Vorlesung 7: Flüssig-Fest-Grenzflächen Flashcards
In welchen 4 Bereichen findet die flüssig-fest-Adsorption Anwendung?
- Kolloide
- Mikrofluidik
- HPLC (High Performance Liquid Chromatography)
- Abwasserreinigung
Was ist die Debye-Länge?
Die Deby-Länge ist ein Maß für die Dicke der diffusen Schicht. Sie ist der Abstand zur Oberfläche, bei dem das Potential auf 1/e (ca. 36,8%) des Oberflächenpotentials gefallen ist.
Was sind die Modelle zur Beschreibung der Ladungsverteilung an Flüssig-Fest-Grenzflächen? (zugrunde liegenden Annahmen und Unterschiede)
Beim Helmholtz-Modell findet Monolagenadsorption statt. Das Potential fällt in dieser starren Schicht linear mit dem Abstand zur Oberfläche ab. Es ist gültig bei stark adsorbierenden Ionen oder bei hoher Ionenkonzentration.
Das Gouy-Chapman-Modell berücksichtigt zusätzlich die thermische Bewegung der Ionen. Daher entsteht eine diffuse Schicht, in der das Potential sukzessive abfällt.
Das Stern-Modell kombiniert beide Modelle. In diesem liegt sowohl eine starre Helmholtz-Doppelschicht (linearer Abfall) als auch eine diffuse Gouy-Chapman-Schicht (sukzessiver Abfall)
Wofür wird der CDI-Prozess verwendet und wie funktioniert er?
Der CDI-Prozess (Capacitive Deionization) wird z.B. eingesetzt, um Salzwasser zu deionisieren. Ionen wandern durch den Aufbau eines elektrischen Felds aus der Lösung in Richtung der Elektroden und adsorbieren an porösen Kohlenstoffelektroden. Das Resultat ist eine deionisierte Lösung. Die Desorption erfolgt durch die Umkehr des elektrischen Felds. Das Resultat ist eine konzentrierte Salzlösung.
Inwiefern hat das Lösungsmittel Einfluss auf die Adsorption des darin gelösten Stoffes an der Flüssig-Fest-Grenzfläche?
Das Lösungsmittel konkurriert mit dem gelösten Stoff um Adsorptionsstellen. Je höher dessen Konzentration und je höher dessen Wechselwirkung mit dem Adsorbens ist, desto stärker adsorbiert das Lösungsmittel und desto geringer ist im Umkehrschluss die Adsorption des gelösten Stoffs.
Was ist die Größenordnung von Kolloiden und ihre Klassifizierungen?
Kolloide sind (sub)mikroskopische Partikel mit einem Durchmesser von 1nm bis 5µm. Aufgrund ihrer geringen Größe haben sie eine sehr große Grenzfläche mit dem Dispersionsmedium. Die Klassifizierungen lauten: Dispersionskolloide, Molekülkolloide, Assoziationskolloide.
“Die Flüssigkeit wird wie bei einem Schwamm schnell wieder rausgedrückt, sobald die Einlage mit Nässe vollgesogen ist.”
Um welche Saugeinlage handelt es sich?
Mikrofasern
Wie lässt sich die Stabilität einer Dispersion erhöhen?
- größerer Partikelradius
- Erhöhung des Oberflächenpotentials
- Verringerung der Ionenstärke des Dispersionsmediums
- Absenken der Temperatur
Was beschreibt die DLVO-Theorie? Was sind die relevanten Potentiale darin?
Die DLVO-Theorie ist eine Theorie zur Beschreibung der Stabilität kolloidaler Systeme. Sie vereinigt das Anziehungspotential durch van-der-Waals-Wechselwirkungen und das Abstoßungspotential durch sich überlappende, gleich geladene Doppelschichten.
Was ist die Brownsche Molekularbewegung? (Ursache, Wirkung)
- Partikel führen in einem Lösemittel temperaturabhängig unregelmäßige, vibrierende Bewegungen aus
- Ursache hierfür ist das Zusammenstoßen von Partikeln mit den sich bewegenden Lösemittelmolekülen
- Ein Kolloid stößt dabei im Durchschnitt 1021-mal pro Sekunde mit einem Lösemittelmolekül zusammen
- Auswirkung:
- Verantwortlich für das Diffusionsverhalten von Kolloiden
- Die Ausprägung der Zusammenstöße von Kolloiden untereinander
- Unterstützt, dass die Kolloide in Lösung bleiben (verringert das Absinken durch Sedimentation und das Aufsteigen durch Aufrahmung)
Welche 3 verschiedenen Koloidarten gibt es?
Dispersionskolloide (Bsp. Metalle)
- Lyophob (im flüssigen Dispersionsmedium schwer löslich)
- Systeme sind thermodynamisch instabil
Molekülkolloide (Polymere, Biopolymere, Proteine)
- Makromoleküle
- Lyophil (im flüssigen Dispersionsmedium leicht löslich)
- Systeme sind thermodynamisch stabil und flocken schwer aus
Assoziationskolloide (Mizellkolloide)
- Lyophil (im flüssigen Dispersionsmedium leicht löslich)
- entstehen durch spontane und reversible Zusammenlagerung
In welchen Alltagssachen finde ich Kolloide?
Reinigungsmittel
Kosmetik
Schmierstoffe
Lebensmittel
Arzneimittel
Seifen
Flotationsmittel
Kunststoff
Leim
Farben
Sprengstoff
Was ist eine kolloidale Dispersion?
Kolloide sind mikroskopische oder submikroskopische Partikel.
Der Durchmesser von Kolloiden liegt bei 1 nm bis 5 μm.
Auf Grund ihrer geringen Größe haben sie eine sehr große Grenzfläche mit dem Dispersionsmedium
Was ist die elektrophoretische Mobilität?
Die elektrophoretische Mobilität ist eine substanz-spezifische Größe, die die Wanderungsgeschwindigkeit im elektrischen Feld
bestimmt und damit für die Trennung entscheidend ist.
Was ist das Zeta-Potential?
- auch: elektokinetisches Potential
- Das Zeta-Potential ist messbar, das Oberflächenpotential nicht
→ Zeta-Potential kann als Maß für Sternpotential bzw. Oberflächenpotential verwendet werden - Das Zeta-Potential entspricht dem Potential an der Abscherschicht, welche durch eine Strömung induziert wird.
- Unter der Annahme, dass die Lage der Abscherschicht nahezu identisch mit derer der Sternschicht ist, kann das Zeta-Potential als ein Maß für das Anfangspotential der diffusen Schicht Ψℎ bzw. für das Oberflächenpotential Ψ0 verwendet werden.
