Vorlesung Kolloidchemie I Einführung in die „Welt der Kolloide“ 1.1. Historischer Abriß 1.2. Bedeutung und Einordnung heute II. Einteilung kolloidaler Systeme

Einteilung kolloidaler Systeme Nach dem Aggregatzustand Nach der Wiederauflösbarkeit Nach der WW mit dem Dispersionsmittel Nach dem Ladungszustand Nach der Bindungsart Nach Substanzklassen

Einteilung nach der Wiederauflösbarkeit KOLLOIDE reversibel Mizellkolloide -Molekülkolloide irreversible -ionisch geladene Kolloide

Einteilung nach der Wechselwirkung mit dem Dispersionsmittel KOLLOIDE -osmotischer Druck: hoch -Viskosität: hoch lyophil lyophob -osmotischer Druck: niedrig -Viskosität: niedrig

Einteilung nach der Bindungsart Metallische Bindungen Hauptvalenzbindungen Semipolare Bindungen Van der Waals Bindungen

Einteilung nach dem Ladungszustand KOLLOIDE elektrokratisch -elektrische Doppelschicht solvatokratisch -Solvathülle

Einteilung nach Substanzklassen Dispersionskolloide Assoziationskolloide Makromoleküle

III. Stabilität kolloidaler Systeme

Stabilität disperser Systeme Kolloidales Gold Milch Creme  koagulationsstabil

Kolloidal stabiler Zustand  ist ein koagulationsstabiler Zustand

Warum sind kolloidale Systeme stabil ? Wechselwirkungsenergie – Abstands Funktion ?

3.1. Zwischenmolekulare Kräfte 3.1.1. WW zwischen zwei Ionen 3.1.2. WW zwischen zwei permanenten Dipolen 3.1.3. WW mit dipolinduzierten Molekülen 3.1.4. WW zwischen zwei Neutralmolekülen 3.1.5. Atomare Abstoßungskräfte

3.1. Zwischenmolekulare Kräfte 3.1.1. WW zwischen zwei Ionen Coulomb’sche Gesetz   Coulomb - Energie    

3. 1. Zwischenmolekulare Kräfte 3. 1. 2 3.1. Zwischenmolekulare Kräfte 3.1.2. WW zwischen zwei permanenten Dipolen

Permanenter Dipol Alle unsymmetrischen Moleküle stellen permanente Dipole dar.

Permanenter Dipol Zwei gleichgroße elektrische Ladungen unterschiedlichen Vorzeichens, die einen Abstand l besitzen, bilden einen elektrischen Dipol

3. 1. Zwischenmolekulare Kräfte 3. 1. 2 3.1. Zwischenmolekulare Kräfte 3.1.2. WW zwischen zwei permanenten Dipolen Dipolmoment: -bei beliebiger Orientierung gilt: -bei paralleler Orientierung gilt: -bei antiparalleler Orientierung gilt:   -bei Rotation durch Wärmebewegung (Keesom): Keesom - Energie  

3. 1. Zwischenmolekulare Kräfte 3. 1. 3 3.1. Zwischenmolekulare Kräfte 3.1.3. WW mit dipolinduzierten Molekülen

Induzierter Dipol Bringt man ein symmetrisches Molekül in ein elektrisches Feld der Feldstärke E, so kann dadurch eine Ladungsverschiebung im Molekül stattfinden, und es wird ein Dipolmoment induziert.

3. 1. Zwischenmolekulare Kräfte 3. 1. 3 3.1. Zwischenmolekulare Kräfte 3.1.3. WW mit dipolinduzierten Molekülen Debye - Energie Dipolmoment: -WW zwischen einem Ion (B) und einem dipolinduzierten Molekül (A): -WW zwischen einem Molekül mit permanenten Dipol (B) und einem dipolinduzierten Molekül (A):

3. 1. Zwischenmolekulare Kräfte 3. 1. 4 3.1. Zwischenmolekulare Kräfte 3.1.4. WW zwischen zwei Neutralmolekülen Ladungsfluktuation durch Elektronenbewegung zeitlich veränderlicher Dipol -WW zwischen zwei fluktuierenden Dipolen bedingt Phasenverschiebung ( = 180°)    = Londonsche Konstante  h- Plancksches Wirkungsquantum (für gleiche Moleküle) London- Energie (für ungleiche Moleküle) - Elektronenfrequenz

3.1. Zwischenmolekulare Kräfte 3.1.5. Atomare Abstoßungskräfte Abstoßung bedingt durch Ladungen der Elektronenhüllen sowie einen quantenmechanischen Effekt bei der gegenseitigen Durchdringung von Atomen oder Molekülen b, k – Konstanten Born - Energie

Lennard-Jones-Potential Born - Abstoßung Lennard- Jones-Potential Van der Waals - Anziehung

3.2. Zwischenpartikulare Kräfte 3.2.1. Van der Waalssche Wechselwirkung

Energie-Abstandsfunktion zwischen Partikeln Makroskopischer Ansatz Summation der molekularen WW-kräfte durch Integration über die Volumina

3. 2. Zwischenpartikulare Kräfte 3. 1. 1 3.2. Zwischenpartikulare Kräfte 3.1.1. Van der Waalssche Wechselwirkung Londonsche Wechselwirkungsenergie 1, 2 – Volumina der Teilchen q – Atome pro cm3 a - Partikelradius d - Abstand zwischen den Partikeln b) für zwei parallele Platten im Vakuum a) für kugelförmige Teilchen gilt in erster Näherung (für a  d) : mit A – Hamaker Konstante

3. 2. Zwischenpartikulare Kräfte 3. 1. 1 3.2. Zwischenpartikulare Kräfte 3.1.1. Van der Waalssche Wechselwirkung (Berechnung der Hamaker Konstanten) Zum Einfluß des umgebenden Mediums auf die Hamaker-Konstante   Näherungsgleichung: - Hamaker-Konstante für WW zwischen zwei Teilchen des dispergierten Stoffes im Vakuum des Dispersionsmittels im Vakuum

3. 2. Zwischenpartikulare Kräfte 3. 1. 1 3.2. Zwischenpartikulare Kräfte 3.1.1. Van der Waalssche Wechselwirkung (Berechnung der Hamaker Konstanten) Hamaker-Konstante für zwei verschiedenartiger Teilchen   Näherungsgleichung: