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KOLLOID DISPERSE SYSTEME Vom Gold zum Geld machen 17.06.2009 Experimentalvortrag von David Zindel.

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Präsentation zum Thema: "KOLLOID DISPERSE SYSTEME Vom Gold zum Geld machen 17.06.2009 Experimentalvortrag von David Zindel."—  Präsentation transkript:

1 KOLLOID DISPERSE SYSTEME Vom Gold zum Geld machen Experimentalvortrag von David Zindel

2 1 G LIEDERUNG 2 1 Gliederung 2 Definition kolloid disperser Systeme 3 Solid/Liquid - System 4Gas/Solid - System 5 Liquid/Gas - System 6Liquid/Solid - System 7Einordnung in den Lehrplan 8Literatur

3 2 D EFINITION KOLLOID DISPERSER S YSTEME 3 Kolloide sind Partikel im Bereich zwischen 1 und 1000 nm. Diese Partikel können fest, flüssig oder gasförmig sein und werden auch als disperse Phase bezeichnet. Die Kolloide befinden sich gleichmäßig verteilt in einem Dispersionsmittel, dieses kann fest, flüssig oder gasförmig sein. Kolloide werden in drei Klassen unterteilt: Dispersionskolloide: Zerteilungsform der Materie Molekülkolloide: Makromoleküle (10 3 – 10 9 Atome) Assoziationskolloide (Micellkolloide): selbstorganisierte Systeme, Bsp: Seifen und andere Tenside

4 2 D EFINITION KOLLOID DISPERSER S YSTEME 4 disperse PhaseDispersions- mittel BezeichnungBeispiele flüssiggasförmigFlüssige AerosoleNebel festgasförmigFeste AerosoleRauch, Staub gasförmigflüssigSchaumSeifenschaum flüssig EmulsionMilch, Kosmetika festflüssigSol (Gel)Farben, Lacke gasförmigfestFester SchaumGasbeton flüssigfestFeste EmulsionOpal, Perlen fest Feste SoleGoldrubinglas

5 3 S OLID /L IQUID - S YSTEM 5 Versuch 1: Kolloidales Gold Ausgangsstoffe: - Tetrachlorgoldsäure HAuCl 4 C - Natriumcarbonat Na 2 CO 3 Xi - Natriumcitrat C 6 H 8 O 7

6 3 S OLID /L IQUID - S YSTEM 6 Auswertung

7 3 S OLID /L IQUID - S YSTEM 7 Auswertung

8 3 S OLID /L IQUID - S YSTEM 8 Die Farbigkeit der Goldkolloide beruht darauf, dass bestimmte Wellenlängen des sichtbaren Lichts durch die Kolloide absorbiert werden. Abb.: Farbkreis, aus:http://www.rechtsklick.org/ alt/online_lesen/Jahresarbeit_ Komplett-img3.png

9 3 S OLID /L IQUID - S YSTEM 9 Einsatz in Kirchenfenstern Verwendung in Katalysatoren Abb. Kirchenfenster der Kathedrale von Sevilla, aus: Kathedrale.jpg

10 3 S OLID /L IQUID - S YSTEM 10 Versuch 2: Kolloidales Kupfer Ausgangsstoffe: - Kupfer Cu - Natriumchlorid NaCl - ention. Wasser H 2 O

11 3 S OLID /L IQUID - S YSTEM 11 Auswertung Kupfer- Elektrode Kupfer- Elektrode NaCl-Lösung Kathode Anode

12 3 S OLID /L IQUID - S YSTEM 12 Auswertung - Schematische Darstellung eines Kupferkolloids - Das kolloidale Teilchen ist von einer stabilisierenden Doppelschicht aus Ionen umgeben.

13 3 S OLID /L IQUID - S YSTEM 13 Tyndall-Effekt Kolloidale Lösung Lichtstrahl Auge / Detektor

14 3 S OLID /L IQUID - S YSTEM 14 Versuch 3: Ladungssinn von Kolloiden Ausgangsstoffe: - Eisenhydroxidoxid-Kolloide FeO(OH) - Salzsäure HCl C

15 Auswertung Reduktion: Aufnahme von 2 Elektronen Oxidation: Abgabe von 2 Elektronen Anode (Oxidation): Kathode (Reduktion): 3S OLID /L IQUID - S YSTEM 15

16 3 S OLID /L IQUID - S YSTEM 16 Auswertung - Schematische Darstellung eines Eisenhydroxidoxid-Kolloids - - Pol Kathode + Pol Anode

17 3 S OLID /L IQUID - S YSTEM 17 Demonstration 1: Echte und kolloidale Lösungen Ausgangsstoffe: - Gelatine - Methylorange (w = 0,001) - Tinte (w = 0,005) - Methylenblau (w = 0,0005) - Fuchsin (w = 0,0005) - Kupfersulfat (w = 0,05) - kolloidales Berliner Blau (w 0,022 ) - Eisenhydroxidoxid-Kolloid (w 0,001) - verdünntes kolloidales Berliner Blau (w 0,001)

18 3 S OLID /L IQUID - S YSTEM 18 Beobachtung - Proben unmittelbar nach dem Überschichten - Methylorange Kolloidale Tinte Methylenblau Fuchsin Kupfersulfat Kolloidales Berliner Blau Kolloidales Eisenhydroxidoxid Gering konzentriertes Berliner Blau

19 3 S OLID /L IQUID - S YSTEM 19 Beobachtung - Proben einen Tag nach dem Überschichten - MethylorangeMethylenblauKupfersulfat Kolloidales Eisenhydroxidoxid Kolloidale Tinte FuchsinKolloidales Berliner Blau Gering konzentriertes Berliner Blau

20 3 S OLID /L IQUID - S YSTEM 20 Beobachtung - Proben eine Woche nach dem Überschichten - MethylorangeMethylenblauKupfersulfat Kolloidales Eisenhydroxidoxid Kolloidale Tinte FuchsinKolloidales Berliner Blau Gering konzentriertes Berliner Blau

21 3 S OLID /L IQUID - S YSTEM 21 Auswertung echte kolloidale Lösung Lösung (Berliner Blau) (Fuchsin) Gelatine

22 3 S OLID /L IQUID - S YSTEM 22 Versuch 4: Fällung von Kolloiden Ausgangsstoffe: - kolloidales Berliner Blau K[FeFe(CN) 6 ] - Lösung - Silberiodid-Sol AgI - Lösung - Aluminiumsulfat-Lösung Al 2 (SO 4 ) 3 - Lösung

23 3 S OLID /L IQUID - S YSTEM 23 = K + = Cl - Auswertung

24 3 S OLID /L IQUID - S YSTEM 24 Versuch 5: Berliner Blau: Vom Sol zum Gel zum Sol Ausgangsstoffe: - Kaliumhexacyanoferrat- Lösung K 4 [Fe(CN) 6 ]-Lösung - Eisen(III)chlorid – Lösung FeCl 3 -Lösung Xn

25 3 S OLID /L IQUID - S YSTEM 25 Auswertung

26 3 S OLID /L IQUID - S YSTEM 26 Gelbildung Koagulation Peptisation Kolloid Gel

27 4 G AS /S OLID - S YSTEM 27 Demonstration 2: Gasbeton Ausgangsstoffe: - Seesand (SiO 2 ) - Portlandzement (Kalk-Ton-Zement): Xi CaO (58-66%), SiO 2 (18-26%), Al 2 O 3 (4-12%), Fe 2 O 3 (2-5%), Ca 3 SiO 5, Ca 2 SiO 4, Ca 3 Al 2 O 6, Ca 2 AlFeO 5 - Aluminiumpulver Al F - Wasser H 2 O

28 Reduktion: Aufnahme von 6 Elektronen Auswertung Oxidation: Abgabe von 6 Elektronen 4 G AS /S OLID - S YSTEM 28

29 4 G AS /S OLID - S YSTEM 29 Reaktionen beim Aushärten des Zements: Calciumsilicate reagieren beim Aushärten des Zements zu Tobermoritphasen.

30 4 G AS /S OLID - S YSTEM 30 Die Gaseinschlüsse erfolgen im nm – Maßstab rgasrgtartgartart Aufnahme: 300 kV Hochauflösung im Transmissions-Elektronenmikroskop

31 4 G AS /S OLID - S YSTEM 31 Ytong ® Steine ca. 1 Milliarde Euro Umsatz der Xella-Gruppe im Bereich Baustoffe (2008) Abb. Ytong-Stein, aus: docu.at/5/pdcnewsitem/ 00/82/65/ytong.jpg

32 5 L IQUID /G AS - S YSTEM 32 Versuch 6a: Nebel Ausgangsstoffe: - Trockeneis CO 2 - heißes Wasser H 2 O Versuch 6b: Kunstnebel - Propylenglycol C 3 H 8 O 2 - Wasser H 2 O

33 5 L IQUID /G AS - S YSTEM 33 Auswertung Versuch 6a Abb.: Phasendiagramm des Wassers, aus: Hollemann, Wiberg, 2007

34 5 L IQUID /G AS - S YSTEM 34 Auswertung Versuch 6b Vorteil gegenüber Trockeneis - Ausgangsstoffe sind lang lagerungsfähig - geringer Aufwand bei der Lagerung - geringe Kosten bei gleichzeitiger Flexibilität der Anwendung

35 6 L IQUID /S OLID - S YSTEM 35 Demonstration 3: Opal Der Opal ist ein amorphes Mineral der Zusammensetzung SiO 2. n H 2 O. Opale entstehen durch Polykondensation von Kieselsäure. Dabei kommt es zur kolloidalen Einlagerung von Wasser.

36 7 E INORDNUNG IN DEN L EHRPLAN 36 V Klasse Redoxreaktionen in wässriger Lösung V Klasse Elektrolyse V Klasse Elektrolyse, Redoxreaktionen Alternativ: Wahlthema im Bereich Angewandte Chemie, 12. Klasse D1- 7. Klasse Diffusion im Teilchenmodell

37 7 E INORDNUNG IN DEN L EHRPLAN 37 V Klasse Chemisches Gleichgewicht Fakultativ: im Bereich Abwasserreinigung, Fällungsreaktionen, 12. Klasse V Klasse Chemisches Gleichgewicht D Klasse Redoxreaktionen V6- 7. Klasse Aggregatzustände und Übergänge D3- 7. Klasse Erhitzen zur Stofftrennung, Stoffgemische Optional und optimal: Projektwoche

38 8 L ITERATUR 38 Atkins, P. W., de Paula, J., Kurzlehrbuch Physikalische Chemie, 4. Auflage, Wiley-VCH, Winheim Heinzerling, P., Nanochemie in der Schule: Eine historisch experimentelle Annäherung, in: PdN – ChiS (1/2006), S. 32 – 36. Hoffmann, T., Kolloide, in: ChiuZ (1/2004), S. 24 – 35 Holleman, A. F., Wiberg, N., Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Auflage, Walter de Gruyter, Berlin Jannasch, S., Duvinage, B., Eigenschaften von Kolloiden experimentell ermittelt, in: PdN – ChiS (7/2006), S. 25 – 28. Kouetz, J., Kolloidchemie – Von der Alchemie zur Nanotechnologie, in: PdN – ChiS (7/2006), S. 2 – 4. List, P. H., Arzneiformenlehre, Ein Lehrbuch für Pharmazeuten, 4. Auflage, Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft, Stuttgart Mortimer, C. E., Müller, U., Chemie. Das Basiswissen der Chemie, 9. Auflage, Thieme, Stuttgart Pötter, M., Vom Stoffgemisch z den Kolloiden, in: PdN – ChiS (7/2006), S. 5 – 17. Tuckermann, R., Wipper, K., Cammenga, H. K., Demonstrationsversuche zur Herstellung und zu den Eigenschaften von Kolloiden, in: PdN – ChiS (7/2006), S. 18 – 24. Voigt, R., Pharmazeutische Technologie. Für Studium und Beruf, 7. Auflage, Ullstein Mosby, Berlin 1993.

39 8 L ITERATUR 39 Kathedrale.jpg&imgrefurl=http://www.geo-reisecommunity.de/bild/140601/Spanien-Sevilla- Kathedrale&usg=__ni3BPGht6x7SEPsxcRAa8phGgjA=&h=733&w=550&sz=105&hl=de&start=12&tbnid=_ KfXARIR_qTGEM:&tbnh=141&tbnw=106&prev=/images%3Fq%3Dsevilla%2Bkathedrale%26gbv%3D2%26h l%3Dde matsci.iw.uni-halle.de/Kressler/EDUCATION/lectures/VOScript6-PhysChemPharm.doc – den&source=bl&ots=BZ-KYsosgL&sig=mmRMnV9xP7qml3rislNFrQqEp10&hl=de&ei=GUUuSovGPMKwsAa6- oC_CQ&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=1 den&source=bl&ots=BZ-KYsosgL&sig=mmRMnV9xP7qml3rislNFrQqEp10&hl=de&ei=GUUuSovGPMKwsAa6- oC_CQ&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=1


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