kolloid disperse Systeme

Präsentation zum Thema: "kolloid disperse Systeme"—  Präsentation transkript:

1 kolloid disperse Systeme
Vom Gold zum Geld machen Experimentalvortrag von David Zindel

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

3 2 Definition kolloid disperser Systeme
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 (103 – 109 Atome) Assoziationskolloide (Micellkolloide): selbstorganisierte Systeme, Bsp: Seifen und andere Tenside

4 2 Definition kolloid disperser Systeme
disperse Phase Dispersions-mittel Bezeichnung Beispiele flüssig gasförmig Flüssige Aerosole Nebel fest Feste Aerosole Rauch, Staub Schaum Seifenschaum Emulsion Milch, Kosmetika Sol (Gel) Farben, Lacke Fester Schaum Gasbeton Feste Emulsion Opal, Perlen Feste Sole Goldrubinglas

5 3 Solid/Liquid - System Versuch 1: Kolloidales Gold Ausgangsstoffe:
- Tetrachlorgoldsäure HAuCl C - Natriumcarbonat Na2CO3 Xi - Natriumcitrat C6H8O7

6 3 Solid/Liquid - System Auswertung

7 3 Solid/Liquid - System Auswertung

8 3 Solid/Liquid - System Die Farbigkeit der Goldkolloide beruht darauf, dass bestimmte Wellenlängen des sichtbaren Lichts durch die Kolloide absorbiert werden. Abb.: Farbkreis, aus:

9 3 Solid/Liquid - System Einsatz in Kirchenfenstern Verwendung in
Katalysatoren Abb. Kirchenfenster der Kathedrale von Sevilla , aus:

10 3 Solid/Liquid - System Versuch 2: Kolloidales Kupfer Ausgangsstoffe:
- Kupfer Cu - Natriumchlorid NaCl - ention. Wasser H2O

11 3 Solid/Liquid - System Auswertung Kupfer- Elektrode Kupfer- Elektrode
Kathode Anode NaCl-Lösung

12 - Schematische Darstellung eines Kupferkolloids -
3 Solid/Liquid - System Auswertung - Schematische Darstellung eines Kupferkolloids - Das kolloidale Teilchen ist von einer stabilisierenden Doppelschicht aus Ionen umgeben.

13 3 Solid/Liquid - System Tyndall-Effekt Lichtstrahl Kolloidale Lösung
Auge / Detektor

14 3 Solid/Liquid - System Versuch 3: Ladungssinn von Kolloiden
Ausgangsstoffe: - Eisenhydroxidoxid-Kolloide FeO(OH) - Salzsäure HCl C

15 3 Solid/Liquid - System Auswertung Anode (Oxidation):
Reduktion: Aufnahme von 2 Elektronen Oxidation: Abgabe von 2 Elektronen Anode (Oxidation): Kathode (Reduktion):

16 - Schematische Darstellung eines Eisenhydroxidoxid-Kolloids -
3 Solid/Liquid - System Auswertung - Schematische Darstellung eines Eisenhydroxidoxid-Kolloids - + Pol Anode Pol Kathode

17 3 Solid/Liquid - System 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 - Proben unmittelbar nach dem Überschichten -
3 Solid/Liquid - System Beobachtung - Proben unmittelbar nach dem Überschichten - Kolloidales Eisenhydroxidoxid Methylorange Methylenblau Kupfersulfat Kolloidale Tinte Fuchsin Kolloidales Berliner Blau Gering konzentriertes Berliner Blau

19 - Proben einen Tag nach dem Überschichten -
3 Solid/Liquid - System Beobachtung - Proben einen Tag nach dem Überschichten - Kolloidales Eisenhydroxidoxid Methylorange Methylenblau Kupfersulfat Kolloidale Tinte Fuchsin Kolloidales Berliner Blau Gering konzentriertes Berliner Blau

20 - Proben eine Woche nach dem Überschichten -
3 Solid/Liquid - System Beobachtung - Proben eine Woche nach dem Überschichten - Kolloidales Eisenhydroxidoxid Methylorange Methylenblau Kupfersulfat Kolloidale Tinte Fuchsin Kolloidales Berliner Blau Gering konzentriertes Berliner Blau

21 3 Solid/Liquid - System Auswertung „echte“ kolloidale
Lösung Lösung (Berliner Blau) (Fuchsin) Gelatine

22 3 Solid/Liquid - System Versuch 4: Fällung von Kolloiden
Ausgangsstoffe: - kolloidales Berliner Blau K[FeFe(CN)6] - Lösung - Silberiodid-Sol AgI - Lösung - Aluminiumsulfat-Lösung Al2(SO4)3 - Lösung

23 3 Solid/Liquid - System Auswertung = K+ = Cl-

24 3 Solid/Liquid - System Versuch 5: Berliner Blau: Vom Sol zum Gel zum Sol Ausgangsstoffe: - Kaliumhexacyanoferrat- Lösung K4[Fe(CN)6]-Lösung - Eisen(III)chlorid – Lösung FeCl3-Lösung Xn

25 3 Solid/Liquid - System Auswertung

26 3 Solid/Liquid - System Gelbildung Koagulation Peptisation Kolloid Gel

27 4 Gas/Solid - System Demonstration 2: Gasbeton Ausgangsstoffe:
- Seesand (SiO2) - Portlandzement (Kalk-Ton-Zement): Xi CaO (58-66%), SiO2 (18-26%), Al2O3 (4-12%), Fe2O3 (2-5%), Ca3SiO5, Ca2SiO4, Ca3Al2O6, Ca2AlFeO5 - Aluminiumpulver Al F - Wasser H2O

28 Reduktion: Aufnahme von 6 Elektronen
4 Gas/Solid - System Auswertung Oxidation: Abgabe von 6 Elektronen Reduktion: Aufnahme von 6 Elektronen

29 4 Gas/Solid - System Reaktionen beim Aushärten des Zements:
Calciumsilicate reagieren beim Aushärten des Zements zu „Tobermoritphasen“.

30 4 Gas/Solid - System Die Gaseinschlüsse erfolgen im nm – Maßstab
rgasrgtartgartart Aufnahme: 300 kV Hochauflösung im Transmissions-Elektronenmikroskop

31 4 Gas/Solid - System Ytong® Steine
ca. 1 Milliarde Euro Umsatz der Xella-Gruppe im Bereich Baustoffe (2008) Abb. Ytong-Stein, aus:

32 5 Liquid/Gas - System Versuch 6a: Nebel Ausgangsstoffe:
- Trockeneis CO2 - heißes Wasser H2O Versuch 6b: Kunstnebel - Propylenglycol C3H8O2 - Wasser H2O

33 5 Liquid/Gas - System Auswertung Versuch 6a
Abb.: Phasendiagramm des Wassers, aus: Hollemann, Wiberg, 2007

34 5 Liquid/Gas - System Auswertung Versuch 6b
Vorteil gegenüber Trockeneis - Ausgangsstoffe sind lang lagerungsfähig - geringer Aufwand bei der Lagerung - geringe Kosten bei gleichzeitiger Flexibilität der Anwendung

35 6 Liquid/Solid - System Demonstration 3: Opal
Der Opal ist ein amorphes Mineral der Zusammensetzung SiO2. n H2O. Opale entstehen durch Polykondensation von Kieselsäure. Dabei kommt es zur kolloidalen Einlagerung von Wasser.

36 7 Einordnung in den Lehrplan
V Klasse Redoxreaktionen in wässriger Lösung V Klasse Elektrolyse V Klasse Elektrolyse, Redoxreaktionen Alternativ: Wahlthema im Bereich Angewandte Chemie, 12. Klasse D Klasse Diffusion im Teilchenmodell

37 7 Einordnung in den Lehrplan
V Klasse Chemisches Gleichgewicht Fakultativ: im Bereich Abwasserreinigung, Fällungsreaktionen, 12. Klasse V Klasse Chemisches Gleichgewicht D Klasse Redoxreaktionen V Klasse Aggregatzustände und Übergänge D Klasse Erhitzen zur Stofftrennung, Stoffgemische Optional und optimal: Projektwoche

38 8 Literatur Atkins, P. W., de Paula, J., Kurzlehrbuch Physikalische Chemie, 4. Auflage, Wiley-VCH, Winheim 2008. 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 2007. 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 1985. Mortimer, C. E., Müller, U., Chemie. Das Basiswissen der Chemie, 9. Auflage, Thieme, Stuttgart 2007. 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 Literatur Kathedrale.jpg&imgrefurl= 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