Zur Geschichte der Kolloidchemie Alchimie: Herstellung von Goldtinkturen

Kolloidales Gold (Alchimisten) Trinkbares Gold (aurum potabile) Elixier des Lebens ?

Zur Geschichte der Kolloidchemie 1857 Faraday: Methode der Lichtstreuung 1871 Rayleigh: Theorie der Lichtstreuung 1861 Graham: Diffusionsverhalten

Definition (nach Graham) Kolloide sind leimähnliche Substanzen, die sehr langsam diffundieren und nicht dialysieren.

Was sind Kolloide? DEFINITION: kolla = Leim nach Graham

Zur Geschichte der Kolloidchemie 1907 Ostwald: Einteilung kolloidaler Systeme

Einteilung disperser Systeme (nach W. Ostwald) Disperse Systeme kolloiddispers kolloidale Dispersion 1 bis 1000 nm hochdispers molekulare Lösung < 1 nm grobdispers mechanische Suspension > 1000 nm

Zitat (W. Ostwald) „Das primär Kennzeichnende eines Kolloids ist tatsächlich sein spezieller Dispersitätsgrad innerhalb der großen Gruppe disperser Systeme“

Definition: Disperse Teilchen (1 – 1000 nm) im Dispersionsmittel fein verteilt alle Kombinationen: gasförmig, flüssig, fest sind möglich W. Ostwald

Farbe-Dispersitätsgrad-Regel Das Absorptionsmaximum des Lichtes verschiebt sich mit abnehmenden Dispersitätsgrad nach größeren Wellenlängen, demnach ändert sich die Farbe im durchfallenden Licht von gelb über rot, blau nach grün.

Absorption des sichtbaren Lichtes Absorbierte Wellenlänge 450 nm 490 nm 590 nm Farbe blau blaugrün orange Beobachtete rot

Zitat (W. Ostwald) „Der kolloidale Zustand ist ein allgemein möglicher Zustand der Materie. Jeder Stoff kann grundsätzlich in den kolloidalen Zustand gebracht werden.“

Zur Geschichte der Kolloidchemie 1923 Svedberg: Ultrazentrifuge 1927 Burry, Ekwall: Assoziationskolloide

Assoziationskolloide Selbstorganisation von Amphiphilen Assoziate (z.B. Mizellen) in kolloidaler Dimension Physikalische Assoziation (nicht-kovalente Bindungsknüpfung) Variabilität in Grösse und Form Schnelle Austauschprozesse

Zur Geschichte der Kolloidchemie 1929 Staudinger: Makromoleküle 1932 Ruska: Elektronenmikroskop

Kolloiddisperses System (nach Staudinger) Teilchen bestehen aus 103 bis 109 Atomen Teilchendurchmesser 1 bis 1000 nm Teilchen laufen durch Papierfilter Teilchen mikroskopisch nicht nachweisbar Teilchen dialysieren nicht Teilchen diffundieren sehr langsam Teilchen sind polydispers

Die Farbgebung beim kolloidalen Gold ist auf die definierte Partikelgröße und eine spezifische Lichtabsorption zurückzuführen.

Definition Kolloide sind durch ihre Teilchengröße bestimmt (1 – 1000 nm) Kolloide sind in einem Dispersionsmittel dispergiert Wir unterscheiden zwischen Dispersionskolloiden, Assoziationskolloiden und Makromolekülen

Kolloidchemie Physik und Chemie nanostrukturierter Systeme

Besondere Eigenschaften kolloidaler Systeme Verhältnis von Oberfläche zu Volumen ist groß Moleküle an der Oberfläche werden eigenschaftsbestimmend

Beispiel: Würfel Kantenlänge des Würfels Gesamtober- fläche Spezifische Oberfläche 1 cm 6 cm2 6 cm-1 500 nm 60 cm2 6 x 105 cm-1 1 nm 6000 cm2 6 x 107 cm-1

Besondere Eigenschaften kolloidaler Systeme Kolloidales System Lineare Ausdehnung Spezifische Oberfläche Laminare Kantenlänge: 1 cm; 1 cm; 5 x 10-5 cm 1 cm; 1 cm; 5 x 10-7 cm 0,4 x 105 cm-1 2 x 107 cm-1 Fibrillare 1 cm; 5 x 10-5 cm; 5 x 10-5 cm 1 cm; 5 x 10-7 cm; 5 x 10-7 cm 0,8 x 105 cm-1 4 x 107 cm-1 Kugel Durchmesser: 5 x 10-5 cm Durchmesser: 1 x 10-7 cm 1,2 x 105 cm-1 6 x 107 cm-1

Beispiele 1 cm3 Gold  Blattgold Dicke: 1 µm  2 m2 Oberfläche Dicke: 1 nm  1000 m2 Oberfläche 1 cm3 Viskose  Faden Dicke: 1 µm  Länge: 1273 km Dicke: 1 nm  Länge: 1 Milliarde km 1 Liter 0,1 m mizellare Lösung  40.000 m2 Oberfläche

Kolloidale Systeme:  Systeme mit extrem großen Oberflächen