3.3. Überlagerung der Wechselwirkungskräfte

Präsentation zum Thema: "3.3. Überlagerung der Wechselwirkungskräfte"—  Präsentation transkript:

1 3.3. Überlagerung der Wechselwirkungskräfte

2 3.3.1. Elektrostatisch stabilisierte Systeme (DLVO-Theorie)

3 DLVO-Theorie 1940 – Derjaguin Landau Verwey Overbeek
Dispersionsanziehung und elektrostatische Abstoßung

4 Elektrochemische Doppelschicht
Eine elektrochemische Doppelschicht entsteht, wenn sich entgegengesetzte Ladungen flächenartig gegenüberstehen

5 Doppelschichtmodelle
Helmholtz Gouy Chapman Stern

6 Gouy Chapman Modell Ebene Doppelschicht Ionen als Punktladungen

7 Grundgleichungen der Elektrolyttheorie
I Verteilung der Ionen in der diffusen Doppelschicht (Boltzmannsche Gleichung) II Gleichung für die Raumladungsdichte III Poissonsche Beziehung Aus I, II und III folgt: Poisson – Boltzmann - Beziehung

8 Näherungslösung der P-B Gleichung
( ) - y ( ) d 2 y x - 4 p zi e x = S zi ; e ni (¥) e kT d x 2 e e i bei kleiner Potentialen (< 25 mV) gilt: integrierbare Form ( ) d 2 y x ( ) = k 2 y x d x 2 ( ) y x = k × y × e - k x

9 DLVO – Theorie Elektrostatische Abstoßungsenergie
Resultierende Abstoßungsenergie infolge Überlappung zwischen zwei Platten: c° – Volumenkonzentration eines z-wertigen Elektrolyten b) zwischen zwei Kugeln

10 DLVO – Theorie Van der Waalssche Anziehungsenergie
a) zwischen zwei Platten: b) zwischen zwei Kugeln:

11 Resultierende Energie - Abstandsfunktion

12 Kolloidal stabiler Zustand
Ist ein koagulationsstabiler Zustand ist ein energetisch metastabiler Zustand mit Energiebarriere

13 Kritische Koagulationskonzentration (CCC)
Energiebarriere kann überwunden werden durch Salzzusatz

14 DLVO – Theorie Kritische Koagulationskonzentration (CCC)
Vtot / dd = Vtot = 0 zwischen zwei Kugeln:

15 DLVO – Theorie Kritische Koagulationskonzentration (CCC)
Für zwei Kugeln sollte sich laut DLVO – Theorie die kritische Koagulationskonzentration für ein-, zwei- und dreiwertige Gegenionen verhalten, wie: 1000 : 16 : 1,3

16 Arsensulfid -Dispersion Schulze-Hardy-Verhältnis
CCC als Funktion der Konzentration und Wertigkeit des zugesetzten Elektrolyten Elektrolyt CCC einer Arsensulfid -Dispersion Schulze-Hardy-Verhältnis NaCl 5,1 10-2 1000 KCl 5,0 10-2 1000 MgCl2 7,2 10-4 13 CaCl2 6,5 10-4 13 AlCl3 9,3 10-5 1,7

17 Grenzen der „klassischen“ DLVO-Theorie
Beschreibung von spezifischen Gegenioneneffekten nicht Exakte Lösung der PB-Gleichung für Teilchen unterschiedlicher Größe bzw. unterschiedlicher Oberflächenpotentiale nicht möglich

18 Hofmeister Reihe (CCC)
Li+ > Na+ > K+ > Rb+ > Cs+ F- > Cl- > Br- > J-

19 CCC einer Latexdispersion in Abhängigkeit der zugesetzten Salzkomponente
CCC in mmol/l LiCl 531 KCl 363 RbCl 272 CaCl2 34

20 Erweiterung der „klassischen“ DLVO-Theorie
Übergang zum Stern-Potential Lösung der PB-Gleichung für Teilchen unterschiedlicher Größe bzw. unterschiedlicher Oberflächenpotentiale