskt om laddade segment inkorporeras i polymerkedjan.
i) Förklara varför laddade polymerer i allmänhet har hög löslighet i vatten! (2p)
Svar: I vatten dissocierar motjonerna från polymerladdningarna ökar därmed
polymerlösningens blandningsentropi.

Question 43

Vilken dispersion kommer att koagulera snabbast? Motivera! (1p)

Answer 43

Vilken dispersion kommer att koagulera snabbast? Motivera! (1p)
Svar: Dispersion B. Barriären som undviker koagulering är minst för den. Toppen
har lite högre energi än för Dispersion C, men dispersion C har ett sekundärt
minimum.

Question 44

Hur skulle man kunna minska den kolloidala stabiliteten för dispersionen i del a)
(dvs. hur skulle man kunna påskynda koagulering eller orsaka flockulering)?
Föreslå minst två alternativ och beskriv hur varje alternativ leder till en minskad
kolloidal stabilitet (3p)

Answer 44

Hur skulle man kunna minska den kolloidala stabiliteten för dispersionen i del a)
(dvs. hur skulle man kunna påskynda koagulering eller orsaka flockulering)?
Föreslå minst två alternativ och beskriv hur varje alternativ leder till en minskad
kolloidal stabilitet (3p)
Svar: Finns flera olika alternativer:
- Tillsätta salt för att minska elektrisk dubbel lager repulsionen
- Förändra pH för att minska ytladdningstäthet (öka pH vid positiv laddade partiklar
eller minska pH för negativt laddade partiklar)
- Tillsätta en polymer som inte växelverkar med partiklarna. Vid tillräckligt hög
koncentation kommer det att örsaka utarmningsflockulering
- Tillsätta en låg mängd av en polymer som kan örsaka överbryggande flockulering
(dvs. en polymer som kan adsorbera på flera partiklar samtidigt).
- Tillsätta en polyelektrolyt med motsatt laddning till partiklar (örsaka
polyjonbryggning).
- Tillsäta små mängder multivalenta joner och örsaka jon korrelationskrafter.

Question 45

Hyaluronsyra är en polymer som innehåller karboxsylsyragrupper som omvandlas till
karboxylatgrupper vid tillräckligt höga pH-värden. Den finns i betydande mängder i fettvävnaden under
huden där den bidrar till att upprätthålla det osmotiska trycket i den extracellulära matrisen. Förklara på
vilket sätt den laddade formen av hyaluronsyra bidrar till det osmotiska trycket i vattenlösningar! (2p)

Answer 45

Hyaluronsyra är en polymer som innehåller karboxsylsyragrupper som omvandlas till
karboxylatgrupper vid tillräckligt höga pH-värden. Den finns i betydande mängder i fettvävnaden under
huden där den bidrar till att upprätthålla det osmotiska trycket i den extracellulära matrisen. Förklara på
vilket sätt den laddade formen av hyaluronsyra bidrar till det osmotiska trycket i vattenlösningar! (2p)
Svar: Den laddade formen är en polyelektrolyt som består av polyjonen (hyaluronat) och dess motjoner
(t.ex. Na+
). I vatten är motjonerna dissocierade från karboxylatgrupperna. Det största bidraget kommer
från de dissocierade motjonernas bidrag till blandningsentropin. Ett mindre bidrag kommer från fria
energin att blanda hyaluronatkedjorna i lösningen.

Question 46

Transporten av läkemedel genom polymernätverk är av stor betydelse i många farmaceutiska
sammanhang. För att avgöra om maskorna i polymernätverken är tillräckligt stora undersöks hur
makromolekyler med kända molekylvikter diffunderar in i och igenom nätverken. I ett försök undersökte
man hur den neutrala polymeren dextran trängde in i en gel vars nätverk bestod av kovalent tvärbundna
PEG-kedjor (PEG=polyetylenglykol). Man använde sig av dextran med molekylvikterna enligt
nedanstående tabell, där även deras hydrodynamiska radie är angiven. Resultaten visade att alla
fraktionerna fördelade sig jämnt i gelen men koncentrationen dextran i gelen (uttryckt i viktsprocent)
minskade gradvis med ökad molekylvikt. Även för fraktionen med lägst molekylvikt var koncentrationen
lägre än i lösningen utanför gelen.
(i) Ge en tänkbar förklaring till resultaten! Förklaringen bör innehålla resonemang om betydelsen av
nätverkets maskstorlek (”mesh size”) och polymerers blandbarhet (entalpi- och entropibidrag). Till din
hjälp finns nedanstående (partiella) fasdiagram och strukturformeln för den repeterande enheten i
dextran. Fasdiagrammets axlar visar koncentration uttryckt som viktsandel. De streckade linjerna är
bindelinjer. Den heldragna kurvan med cirkel-symboler i mitten av diagrammet är endast till för att
markera bindelinjernas mittpunkt. Som framgår av strukturformeln är dextran en förgrenad polymer.
(4p)

Answer 46

Transporten av läkemedel genom polymernätverk är av stor betydelse i många farmaceutiska
sammanhang. För att avgöra om maskorna i polymernätverken är tillräckligt stora undersöks hur
makromolekyler med kända molekylvikter diffunderar in i och igenom nätverken. I ett försök undersökte
man hur den neutrala polymeren dextran trängde in i en gel vars nätverk bestod av kovalent tvärbundna
PEG-kedjor (PEG=polyetylenglykol). Man använde sig av dextran med molekylvikterna enligt
nedanstående tabell, där även deras hydrodynamiska radie är angiven. Resultaten visade att alla
fraktionerna fördelade sig jämnt i gelen men koncentrationen dextran i gelen (uttryckt i viktsprocent)
minskade gradvis med ökad molekylvikt. Även för fraktionen med lägst molekylvikt var koncentrationen
lägre än i lösningen utanför gelen.
(i) Ge en tänkbar förklaring till resultaten! Förklaringen bör innehålla resonemang om betydelsen av
nätverkets maskstorlek (”mesh size”) och polymerers blandbarhet (entalpi- och entropibidrag). Till din
hjälp finns nedanstående (partiella) fasdiagram och strukturformeln för den repeterande enheten i
dextran. Fasdiagrammets axlar visar koncentration uttryckt som viktsandel. De streckade linjerna är
bindelinjer. Den heldragna kurvan med cirkel-symboler i mitten av diagrammet är endast till för att
markera bindelinjernas mittpunkt. Som framgår av strukturformeln är dextran en förgrenad polymer.
(4p)
Svar: Fasdiagrammet visar att blandningar av dextran och PEG i vatten uppvisar ett segregativt
fasbeteende (”polymerinkompatibilitet”). Det är också det förväntade beteendet för två neutrala
polymerer som var och en för sig är blandbara med vatten, eftersom deras kedjor har olika molekylär
uppbyggnad. Av detta förstår vi att det finns ett motstånd för dextran att diffundera in i gelen pga av
entalpikostnaden att blanda de två polymererna med varandra, vilket förklarar varför koncentrationen
är lägre i gelen än utanför. Med ökad molekylvikt minskar samtidigt den entropiska drivkraften för
dextran att fördela sig jämnt mellan faserna, vilket förklara varför koncentrationen dextran i gelerna
minskar med ökad molekylvikt. Eftersom alla fraktionerna fördelar sig jämnt i gelen är maskstorleken
tillräckligt stor i jämförelse med dextranernas hydrodynamiska radie att nätverket inte ger upphov till
någon ”cut off”. Konfigurations-fria energin för dextrankedjorna med hög molekylvikt bör dock påverkas
mer pga av interaktionen med gelnätverket än kedjorna med låg molekylvikt, vilket ytterligare bidrar till
att koncentrationen i gelen minskar med ökad molekylvikt.

Question 47

De hydrodynamiska radierna för dextranfraktionerna bestämdes med metoden dynamisk
ljusspridning. Vid samma tillfälle bestämdes molekylernas gyrationsradie med hjälp av statisk
ljusspridning där man mäter hur intensiteten på det spridda ljuset ändras med spridningsvinkeln.
Förklara kort principen bakom detta, dvs. varför intensiteten ändras med spridningsvinkeln. (2p)

Answer 47

De hydrodynamiska radierna för dextranfraktionerna bestämdes med metoden dynamisk
ljusspridning. Vid samma tillfälle bestämdes molekylernas gyrationsradie med hjälp av statisk
ljusspridning där man mäter hur intensiteten på det spridda ljuset ändras med spridningsvinkeln.
Förklara kort principen bakom detta, dvs. varför intensiteten ändras med spridningsvinkeln. (2p)
Svar: Ljusvågor (fotoner) som sprids från två olika ”punkter” i samma molekyl interfererar med varandra
mer eller mindre destruktivt beroende på spridningsvinkeln, som avgörs av detektorns placering i
förhållande till det infallande ljusets riktning. Det beror på att spridda ljusvågorna har färdats olika långt
när de sammanstrålar i riktningen mot detektorn. För en given spridningsvinkel blir vågorna mer ur fas,
vilket leder till ökad destruktiv interferens och lägre intensitet, när avståndet mellan
spridningspunkterna ökar, och för två givna spridningspunkter blir de mer ur fas med ökad
spridningsvinkel (för små vinklar). Det betyder att information om molekylens storlek (och form) kan
erhållas från mätningar av hur det spridda ljusets intensitet ändras med spridningsvinkeln.

Question 48

Nanopartiklar av kiseldioxid (ett hydrofilt material) dispergerad i vatten har ett mycket bra
kolloidal stabilitet även vid höga salt koncentrationer. En mycket stark repulsiv kraft som
inte beskrivs av DLVO teorin uppstår när partiklarna kommer för nära varandra.

Answer 48

Nanopartiklar av kiseldioxid (ett hydrofilt material) dispergerad i vatten har ett mycket bra
kolloidal stabilitet även vid höga salt koncentrationer. En mycket stark repulsiv kraft som
inte beskrivs av DLVO teorin uppstår när partiklarna kommer för nära varandra.
Svar: Hydratiseringskrafter

Question 49

En dispersion av negativt laddade kolloidala partiklar i vatten flockulerar när man tillsätter
små mängden av poly(diallyldimethylamonium) klorid (PDDA, en polyelektrolyt med positivt
laddade segment).

Answer 49

En dispersion av negativt laddade kolloidala partiklar i vatten flockulerar när man tillsätter
små mängden av poly(diallyldimethylamonium) klorid (PDDA, en polyelektrolyt med positivt
laddade segment).
Svar: Poly-jon bryggning

Question 50

Erytrociter (röda blodkroppar) i ett blodprov kan separeras från resten av blodet genom att
tillsätta dextran (en polysackarid) till provet. Blodkroppar aggregerar och sedimenterar.
Aggregaten som bildas innehåller inget dextran.

Answer 50

Erytrociter (röda blodkroppar) i ett blodprov kan separeras från resten av blodet genom att
tillsätta dextran (en polysackarid) till provet. Blodkroppar aggregerar och sedimenterar.
Aggregaten som bildas innehåller inget dextran.
Svar: Utarmningskrafter

Question 51

Hydrofoba partiklar dispergerat i vatten brukar koagulera ganska fort även vid låga
koncentrationer. I några fall man kan minska koaguleringshastigheten om man ökar trycket i
systemet.

Answer 51

Hydrofoba partiklar dispergerat i vatten brukar koagulera ganska fort även vid låga
koncentrationer. I några fall man kan minska koaguleringshastigheten om man ökar trycket i
systemet.
Svar: Hydrofob interaktion

Question 52

Dispergerade partiklar kan tas bort från vatten genom att tillsätta små mängder av en
polymer som adsorberar på partiklarnas yta. Aggregaten som bildas kan filtreras bort.

Answer 52

Dispergerade partiklar kan tas bort från vatten genom att tillsätta små mängder av en
polymer som adsorberar på partiklarnas yta. Aggregaten som bildas kan filtreras bort.
Svar: Överbryggande flockulering

Question 53

Blandar man 9 g vatten med 1 g kalium oleat får man vid jämvikt en fas. Om man tillsätter salt till
provet, man ser att det separeras i två faser. En av faserna som bildas är dubbelbrytande. Förklara
dessa observationer.

Answer 53

Blandar man 9 g vatten med 1 g kalium oleat får man vid jämvikt en fas. Om man tillsätter salt till
provet, man ser att det separeras i två faser. En av faserna som bildas är dubbelbrytande. Förklara
dessa observationer.
Svar:
Man för först en L1 fas. Om man tillsätter salt, ökar jonstyrkan. Motjonerna skärmer repulsionen
mellan oleat huvudgrupperna och arean per huvudgrupp minskar. CPP ökar och man kan isf få en
hexagonal eller lamellär fas (båda är dubbelbrytande), beroende på hur stor är effekten på a0.
Eftersom repulsionen mellan stavarna eller bilagerna skärms också av motjonerna, och eftersom
surfaktantkoncentrationen är relativt låg, , kommer H1 eller Lalfa att innehålla bara en liten mängd
vatten. Resten av vatten kommer att bilda en L1 fas och det är därför man får två faser.

Question 54

Polymerer används ofta som viskositetshöjande tillsatser i farmaceutiska beredningar.
Förklara varför polymerer ökar viskositeten mer per gram upplöst ämne än många andra ämnen!
Ditt svar ska innehålla ett resonemang om hur enskilda polymerkedjor bidrar till viskositeten.
(3p)

Answer 54

Polymerer används ofta som viskositetshöjande tillsatser i farmaceutiska beredningar.
Förklara varför polymerer ökar viskositeten mer per gram upplöst ämne än många andra ämnen!
Ditt svar ska innehålla ett resonemang om hur enskilda polymerkedjor bidrar till viskositeten.
(3p)
Svar: Ett polymernystan bidrar till vätskans viskositet lika mycket som en kompakt sfär med
radien lika med nystanets gyrationsradie. Viskositeten avgörs därför av den volymsandel ø
nystanen upptar. I utspädda lösningar är viskositeten η=η0(1+2.5ø), där η0 är lösningsmedlets
viskositet. Eftersom den största delen av nystanens volym utgörs av lösningsmedelsmolekylerna
som befinner sig i nystanen, kommer varje gram upplöst polymer bidra mycket mer till
viskositeten är ämnen som inte bildar nystan.

Question 55

Antag att du har lyckats tillverkat en stabil vattenlösning av en oladdad polymer och en
polyelektrolyt. Du upptäcker dock att när du tillsätter NaCl till provet sker fasseparation.
Förklara varför provet fasseparerar när du tillsätter salt och hur man förväntar sig att de två
polymererna fördelar sig mellan faserna. (3p)

Answer 55

Antag att du har lyckats tillverkat en stabil vattenlösning av en oladdad polymer och en
polyelektrolyt. Du upptäcker dock att när du tillsätter NaCl till provet sker fasseparation.
Förklara varför provet fasseparerar när du tillsätter salt och hur man förväntar sig att de två
polymererna fördelar sig mellan faserna. (3p)
Svar: Den saltfria lösningen stabiliseras av att systemet får högre entropi om båda polymererna
bildar en fas eftersom segregation skulle innebära en entropiförlust framförallt på grund av att
det skulle bli en ojämn fördelning av motjonerna till polyelektrolyten. När NaCl tillsätts minskar
betydelsen av denna entropieffekt eftersom fördelningen av de små jonerna i systemet är
förhållandevis jämn även om fasseparation sker. Under sådana förhållanden kommer andra
växelverkningar mellan polymererna att påverka fasstabiliteten och två polymerer förväntas då
undvika att blanda sig med varandra. Man förväntar sig därför att två faser bildas där den
neutrala polymeren företrädelsevis återfinns i den ena fasen och polyelektrolyten företrädelsevis
i den andra fasen (segregativ fasseparation).

Question 56

Figurerna A och B ovan visar resultaten från lågvinkelröntgenspridningsförsök (SAXS) på
lösningar av amfifila ämnen. En av figurerna kommer från en L1-fas; ange vilken? Föreslå
fasstrukturen i det andra provet! Motivera dina svar! (2p)

Answer 56

Figurerna A och B ovan visar resultaten från lågvinkelröntgenspridningsförsök (SAXS) på
lösningar av amfifila ämnen. En av figurerna kommer från en L1-fas; ange vilken? Föreslå
fasstrukturen i det andra provet! Motivera dina svar! (2p)
Svar: A: L1-fas, B: lamellär fas. Eftersom SAXS kurvan innehåller Bragg-toppar har provet en
ordnad mikrostruktur, och eftersom q-avståndet mellan topparna är konstant och lika med avståndet från q=0 till första toppen så bör det vara en lamellär fas (ordnad i en dimension;
endast ett karakteristiskt avstånd mellan de spridande enheterna).

Question 57

Hydrofoba partiklar dispergerat i vatten brukar koagulera ganska fort. I några fall
man kan minska koaguleringshastigheten genom att avgasa dispersionen.

Answer 57

Hydrofoba partiklar dispergerat i vatten brukar koagulera ganska fort. I några fall
man kan minska koaguleringshastigheten genom att avgasa dispersionen.
Hydrofob interaktion (att avgasa dispersionen kan undvika ångbryggning, en av flera
möjliga förklaringar till den lång räckvidd hydrofoba interaktionen)

Question 58

Max möjlig vattenhalt i den lamellära fasen för en visst zwitterionic fosfolipid
minskar om man blandar fosfolipiden med kolesterol.

Answer 58

Max möjlig vattenhalt i den lamellära fasen för en visst zwitterionic fosfolipid
minskar om man blandar fosfolipiden med kolesterol.
termiska fluktuationer (kolesterol gör att bilager blir styvare –> svagare repulsion pga
termiska fluktuationer –> lägre halt vatten i den lamellära fasen)

Question 59

Natrium dodecylsulfat (SDS, en anjonisk surfaktant) kan användas för att stabilisera
en dispersion av zidovudine (ett hydrofobt antiviralt läkemedel) nanokristaller.

Answer 59

Natrium dodecylsulfat (SDS, en anjonisk surfaktant) kan användas för att stabilisera
en dispersion av zidovudine (ett hydrofobt antiviralt läkemedel) nanokristaller.
elektrisk dubbellager repulsion (ytan blir negativt laddad när SDS adsorberar på den)

Question 60

Spirinolakton (ett hydrofobt läkemedel som används som diuretikum) nanokristaller
kan dispergeras i vatten med hjälp av Tween 80 (en polyetylenoxid baserad
surfaktant).

Answer 60

Spirinolakton (ett hydrofobt läkemedel som används som diuretikum) nanokristaller
kan dispergeras i vatten med hjälp av Tween 80 (en polyetylenoxid baserad
surfaktant).
steriska krafter (PEO huvudgrupperna på olika partiklar repellerar varandra och
undviker aggregering)

Question 61

Modifierad stärkelse (en vattenlöslig polysackarid) kan orsaka flockulering av O/W
emulsioner. Flockulat som bildas kan lätt redispergeras genom t.ex. skakning.

Answer 61

Modifierad stärkelse (en vattenlöslig polysackarid) kan orsaka flockulering av O/W
emulsioner. Flockulat som bildas kan lätt redispergeras genom t.ex. skakning.
Utarmningskrafter (polymeren växelverkar inte med ytorna. Utarmningsflockulering
kan ske. Den är en ”svag” flockulering, redispergeras lätt).

Question 62

Vilken/vilka av följande påstående är korrekta? +1p korrekt svar. -0.5p fel svar. Max
antal poäng: 2. Minst antal poäng: 0.
Korrekta svar markerat i gul:
i. Adhesionsarbete är ett mått på styrkan av intermolekylära krafter mellan molekyler
av samma typ.
ii. Kohesionsarbete är ett mått på styrkan av intermolekylära krafter mellan molekyler
av samma typ.
iii. Att generera ny gränsyta är en spontan process.
iv. Ytspänningen för vatten minskar när temperaturen ökar
v. Kohesionen är alltid starkare än adhesionen

Answer 62

Vilken/vilka av följande påstående är korrekta? +1p korrekt svar. -0.5p fel svar. Max
antal poäng: 2. Minst antal poäng: 0.
Korrekta svar markerat i gul:

ii. Kohesionsarbete är ett mått på styrkan av intermolekylära krafter mellan molekyler
av samma typ.

iv. Ytspänningen för vatten minskar när temperaturen ökar

Question 63

Ett prov som innehåller 70% vatten, 4% lecitin och resten Triton X-100 består av bara en fas.
Om man ökar temperaturen, man ser att provet separeras i två faser och att den översta fasen är
dubbelbrytande (dvs. optisk anisotrop). Förklara dessa observationer (Ledning: Triton X-100
är en PEO-baserade surfaktant) (2p)

Answer 63

Ett prov som innehåller 70% vatten, 4% lecitin och resten Triton X-100 består av bara en fas.
Om man ökar temperaturen, man ser att provet separeras i två faser och att den översta fasen är
dubbelbrytande (dvs. optisk anisotrop). Förklara dessa observationer (Ledning: Triton X-100
är en PEO-baserade surfaktant) (2p)
Svar:
Man får ett prov som består av en L1 fas. Ökar man temperaturen kommer Triton X-100
huvudgruppen att krympa (PEO lösligheten i vatten minskar med ökande temperatur). Kritisk
packningsparameter kommer att öka och man kan få att den hexagonala eller den lamellära fasen
bildas. Eftersom repulsionen mellan huvudgrupperna minskar, det är osannolik att sådana faser
kan ta in allt vatten som finns i provet. Det kommer därför att finnas ett vatten överskott (dvs. en
L1 fas) i jämvikt med den flytande kristallina fasen som bildas.
Därför man kan se fasseparation och att översta fasen (lamellär eller hexagonal) är
dubbelbrytande.

Question 64

Beskriv principen för hur molekylvikten för makromolekyler kan bestämmas med
hjälp av osmometri. (2p)

Answer 64

Beskriv principen för hur molekylvikten för makromolekyler kan bestämmas med
hjälp av osmometri. (2p)
Svar: För ideal och vid oändlig utspädning lösning gäller:
𝛱 = 𝐶𝑅𝑇 =
𝑛𝑅𝑇
𝑉
=
𝑚𝑅𝑇
𝑀𝑉
=
𝑐𝑅𝑇
𝑀
dvs. 𝛱
𝑐𝑅𝑇
=
1
𝑀
Allmänt kan vi skriva seriutvecklingen: 𝛱
𝑐𝑅𝑇
=
1
𝑀
+ 𝐵𝑐 + ⋯
Av detta framgår att om vi mäter osmotiska trycket för lösningar med
koncentrationer c (massa/volym), kan vi få fram molmassan M (=molekylvikt ×
g/mol) som interceptet med y-axeln från en graf av 𝛱
𝑐𝑅𝑇
som funktion av c.

Question 65

En mutant av bakterien Sinorhizobium meliloti dispergerad i cell medium
producerar och utsöndrar stora mängden av succinoglycan (en vatten löslig
anjonisk polymer). Efter några minuter man kan se att bakterierna aggregerar.
Aggregaten som bildas innehåller ingen succinoglycan.

Answer 65

En mutant av bakterien Sinorhizobium meliloti dispergerad i cell medium
producerar och utsöndrar stora mängden av succinoglycan (en vatten löslig
anjonisk polymer). Efter några minuter man kan se att bakterierna aggregerar.
Aggregaten som bildas innehåller ingen succinoglycan.
Svar: utarmningskrafter. Polymerer stannar i lösningen och orsakar aggregering
pga utarmad området mellan partiklarna (vatten flödar ur från detta område).

Question 66

Ytan av bakterien Bacillus thuringiensis är negativt laddad. Om man tillsätter
katjoniska polyelektrolyter till dispergerade B. thuringiensis ser man att
bakterierna flockulerar.

Answer 66

Ytan av bakterien Bacillus thuringiensis är negativt laddad. Om man tillsätter
katjoniska polyelektrolyter till dispergerade B. thuringiensis ser man att
bakterierna flockulerar.
Svar: Poly-jon bryggning. Polyelektrolyter fungerar som motjoner för flera
partiklar samtidigt.

Question 67

En blandning som består av 35 % vatten och resten lipiden POPC vid 23 ℃
resulterar i ett en-fas prov (hela provet består av en lamellär fas). Om man
ersätter POPC med DPPC (dvs. om man har en blandning 35% vatten och resten
DPPC), man får istället två faser (lamellär + L1) vid samma temperatur. DPPC
har en fasomvandlingstemperatur lika med 41 ℃, medan för POPC
fasomvandlingen sker vid -2 ℃.

Answer 67

En blandning som består av 35 % vatten och resten lipiden POPC vid 23 ℃
resulterar i ett en-fas prov (hela provet består av en lamellär fas). Om man
ersätter POPC med DPPC (dvs. om man har en blandning 35% vatten och resten
DPPC), man får istället två faser (lamellär + L1) vid samma temperatur. DPPC
har en fasomvandlingstemperatur lika med 41 ℃, medan för POPC
fasomvandlingen sker vid -2 ℃.
Svar: Termiska fluktuationer. Fluktuationer vid POPC bilager (mjuk membran)
ger upphov till en stark repulsion mellan bilager –> stora mängden vatten mellan
bilager –> hög halt vatten i den lamellära fasen. DPPC bilager är mycket styvare
–> svagare fluktuationer –> svagare repulsion –> mindre mängd vatten mellan
bilager –> lägre vatten halt i den lamellära fasen. Överskott av vatten blir en egen
(L1) fas.

Question 68

För att få en stabil dispersion av glipozid nanokristaller i vatten, kan man tillsätta
natrium laurylsulfat (en anjonisk surfaktant) till glipozid/vatten blandningen.

Answer 68

För att få en stabil dispersion av glipozid nanokristaller i vatten, kan man tillsätta
natrium laurylsulfat (en anjonisk surfaktant) till glipozid/vatten blandningen.
Svar: Elektriskt dubbel lager repulsion. Surfaktanter adsorberar på ytan och gör
att nanokristallers ytladdningstätheten ökar.

Question 69

För att få en stabil dispersion av itraconazole nanokristaller i vatten, kan man
tillsätta hydroxietylcellulosa (en oladdad kedjepolymer med amfifila
egenskaper) till itraconazole/vatten blandningen.

Answer 69

För att få en stabil dispersion av itraconazole nanokristaller i vatten, kan man
tillsätta hydroxietylcellulosa (en oladdad kedjepolymer med amfifila
egenskaper) till itraconazole/vatten blandningen.
Svar: Sterisk stabilisering. Polymerer binder till kristallerna och undviker att de
kommer nära varandra, annars skulle konfigurationsentropi minskar och en
osmotisk gradient skulle uppstå.

Question 70

Vatten stiger 4 cm i ett kapillärrör. Om samma rör doppas i kvicksilver ser
man att kvicksilver sjunker 1,5 cm i röret.
Är röret som används vid försöket ovan hydrofilt eller hydrofobt?
Motivera ditt svar! (2p)

Answer 70

Hydrofilt. Vatten stiger i röret. Detta händer bara om röret ”tycker om”
vatten.

Question 71

Förklara effekten av NaCl koncentrationen på kurvans utseende (dvs,
förklara varför kurvorna flyttas åt vänster och nedåt med ökande NaCl
koncentrationen). (2p)

Answer 71

Förklara effekten av NaCl koncentrationen på kurvans utseende (dvs,
förklara varför kurvorna flyttas åt vänster och nedåt med ökande NaCl
koncentrationen). (2p)
Svar: Ökande koncentration NaCl orsakar en minskning av
repulsionen mellan fusidat huvudgrupperna. Det blir lättare att bilda
miceller (CMC minskar och kurvorna flyttas år vänster) och det blir
lättare för molekyler att fördela sig till ytan och packa sig tätare
(minskad ytspänning, kurvorna flyttas nedåt).

Question 72

Vad skulle man förvänta sig om man skulle göra mättningarna ovan
vid ett pH där fusidat är helt protonerad (dvs, när det finns inga
laddningar på molekylen). Skulle kurvorna flyttas mot högre eller
lägre läkemedelskoncentrationer? Vad skulle i så fall vara effekten av
NaCl koncentrationen? Motivera!

Answer 72

Svar: Man skulle få en kurva som är flyttad år vänster, då CMC
uppstår vid lägre koncentrationer vid oladdade surfaktanter än för
laddade (svagare repulsion mellan huvudgrupperna). NaCl
koncentrationen skulle i princip inte ha någon effekt allts.

Question 73

Fasbeteendet av blandningar som innehåller fettsyror (t.ex., oleinsyra) är starkt
beroende av pH. Om man har en blandning som från början innehåller 15 %
saltvatten, 70% oleinsyra och resten Na-oleat har man vid jämvikt en fas. Om
man gradvis ökar pH i blandningen genom att, t.ex, tillsätta små droppar av en
koncentrerad natrium hydroxid lösning, kommer denna fas att ersättas av andra
faser med olika mikrostrukturer. Ange vilka faser som kan bildas när pH i
systemet ökar och förklara vad som driver dessa strukturomvandlingar. Ledning:
Tänk på vad som händer med förhållandet mellan halten oleinsyra och halten
natrium oleat när man förändrar pH. (3p)

Answer 73

Fasbeteendet av blandningar som innehåller fettsyror (t.ex., oleinsyra) är starkt
beroende av pH. Om man har en blandning som från början innehåller 15 %
saltvatten, 70% oleinsyra och resten Na-oleat har man vid jämvikt en fas. Om
man gradvis ökar pH i blandningen genom att, t.ex, tillsätta små droppar av en
koncentrerad natrium hydroxid lösning, kommer denna fas att ersättas av andra
faser med olika mikrostrukturer. Ange vilka faser som kan bildas när pH i
systemet ökar och förklara vad som driver dessa strukturomvandlingar. Ledning:
Tänk på vad som händer med förhållandet mellan halten oleinsyra och halten
natrium oleat när man förändrar pH. (3p)
Svar: Man får en L2
fas från början. Att öka
pH skulle göra att
förhållandet mellan
halten oleinsyra och
halten natrium oleat
ökar (dvs. oleinsyra
blir till oleat). Om
koncentrationen vatten
är mest oförändrad,
sammansättningen av
provet föreändras som
de röda pilarna visar på
diagrammet. L2 fasen
blir en omvänd
micellär kubisk fas, sedan en omvänd hexagonal fas och sedan troligtvis i en lamellär fas
i jämvikt med överskott (kristaller) natrium oleat. Dessa omvandlingar drivs av en
ökande repulsion mellan huvudgrupper som leder till en minskning i CPP och minskande
negativt kurvatur (eller ökande kurvatur).

Question 74

Det är möjligt att tillverka liposom-liknande strukturer (vesiklar) med en
blandning av oleinsyra, natrium oleat och saltvatten. Enligt diagrammet, vad är
det högsta förhållandet mellan halten Na-oleat och halten oleinssyra man kan ha i
vesikelmembranet?

Answer 74

Svar: Man kan bilda liposom liknande
strukturer i områden där man har
Lamellära och L1 fasen i jämvikt med
varandra. Membranet av liposomerna
bildas av oleinsyra och na
-oleat i den
lamellära fasen. Möjliga
sammansättningar visas med en rött
linje på figuren. Högsta oleat/oleinsyra
förhållandet hittar man längst ner på
den röda linjen, där man har 15% olein
syra och 40% Na
-olea
t. Förhållandet är
därför 40/15 = 2,67.

Question 75

Vid ett transportförsök användes ett membran uppbyggt av ett kovalent tvärbundet nätverk av den
vattenlösliga polymeren dextran. Man undersökte flödet av polymeren polyetylenglykol (PEG) genom
membranet från en vattenlösning till en annan. I lösningen på donorsidan om membranet var
koncentrationen PEG-kedjor 5.0 mM. Den koncentrationen hölls konstant och omröringen var sådan att
inget stagnant lager uppstod vid membranytan. I mottagarlösningen (vatten) var koncentrationen PEG
under hela försöket försumbart låg, men ett stagnant lager med tjockleken 100 µm uppstod. Försöket
visade att, vid steady state, transporterades 5.5 µmol från donorsidan till bulklösningen på
mottagarsidan under 24 timmar. I ett separat försök bestämdes fördelningskonstanten för PEG mellan
membranet och vatten till 0.12.
(i) Ge en förklaring till varför fördelningskonstanten är <1, dvs. varför koncentrationen PEG är högre i
vattnet än i membranet vid jämvikt. OBS! Flödet genom membranet tyder på att maskorna i nätverket
inte förhindrar PEG-kedjorna att tränga in i membranet. (2p)

Answer 75

Vid ett transportförsök användes ett membran uppbyggt av ett kovalent tvärbundet nätverk av den
vattenlösliga polymeren dextran. Man undersökte flödet av polymeren polyetylenglykol (PEG) genom
membranet från en vattenlösning till en annan. I lösningen på donorsidan om membranet var
koncentrationen PEG-kedjor 5.0 mM. Den koncentrationen hölls konstant och omröringen var sådan att
inget stagnant lager uppstod vid membranytan. I mottagarlösningen (vatten) var koncentrationen PEG
under hela försöket försumbart låg, men ett stagnant lager med tjockleken 100 µm uppstod. Försöket
visade att, vid steady state, transporterades 5.5 µmol från donorsidan till bulklösningen på
mottagarsidan under 24 timmar. I ett separat försök bestämdes fördelningskonstanten för PEG mellan
membranet och vatten till 0.12.
(i) Ge en förklaring till varför fördelningskonstanten är <1, dvs. varför koncentrationen PEG är högre i
vattnet än i membranet vid jämvikt. OBS! Flödet genom membranet tyder på att maskorna i nätverket
inte förhindrar PEG-kedjorna att tränga in i membranet. (2p)
Svar: Dextran och PEG är var och en för sig fullständigt blandbara med vatten (i rumstemperatur), men
eftersom de är två neutrala polymerer med olika kemisk struktur så förväntar man sig att de inte är
fullständigt blandbara med varandra i vatten. Det framgår även av fasdiagrammet dextran – PEG –
vatten att de fasseparerar segregativt. Det är alltså rimligt att PEG fördelar sig på så sätt att
koncentrationen är lägre i dextranmembranet än i vattenlösningen, dvs. 𝐾 = [𝑃𝐸𝐺]𝑚𝑒𝑚𝑏𝑟𝑎𝑛
[𝑃𝐸𝐺]𝑣𝑎𝑡𝑡𝑒𝑛
< 1.

Question 76

Redogör för hur enkla salter, t.ex. NaCl, påverkar polyelektrolyters gyrationsradie i vattenlösningar.
(2p)

Answer 76

Redogör för hur enkla salter, t.ex. NaCl, påverkar polyelektrolyters gyrationsradie i vattenlösningar.
(2p)
Svar: I rent vatten bildar polyelektrolyter nystan med relativt stor gyrationsradie. Det beror på att
lösningens blandningsentropi ökar när vatten blandar sig med de dissocierade motjonerna i nystanet.
Det sker dock på bekostnad av kedjans konfigurationsentropi som minska när nystanet sväller (kedjan
sträcks ut). När salt tillsätts minskar drivkraften att blanda vatten med motjonerna i nystanet eftersom
det upplösta saltet sänker vattnets kemiska potential i lösningen. Då minskar nystanets gyrationsradie
eftersom kedjan tillåts öka sin konfigurationsentropi genom att dra ihop sig igen.

Question 77

Vilka experimentella metoder kan användas för att bestämma makromolekylers molekylvikt,
gyrationsradie respektive difusionskoefficient?
Poängsättning: 0.5p för varje korrekt metod, -0.5p för varje felaktig metod. Maxpoäng på hela
uppgiften: 3. Lägsta poäng på hela uppgiften: 0.

Answer 77

Vilka experimentella metoder kan användas för att bestämma makromolekylers molekylvikt,
gyrationsradie respektive difusionskoefficient?
Poängsättning: 0.5p för varje korrekt metod, -0.5p för varje felaktig metod. Maxpoäng på hela
uppgiften: 3. Lägsta poäng på hela uppgiften: 0.
Svar:
Molekylvikt: Statisk ljusspridning, lågvinkelröntgenspridning, osmometri
Gyrationsradie: Statisk ljusspridning, lågvinkelröntgenspridning
Diffusionskoefficient: Dynamisk ljusspridning, NMR

Question 78

Silver nanopartiklar (AgNPs) dispergerade i vatten används bl.a. som bärare för kemoterapeutiska
läkemedel. För att förbättra den kolloidala stabiliteten av dispersionen använder man stabilisatorer som
adsorberas på partiklarnas yta. Två vanliga stabilisatorer är citronsyra (en liten molekyl med en starkt
negativt laddning vid dispersionens pH) och PVP (polyvinylpyrroidone, en vattenlöslig polymer).
i. Förklara hur citronsyra respektive PVP kan förbättra den kolloidala stabiliteten för AgNPs.

Answer 78

Silver nanopartiklar (AgNPs) dispergerade i vatten används bl.a. som bärare för kemoterapeutiska
läkemedel. För att förbättra den kolloidala stabiliteten av dispersionen använder man stabilisatorer som
adsorberas på partiklarnas yta. Två vanliga stabilisatorer är citronsyra (en liten molekyl med en starkt
negativt laddning vid dispersionens pH) och PVP (polyvinylpyrroidone, en vattenlöslig polymer).
i. Förklara hur citronsyra respektive PVP kan förbättra den kolloidala stabiliteten för AgNPs.
Svar:
Citronsyra: Ytladdningstätheten för AgNPs ökar. Elektrisk dubbellager repulsionen blir
starkare.
PVP: Sterisk stabilisering. Om två AgNP kommer för nära varandra kommer en repulsion att
uppstå pga minskande antal konfigurationer vid polymer kedjan samt pga hög koncentration
polymer mellan partiklarna, vad som leder till en repulsiv osmotiskt tryck.

Question 79

Vilken figur (A eller B) visar effekten av salt på PVP- respektive citronsyra- stabiliserade
AgNPs? Motivera ditt svar!

Answer 79

Vilken figur (A eller B) visar effekten av salt på PVP- respektive citronsyra- stabiliserade
AgNPs? Motivera ditt svar!
Svar:
”A” visar effekten av salt på citronsyrastabiliserade partiklar. Man ser att med ökande salt
koncentration AgNPs aggregerar (diametern blir större) snabbare. Detta tyder på att
repulsionen och barriären som undviker koagulering minskar. Detta pekar till att partiklarna
stabiliserades av det elektriska dubbellagret.
”B” visar effekten av salt på PVP stabiliserade AgNPs. Då PVP ger sterisk stabilisering, man
förväntar sig inte att salt har någon effekt på den kolloidala stabiliteten.

Question 80

Hur skulle den kolloidala stabiliteten av cytronsyra-stabiliserade AgNPs påverkas om pH
skulle minska? Motivera!

Answer 80

Svar:
Kolloidala stabiliteten skulle minska. Minskar man pHn, kommer man att protonera syran –> laddningar
försvinner –> ytladdningstäthet minskar –> elektriskt dubbel lager repulsion minskar.

Question 81

Rahim et al. fann att koncentrationen aceclofenac i lösningen var mycket högre än vad
man förväntade sig från beräkningarna i del (i). De föreslog att anledningen till detta är
formen av nanokristallerna: mikroskopibilder visade att kristallerna faktiskt var kubiska
och inte sfäriska. Ange en förklaring till varför icke-sfäriska nanokristaller har en högre
löslighet än sfäriska nanokristaller med samma storlek.

Answer 81

Rahim et al. fann att koncentrationen aceclofenac i lösningen var mycket högre än vad
man förväntade sig från beräkningarna i del (i). De föreslog att anledningen till detta är
formen av nanokristallerna: mikroskopibilder visade att kristallerna faktiskt var kubiska
och inte sfäriska. Ange en förklaring till varför icke-sfäriska nanokristaller har en högre
löslighet än sfäriska nanokristaller med samma storlek.
Svar:
Med tanken på fri energi: En sfär är den geometriska formen som ger minst area/volym förhållande. En
icke-sfärisk nanokristall kommer därför att ha en större area/volym förhållande än en sfärisk nanokristall
med samma storlek. Eftersom det kostar energi att generera gränsytan, kommer en icke-sfärisk
nanokristall att ha högre Gibbs fri energi per mol än en sfärisk kristall med samma storlek. Detta
överskottet i fri energi leder till en högre löslighet. OBS! större ytarea gör också att upplösningsprocess blir snabbare (påverkar kinetiken), men detta kopplas inte direkt till själva lösligheten (som beror på
termodynamiken)!

Question 82

Surfakterna som testades var DTAB (dodecyltrimethyl ammonnium bromide, en
katjonisk surfaktant), DDAO (dimethyl dodecylamine-N-oxide, en neutral
surfaktant), och SDS (sodium dodecylsulfate, en anjonisk surfaktant).
Ange vilken surfaktant motsvarar vilken kurva (A, B eller C) i figuren. Motivera! Ledning:
CMC för SDS är 8,2 mM.

Answer 82

Svar:
Alla surfaktanter har samma hydrofoba svans. Skillnaden finns bara vid huvudgruppen. Man kan först identifiera vilken kurva som motsvarar SDS. CMC = 8.2 mM
ln(CMC/mM) = 2.1. Kurvan “B” planar ut vid ln(c/mM) = 2.1. Dvs att B motsvarar SDS.
Icke joniska surfaktanter har en lägre CMC än joniska surfaktanter med samma kolkedja.
Därför måste kurva A motsvara DDAO och C motsvarar DTAB.

Question 83

Hur skulle kurvorna i figuren påverkas om man skulle göra experimenten i en 50
mM NaCl (aq) lösning istället än i rent vatten? Motivera!

Answer 83

Hur skulle kurvorna i figuren påverkas om man skulle göra experimenten i en 50
mM NaCl (aq) lösning istället än i rent vatten? Motivera!
Svar:
För DDAO skulle ingenting förändras.
För SDS och DTAB skulle kurvorna flyttas år vänster (lägre CMC) och nedåt (lättare för
surfaktant molekyler at fördela sig till ytan, högre ytöverskott och lägre ytspänning).
Detta pga att skärmningseffekten: motjonerna kommer att sitta nära huvudgrupperna
och minska repulsionen mellan dem –> det blir lättare att blida miceller och att packa
sig tät vid ytan.

Question 84

I ett informationsblad som följde med polymeren kunde man läsa att molekylvikten hade bestämts
med hjälp av statisk ljusspridning. Vilken typ av medelvärde får man fram med den metoden? (1p)

Answer 84

I ett informationsblad som följde med polymeren kunde man läsa att molekylvikten hade bestämts
med hjälp av statisk ljusspridning. Vilken typ av medelvärde får man fram med den metoden? (1p)
Svar: Viktsmedelvärdet

Question 85

En student fick i uppdrag att undersöka en vattenbaserad polymerlösning. Studenten delade upp
lösningen i två prov (A och B) och gjorde följande observationer.
Prov A: Tillsats av natriumklorid förändrade inte lösningens viskositet märkbart
Prov B: Tillsats av natriumhydroxid ökade lösningens viskositet
Vad ger försöken för information om polymerens egenskaper? Motivera ditt svar! (2p)

Answer 85

En student fick i uppdrag att undersöka en vattenbaserad polymerlösning. Studenten delade upp
lösningen i två prov (A och B) och gjorde följande observationer.
Prov A: Tillsats av natriumklorid förändrade inte lösningens viskositet märkbart
Prov B: Tillsats av natriumhydroxid ökade lösningens viskositet
Vad ger försöken för information om polymerens egenskaper? Motivera ditt svar! (2p)
Svar: Laddade polymernystan förväntas krympa vid salttillsats och då bör viskositeten sjunka. Försöket
med prov A tyder på att polymeren inte är laddad. Viskositetsökningen vid försöket med prov B tyder på
att polymeren från början är oladdad men att den omvandlas till laddad polymer (polyelektrolyt) när
natriumhydroxid tillsätts. Polymeren bör vara av typen titrerbar polysyra, t.ex. polyakrylsyra.

Question 86

Typiskt för polymergeler är att de är elastiska. Det innebär t.ex. att om man sträcker ut dem och
sedan låter dem vara, tenderar de att återgå till sin ursprungliga form. Förklara varför polymergeler är
elastiska!

Answer 86

Svar: Gelerna består av ett nätverk av tvärbundna polymerkedjor. När gelen är fri är nätverket isotropt
(har samma deformationsgrad i alla riktningar) och gelen är i det tillstånd som har lägst fri energi för den
sammansättning den har. När gelen deformeras ökar dess fria energi (det krävs ett arbete att deformera
gelen). Om deformationsgraden är så låg att gelens sammansättning inte ändras (dvs. bara formen på
gelen ändras) så orsakas ökningen av fria energin av ändringen av änd-ändavståndet för kedjorna i
nätverket, vilket framför allt beror på att kedjornas konfigurationsentropi minskar i medeltal. Strävan att
återgå till den ursprungliga formen beror alltså på att systemet spontant söker sig tillbaka till tillståndet
med lägst möjliga fri energin.

Question 87

Förklara varför NaCl påverkar CMC, min area per molekyl, max filmtryck och
aggregationstal. (1p)

Answer 87

Förklara varför NaCl påverkar CMC, min area per molekyl, max filmtryck och
aggregationstal. (1p)
Svar: Man kan förvänta sig att ibuprofen blir delvis laddade pga karboxylsyra enheten.
Dvs att repulsion mellan huvudgrupperna kan uppstå. Att tillsätta NaCl ger en
skärmningseffekt pga av ökad koncentration motjoner. Blir lättare för ibuprofen att packa
sig i större miceller (lägre CMC och högre N). Repulsionen mellan surfaktanterna vid ytan
minskar också, och de kan packa sig tätare (lägre Amin) och blir mer effektiv på att
minska ytspänningen (högre filmtryck).

Question 88

Man bestämmer trycket inuti en 100 nm droppe av en lösning 200 mM ibuprofen i vatten
och trycket i en droppe med samma storlek av en lösning 180 mM ibuprofen i 100 mM NaCl
(aq). I vilket fall är trycket högre? Motivera! (2p)

Answer 88

Man bestämmer trycket inuti en 100 nm droppe av en lösning 200 mM ibuprofen i vatten
och trycket i en droppe med samma storlek av en lösning 180 mM ibuprofen i 100 mM NaCl
(aq). I vilket fall är trycket högre? Motivera! (2p)
Tryckskillnaden mellan droppensinsidan och utsidan är proportionell till ytspänningen:
∆𝑃 =
2𝛾
𝑟
Det finns också ett samband mellan filmtryck och ytspänning:
𝛱 = 𝛾0 − 𝛾
Där 𝛾0 är ytspänning av lösningen utan surfaktant och 𝛾 är ytspänningen av lösningen med surfaktant.
Eftersom NaCl vid koncentrationen man använder (100 mM) har en försumbar effekt på ytspänning
man kan anta att 𝛾0 är samma för rent vatten än för 100 mM NaCl.
Eftersom:
𝛾 = 𝛾0 − 𝛱
ett högre filmtryck betyder en lägre ytspänning för surfaktantlösningar och, därför, en mindre
tryckskillnad och ett lägre tryck in i droppen.
Då båda surfaktantlösningar man använder har en koncentration > CMC, man kan anta att filmtrycket
är lika Πmax.
200 mM Ibuprofen i vatten har ett lägre filmtryck –> högre ytspänning –> större Laplace
tryckskillnad vid droppen –> högre tryck in i droppen än om man använder 180 mM ibuprofen
i NaCl lösningen.
Trycket är högre i droppen som görs med 200 mM ibuprofen i vatten!

Question 89

Förklara skillnaden mellan kongruent och icke-kongruent smältning! (2p)

Answer 89

Förklara skillnaden mellan kongruent och icke-kongruent smältning! (2p)
Svar: Vid kongruent smältning har smältan samma sammansättning som den fasta fasen (som för t.ex.
Al2Ca). Vid inkongruent smältning har vätskan och fasta fasen olika samansättningar (som för t.ex.
Al4Ca).

Question 90

Redogör för likheter och skillnader mellan fasta lösningar och fasta föreningar! (2p)

Answer 90

Redogör för likheter och skillnader mellan fasta lösningar och fasta föreningar! (2p)
Svar: En lösning är en homogen fas som innehåller flera komponenter. Fasta lösningar och fasta
föreningar uppfyller båda det kravet. Skillnaden är att föreningen har en unik sammansättning (fixt
molbråk) medans den fasta lösningens sammansättning kan variera kontinuerligt.

Question 91

a) Förklara varför fasgränsen flyttas mot högre temperatur när molekylvikten ökar! (2p)

Answer 91

a) Förklara varför fasgränsen flyttas mot högre temperatur när molekylvikten ökar! (2p)
Svar: Området under fasgränsen är ett två-fasområde med en utspädd polymerlösning i jämvikt med en
(halv-)utspädd polymerlösning. Fasseparationen orsakas av att polymerkedjorna attraherar varandra i lösningen (en nettoeffekt av intermolekylära växelverkan mellan molekylerna: polymer-polymer,
polymer-lösningsmedel, lösningsmedel-lösningsmedel). Fasseparationen motverkas av systemets
blandningsentropi som ökar i betydelse med ökad temperatur. Fasseparation sker när nettoattraktionen
mellan polymerkedjorna är tillräcklig för att överkomma entropiförlusten förenad med fasseparationen.
Polymerens molekylvikt påverkar främst blandningsentropin. Blandningsentropin minskar med ökad
molekylvikt eftersom antalet polymerkedjor (per gram upplöst ämne) minskar med ökad molekylvikt.
Med ökad molekylvikt krävs därför högre temperatur för att motverka fasseparation, vilket förklarar
varför fasgränsen förflyttas mot högre temperaturer när molekylvikten ökar.

Question 92

Experiment visar att volymsandelen polymer i den koncentrerade fasen i fasseparerade prover är
ungefär lika med överlappskoncentrationen. Ge en förklaring till detta! (2p)

Answer 92

Experiment visar att volymsandelen polymer i den koncentrerade fasen i fasseparerade prover är
ungefär lika med överlappskoncentrationen. Ge en förklaring till detta! (2p)
Svar: Vid överlappskoncentrationen är koncentrationen polymer (uttryckt som viktsandelar eller
volymsandelar) ungefär samma som medelkoncentrationen inne i ett nystan i en utspädd
polymerlösning. Den senare motsvarar en optimal balans mellan blandningsentropi och
blandningsentalpi för enskilda nystan som inte har möjlighet en att växelverka med andra nystan.
Genom att fasseparera kan dock systemet sänka Gibbs fria energi eftersom segmenten i olika
polymerkedjor tillåts komma i kontakt med varandra. Genom att bilda en fas av samma koncentration
som överlappskoncentrationen optimeras sammansättningen (segment/lösningsmedel) även i
kontaktområdena mellan nystanen (där de i viss mån penetrerar varandra).

Question 93

Man kan minska kolloidal stabiliteten för AgNPs genom att öka jonstyrkan i
lösningen. Om man t.ex. tillsätter NaCl till AgNPs dispersionen, man ser att systemet
koagulerar omedelbart när koncentrationen NaCl är ca 30 mM (dvs. c.c.c. = 30 mM).
Samma c.c.c bestämdes vid tillsatts av NaNO3 istället än NaCl. Vid användning av
Ca(NO3)2 istället, var c.c.c lika med 2,5 mM. Förklara effekten av de olika
elektrolyter.

Answer 93

Man kan minska kolloidal stabiliteten för AgNPs genom att öka jonstyrkan i
lösningen. Om man t.ex. tillsätter NaCl till AgNPs dispersionen, man ser att systemet
koagulerar omedelbart när koncentrationen NaCl är ca 30 mM (dvs. c.c.c. = 30 mM).
Samma c.c.c bestämdes vid tillsatts av NaNO3 istället än NaCl. Vid användning av
Ca(NO3)2 istället, var c.c.c lika med 2,5 mM. Förklara effekten av de olika
elektrolyter.
Svar: NaCl och NaNO3 har, enligt DLVO teorin, samma effekt på den elektriska
dubbellager repulsionen, man förväntar sig samma c.c.c. Ca(NO3)2 innehållerfler joner
per ”enhet”, samt en jon som är multivalent (Ca+2). Jonstyrkan ökar snabbare med
ökande koncentration Ca(NO3)2 än vad som är fallet med NaCl –> elektrisk
dubbellager repulsion minskar snabbare, Debye längden blir också kortare. Falls
partiklarna är negativt laddade, man kan också tänka sig att man har en lägre (hälften)
koncentration Ca+2 än Na+
i mellanrummet mellan partiklarna –> svagare elektrisk
dubbellager repulsion.

Question 94

För at öka kolloidala stabiliteten för AgNP dispersionen, man kan tillsätta
polyvinylpyrrolidon (en vatten löslig polymer) till blandningen. Förklara hur
polymerer kan förbättra den kolloidala stabiliteten.

Answer 94

För at öka kolloidala stabiliteten för AgNP dispersionen, man kan tillsätta
polyvinylpyrrolidon (en vatten löslig polymer) till blandningen. Förklara hur
polymerer kan förbättra den kolloidala stabiliteten.
Svar: Man kan ha sterisk stabilisering om polymererna adsorberar på partiklarna med
tillräckligt hög yttäckning eller om polymererna är ”grafted” och binder till partiklarna
bara vid en enda. Repulsionen uppstår pga av en minskning i konfigurations entropi när
två polymer nystan kommer nära varandra samt pga av en hög koncentration polymerer i
mellanrummet mellan partiklarna i jamförelse med bulken som leder till en osmotisk
repulsiv kraft.

Question 95

För att avgöra hur länge en kolloidal lösning kan förvaras utan att koagulera kan man
räkna ut partiklarnas associationsfrekvens (enhet: s-1) enligt formeln:
𝐴𝑠𝑠𝑜𝑐𝑖𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛𝑠𝑓𝑟𝑒𝑘𝑣𝑒𝑛𝑠 = 𝑘𝑑𝑖𝑓𝑓 ∙ [𝐵] ∙ 𝑒−𝑊𝑏/𝑘𝐵𝑇
𝑘𝑑𝑖𝑓𝑓 är hastighetskonstanten för en diffusionskontrollerad bimolekylär reaktion och [𝐵]
är koncentrationen kolloidpartiklar.
a) Vad beskriver den tredje faktorn i uttrycket?

Answer 95

Sannolikheten att två partiklar som rör sig mot varandra överkommer
energibarriären och därmed associerar (irreversibelt) med varandra. Uttrycket visar att
sannolikheten avtar exponentiellt med ökat förhållande mellan energibarrärens höjd (Wb)
och den termiska energin (kBT).

Question 96

Den vanligt förekommande icke-joniska tensiden dodekyloktaetylenoxid (C12E8) bildar
globulära miceller i vatten vid 20 °C. Beskriv de krafter som verkar mellan
tensidmolekylerna i micellen och förklara varför aggregationstalet ökar med ökad
temperatur för denna tensid!

Answer 96

De viktigaste krafterna de som verkar mellan tensidmolekylerna i micellernas
huvudgruppsregion: 1) attraktionen mellan tensidmolekylerna på grund av kontakten
mellan kolväte och vatten och 2) repulsionen mellan huvudgruppernas (PEG-)
polymerkedjor. Vid den optimala arean per huvudgrupp (som motsvarar det optimala
aggregationstalet N) råder balans mellan dessa krafter. Repulsionen orsakas av att
polymerkedjorna bildar nystan som undviker att tränga in i varandra (eftersom det
innebär att de förlorar entropi). Vid ökad temperatur blir vatten ett sämre lösningsmedel
för PEG-kedjorna vilket leder till att deras effektiva storlek minskar. Huvudgrupperna
tillåts att packas tätare vilket medför att N ökar.

Question 97

Restylane® är ett gelpreparat som kan injiceras under huden. Gelen innehåller tvärbunden
hyaluronsyra som är en karboxylerad polysackarid. Gelen har förmågan att absorbera och
behålla vatten även när den utsätts för tryck. Förklara karboxylatgruppernas betydelse för
gelens absorptionsförmåga.

Answer 97

Vid tillräckligt höga pH värden är karboxylatgrupperna på polysackaridkedjorna laddade
och för varje sådan grupp i gelen måste det finnas en motjon (tex Na+). Detta följer av att
gelen måste vara elektroneutral. Motjonerna är dissocierade från karboxylatgrupperna
vilket ökar gelens blandningsentropi om vatten absorberas (osmos). Vatten transporteras
alltså från omgivande vätska till gelen tills att den osmotiska tryckskillnaden mellan
gelen och vätskan försvinner, vilket sker när det svällande trycket pga motjonerna
balanseras av det motsatt riktade trycket pga elasticiteten i polymernätverket (kedjorna i
nätverket sträcks ut när gelen sväller och förlorar därmed entropi).

Question 98

Vesiklar kan lätt bildas genom skakning av ett prov med lipiden lecitin
(=äggfosfatidylkolin) i vatten. Vesikellösningen är dock inte termodynamiskt stabil.
Vilken fas bildas vid jämvikt? Beskriv aggregatens uppbyggnad och placering i
förhållande till varandra i jämviktsfasen!

Answer 98

Jämviktsfas: Lamellär fas, dvs. den fas som kan stå i jämvikt med rent vatten. Denna fas
består ju också av lipidbilager precis som vesiklarna.

Question 99

Laplacetrycket är av betydelse för stabiliteten hos oljedroppar dispergerade i vatten
eftersom den kemiska potentialen för oljan är högre i små droppar än i stora droppar.
Ökar eller minskar trycket i en droppe om ett ytaktivt ämne tillsätts?

Answer 99

Trycket minskar eftersom Laplacetrycket =r
2 , där  är ytspänningen och r är radien.
Tensider sänker ytspänningen.

Question 100

Antag att du har tillgång till följande ytaktiva ämnen:
Dodekyloktaoxyetylen (C12E8), dodekyltrimetylammoniumklorid (C12TAC) och
ägg-fosfatidylkolin (EPC).
a) Vilket ämne skulle du använda dig av för att tillverka en vesikellösning?
b) Vilket ämne har högst cmc?
c) Vilket ämne skulle du använda dig av om vill tillverka en micellelösning där
aggregationstalet ökar när du höjer temperaturen?
d) Vilket ämne är mest irriterande för huden?

Answer 100

a) Vesiklar kan tillverkas av EPC. Bildar spontant bilager som inte löser upp sig i vatten.
b) C12TAC har högst cmc. Laddade tensider har högre cmc än oladdade pga. hög
entropikostnad att binda motjoner till micellerna.
c) Aggregationstalet för C12E8 ökar med ökad temperatur eftersom huvudgruppen
krymper (vatten blir sämre lösningsmedel för PEG-huvudgruppen) 
packningsparametern ökar (kurvaturen minskar).
d) C12TAC är mest irriterande för huden (pga högt cmc, hög monomerkoncentration)

Question 101

Kontaktvinkeln för vätska 1 på glas är 30°. Kontaktvinkeln för vätska 2 på glas är
120°.
(i) Vilken av vätskorna väter bäst en glasyta?
(ii) Vilken vätska stiger högst i en glaskapillär som sticks ner i vätskan?

Answer 101

(i) Vätska 1. Om kontaktvinkeln är <90° flyter droppen ut, dvs. vätskan tenderar att väta
ytan.
(ii) Vätska 1. Positiv stighöjd om kontaktvinkeln < 90° (”glad” menisk); negativ stighöjd
om kontaktvinkeln > 90° (”ledsen” menisk).

Question 102

Polymerer som adsorberar till ytan på kolloidala partiklar kan öka den kolloidala
stabiliteten. Redogör för hur repulsionen mellan partiklarna uppstår i sådana fall.

Answer 102

Sterisk stabilisering: Polymernystan adsorberade till ytorna på partiklarna
repellerar varandra när avståndet mellan partiklarnas ytor är mindre än ca. 4
gyrationsradier för polymernystanen. Repulsionen mellan nystanen uppkommer av att
polymerkedjorna förlorar konfigurations entropi när de stör varandra (tränger in i
varandra) .

Question 103

När natriumklorid sattes till en viskös lösning av hyaluronsyra i vatten med pH 7 fann
man att viskositeten minskade. Förklara varför!

Answer 103

Hyaluronsyra innehåller karboxylsyragrupper som är deprotonerade vid pH 7.
Lösningen innehåller alltså en polyelektrolyt. Polyelektrolytnystan är kraftigt uppsvällda
vid låga salthalter. Tillsats av salt minskar nystanens svällningsgrad. Därmed minskar
också viskositeten eftersom den relativa viskositeten (i utspädda lösningar) är
proportionell mot nystanens volym.

Question 104

DLVO-teorin kan inte förklara (i) varför en betydande repulsion finns mellan oladdade
lipidbilager i en lamellär fas, och (ii) varför attraktion uppstår mellan två positivt laddade
partiklar i vatten i närvaro av en negativt laddad polyjon. Förklara hur krafterna i (i) och
(ii) uppkommer!

Answer 104

(i) Unduleringskrafter: Orsakas av att bilagrens rörelsefrihet minskar (undulationer
≈ vågrörelser) när de befinner sig på korta avstånd från varandra. Kraften orsakas alltså
av minskad entropi.
(ii) Polyjonen ger upphov till så kallad bryggningsattraktion. På korta yt-ytavstånd kan
laddningarna på partikelytorna neutraliseras av polyjonen samtidigt som polyjonen kan
växelverka med båda ytorna utan att sträckas ut. Med ökat avstånd sträcks kedjorna ut
vilket innebär en entropiminskning; den elastiska kraften som uppstår i kedjorna tenderar
att minska avståndet mellan ytorna.

Question 105

Förklara varför cmc för den laddade tensiden är mycket högre än för den oladdade
tensiden!

Answer 105

Jämfört med oladdade miceller är bildandet av laddade tensidmiceller förenat med en
större entropikostnad/tensidmolekyl, eftersom tensidmolekylernas motjoner i hög grad
binder till micellerna, pga av de starka elektrostatiska attraktionskrafterna mellan
micellerna och motjonerna. Termodynamiskt sett motverkar det micellbildningen varför
cmc blir högre. (OBS! Om inte motjonerna band skulle micellernas elektrostatiska
energin vara mycket hög och cmc skulle vara ännu högre.)

Question 106

Om försöket med den laddade tensiden upprepas i närvaro av 0.05 M NaCl i
lösningen förändras inte formen på ytspänningskurvan särskilt mycket men kurvan
förskjuts åt ett håll. Sker det i riktning mot lägre eller högre tensidkoncentration?
Motivera ditt svar!

Answer 106

Salt förskjuter kurvan mot lägre tensidkoncentrationer (dvs. åt vänster i figuren).
Kurvans placering återspeglar effekten av att binda tensidjoner till luft/vätskeytan och till
miceller. Båda processerna försvåras av ökad elektrostatisk repulsion mellan
tensidmolekylerna och entropiförlusten av motjonsbindning. Salt bidrar allmänt till att
skärma av elektrostatiska krafter vilket minskar repulsionsenergin (viktigast vid låga
ytöverskott vid luft/vätskeytan). Saltet leder även till en jämnare fördelning av joner i
lösningen och därmed till en lägre entropikostnad att binda motjoner (viktigast vid höga
ytöverskott samt för micellbildningen;  sänkning av cmc).

Question 107

Vid sterisk stabilisering av vesikellösningar utnyttjar man det faktum att polymernystan
repellerar varandra när de befinner sig i ett bra lösningsmedel. Betrakta två nystan av en
polymer som är fullständigt blandbar med vatten. Kedjorna har samma
polymerisationsgrad. Förklara hur en repulsion kan uppstå mellan nystanen när de
närmar sig varandra i vatten!

Answer 107

Medelstorleken på ensamma nystan avgörs av balansen mellan
konfigurationsentropi och växelverkansenergi (egentligen fri energi). I ett bra
lösningsmedel är konfigurationsentropin av stor betydelse. När två nystan befinner sig så
nära varandra att avståndet mellan deras tyngdpunkter understiger två gyrationsradier
påverkar de varandras rörelsemönster vilket orsakar en sänkning av kedjornas entropi.
Det är i hög grad denna sänkning som ger upphov till repulsionen mellan dem.

Question 108

Ett generellt problem med att använda polymerer i flytande beredningar är att
beredningarna tenderar att fasseparera. Förklara varför många polymerlösningar
fasseparerar redan vid låga koncentrationer och hur det kommer sig att detta kan
undvikas genom att använda laddade polymerer.

Answer 108

Jämfört med lågmolekylära ämnen bidrar långkedjiga polymerer mycket lite till
lösningars blandningsentropi, främst på grund av att antalet molekyler per gram tillsatt
ämne är mycket lägre för polymererna. Det innebär att fasstabiliteten för utspädda
polymerlösningar drastiskt försämras om det finns nettoattraktionskrafter mellan
polymerkedjorna i lösningen, vilket man förväntar sig för neutrala polymerer i ett
lösningsmedel om monomererna som bygger upp kedjorna har annan kemisk struktur än
lösningsmedlet. (Av samma anledning förväntar man sig segregativ fasseparation av två
olika polymerer, även om båda var för sig är fullständigt blandbara med lösningsmedlet).
Polyelektrolyter är salter som innehåller ett stort antal motjoner som dissocierar från
laddningarna på polymeren. Detta ger polyelektrolyterna en hög blandningsentropi och
förklarar deras höga löslighet i vatten.

Question 109

I EMLA-krämen ingår tvärbunden polyakrylsyra som förtjockningsmedel. Om man
tillsätter salt till en vattensvälld gelmatris (pH≈ 7) av detta förtjockningsmedel kan man
observera ett fenomen som ibland kallas syneresis, dvs. att gelen avger vätska. Förklara
detta fenomen!

Answer 109

Den vattensvällda polymermatrisen innehåller tvärbundna polyjonkedjor och deras
motjoner. Den mängd vatten som den kan absorbera avgörs av en balans mellan entropin
att blanda vatten med polyelektrolyten, där motjonerna starkt bidrar till
blandningsentropin (ger positivt bidrag till osmotiska trycket), och entropikostnaden att
sträcka ut polymerkedjorna när gelen absorberar vatten (negativt bidrag till osmotiska
trycket). När salt tillförs ökar osmotiska trycket utanför gelen vilket gör att drivkraften
för gelen att absorbera vatten minskar. Gelen svarar på detta genom att avge vätska. I
princip skulle skillnaden i jonkoncentration kunna utjämnas om gelen tog upp salt utan att ändra sin volym. Sänkningen av det svällande trycket skulle då inte längre balansera
det motsatt riktade trycket från nätverkets elasticitet. Gelen avger vätska tills den
osmotiska tryckbalansen är återupprättad, vilket innebär att nätverket relaxerar till ett
mindre uppsvällt tillstånd och på så sätt ökar sin entropi.

Question 110

En viktig egenskap hos tensider är att de tenderar att bilda aggregat (miceller) i vatten.
a) Vilken är drivkraften bakom micellbildningen?

Answer 110

a) Drivkraften är kolvätekedjornas olöslighet i vatten, dvs. ”hydrofoba effekten” som
främst beror på att kontakten med kolvätekedjor sänker vattens entropi.