Füüsikalise ja kolloidkeemia eksam

Q: Mis jõud kehtivad ja kuidas saadakse osakeste raadius?

Vastus leiad õppematerjalist: Füüsikalise ja kolloidkeemia eksam

Q: Milleks sümbol delta?

Vastus leiad õppematerjalist: Füüsikalise ja kolloidkeemia eksam

Truumees, Birgit

Füüsikalise ja kolloidkeemia eksam (1)

Tallinna Tehnikaülikool - Keemia - Füüsikaline ja kolloidkeemia

5 VÄGA HEA

Esitatud küsimused

Mis jõud kehtivad ja kuidas saadakse osakeste raadius?
Milleks sümbol delta?

Kolloidkeemia eksam

Dispergeeritud süsteemide klassifikatsioon

Kolloidsüsteemide valmistamise meetodid (ainult keemiline meetod)

Dispergeeritud süsteemide optilised omadused, tuleb osata iseloomustada Rayleigh valemit, (kuid optilised uurimismeetodid ei tule).

Difusioonikonstandi ja difusiooni sügavuse avaldise tuletamine .

Kolloidlahuste osmootne rõhk.

Sedimentatsiooni tasakaalu tuletus (kuid sedimentatsioonianalüüsi ei tule).

Hüpsomeetrilise seaduse tuletamine.

Viskoossus . (Polümeeri molaarmassi viskosimeetrilist määramist ei tule).

Pinna kõverdumisest tingitud rõhu liia( Laplace võrrandi) tuletamine.

Pinna vaba energia, pindpinevus , pindaktiivsus, pindliig .

Adsorptsioon .

Pindpinevuse määramine kapillaarse tõusu abil.

Gibbsi adsorptsioonivõrrandi tuletamine (teada ühte kahest tuletusest)

Adsorptsiooni isotermid : Henry , Langmuiri ja Freundlichi isotermid.

Langmuiri adsorptsiooni isotermi tuletamine(tuletust ei tule)

Freundlichi adsorptsiooni isotermi määramine pindaktiivse tahke adsorbendi ja orgaanilise happe vesilahuse piirpinnal . (tuletust ei tule)

Adsorptsiooni isotermi leidmine (KK1 labori põhjal, kui tegite).

Elektrolüütide adsorptsioon.

Vahetusadsorptsioon. Ioonvahetus muldades.

Märgumine. Kohesioon . Adhesioon .

Kohesioonitöö ja aurustumissoojus vaheline seos.(tuletust ei tule)

Dupre võrrandi tuletamine. (tuleb kindlasti)

Elektriline kaksikkiht . Sooli saamine ja kolloidosakese ehitus Fe(OH)3 või AgI näite varal .

Elektrokineetilised nähtused.

ζ-potentsiaal ja lisandite mõju ζ-potentsiaalile.

Amfoteerse polüelektrolüüdi isoelektrilise täpi määramine.

Kolloidsüsteemide püsivus ja koagulatsioon . Schulze - Hardy reegel.

Tarded ja geelid. Tiksotroopia. Sünerees.

Koagulatsiooni ebakorrapärased read.

Suspensioonid ja emulsioonid. Emulsioonide liigid. Emulgaatorid. Bancrofti reegel.

Emulsioonide valmistamine ja lõhkumine. Näited emulsioonidest.

Aerosoolid . Vahud. Pulbrid .

Poolkolloidid . Seepide olek lahuses. Solubilisatsioon .

Dispergeeritud süsteemide klassifikatsioon
Kolloidsüsteeme võib jagada pinna märgumise põhjal lüofoobseteks ja lüofiilseteks. Lüofoobsed süsteemid (kreeka keelest “lahustan” ja “hirm”). Seal on vastastikused mõjud nõrgad. Kui dispersioonikeskkonnaks on vesi, siis nimetatakse hüdrofoobseteks
süsteemideks. Lüofiilsed süsteemid (kreeka keelest “lahustan” ja “sõber”). Seal on osakestevahelised mõjujõud suured. Veekeskkonna puhul kutsutakse neid süsteeme hüdrofiilseteks süsteemideks. Lüofiilsest süsteemi näiteks on kõrgmolekulaarse ühendi (kmü) lahus.Paljud dispergeeritud süsteemid kannavad sõltuvalt koostisosade agregaatolekust spetsiifilisi nimetusi. Gaasilise dispersioonikeskkonna korral nimetatakse dispergeeritud süsteeme üldiselt aerosoolideks, vedela dispersioonikeskkonna korral lüosoolideks ja tahke keskkonna korral tahketeks soolideks. Hüdrosoolide puhul on dispersioonikeskkonnaks vesi,organosoolide korral on dispersioonikeskkonnaks orgaaniline vedelik.

Kolloidsüsteemide valmistamise meetodid (ainult keemiline meetod)
Aatomid ja molekulid ühinevad ja moodustavad ideaalse väikese kristalli. Kristall kasvab, aga see jääb peatselt katki, kuna kristalli moodustamise agregaadid ’lähevad tülli’ ja kasvamine peatub. See on tuum, mis koosneb sadadestvõi tuhandetest aatomitest, molekulidest. See on iga kolloidosakese aluseks.
6/9 töös tegime sooli. Tuum on laeguta, aga sinna lähevad juurde tuuma moodustavad ioonid , mis proovivad tuuma edasi kasvatada aga ei saa. Need hoitakse kinni adsoptsioonijõududega. See on laengut määrav kiht/adsorbne kiht. Vastasioonid haakuvad adsorbse kihi külge, mis ei ole väga paks, kuna adsorptsioonijõud on nõrgad. Vastasioonid moodustavad difuusse kihi, mis liigub ka tuumaga kaasa. Töös arvutatud zeta potentsiaal on see mõttline pind, kust alates ioonid enam tuumaga kaasa ei liigu.

Dispergeeritud süsteemide optilised omadused, tuleb osata iseloomustada Rayleigh valemit, (kuid optilised uurimismeetodid ei tule).
Valguse hajumine - Valgus läbib (värvusetut) molekulaardispergeeritud süsteemi muutusteta. Jämedispergeeritud süsteemi hägususe põhjustab selles toimuv valguse hajumine ja peegeldumine . Inimsilma poolt vastuvõetava valguse lainepikkusest (380 – 760 nm) on aga kolloidsüsteemide osakeste mõõtmed üks-kaks suurusjärku väiksemad. Kolloidsüsteemidele on omased valguse difraktsiooniline hajumine ja neeldumine .Valgus hajub difraktsiooniliselt tingimusel, et valguskiire teel asuv osake on mõõtmetelt väikesem valguse poollaine pikkusest ning osakese murdumisnäitaja erineb optilise keskkonna (dispersioonikeskkonna) omast. Sellisel juhul on osakeste poolt hajutatud valgusele iseloomulik tema levimine kõikides suundades. See avaldub visuaalselt helendusena, mida nimetatakse opalestsentsiks. J.Tyndall leidis 1868.a. opalestseeruva koonuse tekke koonduva kiirtekimbu läbiminekul kolloidlahusega anumast (Tyndalli efekt). J.W.Rayleigh esitas 1871.a. kolloidosakeste poolt valguse hajutamise Tyndalli efekti kohta teooria, milline kehtib sfääriliste, elektrit mittejuhtivate, mõõtmetega alla 0,1 valguse lainepikkust (λ) kolloidosakeste juhul.
N- osakeste arv ruumalaühikus
V- osakese ruumala
λ- langeva valguse lainepikkus
n, n0- dispergeeritud faasi ja dispersioonikeskkonna murdumisnäitajad
I0- langeva valguse intensiivsus
I- hajunud valguse intensiivsus
1) Kui n = n0, siis süsteemis valgus ei haju. Näiteks on emulsioonid tavaliselt tugevasti hägused, kuid glütseriini ja tetrakloorsüsiniku emulsioon on läbipaistev kuna nende murdumisnäitajad on võrdsed.
2)Hajunud valguse intensiivsus kerakujulistel osakestel on valemi järgi võrdeline nende raadiuse kuuenda astmega (tingimusel λ>2r): I ~ r6. Seetõttu dispergeerimisastme kasvamine põhjustab hajunud valguse intensiivsuse I tunduva kahanemise. Näitena on järgnevalt esitatud BaSO4 suspensiooni poolt valguse hajutamise sõltuvus osakese mõõtmetest.
3)Hajunud valgus on seda intensiivsem, mida suurem on dispergeeritud faasi osakeste kontsentratsioon (I ~ N).
4)I ~ 1/λ4.Valemis on hajunud valguse intensiivsus pöördvõrdeline λ4– ga,siis polükromaatse valguse (valge valguse) korral on hajunud kiirgus alati lühilainelisem kui süsteemist läbiminev valgus. Näiteks on (pilvitu) taeva ja mere värvus sinine, kuna päikeselt tuleva valguskiirguse lühilaineline (sinine) komponent hajub paremini. Loojuva päikese taevalaotus on aga kollakas - oranz , kuna päikesevalguse sinine komponent neeldub Maa atmosfäris paremini kui kollane-punane päikesekiirguse komponent.
Valguse neeldumine
Lambert - Beeri seadus In= I0e-kcl
k- molaarne neeldumistegur
l- neelava lahusekihi paksus
c- lahustatud aine molaarne kontsentratsioon
kirjeldab lahuses neeldunud valguse intensiivsuse In sõltuvust pealelangeva valguse intensiivsusest I0 ja neelava keskkonna omadustest. Neeldumisteguri k väärtused sõltuvad pealelangeva valguse lainepikkusest ja temperatuurist.
Suurust ln I0/In = kcl = B
nimetatakse lahuse ekstinktsiooniks ehk optiliseks tiheduseks.
Suhet (I0-In)/I0=1-e-kcl nimetatakse lahuse suhteliseks neeldumiseks.
Lambert-Beeri seadus loodi esialgu tõeliste lahuste jaoks, kuid siis leiti, et ta kõlbab ka kolloidlahustes madala dispergeeritud faasi kontsentratsiooni korral. Kõrvalekalded Lambert-Beeri seadusest tekivad jämedispergeeritud süsteemides ja kontsentreeritud lahustes. Samuti ei sobi see võrrand metallide soolide puhul..

Difusioonikonstandi ja difusiooni sügavuse avaldise tuletamine.
Difusioonikonstant:
Osakeste ühtlane jaotus süsteemis on nende kõige tõenäosem olek. Aine ülekanne allub samadele seaduspärasustele kui soojuse ja elektri ülekanne. Difusioon on soojusliikumisest tingitud isevooluline ioonide, molekulide või dispergeeritud osakeste kontsentratsioonide ühtlustumine süsteemis. 1855.a. näitas Fick, et ajavahemikul dt läbi pinna s valitud suunas x difundeerunud aine mass dm on võrdeline kontsentratsiooni gradiendiga dc/dx: dm/dt= -Ds*(dc/dx)
Kui kontsentratsiooni gradient dc/dx on ajas konstantne , siis läbi pinna s aja t jooksul
kandub mass m: m = - sD*(dc/dx)t
Difusioonikoefitsient D väljendab arvuliselt aine hulka, milline läbib ajaühikus pinnaühikut ühikulise kontsentratsioonigradiendi korral. Vaatleme joonisel kujutatud ühikulise ristlõikega toru, milles lahustatud aine kontsentratsioon c kahaneb ühtlaselt vasakult paremale x telje suunas. Valime torus lahusekihi paksusega dx. Kontsentratsioonid erinevad mõlemal pool seda kihti dc võrra.
Osmootne rõhk F1 on jõuallikas, mis paneb difusiooni liikuma.
Kui lahusekiht oleks mõlemalt poolt piiratud poolläbilaskvate membraanidega, mõjuks lahusele toru pikkusele x vastavas ruumalas osmootne rõhk dΠ = RTdc. Kuna reaalselt aga sellised membraanid puuduvad, siis toimub lahustatud aine difusioon läbi kihi dx vasakult paremale difusioonikiirusega v. Osakeste liikumapanevaks jõuks on dΠ/dx
ja ühele osakesele mõjuv liikumapanev jõud
Tekkiv difusioonikiirus on v. Pidurdav jõud ( Stokesi jõud, stokesi konstant korda kiirus) F2 = Bv kus Stokesi seaduse põhjal on B=6πηr. F1’le on F2 vastu ja nad kompenseerivad üksteist mingil ajahetkel. Kuna F1 = F2, siis
Sellest
asendame osmootse rõhu diferentsiaali dΠ = RTdc
Teisest küljest on mass m läbi pinna s kiiruse v ja kontsentratsiooni c puhul m = svc. Asendame selles valemis v tema väärtusega eelmisest valemist , saame ühes ajaühikus
võrdleme saadud võrrandit eespool Ficki seadusest leitud m avaldisega.
Kuna R/NA= k (boltzmani konstant), siis sellest võrdlusest järeldub, et
Difusiooni sügavus:
Browni liikumist kirjeldatakse ruutkeskmise hälbena.
Joonisel kujutatud horisontaalses torus ühikulise ristlõikega S = 1 cm2 (või S = 1 m2) toimub dispergeeritud faasi osakeste difusioon x telje suunas vasakult paremale. Torus asuvad lõiked x1 ja x2 nendele vastavate kontsentratsioonidega c1 ja c2 nii, et kaugus kihtide vahel oleks võrdne ruutkeskmise nihkega dx = x1 – x2 = ning c1 – c2 = dc.
Pooled kihtides x1 ja x2 olevatest osakestest difundeeruvad vasakule, ülejäänud pool difundeeruvad aga paremale. Aine hulk m1, milline aja τ vältel kandub kihist x1 vasakult paremale läbi kujuteldava pinna AB, on 1/2c1 ning aine hulk m2,
milline aja τ vältel kandub kihist x2 paremalt vasakule läbi kujuteldava pinna AB, on
1/2c2 . Summaarne aine voog läbi pinna AB vasakult paremale ( eeldusel c1 > c2)
avaldub kujul
m = m1 - m2=1/2c1-1/2c2=1/2(c1-c2)
Kirjeldame kontsentratsiooni muutust ruutkeskmise nihke ulatuses:
siit c1- c2 = -dc/dx
selle paigutamisel võrrandisse m = m1 - m2=1/2c1-1/2c2=1/2(c1-c2) saame
Viimase võrdlemisel Ficki seadusest tuletatud avaldisega m =- sD t, eeldusel et S=1:
millest saame ruutkeskmise hälbe = . See on difusiooni sügavus.
-difusiooni aeg

Kolloidlahuste osmootne rõhk.
Kolloidlahused ei erine oma molekulaar -kineetilistelt omadustelt tõelistest lahustest.Kolloidlahustele rakendatakse van’t Hoffi võrrandit: dΠ= RTdc. Kolloidlahuste osmootne rõhk on väikesem kui osmootne rõhk tõelistes lahustes kuna kolloidosakese osakese mass on märgatavalt suurem tavalisest molekulist ja kolloidosakese kontsentratsioon on märgatavalt väikesem tavaliste molekulide kontsentratsioonist. Vaatleme seda erinevust lähemalt. Kirjutame van’t Hoffi võrrandi ΠV = nRT koos järgmise teisendusega välja järgmisel kujul:
g- dispergeeritud faasi kogumass,
mi- dispergeeritud osakese mass
V- kolloidlahuse ruumala
N- dispergeeritud osakeste arv ruumalaühikus
Kolloidlahuste osmootne rõhk on pöördvõrdeline osakeste raadiuste kuupidega, raadiused muutuvad aja jooksul tänu agregateerumisele.

Sedimentatsiooni tasakaalu tuletus(kuid sedimentatsioonianalüüsi ei tule).
Mis jõud kehtivad ja kuidas saadakse osakeste raadius?
Reaalsetele dispergeeritud süsteemidele mõjub alati Maa gravitatsiooniväli. Raskusjõu toime osakestele on määratud nende massiga. Suurte osakeste korral raskusjõud põhjustab dispergeeritud osakeste väljasadenemise dispersioonikeskkonnast. Kolloidosakeste puhul toimib raskusjõule vastu difusioon. Saavutatakse tasakaal, mida nimetatakse sedimentatsiooni tasakaaluks. Osakesele mõjuv raskusjõud fg põhjustab settimise : fg = mg = V(ρ - ρ0)g
ρ - osakese tihedus, ρ0 - dispersioonikeskkonna tihedus
m - osakese mass
V - osakese ruumala
g - raskuskiirendus
Sisehõõrdumisjõud (Stokesi jõud) fη = Bv tasakaalustab raskusjõu.
Jõudude tasakaalu korral fg = fη ja mg = Bv, siis v = const
Kerakujuliste osakeste korral m = 4/3πr3(ρ - ρ0) ja Stokesi järgi B = 6πηr,
settimiskiirus v =
Sedimentatsioon esineb siis kui ρ > ρ0 (osakese tihedus on suurem keskkonna
tihedusest). Kui ρ kerkib süsteemis pinnale.
r =
See on osakese raadius.

Hüpsomeetrilise seaduse tuletamine.
Kui dispergeeritud faasi kontsentratsioon on c siis ajaühikus läbi pinnaühiku raskusjõu mõjul liikuv ainehulk on sedimentatsioonivoog: Is=vc
kus v - osakese liikumiskiirus , c - kontsentratsioon
Sedimentatsioonivoole toimib vastu difusioonivoog. Osake hakkab liikuma kiirenevalt tänu raskusjõule fg = mg. Osakese liikumist takistab keskkonna sisehõõrdejõud ehk Stokesi jõud fη = Bv.
Saabub tasakaal, kus fg = fη ehk mg = Bv ja kiirus v jääb konstantseks.
ρ - osakese tihedus, ρ0 - dispersioonikeskkonna tihedus. Asetades kiiruse väärtuse võrrandist võrrandisse Is = vc, saame
Is = vc = mgc/B
Difusioonivoog (Ficki I seadusest) on Id = -D (ajaühikus läbi pinnaühiku(t=S=1))
Tasakaalu korral, kus silmaga nähtavad muutused puuduvad, on

Viskoossus. (Polümeeri molaarmassi viskosimeetrilist määramist ei tule).
Viskoossus võtab arvesse igasuguseid jõudusid, mis mõjuvad osakestele.
Peenestus (dispersiooni) süsteemi omadused sõltuvad peenestusfaasi osakeste arvust
peenestuskeskkonnas. Kui osakesi on vähe ja nendevahelised kontaktid on harvad, võime lugeda osakesi nende iseseisvas liikumises üksteisest vabadeks. Sellist süsteemi
nimetatakse hajuspeenestatuks. Hajuspeenestatud süsteemi viskoossus on määratud põhiliselt peenestuskeskkonna viskoossusega. Gaasi või vedeliku ühe kihi võimet takistada teise kihi liikumist või avaldada vastupanu mõne teise keha liikumisele nimetatakse viskoossuseks ehk sisehõõrdumiseks. Aeglasemalt liikuvad kihid takistavad kiiremini liikuvaid kihte, kuna soojusliikumine ja molekulidevaheline mõjujõud on erinevates kihtides erinev. Kuna kolloidosakesed on oma suurte mõõtmete tõttu lisatakistuseks peenestuskeskkonna ühtlasele voolamisele, siis on kolloidlahuste viskoossus η alati suurem kui vastava puhta lahusti viskoossus η0.
Laminaarsel (vedelikukihid liiguvad üksteise suhtes paralleelselt) voolamisel kehtib Newtoni seadus F = ηS dv/dy
F - jõud, mida tuleb rakendada nihutamiseks teise pinna suhtes
S - kihi pindala
dv - suhteline liikumiskiirus
dv/dy - kihtidevaheline kiirusgradient
η - võrdetegur, ehk viskoossus
Ühikulise pindalaga vedelikukihid asuvad üksteisest ühikulisel kaugusel ja ülemine kiht liigub alumise suhtes suhtelise kiirusega 1 kiirusühik ühikulise jõuväärtuse mõjul. Kui need ühikud on CGSE süsteemis, siis on sellise vedeliku viskoossus 1 puaas (P), kui aga SI süsteemis, siis on sellise vedeliku viskoossuse ühikuks 1 Pas (1 Paskal x 1 sekund)
1P = 0,1Pas = 0,1 Ns/m2
Vee viskoossus toatemperatuuril on ~1 cP ehk ~10-3 Pas

Pinna kõverdumisest tingitud rõhu liia(Laplace võrrandi) tuletamine.
Vedeliku pind võtab raskusjõu mõjul looduslikes veekogudes tasapindse kuju. Pind on väike võrreldes vee massiga. Veetilga vähenedes võtab see aga veetilga, veelgi vähenedes keraja kuju. Veetilga vähenemisel väheneb ka raskusjõu osatähtsus kuna veetilga ruumala väheneb võrdeliselt raadiuse kuubiga, veetilga pind aga raadiuse ruuduga. Pindpinevusest tingitud kõverdumine püüab vähendada pinda antud ruumala piires. Kõvera pinna tõttu tekib täiendav siserõhk. Järgnevas vaatame kõverpinna poolt tekitatavat rõhu muutust. Leiame seose kõverdunud pinna aluse rõhu, kõverdunud pinna raadiuse r ja pindpinevuse σ vahel. Selleks vaatleme tasakaalu tilga ja teda ümbritseva auru vahel (eeldusel et T=const. ja P=const, nii et saame vaadata Gibbsi vaba energia muutumist). Pinna (veetilga) kõverdumisel (kõverus) raadiusega r tekib täiendav siserõhk ∆p. See siserõhk toimib tilgapinnaga risti ja suundub tekkinud kõveruse tsentrisse. Milleks sümbol ∆ ( delta )? Sellepärast et see on täiendav rõhk juba olemasolevale siserõhule. See ∆p on sisuliselt tilga kõverpinnal oleva rõhu ja silepinna auru rõhkude vahe. Selle täiendava rõhu tõttu väheneb tilga ruumala dV võrra. Tehtav töö on ∆pdV. Eelnevalt on meil teada, et tasapindse pinna vabaenergia GS muutus püsival temperatuuril ja välisrõhul on: dGS = σ12dS12+ S12dσ12
Pinna kõverdumise lisandub siia veel pinnaenergiat vähendav liige (töö ruumala vähendamiseks), saame dGS = -∆pdV+σ12dS12+S12dσ12
Gibbs näitas, et on võimalik moodustada pinna, millel pindpinevuse muut diferentsiaal on null dσ12=0. Kuna tasakaalu korral ka Gibbsi vabaenergia muut on null dGS=0, siis saame 0 = -∆pdV+σ12dS12
Avaldame rõhu:
nimetatakse pinna kõveruseks. Avaldame selle tilga (sfäärilise pinna) jaoks:
S= 4πr2 dS=8πrdr
V= 4/3πr3 dV=4πr2dr
Jagades esimese teisega saame pinna kõveruseks
(+-, sest pind ei pruugi olla kera)
Asendades saame pinna kõverdumisest tingitud rõhu liia jaoks ∆p=σ12
See on Laplace I seadus. ∆p on kõverpinnaga üksteisest eraldatud külgnevate faaside vahel tekkiv rõhu erinevus, mida nimatatakse ka kapillaarseks rõhuks. Mida suurem on aine peenestusaste, seda suurem on siserõhk. Veetilgal raadiusega 1 µm on kapillaarrõhk 1,5x105 Pa (umbes 0,1% vee siserõhust), tilkadel raadiusega 10 nm on kapillaarrõhk juba 1.5x107 Pa (umbes 10% vee siserõhust). Vee siserõhk on 2x108 Pa (2000 at). See rõhk on küllaldane selleks, et kindlustada tilga sfääriline kuju. Kui on nõgus kõverpind (näiteks kapillaartorus tekkiv vedeliku menisk), siis rõhu liig ∆p on suunatud meniski raadiuse suunas õhku. Selle tagajärjel tekkiv täiendav rõhk aitab tõsta kapillaaris olevat vedelikku ülespoole (lisaks pindpinevuse jõu mõjul vedelikusamba tõusmisele).
Näited tegelikkusest:
1) Puhume seebimulli. Võtame puhumiskõrre otsa suust ja seebimull väheneb kiiresti kuni lõpliku kustumiseni. Seebimulli kõver pind tingib ka suurema rõhu võrreldes välisrõhuga.
2) Puhume kaks seebimulli (parem oleks kaks üheaegselt puhujat). Esimene puhub suure mulli , teine aga väikese mulli. Võttes nüüd kiiresti mõlemad puhumiskõrred koos mullidega ja ühendanud kõrred omavahel, näeme ei väike mull väheneb ja kustub , suur mull aga suureneb väikesest tulnud õhu arvel. Järelikult oli väiksemas mullis rõhk suurem.
Märkus: Seebimullil on nii sisemine kui ka välimine pind. Mõlema pinna
kõverusraadiused on sisuliselt võrdsed kuna kile on õhuke. Ka kõverustsenter on ühine. Nendel põhjustel on rõhk seebimulli sees samuti kaks korda suurem kui see tuleks Laplace võrrandi järgi arvutamisel.

Pinna vaba energia, pindpinevus, pindaktiivsus, pindliig.
Dispergeerimine (peenestamine) on seotud pinnaenergia kasvuga. Eripinna suurenemisel pinnaenergia kasvab.
E=EVV+ESS
E-koguenergia
EV-ruumienergia
V-koguruumala
ES-pinnaenergia
S-pindala
Energia osakese ruumalaühiku kohta:
Se- eripind
Vaatleme järgneva joonise abil pinnaenergia kasvu. Molekulid faasi sisemuses toimivad naaberosakestega ühesuguse tugevusega kõikides suundades. Pindkihi molekulidele mõjuvad aga nii antud faasi naabermolekulide, kui ka teise faasi osakeste tõmbejõud. Pindkihi molekulide jõuväljad, millised on suunatud faasist väljapoole, jäävad kas osaliselt või täielikult välise faasi molekulide poolt kompenseerimata. Selle tagajärjel pindkihi potentsiaalne energia suureneb. Energia liig, mis on pindkihis asuvatel molekulidel võrreldes molekulidega faasi sees, on GS.
Pindpinevust defineeritakse kahel viisil:
1) pindpinevus on jõud, mis mõjub vedeliku eralduskontuuri pikkusühikule selles suunas, milles vedeliku pind kahaneb.
2) Pindpinevus on töö, mida on vaja kulutada pinna suurendamiseks ühe pindalaühiku
võrra.
Matemaatiliselt on pinna vabaenergia ehk pindpinevus defineeritud Gibbsi vabaenergia (GS) juurdekasvuna faasidevahelise pinna suurenemisel ühe pinnaühiku
võrra.
Pinna vaba energia ehk pindpinevus tingimustel P,T = const:
Pindkihi molekulid avaldavad survet faasi sisemuse osakestele ja pind püüab omandada minimaalse võimaliku väärtuse. Vedelike puhul viib see tilga moodustumisele. Resultaatjõud on suunatud vedeliku sisemusse . Tekib siserõhk, kuna vedeliku pind avaldab rõhku oma sisemistele kihtidele. Suure eripinnaga süsteemides tuleb arvestada pinna vabaenergia osa Gibbsi vabaenergias: GS = δ12S12 milline on faaside eralduspinna S vabaenergia osa. Pinna vabaenergia GS muutus püsival temperatuuril ja välisrõhul on: dGS = δ12dS12+ S12dδ12
Dispergeeritud süsteemides on pinna vabaenergia GS suur ja seepärast on kolloidosakesed ebastabiilsed. Süsteem püüdleb energia vähenemise poole. Protsess on iseeneslik kuna dGS 1. Pinna vähendamine (dS kalduvus väikeste osakeste liitumisele suuremateks agregaatideks, mis viib süsteemi eripinna ja selle kaudu ka Gibbsi vaba energia kahanemisele . Seda nimetatakse agregateerumiseks ja see on isevooluline protsess.
2. Pindpinevuse vähendamine (dδ adsorptsiooniks.
Aineid, millised adsorbeeruvad ja millised vähendavad pindpinevust δ, nimetatakse pindaktiivseteks aineteks .
Süsteemi komponendi pindliiga Γ (ehk teiste sõnadega adsorbeerunud aine hulka) defineerime pindkihi ja faasi sisemuse kontsentratsioonide vahena pinnaühiku kohta. Kui adsorbendi pinna suurus pole teada, siis väljendatakse adsorptsiooni näiteks 1 g adsorbendi kohta ja Γ väljendatakse mol/g
Pinnakiht – õhuke kiht, mis eraldab kahte mahulist faasi. Pinnakihi molekulidel on kompenseerimata molekulaarjõudude väli, mis viib adsorbendi- ja adsorbaadi osakeste vahelise sideme tekkimisele. Kui tekivad van der Waalsi jõud, siis on sideme energia väike ja sellist adsorptsiooni liiki nimetatakse füüsikaliseks adsorptsiooniks. Kui adsorbaadi ja adsorbendi pinna vahel tekib keemiline side, nimetatakse seda kemosorptsiooniks. Normaaltingimustel on füüsikaline adsorptsioon pöörduv,
kemosorptsioon aga mittepöörduv protsess.
Pindliig
või
- moolide arv pinnakihis
- moolide arv faasi sisemuses

Adsorptsioon.
Pindpinevuse vähendamine (dδ Definitsioon: adsorptsioon on süsteemi üksikute komponentide kontsentreerumine faaside eralduspinnale. Pindkihti läheb see komponent, milline vähendab kõige tugevamini pindpinevust faaside eralduspinnal.
Ainet, mis koguneb pinnakihti, nimetatakse adsorbaadiks
Ainet, mille pinnale koguneb adsorbaat, nimetatakse adsorbendiks
Isevooluliselt kogunevad piirpinnale ainult need ained, millised vähendavad pindpinevust δ. Aineid, millised adsorbeeruvad ja millised vähendavad pindpinevust δ, nimetatakse pindaktiivseteks aineteks.
Kui adsorptsiooniprotsess kandub üle faasi sisemusse,(näiteks gaaside neeldumine
vedelikes või tahketes ainetes), siis nimetatakse seda nähtust absorptsiooniks.

Pindpinevuse määramine kapillaarse tõusu abil.

Gibbsi adsorptsioonivõrrandi tuletamine (teada ühte kahest tuletusest)
TULETUS 1
Vaatame pinna muutust. Olgu lahuse pinnal 1 mool ainet rohkem kui ruumis (nS - nV = 1) , siis pindliig on Γ=1/S. Olgu ka lahuse ruumalas 1 mool pindaktiivset ainet. Viies väikese hulga ainet ruumist pinnakihti, muutub pindpinevus dδ võrra. Töökulu osmootse rõhu ületamiseks on VdΠ, kus V on lahuse ruumala. Pinnaenergia muutus Sdδ. Tekkinud tasakaalus: Sdδ = -VdΠ see on aluseks. Ruumist tuleb pinnale ja muudab seal pindpinevust.
Kuna Π = cRT ja dΠ = RTdc (osmootne rõhk)
Kuna eeldame, et ka pindaktiivse aine lahuse ruumis on vaid 1 mool pindaktiivset ainet, siis c = 1/V ehk V = 1/c
Asendame võrrandis dΠ ja V nende väärtustega võrranditest dΠ = RTdc ja V = 1/c. Saame: Sdδ =
Γ = 1/S=
Võtame kasutusele abiparameetri Z:
Γ=Z/RT, kus Z=-c dδ/dc
nimetatakse pindaktiivsuseks.
TULETUS 2
Vaatame pindpinevuse muutust. Pindaktiivse aine kogunemine faaside piirpinnale põhjustab seal pindpinevuse alanemise, mis tähendab pinnaenergia GS alanemist valemis. Pind ei muutu (δ12dS12=0)
dGS = δ12dS12+ S12dδ12
∆GS = S∆δ Pind muutub, kui sinna tuleb juurde pindaktiivset ainet. Pinnale kogunenud pindaktiivse aine liig saab sinna kogunemise tõttu täiendava energia, mis on võrdne Gibbsi pinnaenergia alanemisega.
∆GS = µS∆nS
Keemiline potentsiaal saab võrdseks pinnapotentsiaaliga. Arvestades seda, kirjutame välja pinnaenergia alanemise:
µS∆nS = - S∆δ
Kui saabub tasakaal pinna ja ruumi vahel, siis pindaktiivse aine keemilised potentsiaalid ruumis ja pinnal võrdsustuvad:
µS = µ
Asendame pindliia Γ = ∆nS/S, saame
µΓ = -∆δ
See on Gibbsi adsorptsioonivõrrandi integraalne kuju.
Pinnal asuvate komponentide konstantse kontsentratsiooni tingimusel dδ ei sisalda pindaktiivse aine muutust dn (ehk pindliia muutust dΓ). Seetõttu võime kirjutada diferentsiaalsel kujul:
-dδ = d(µΓ) = Γdµ
Siin asendame keemilise potentsiaali tema avaldise µ = µ0 + RTlnc
diferentsiaaliga dµ = RT, saame
-dδ = ΓRT
avaldades siit Γ, saamegi traditsioonilise Gibbsi võrrandi kuju
Γ = -

Adsorptsiooni isotermid: Henry, Langmuiri ja Freundlichi isotermid.
Henry adsorptsiooniisoterm: ca=kc, 1 mooli jaoks c=1/V ja c= p/RT. Madala gaasi rõhu korral võime adsorbeerunud aine pindkontsentratsiooni asendada pindliiaga Γ: ca≈Γ= k=Kp
Langmuir esitas 1917.a. monomolekulaarse adsorptsiooni teooria. Ta lähtus järgmistest eeldustest:
1.Adsorptsioon on vaadeldav keemilise reaktsiooni analoogina. Adsorptsiooni põhjustavad jõud on lähedased keemilisele sidemele. Adsorptsioon lõpeb mono -molekulaarse kihi moodustamisega. Viimast iseloomustab piiriline adsorptsioon Γm.
2.Tahke aine pinnal on alati mehaanilised ja kristallograafilised ebaühtlused. Nendel adsorbendi pinna aktiivsetel tsentritel toimubki adsorptsioon. Adsorbaadi molekul võibnendelt tsentritelt lahti saada ja minna tagasi gaasifaasi.
3.Adsorbeerunud osakeste vastastikune toime adsorbseskihis puudub.
Adsorptsiooni isotermide uurimisel leiti, et ainult mõned neist vastavad Langmuiri võrrandile. Eksperimentaalsete adsorptsiooni isotermide analüüsil eristati 5 põhilist tüüpi adsorptsiooniisoterme, millised on esitatud järgneval joonisel.
1. Langmuiri tüüpi isoterm. Seda iseloomustab monotoonne lähenemine monomolekulaarse kihi tekkimisele. See esineb juhul kui on tugev koosmõju adsorbaadi ja adsorbendi vahel ehk toimub kemosorptsioon. Samal ajal on nõrk koosmõju adsorbaadi molekulide vahel.
2. Polümolekulaarne adsorptsioon. B – monomolekulaarse kihi täitumine. Adsorptsiooniga kaasneb kapillaarne kondensatsioon .
3. Esineb harva, siis kui on nõrk koosmõju adsorbaadi ja adsorbendi vahel. Adsorptsiooni soojus on võrdne või väikesem adsorbaadi kondensatsioonisoojusest. Samuti on adsorbendi – adsorbaadi ja adsorbaadi – adsorbaadi vahelised koosmõjud sarnased.
4. Sellel isotermil võib esineda hüstereesinähtus. Toimub pooride erinev täitumine rõhu tõstmisel ja alandamisel.
5. 4 ja 5 kordavad isoterme 2 ja 3 selle vahega, et nendel toimub kapillaarne kondensatsioon.

Freundlichi adsorptsiooni isotermi määramine pindaktiivse tahke adsorbendi ja orgaanilise happe vesilahuse piirpinnal. (tuletust ei tule)

Adsorptsiooni isotermi leidmine (KK1 labori põhjal, kui tegite).
1)Arvutan erinevate kontsentratsioonidega lahustele pindpinevuse, võttes arvesse vee pindpinevust toatemperatuuril, milleks on 72,75 mJ/m2
2) Leian valitud kontsentratsioonidel pindliia
3) Leian adsorptsiooni suuruse max pinna maksimaalsel täitumisel. Selleks kasutan Langmuiri võrrandit: max , mis on teisendatud kujul
4) Arvutatan molekuli pindala adsorptsioonikihis S0
S0=
5) Arvutan adsorptsioonikihi paksuse lo,
l0=

Elektrolüütide adsorptsioon.
Mida suurem on tuum, seda väiksem on hüdratiseerunud kiht peal, seda suurem on tuuma adsorptsiooni võime. Siin põhjustavad adsorptsiooni elektrostaatilised jõud. Vaatleme siin vaid vesilahuseid. Ioonid adsorbeeruvad polaarsetel kristalli pindadel. Kui kristalli pinnal on laeng, siis adsorbeerib see vastasmärgilised ioonid. Ioonide raadius mõjub tugevasti nende adsorptsioonivõimele. Mida suurem on iooni raadius, seda paremini ioon adsorbeerub, selletõttu et mida suurem on iooni raadius, seda väikesem on iooni hüdratatsioon. Adsorbeerunud ioonide hüdratatsioon aga vähendab iooni ja pinna elektrilist vastumõju. Järgnevalt jooniselt on näha, et adsorptsiooni võimelt on parimad Cs+, Ba2+, ja I- ioonid. Mida suurem on iooni valents , seda tugevamini ta seob end vastasmärgilise pinnaga. Seepärast Al3+ adsorbeerub paremini kui K+.
Adsorptsiooni kristalli pinnale võib vaadelda kui kristalliseerumise jätku. Kristalli saab edasi ehitada aga nende ioonidega, millest kristall juba koosneb. Järgneval joonisel näidatud AgI kristall on asetatud KI lahusesse. Kristall adsorbeerib iodiid-ioone, kuna need lähevad samuti kristalli koostisse. Kui nüüd sama kristall paigutada AgNO3 lahusesse, siis toimub Ag adsorptsioon kristalli pinnale.

Vahetusadsorptsioon. Ioonvahetus muldades.
Kui adsorbendi pinnale on juba mingi elektrolüüt adsorbeerunud, siis selle adsorbendi kokkupuutel teise elektrolüüdiga võib toimuda vahetusadsorptsioon. Selle käigus võetakse lahusest ühte liiki ioone ja antakse tagasi teist liiki ioone. Mõned seaduspärasused sellele adsorptsiooni liigile:
a) Vahetusadsorptsiooni adsorbente jaotatakse happelisteks ja aluselisteks. Happelised adsorbendid on võimelised vahetama katioone, aluselise adsorbendid aga anioone . On olemas ka amfoteerseid adsorbente, millised ühtedel tingimustel on võimelised vahetama katioone, teistel tingimustel aga anioone. Oma olemuselt on vahetusadsorptsioon lähedane keemilisele reaktsioonile.
b) Vahetusadsorptsioon (VA) on üldiselt pööratav, kuid mitte alati.
c) VA on aeglasem kui molekulaarne adsorptsioon.
d) VA käigus võib muutuda lahuse pH. See toimub juhul, kui vahetusse läheb vesinik või hüdroksüülioon. Vahetusadsorptsioon esineb kõikjal.

Märgumine. Kohesioon. Adhesioon.
Kohesioon on ühtlase mahulise ruumi katkestamiseks vajalik töö. On töö ühtlase mahulise faasi katkestamiseks ühikulise katkepinna kohta. Kohesioon avaldab vastupanu aine dispergeerimisele. Lahtirebimisel moodustub kaks ühesuguse suurusega pinda. Uue faasi moodustamiseks tuleb kulutada energiat. Kohesioonitöö gaasikeskkonnas on esitatud vasakpoolsel joonisel, vaakumis aga parempoolsel joonisel.
Adhesioon on erinevate faaside vahelise sideme katkestamiseks vajalik töö. On töö faasidevahelise pinna katkestamiseks. Seda tööd tarvitatakse kahe uue pinna moodustamiseks. Piirpind kaob. Adhesiooni mõõduks on pindade lahtirebimiseks kuluv töö pinnaühiku kohta (Wa). Seda mõõdetakse samades ühikutes kui pindpinevust (J/m2). Viies (t) ja (v) kokku, tekib faasidevaheline pindpinevus δtv. Faasidevaheline pindpinevus muutub võrdseks nulliga, kui kaob faasidevaheline piirpind. See toimub, kui faasid lahustuvad teineteises täielikult. Eristatakse adhesiooni kahe vedeliku, vedeliku ja tahke aine ning kahe tahke aine vahel.
Komponendid ei tohi üksteises lahustuda.

Kohesioonitöö ja aurustumissoojus vaheline seos.(tuletust ei tule)

Dupre võrrandi tuletamine. (tuleb kindlasti)
Eeldus: faasid on teineteises lahustumatud . Faaside kokkuviimisel tekib faasidevahelisel piirpinnal adhesioon - Gibbsi vaba pinnaenergia vähenemine seoses pinna vabade sidemete vähenemisega.
δvg - vedela faasi ja õhu vaheline pindpinevus
δtg - tahke faasi ja õhu vaheline pindpinevus
δtv - faasidevaheline pindpinevus
Adhesiooni mõõduks on pindade lahtirebimiseks kuluv töö pinnaühiku kohta (Wa). Adhesiooni tulemusena väheneb Gibbsi pinnaenergia adhesioonitöö suuruse võrra,
Wa = - ∆G
Süsteemi alg- ja lõppoleku Gibbsi energiad (Ga ja Gl) on:
Ga = δvg + δtg (vedel gaas – tahke gaas )
Gl = δtv (omavahel tekib pindpinevus tahke vedel)
∆G = Gl - Ga = δtv - δvg - δtg saame vahe, mille võrra muutus Gibbsi vabaenergia
siit saame Dupre võrrandi
Wa = δtg + δvg – δtv töö on vastupidine pinnaenergiaga
Dupre võrrand ütleb, et adhesiooni töö võrdub komponentide pindpinevuse summa miinus nende omavaheline pindpinevus.

Elektriline kaksikkiht. Sooli saamine ja kolloidosakese ehitus Fe(OH)3 või AgI näite varal.
Vaatleme faasidevahelist piirpinda näiteks tahke faasi ja lahuse vahel. Selle faasidevahelise piirpinna moodustumine on seotud elektrilaengute ümberjaotumisega faaside sisemuse ja pinnakihi vahel. Nimetame tahket faasi elektroodiks. Seda elektroodi võime jaotada kaheks: mittepolariseeritavaks ja polariseeritavaks elektroodiks. Mittepolariseeritava elektroodi näiteks on metallelektrood. Sellel toimub takistamatu ioonide ja laengute vahetus elektroodmetalli ja lahuse vahel. Tekkinud elektroodi ja lahuse vahelist potentsiaalihüpet kirjeldab Nernsti võrrand. Polariseeritaval elektroodil reaktsioone ei toimu ja seal esinev tasakaal on elektrokeemilist laadi . Laetud osakesed ei suuda faaside piirpinda läbida. Järgnevalt vaatleme lühidalt elektrilise kaksikkihi moodustumist nii mittepolariseeritaval kui ka polariseeritaval elektroodil. Kolloidkeemia seisukohalt on elektriline kaksikkiht oluline, kuna elektrilise kaksikkihi tugevus kolloidosakese pinnal tagab kolloidosakesele tema püsivuse. Elektriline kaksikkiht mittepolariseeritaval elektroodil. Paigutame metalli tema enda soola lahusesse, näiteks (Zn/Zn2+ või Cu/Cu2+), esineb keemiline potentsiaal. Metalli ioonide keemiline potentsiaal metalli- ja lahuse faasis on erinev. Sellel põhjusel hakkavad metalli ioonid läbi piirpinna minema üle sellesse faasi, milles nende keemiline potentsiaal on madalam. Kuna ioonid on elektriliselt laetud, siis selline üleminek põhjustab faaside laadumise. Oletame, et Cu2+ ioonid liikusid lahusest vase pinnale. Metalne vaskelektrood omandab sellisel juhul positiivse laengu. Saanud positiivse laengu, tõmbab vaskelektrood lahusest faaside eralduspinnale anioone, millised püüavad neutraliseerida vaskelektroodi positiivset laengut. Elektrostaatilise külgetõmbe tõttu koguneb ka metalli positiivne laeng metalli pinnale ja seetõttu moodustubki faaside piirpinnal kaks laengukihti, nii nagu see toimub näiteks kondensaatoril.
Elektriline kaksikkiht polariseeritaval elektroodil. Polariseeritaval elektroodil toimub laetud osakeste adsorptsioon tahke faasi pinnale. Polariseeritav, sest laengud jäävad pidama .
Lisame tilkhaaval KI lahust AgNO3 lahusele: toimub vahetusreaktsioon.
Vaatleme, kuidas toimub laengu tekkimine ioonse AgI kristalli pinnal. Kristalli pinnale toimuvat adsorptsiooni võib vaadelda kui kristalliseerumise jätku. Kristalli saab edasi ehitada aga nende ioonidega, millest kristall juba koosneb. Järgneval joonisel näidatud AgI kristall on asetatud KI lahusesse. Kristall adsorbeerib iodiid-ioone, kuna need lähevad samuti kristalli koostisse. Kui nüüd sama kristall paigutada AgNO3 lahusesse, siis toimub Ag adsorptsioon kristalli pinnale.
Üldine reegel: tuuma pinnale adsorbeeruvad eelistatult need ioonid, millised on võimelised asetuma tuuma kristallvõresse (sugulasioonid). Kui nendeks ioonideks on Ag+ ioonid (lahuses on AgNO3 liig), siis AgI pind omandab Ag+ ioonide toimel positiivse laengu. Ag+ ioonid on siis potentsiaali määravad ioonid. Seda tekkinud positiivset laengut hakkavad kompenseerima NO3- anioonid , milliseid nimetatakse vastasioonideks ja millised kuloniliste tõmbejõudude toimel kogunevad Ag+ lähedusse. Ag+ läheduses on NO3- ioonid tugevasti seotud. Mida kaugemale, seda
nõrgemaks muutub side. Adsorbne kiht lõpeb, kui NO3- ioonid hakkavad osa võtma
soojusliikumisest, kuid liiguvad veel kaasa kolloidosakesega. Kompenseeriv NO3- laeng jaotub adsorbse ja difuusse kihi vahel. Teatud kaugusest alates NO3- ioonid ei liigu enam graanulaga kaasa. Seda pinda nimetatakse libisemispinnaks ehk nihkepinnaks (ζ-potentsiaal).

Elektrokineetilised nähtused.
Üldjuhul on kolloidosake laetud. Ta laengu määrab ära ζ-potentsiaal. Elektrokineetilisteks nimetatakse nähtusi, millised võib jagada kahte rühma:
1) väljaspoolt rakendatud elektrivälja toimel kolloidse süsteemi faasid hakkavad liikuma või
2) kus faaside liikumisel tekib potentsiaalide vahe.
Esimesse rühma kuuluvad elektroforees ja elektroosmoos
ζ- potentsiaali avaldamine elektroforeesil
Välise elektrivälja (E) poolt graanulale (laenguga q) avaldatav jõud Fel = qE. Eelnevast tunneme osakese liikumist takistavat keskkonna sisehõõrdejõudu Fη= Bv = 6πηrv
Jõudude tasakaal mingil ajahetkel Fel = Fη
ζ = 1,5
v - elektrokineetiline kiirus; r - osakese raadius
ε - keskkonna suhteline dielektriline läbitavus
ε0 – vaakumi dielektriline läbitavus
η - viskoossus; q - laeng; E - elektrivälja tugevus
Elektroforees – osakeste liikumine dispersioonikeskkonnas.
Elektroosmoos – dispersioonikeskkonna liikumine osakeste paigale jäämisel.
ζ-potentsiaali määramine elektroforeesil
v = lt/t
lt - osakeste poolt läbitud teepikkus
t - tee läbimiseks kulunud aeg
Elektroosmoos – see on peenestuskeskkonna (dispersioonikeskkonna) liikumine välise
elektrivälja mõjul. Peenestatud faas (dispergeeritud faas) jääb paigale. Puu (näiteks palgi) võib selle abil kuivatada paarikümne tunniga. Elektroosmoosiga on võimalik kuivatada ka pinnast, toiduaineid, ehitusmaterjale.
Teise rühma kuuluvad voolamis- ja sadenemispotentsiaal. Nendes nähtustes pannakse laetud (ζ-potentsiaaliga laetud) osakesed liikuma mehaanilisel jõul. Sadenemispotentsiaal tekib laetud kolloidosakeste kindlasuunalisel liikumisel vedelikus (peenestuskeskkonnas). Kui surume kolloidlahust läbi membraani, siis tekib mälemal pool membraani potentsiaalide vahe, mida nimetame voolamispotentsiaaliks.
Bensiini ei tohi voolamisel tekkiva potentsiaalide vahe tekke tõttu hoida plastmasskanistrites, kuna valamisel võib tekkida säde!

ζ-potentsiaal ja lisandite mõju ζ-potentsiaalile.
Vaatleme edasi elektrilise kaksikkihi kujunemist kolloidosakese pinnal. Leidsime juba, et kolloidosakest dispersioonivedelikus võib vaadelda kui polariseeritavat elektroodi. Esmalt adsorbeerus tuumale adsorbne kiht – tuuma pinnale adsorbeerusid kolloidosakese laengut määravad ioonid (neid ioone oli lahuses liiaga). See potentsiaali määrav adsorbeerunud ioonide kiht tõmbab ligi vastasmärgilisi ioone, millised adsorbeeruvad osaliselt pinnale, kuid ei suuda täielikult kompenseerida laengut määravaid ioone. Sellega lõpeb adsorbne kiht. Adsorbne kiht meenutab kondensaatorit, mille ühe plaadi moodustavad potentsiaali määravad ioonid, teise plaadi aga lahusest tulnud vastasnimelised ioonid (umbes ioonraadiuse kaugusel). Kui tuuma (tahke faasi) pinna lähedal on ülekaalus elektrivälja mõju, siis kauguse suurenedes see nõrgeneb ja domineerivaks saab soojusliikumine. See on difuusne kiht. Difuusses kihis jaotuvad ioonid korrapäratult. Ioonid on küll veel elektrostaatiliselt adsorbse kihi laenguga seotud, kuid soojusliikumine põhjustab vastasioonide hajutatud olekut. ζ-potentsiaali definitsioon: Mõttelist pinda, milles vastasioonid kolloidosakestega enam kaasa ei liigu, nimetatakse nihkepinnaks ehk libisemispinnaks ja sellele pinnale vastavat potentsiaali väärtust nimetatakse ζ-potentsiaaliks.
Lisandite mõju ζ-potentsiaalile. ζ-potentsiaal on kolloidosakese püsivuse mõõduks. Sellepärast on kasulik teada kuidas muutub ζ-potentsiaal lahuse kontsentratsiooni muutumisel, elektrolüüdi lisamisel, lahuse pH muutmisel, temperatuuri muutumisel.
ζ-potentsiaali nullolek on isoelektriline täpp.
Graafik : Esialgu kaksikkiht täidetakse, kuna tavaliselt see ei ole täielikult täis. Kui see saab monomolekulaarselt täis, siis potentsiaal tõuseb 1st 2ni. Kui gamma maksimum ehk monomolekulaarse kihi täituvusaste muutub üheks, siis edasisel kontsentratsiooni suurenemisel suureneb vastasioonide kontsentratsioon, mis surub kaksikkihi kokku ning seda näitab kolmas. Esmalt ζ-potentsiaal tõusis, siis langes.
Indiferentsed elektrolüüdid on elektrolüüdid, millistel ei ole ioone, millised võiksid asetuda kolloidosakese tuuma kristallvõresse.
Mitteindiferentsed elektrolüüdid - sisaldavad kolloidosakeses sisalduvaid ioone.

Amfoteerse polüelektrolüüdi isoelektrilise täpi määramine.

Kolloidsüsteemide püsivus ja koagulatsioon. Schulze-Hardy reegel.
Kolloidsüsteemi omadust säilitada muutumatuna oma olekut, nimetatakse kolloidsüsteemi püsivuseks. Võrreldes molekulaarsete süsteemidega (näiteks elektrolüütide lahused ) on kolloidsüsteemid vähepüsivad.
Kineetilist püsivust iseloomustab osakeste ühtlane jaotus kolloidlahuses. Püsivas lahuses on osakestel omadus Browni liikumise (difusiooni) tagajärjel säilitada hõljuvat olekut dispersioonikeskkonnas ja jaotuda ruumis ühtlaselt.
Agregatiivne püsivus - võime säilitada dispergeerimisastet. Seda tagab nii kolloidosakeste ühenimeline laeng (tõukuvad) kui ka solvaatkatte teke osakeste ümber, milline takistab osakeste lähenemist ühinemiseks vajaliku kauguseni sest eespool vaadeldud termodünaamilistel põhjustel on kolloidsüsteem alati valmis oma faasidevahelist piirpinda vähendama.
Koagulatsiooniks nimetatakse kolloidsüsteemi osakeste ühinemist suuremateks osadeks . Tavaliselt järgneb koagulatsioonile sedimentatsioon ˇ(väljasadenemine). Koagulatsioon toimub teatud aja jooksul. Eraldatakse kahte koagulatsiooni staadiumit:
- varjatud koagulatsiooni staadium, milles toimub dispersiooniastme vähenemine. Süsteemis ei toimu aga veel silmaga märgatavaid muutusi.
- nähtav staadium, milles muutused on juba silmaga nähtavad.
Osakeste pindade vahel mõjuvad molekulidevahelised tõmbejõud (Van der Waalsi jõud), millist iseloomustab järgneval joonisel kõver 1, ning samanimelisest laengust tingitud elektrostaatilised tõukejõud (kõver 2). Vastastikuse toime energia sõltuvust kaugusest osakeste põrkumisel kirjeldab summaarne energiakõver 3. Resultantenergia maksimumi (barjääri AO) kõrgusest sõltub mitselli püsivus lahuses. Kui osakeste kineetiline energia kT ületab potentsiaalbarjääri AO energia, siis
toimub koagulatsioon. Kui osakesel puuduks elektriline kaksikkiht ja sellega koos ka
elektrostaatiline tõukumine, siis vastavalt kõverale 1 viiks selliste osakeste iga põrkumine nende liitumisele suuremateks agregaatideks. See juhtub näiteks aerosooli osakeste põrkumisel, kuna enamusel neist pole laengut. Kolloidosakeste elektrilise kaksikkihi olemasolu tõttu algab aga mitsellide vahelise kauguse r kahanedes tõukumine, mille energia osakeste vahekauguse vähenedes kasvab eksponentsiaalselt. Kui osakeste vahele jääb lahustikiht või kolloidosakest ümbritsev kaitsekiht, ei toimu osakeste ühinemist, vaid nad jäävad sekundaarse miinimumi F kaugusele. Molekulaarsete kaitsekihtidega kolloidide püsivus. Soolid, millede osakeste pinnal on veel ka solvaatkiht, võivad säiluda pikka aega, ilma et nad koaguleeruksid. Püsivuse suurendamiseks kasutatakse samuti kõrgmolekulaarsetest ainetest kaitsekihte, millede koostises on polaarseid või ionogeenseid rühmi, millised muudavad kolloidosakese pinna lüofiilseks ja seega ka koaguleerumisele vastupidavamad. Kelme kolloidosakese pinnal takistab osakeste lähenemist kaugusele, kus hakkaksid mõjuma osakestevahelised tõmbejõud
Koagulatsioonilävi – vähim elektrolüüdi kontsentratsioon, milline kutsub esile nähtava
koagulatsiooni.
Kolloidlahuse püsivus on tingitud samanimeliste laengutega osakeste tõukumisest. Sellepärast ongi koaguleerivaks iooniks kolloidosakese laengule vastasmärgiline lisatava elektrolüüdi ioon. Koagulatsioon algab siis, kui ζ-potentsiaal langeb allapoole mingit kriitilist potentsiaali väärtust ζkriitiline.
Schulze-Hardy reegel: koaguleerivat toimet omab tavaliselt see ioon, milline on laengult vastasmärgiline kolloidosakese potentsiaali määravate ioonide laengule ning see toime on seda suurem, mida kõrgem on koaguleeriva iooni valents.
Koaguleeriv toime erineva laenguga ioonidel (I-, II- või III-valentsetel ioonidel):
I : II : III = 1 : 10 : 1000
Koaguleeriv toime sama laenguga ioonidel:
Li+ Cl−

Tarded ja geelid. Tiksotroopia. Sünerees.
Selliseid kolloidsüsteeme, millised süsteemi sisemise struktuuri moodustumise tagajärjel on kaotanud oma voolavuse, nimetatakse tarreteks. Tardumisel dispergeeritud faasi ja dispersioonikeskkonna vahekord ei muutu ning faasid ei eraldu üksteisest. Defineerime siin tarret kui nähtuse üldmõistet. Tarde eriliik on geel . Tardumine võib toimuda:
1) spontaanselt
2) temperatuuri muutuse mõjul (tarded tekivad kergemini madalamatel temperatuuridel )
3) kontsentratsiooni suurenemise tõttu ( igal kolloid- või polümeeri süsteemil on piiriline kontsentratsioon, millest lahjemad lahused ei tardu). Kontsentratsiooni kasvuga kasvab ka tardumiseks vajalik temperatuur.
4) Elektrolüütide lisamise tõttu.
Geelid
1)Koagulatsioonigeelid
2)Kristallisatsiooni või kondensatsiooni mõjul tekkinud geelid
Koagulatsiooniliste tekkemehhanismidega geelide tekkimis- ja lagunemisprotsessid on pöörduvad. Nende pöörduvat tekke- ja lagunemisprotsessi nimetatakse tiksotroopiaks. Koagulatsioonigeeli muundumine sooliks või vastupidi toimub isotermiliselt nõrkade välismõjude (raputamine, loksutamine) toimel või lakkamisel. Tiksotroopia esineb nendes geelides, kus struktuur on moodustunud nõrkade Van der Waalsi jõudude toimel. Keemilise sideme olemasolu korral pole tiksotroopia võimalik. Tiksotroopiat on võimalik eespool toodud potentsiaalkõveral selgitada madala miinimumi (kaugusel F) esinemisega osakeste suhteliselt suurel kaugusel. Selline side kujuneb nõrgaks ja seda on võimalik katkestada väliste jõudude toimel. Geelide struktuur tugevneb seismisel . Struktuuri tugevnemisel tõmbub ta ühtlasi ka kokku. Selle kokkutõmbumise protsessis surutakse välja osa struktuuritühikutes olevast dispersioonivedelikust ning tarde ruumala kahaneb tunduvalt. Sellist tarde ruumala ajalist kahanemist ja sellega kaasnevat vedeliku eraldumist nimetatakse sünereesiks. Sünerees lakkab, kui tarde struktuur on tihedaks muutunud ja suurem osa vedelikku on välja surutud. Sünereesi tõttu kaotavad paljud tooted (juust, marmelaad , sült, seep , zelee , karamell) oma kaubandusliku välimuse. Organismide rakud muutuvad vananemisel jäikadeks just sõnereesi tagajärjel. Orgaaniliste ühendite geelidest võib vedeliku täielikult eraldada. Siis saame kuivatatud geeli ehk kserogeeli. Kserogeel võib vedeliku uuesti sisse imeda, mille tagajärjel geeli ruumala suureneb kümneid kordi .. Seda nähtust nimetatakse pundumiseks. Kristallisatsioonigeelid tekivad keemiliste jõudude toimel, näiteks uue faasi väljakristallumisel. Sellistes struktuurides ei toimu tiksotroopiat ega sünereesi. Näiteks võib tuua ränihappe geeli. Kristallisatsioonigeelid tekivad tsemendi, kipsi või lubja kivinemisel. Geelide näited elust: kivisüsi, põlevkivi, turvas , puit, paber, riie , teravili, nahk, pinnas ( muld , savi), keraamilised materjalid. Reaktsioonid geelides on spetsiifilised . Sadestumisreaktsioonid geelidesse on rütmilise iseloomuga . Sade ei moodustu mitte kogu ruumalas, vaid perioodiliselt vahelduvate kihtidena ja rõngastena. Taoliste perioodiliste nähtustega on seletatav paljude mineraalide kihiline struktuur aga samuti ainevahetushäirete tagajärjel organismis tekkivate sapi-, maksa-, neeru- ja põiekivide kihiline ehitus.

Koagulatsiooni ebakorrapärased read.

Suspensioonid ja emulsioonid. Emulsioonide liigid. Emulgaatorid. Bancrofti reegel.
Suspensioonid: Dispersioonikeskkonnaks on vedelik, dispergeeritud faasiks aga tahke aine. l ≥ 0,1 …10 µm. Dispergeeritud faasi kontsentratsioon võib suspensioonides muutuda väga laiades piirides. Kontsentreeritud suspensiooni nimetatakse pastaks. Erinevalt soolidest, sadenevad suspensiooni osakesed seismisel välja (sedimenteeruvad). Tingimused püsiva suspensiooni saamiseks on tingimused samad, mis kolloidlahustele:
1) dispergeeritud faasi pind olema lüofiilne
2) sisaldama stabilisaatorit, (milleks võivad olla pindaktiivse aine molekulid või elektrolüüdi ioonid). Stabilisaator moodustab osakese pinnal kelme.
Igapäevased suspensioonid: kakao kui jook , shokolaad – tardunud suspensioon, savi, tsemendi – ja lubjasegud, pigmentvärvid, tselluloosimass paberi valmistamiseks.
Emusioonideks nimetatakse selliseid dispergeeritud süsteeme, millised koosnevad kahest teineteises mitteahustuvast vedelikust, kusjuures üks nendest on jaotatud teises väikesteks tilkadeks. Üks vedelik peab olema polaarne ja teine mittepolaarne . Tavaliselt on üheks vedelikuks vesi (polaarne vedelik) ja teiseks on vähepolaarne orgaaniline vedelik, mida nimetatakse õliks sõltumata tema täpsest keemilisest koostisest. Emulsioonide korral võivad mõlemad vedelikud olla nii dispersioonikeskkonnaks kui ka dispersioonifaasiks.
Emulsioonide tüübid: vesi õlis (v/õ) ja õli vees (õ/v)
Emulsiooni tüübi määramiseks kasutatakse järgmiseid meetodeid :
1) Segamismeetod (lahjendamismeetod). Jälgitakse, kas plaadile asetatud emulsiooni tilk ühineb vee- või õlitilgaga. Ühinemine toimub selle tilgaga, kumb neist on keskkonnaks.
2) Värvimismeetod. Emulsioonile lisatakse värvainet, mis lahustub ainult ühes faasis. Vaadeldes mikroskoobiga emulsioonitilka, saame kindlaks määrata, kumb faasidest on värvunud ning teha sellest järelduse emulsiooni tüübi kohta.
3) Elektrijuhtivuse meetod: emulsiooni õ/v elektrijuhtivus on määratud vesilahuse juhtivusega ning on seetõttu küllaltki kõrge ja mõõdetav. v/õ tüüpi emulsiooni elektrijuhtivus on aga praktiliselt null (õli ei juhi elektrit).
Emulsioonide jaotus kontsentratsiooni järgi:
1) lahjendatud emulsioonides on dispergeerunud aine kontsentratsioon Cd ≤ 0,1% . Neid iseloomustab suur dispersiooniaste (tilga läbimõõt elektrilaeng . Omadustelt on nad sarnased lüofoobsetele kolloididele. Tilkade põrkumisel toimub kergesti nende täielik kokkuvalgumine – koalestsents. Selle takistamiseks on lahjades emulsioonides vajalik stabiliseeriva aine juuresolek .
2) kontsentreeritud emulsioonides Cd ≈ 0,1…74% (mahu%). Nende saamiseks kasutatakse dispergeerimismeetodeid ning seetõttu on tilgakeste mõõtmed suhteliselt suured (~0,1 – 1 µm ja suuremad). Selliste süsteemide agregatiivne püsivus sõltub
emulgaatori iseloomust.
3) kõrgkontsentreeritud Cd ≥ 74%. Sellistes süsteemides on tilk deformeerunud polüeedriks ja dispersioonikeskkond on õhukese kilena tilkade vahel. Mehhaanilised omadused lähenevad tarrete omadustele. Seetõttu nimetatakse neid sageli ka zelatineeritud emulsioonideks .
Emulgaatorid on emulsioone stabiliseerivad ained. Emulgaatori omadused määravad tekkiva emulsiooni tüübi. Emulgaatorid on pindaktiivsed ained. Nad adsorbeeruvad faasidevahelisel piirpinnal, alandades sellega faasidevahelist pindpinevust (pinna vabaenergiat). Selle tulemusena suureneb emulsiooni agregatiivne püsivus. Orgaanilise emulgaatori ioonid, millistel on küllaldane pindaktiivsus, moodustavad adsorbeerudes elektrilise kaksikkihi. Tekkiv ζ-potentsiaal suurendab emulsioonide püsivust. Emulgaatori difiilsel molekulil peab olema enam-vähem võrdne sugulus nii polaarse kui ka mittepolaarse keskkonnaga. Sellise hea tasakaalustatusega paistavad silma seebid. Vastavalt Bancrofti reeglile kujuneb keskkonnaks see vedelik millel on emulgaatoriga suurem sugulus. Tahkete emulgaatorite korral kasutatakse emulgaatori hüdrofiilsuse või hüdrooobsuse iseloomustamisel märguvust vees. Kui emulgaator on märguv (υ 900) emulgaatori korral aga on stabiliseeritud v/õ tüüpi emulsioon. Siit järeldub, et emulsiooni tüüp on määratud emulgaatori iseloomuga. Lisades teistsugust emulgaatorit, võib emulsiooni õ/v muuta emulsiooniks v/õ või vastupidi. Protsessi, mille tagajärjel muutub emulsioonis dispersioonikeskkond disperseks faasiks ning dispersne faas dispersioonikeskkonnaks nimetatakse emulsiooni faaside pöörduvuseks.

Emulsioonide valmistamine ja lõhkumine. Näited emulsioonidest.
Emulsioonide valmistamine:
1) tilkade peenendamine – lisatakse ühte vedelikku aeglaselt väikeste kogustena samaaegselt intensiivselt segades.
2) Kile lagundamine - juhitakse lahusesse õhumulle, tekib kile, kile lagunedes tekib emulsioon.
3) Homogeniseerimine – peenendamine. Emulsioon surutakse läbi väikeste avade. Vedeliku tilk venitatakse pikkadeks torudeks . Need torud jagunevad edasi väikesteks tilkadeks. Niiviisi homogeniseeritakse näiteks piima.
Dispersiooniaste sõltub:
- dispergeeritava vedeliku lisamise kiirusest (mida aeglasemalt lisada, seda väiksemad tilgad ).
- segamise intensiivsusest: mida kiiremini segada, seda väiksemad tilgad.
- emulgaatori tüübist ja kontsentratsioonist.
- temperatuurist
Töötlemata piimas on rasvatilgakesed suurusega ~3µm . Selleks, et säilitada pikemalt piima kaubanduslikku väljanägemist, peenestatakse need tilgad mõõduni ~0,2µm. Seda nimetatakse piima homogeniseerimiseks. Poepiimal ei tõuse koor enam pinnale.
Või saamine: Koorest saab → või, see on õ/v → saadakse v/õ/v tekib kahekordne emulsioon
Emulsiooni lõhkumine (deemulgeerimine):
1) kaitsekile keemiline lõhkumine, lisatakse aineid, millised lõhuvad kaitsvad adsorptsioonikihid. Näiteks hapete lisamine.
2) vastupidise toimega emulgaatori lisamine, selle tulemusena toimub emulsiooni pööramine.
3) kuumutamine – vähendab emulgaatori adsorptsiooni.
4) mehaaniline mõjutamine – kaitsekihtide lõhkumine kas mehaanilisel või elektrilisel
meetodil.
5) elektrolüütide lisamine, elektroforees
6) emulgaatori asendamine teise pindaktiivse ainega, mis on ise halb emulgaator.
Peale piimasaaduste on tähtsateks ja vajalikeks emulsioonideks veel margariin , majonees , kastmed .
Ravimite valmistamisel kasutatakse seespidiste ravimite puhul emulsioone õ/v, välispidiste ravimite
puhul v/õ emulsioone, kuna vesi ja selles lahustunud preparaadid ei läbi nahka. Erütrotsüüdid
moodustavad veres hüdrofoobse emulsiooni. Erütrotsüütide pinnale adsorbeeruvad elektrolüütide
ioonid, amiinohapped, valgud . Need kõik annavad erütrotsüütidele negatiivse laengu. Kui
haiguslike protsesside tulemusena suureneb veres mõnede valkude hulk, siis võivad need
adsorbeeruda erütrotsüütidel, tõrjudes sealt välja juba olemasolevad ioonid, mille tulemusena
summaarne laeng väheneb. Selletõttu kiireneb erütrotsüütide settimine ja arst ütleb et vere analüüsis
on veresete suur.
Parema kaubandusliku väljanägemise ja säilimise huvides pritsitakse puu- ja juurviljad
emulsioonidega üle.

Aerosoolid. Vahud. Pulbrid.
Vahud on süsteemid, kus dispersioonikeskkonnaks on vedelik ning disperseks faasiks on gaas (g/v) .
Vahtude iseärasuseks on see, et disperse faasi ruumala Vg on palju suurem kui dispersioonikeskkonna ruumala VV. Vedelik dispersioonikeskkonnana asetseb õhukeste kiledena gaasimullide vahel. Vahumullid on polüeedri kujuga. Vahtu iseloomustatakse kordsusega β. Vahu tekkimiseks peab vedelik sisaldama stabilisaatorit – vahutekitajat. Ilma selleta märkimisväärset ja püsivat vahtu ei saa. Vahu püsivust iseloomustab eluiga. See on aeg vahumullikese tekkest kuni tema täieliku lagunemiseni. Kui vahumullikesel on kõik vahu omadused, siis võime teda nimetada elementaarseks vahuks. Kahe mulli vahelises kiles toimuvad keerulised protsessid. Mullikestevahelised kiled on peaaegu tasaparalleelsed. Kohtades, kus nad ühinevad, tekivad nõguspinnad (vaata eelmine joonis). Sellel pinnal on hüdrostaatiline rõhk väikesem, võrreldes tasaparalleelsete osadega. See kutsub esile vedeliku voolamise kile keskelt äärtele ja toimub kile õhenemine. Kui selline kile on kaetud pindaktiivse aine adsorptsioonikihiga, siis tulemusena langeb pindaktiivse aine kontsentratsioon kile keskel, liitekohtades see aga suureneb. Selle tagajärjel tekib pindkontsentratsiooni gradient, milline on suunatud kile keskele . Kontsentratsioonide erinevuse tõttu on kile keskel pindpinevus suurem (σ’ > σ), adsorptsioon väikesem (Γ’ PS’) ja vedelik hakkab voolama äärtelt keskkohta ning kile õhenemine on takistatud. See on Gibbsi efekt.
Aerosooliks nimetatakse süsteemi, milles dispersioonikeskkonnaks on õhk või mõni teine gaas. Sõltuvalt peenestatud(disperse) faasi agregaatolekust jagatakse aerosoolid järgnevalt:
- UDUD (aeroemulsioonid) - v/g 10-7 -10-5 m. Peenestatud(disperseks) faasiks on vedelik.
- TOLM (aerosuspensioon) - t/g 10-5 - 10-4 m. Peenestatud(disperseks) faasiks on tahke aine, tolm on tekkinud tahke aine dispergeerimisel gaasis.
- SUITS (aerosuspensioon) - t/g 10-9 - 10-5 m. Peenestatud(disperseks) faasiks on tahke aine ning ta on tekkinud kondensatsioonilisel teel.
SUDU ( SMOG ) – tööstusrajoonide õhus kondenseerub niiskus tolmu, tahma, tuha jt. osakestele.
ELEKTROFOREES aerosoolides Väikeste osakeste korral omandavad osakesed molekulaarkineetilise iseloomu ja aerosooli osakesi võib vaadelda kui suuri molekule, millised liiguvad väikeste keskel. Osakesed võivad laaduda ja liikuda elektrivälja toimel.
TERMOFOREES aerosoolides. See on osakeste liikumine temperatuurigradiendi väljas. Osakeste sadenemist tahketel pindadel termoforeesi tulemusena nimetatakse termopretsipitatsiooniks. Osakeste liikumine toimub kõrgemalt temperatuurilt madalamale.
FOTOFOREES aerosoolides. See on aerosooli osakeste liikumine valgustuse mõjul. Osakeste liikumist põhjustab osakese ebaühtlane soojenemine. Läbipaistmatute osakeste korral esineb positiivne fotoforees, s.o. osakeste liikumine valguskiire suunas. Läbipaistvate osakeste korral esineb negatiivne fotoforees – osakene liigub valgusallika suunas.
Pulbrit vaadeldakse kui tahke disperse faasiga aerosooli, milline on koaguleerunud ja moodustanud sademe. Osakeste mõõdud kõiguvad laiades piirides: kolloidsetest mõõtmetest kuni mikroheterogeensete mõõtmeteni. Pulbrite omadused sõltuvad peenestusastmest. Pulbritele on iseloomulik fluidisatsioon, s.o. üleminek olekusse, milline on sarnane vedelale olekule. Praktiliselt näeb sellist olukorda näiteks tolmkütuste kasutamisel düüspihustites ja keemiliste reaktsioonide läbiviimisel keevas kihis. Kui pulbrist lasta läbi gaasi, siis teatud voolukiiruse juures hakkab gaas läbi pulbri tulema väikeste kindlate koguste kaupa sarnaselt mullidega. Pulbri pind meenutab siis keevat vedelikku, millest siis ka nimetus keev kiht.

Poolkolloidid. Seepide olek lahuses. Solubilisatsioon.
Poolkolloidid: kui molekulide kontsentratsioon tõuseb, siis nemad organiseeruvad kolloidstruktuurideks, mis omakorda võivad moodustada geeli. Kui dispersne süsteem esineb sõltuvana tema kontsentratsioonist (C) ja temperatuurist (T0) nii molekulaarse lahusena kui ka kolloidolekus, siis sellist süsteemi nimetatakse poolkolloidiks. Selles toimub üleminek:
Sellises lahuses on nii molekulid kui ka mitsellid. Selline süsteem on polüdispersne – temal on nii tõeliste kui ka kolloidlahuste omadused. Sõltuvalt sellest, kas assotsiaadid on katioonse või anioonse iseloomuga, jagatakse poolkolloidid katioonaktiivseteks või anioonaktiivseteks. Viimaste hulka kuuluvad seebid, mis ongi poolkolloididest enamkasutatavad ained. Seebi all mõistetakse ühealuseliste rasvhapete metallisooli. Tehnilisest seisukohast on tähtsad vees lahustuvad naatrium - ja kaaliumseep. Seepide puhul tuleb meenutada veel kord difiilseid molekule. Difiilse molekuli struktuur:
Polaarne rühm soodustab ühendi lahustumist vees. Mittepolaarse süsivesinikahela pindaktiivsus kasvab ahela pikkuse kasvuga. Sellega koos aga väheneb seebi lahustuvus vees. Selle ahela pähiomaduseks on adsorbeeruda erinevatel pindadel. Seebi pesemisvõime on parim, kui süsiniku aatomeid rasvhappe radikaalis on 11 -22. Lahustuvad on Na( tahked ),K(vedelad)-seebid.
Kolloidne lahustumine ehk solubilisatsioon on omane vaid seepidele. Seebi mitsellide tuumad on suutelised neelama vedelikku, mis erineb tunduvalt dispersioonikeskkonnast. Süsivesinik oktaan on näiteks praktiliselt vees lahustumatu , kuna vesi on polaarne lahusti. Kuid oktaan lahustub seebilahuses, kusjuures tema lahustuvus suureneb võrdeliselt seebi kontsentratsiooni suurenemisel vees. Solubilisatsiooniga kaasnevad muutused mitselli ehituses: mitselli ruumala suureneb ja mitsell võib omandada kihilise ehituse.Kui seep on lahustunud mittepolaarses vedelikus ja lisada sinna vett, siis polaarsed vee molekulid tungivad seebi mitselli tuuma sisse. Solubilisatsioon esineb näiteks valkude lahuste puhul. Valkainete makromolekulid keerduvad vesilahustes gloobuliteks. Ühest valgu makromolekulist koosnev gloobul sarnaneb seebi mitselliga. Seepide kontsentreeritud lahustes on mitsellid kihilised. Kihilise struktuuri tekkimisel süsteemi viskoossus suureneb järsult. Kui sellises tahke ainega sarnanevas lahuses solubiliseerub vähesel määral mingit mittepolaarset ainet, näiteks süsivesinik dodekaani, siis muutuvad seebi kihikujulised mitsellid uuesti ümarstruktuurideks ja viskoossus väheneb tuhandeid kordi.
Seepide olek lahuses

.DOCX Laadi alla originaalfail 29 lk · .docx · 111 allalaadimist

50 punkti Autor soovib selle materjali allalaadimise eest saada 50 punkti.

~ 29 lehte Lehekülgede arv dokumendis

2014-05-31 Kuupäev, millal dokument üles laeti

111 laadimist Kokku alla laetud

1 arvamus Teiste kasutajate poolt lisatud kommentaarid

Birgit Truumees Õppematerjali autor

Vastused 2014. aasta kordamisküsimustele K. Loti aines füüsikaline ja kolloidkeemia. Aluseks on võetud loengukonspektid ja -videod.

Sarnased õppematerjalid

docx

Füüsikaline ja kolloidkeemia kordamisküsimused.

FK eksam 1. Dispergeeritud süsteemide klassifikatsioon Osakeste järgi: Süsteem d, m-1 l, m Süsteemi osakeste iseloomustus Jämedispersne <107 >10-7 Sedimenteeruvad (lihtdispersioonid, kiiresti, on suspensioonid, eraldatavad tavalise emulsioonid, vahud, filtreerimisega, on aerosoolid) nähtavad hariliku mikroskoobiga, ei ole dialüüsitavad

Füüsikaline ja kolloidkeemia

doc

Kolloidkeemia eksam

Dispergeeritud süsteeme klassifitseeritakse nii osakeste mõõtmete (jäme-, kolloid-, molekulaardispergeeritud) kui koostisosade agregaatoleku alusel (gaas, vedel, tahke);Lüofoobsed: vastastikmõjud nõrgad, dispersioonikeskkonnaks vesi: hüdrofoobsed süsteemid, lüofiilsed: osakeste vastastikmõjud suured, vesikeskkonna puhul hüdrofiilsed;vabadispersed: puuduvad disperse faasi omavahelised seosed (nim soolid), struktureeritud süsteemid: disperse faasi osakesed moodustavad omavahel suht tugevaid struktuure, omadused lähenevad tahkele ainele ja nim tarreteks ehk geelideks.; gaasiliste korral aerosoolideks, vedela korral lüsoolideks, tahke korral soolideks, hüdrosoolide korral on keskkonnaks vesi; organosoolide korral orgaaniline vedelik. Kolloidsüs. Valmistamise meetodid: kondenseerimism: eesmärgiks aatomite/molekulide/ioonide liitmine suuremateks agregaatideks. Toimib isevooluliselt, sest kondenseerumisel toimub pinna vähenemine ja sellega koos vabaenergia vähenemine p

Füüsikaline keemia ii

docx

Kolloidkeemia eksam

Dispergeeritud süsteeme klassifitseeritakse nii osakeste mõõtmete on iooni raadius, seda väikesem on iooni hüdratatsioon. olema lüofiilne 2) sisaldama stabilisaatorit, (milleks võivad olla lahustumatud mille tõttu seep ei pese.35. Seepide olek lahuses. (jäme-, kolloid-, molekulaardispergeeritud) kui koostisosade Adsorbeerunud ioonide hüdratatsioon aga vähendab iooni ja pinna pindaktiivse aine molekulid või elektrolüüdi ioonid). Solubilisatsioon. Lahjades lahustes esinevad seebid molekulidena. agregaatoleku alusel (gaas, vedel, tahke); Lüofoobsed: elektrilist vastumõju. Adsorptsiooni võimelt on parimad Cs+, Ba2+, Emulsioonideks nimetatakse selliseid dispergeeritud süsteeme, Kontsentratsiooni tõustes tekivad mitsellid alates teatud vastastikmõjud nõrgad, dispersioonikeskkonnaks vesi: hüdrofoobsed ja I-ioonid. Mida suurem on

Füüsikaline keemia

doc

Füüsikaline ja kolloidkeemia 3. vaheeksam

20. Elektrolüütide adsorptsioon. Siin põhjustavad adsorptsiooni elektrostaatilised jõud. Vaatleme siin vaid vesilahuseid. Ioonid adsorbeeruvad polaarsetel kristalli pindadel. Kui kristalli pinnal on laeng, siis adsorbeerib see vastasmärgilised ioonid. Ioonide raadius mõjub tugevasti nende adsorptsioonivõimele. Mida suurem on iooni raadius, seda paremini ioon adsorbeerub, selletõttu et mida suurem on iooni raadius, seda väikesem on iooni hüdratatsioon. Adsorbeerunud ioonide hüdratatsioon aga vähendab iooni ja pinna elektrilist vastumõju. Järgnevalt jooniselt on näha, et adsorptsiooni võimelt on parimad Cs+, Ba2+, ja I- ioonid. Mida suurem on iooni valents, seda tugevamini ta seob end vastasmärgilise pinnaga. Seepärast Al3+ adsorbeerub paremini kui K+. Adsorptsiooni kristalli pinnale võib vaadelda kui kristalliseerumise jätku. Kristalli saab edasi ehitada aga nende ioonidega, millest kristall juba koosneb. Järgneval joonisel näidatud AgI kristall on asetatud KI lahu

Füüsikaline ja kolloidkeemia

docx

Kolloidkeemia

Peenestusmeetodil kasutatakse erinevaid meetodeid peenestamiseks. · Mehaaniline meetod kasutab mehaanilist tööd dispergeerimiseks n. kuulveski (tahke), kolloidveski ning ultraheli (vedel ja tahke) · Elektrikaare meetod ülitugev elektrivool elektroodide vahel aurustab aine, mis seejärel kondenseerub väikeste osakestena · Peptisatsioon nähtus, kus sademele lisatakse pärast sadestumist elektrolüüti ning segatakse ja moodustub kolloid. Selle tekkimise aluseks on osakese pinnal elektrilise kaksikkihi tekkimine, mis stabiliseerib väikest osakest (sadestunud kujul ei ole) Selleks, et pärast peenestamist osakesed kokku ei läheks, kasutatakse surfaktante. Surfaktandid on ained, mis vähendavad vedeliku pindpinevust teise faasi suhtes. Nii vähendavad nad ka pinnaenergiat, sest pinnaenergia sõltub pindpinevusest. Seeläbi võib disp. faasi eripind kasvada e. võib moodustuda stabiilne kolloid.

Füüsikaline ja kolloidkeemia

pdf

Füüsikaline keemia II eksami konspekt

1. Kineetika uurimise vajalikkus, seos termodünaamikaga. Kiirus võib olla otsustava tähendusega produktide tekkel! Vaatamata, et reaktsiooni vaba energia muut on negatiivne võib produkte mitte tekkida piisaval hulgal ja kiirest. Kiirus on aeglane Keemiline kineetika on füüsikalise keemia osa, mis kirjeldab reaktsioonide ajalist kulgu matemaatiliste võrrandite abil. Termodünaamika annab vastuse reaktsioonide kulgemise võimalikkuse kohta, kuid kineetiline analüüs näitab, kui kiiresti saabub tasakaal. Termodünaamiline tasakaalukonstant annab võimaluse arvutada reaktsiooni võrrandile vastavat max. saagist, kuid ei räägi midagi reaktsiooni kiirusest. Keemiliste reaktsioonide ja protsesside planeerimisel on tähtis:

Füüsikaline keemia ii

doc

Füüsikaline- ja kolloidkeemia

*Termodünaamika *Termodünaamikas vaatlesime vaid süsteemi alg- ja lõppolekut, vahepealne osa ei olnud oluline. *Termodünaamika iseloomustab reaktsioone soojusefekti, teostavuse ja tasakaaluoleku. Kas reaktsioon toimub või mitte? *Kineetikas koondub põhitähelepanu just sellele vahepealsele osale. *Kineetika määrab, millise kiirusega reaktsioonid toimuvad. Kui kiiresti toimub reaktsioon? *Keemiliste reaktsioonide ajalist kulgemist käsitlevat füüsikalise keemia haru nimetatakse keemiliseks kineetikaks. *termodünaamika seab protsessi toimumise eesmärgiks protsessi toimumise suuna ja võimaliku lõppresultaadi määramise *kineetika ülesanne on keemilise muundumise kiiruse leidmine. Kuidas keemilised reaktsioonid toimuvad? Selleks, et keemilised reaktsioonid toimuksid on vaja aktiivsete osakeste kokkupõrkeid Selle tulemusena toimub aatomitevaheliste keemiliste sidemete tekkimine ja katkemine

Füüsikaline ja kolloidkeemia