Habok, emulziók, szolok. Makromolekulák.

Az ozmózis jelensége.Asszociációs kolloidok.

Aeroszolok

• Gázfázisú diszperziók: L/G köd; S/G füst• Szmog: összetett rendszerLondon típusú (redukáló): S/L/G; szilárd

szennyezőkre (pl. korom, szálló por) folyadékkondenzálódik, mely redukáló gázokat (pl. SO2)old be.

Los Angeles típusú (oxidáló, vagy fotokémiai):bonyolult fotokémiai reakciók során keletkezőgyökök okozzák

Gázdiszperziók, habok• A diszperz rész gázfázisú, a közeg pedig

folyékony• Ha a diszpergált rész kolloid mérettartományba

esik gázlioszolról beszélünk• Amennyiben a folyadék térfogata elenyésző a

gázzal szemben a hab elnevezést használjuk.

Habok előállítása, stabilitása• Diszpergálással : a gázfázis darabolásával,

pórusos testen való átbuborékoltatással, illetvekeveréssel. Buborékoltatás esetén el kell érni aküszöbnyomást! (Laplace egyenlet!!!)

• Kondenzálással: a folyadékban oldott gázoldékonyságát hirtelen csökkentve.

A stabilitás függ:

• Folyadék fázis felületi feszültsége• Viszkozitás• Folyadékhártya szerkezete

Habok stabilizálása• Felületi feszültség csökkentése!! (tenzidek)• Segédanyagok használata (folyadékfilm

szerkezetét stabilizáló anyagok)

Habok megszüntetése• Folyadékhártya megtörése (elvéknyítása):

rövid szénláncú tenzidek alkalmazása,oldószerkiáramlás gyorsítása

• Durvítás (nagyobb buborékokká valóösszeolvadás a gáz falon keresztülidiffúziójával)

• Stabilizáció megszüntetése(habzásgátlás) : a stabilizáló anyagotmicellába vagy más struktúrába visszük.

• Mechanikai megtörés

Szolok, szuszpenziók

• A diszperz rész szilárd, a közeg pedigfolyékony

• Ha a diszpergált rész kolloid mérettartománybaesik szolról beszélünk (S/L), míg a durvábbrendszert szuszpenziónak nevezzük.

• Mérettartománytól függő sajátságok (ülepedés,viszkozitás, optikai tulajdonságok)

• Stabilitásukat nagymértékben befolyásolja aszilárd anyag felületén végbemenő folyamatok(adszorpció, kettősréteg kialakulása)

Szolok, szuszpenziók előállítása

• Heterogén rendszerből diszpergálással:mechanikai aprítás száraz vagy nedves úton

• Durva rendszerből dezaggregálással(peptizáció): a szilárd részecskék közöttikohéziós erők megszüntetésével/csökkentésével

• Elektromos porlasztás (fémek esetén)• Kémiai reakcióval, vagy oldékonyság

csökkentésével (kondenzáció): fontos agócképződés és gócnövekedés aránya

Szolok, szuszpenziók stabilizálása

Makromolekulák hatása

Folyadék lioszolok, emulziók

• Mind a diszpergált rész, mind a közeg folyékonyfázisú.

• Ha a diszpergált rész mérete kolloidmérettartományba esik folyadék lioszolról,durvább rendszerek esetén emulzióról beszélünk.

• Fontos kritérium: a diszpergált rész NEM, vagycsak korlátozottan elegyedik a közeggel

• A közeg folytonos, míg adiszpergált rész nem.

Folyadék lioszolok, emulziók típusai

• O/V (pl. tej), V/O (vaj)• Kettős folytonosságú emulziók

• O/V/O illetve V/O/V összetett emulziók

Emulziók típusának meghatározása

• Általában az O/V krémesebb, míg a V/Ozsírosabb tapintású

• Az emulzió saját közegével könnyen hígítható• Az emulzió a közegben oldódó festékkel könnyen

színezhető• Az O/V emulziók vezetőképessége sokkal

nagyobb mint a V/O emulzióké

NEM feltétlenül az a közeg amelyikből több van!

Emulziók előállítása

• Stabil emulziók létrehozása csakemulgeátorokkal, vagy stabilizáló szerekkellehetséges!

• Diszpergálással: nagyméretű cseppekből, vagyfázisból (mechanikai) aprítással (nyírás, keverés)

• Kondenzációval: a diszpergált fázis oldatátemulgeátort tartalmazó közegbe „csepegtetik”(oldószer kicserélése)

Emulziók stabilizálása

• Amfifil molekulákkal (emulgeálószerek): A molekula polaritásátólfüggően stabilizálja az O/V vagy V/Oemulziókat (ld. később)

• Szilárd részecskékkel (Pickeringemulziók)

Gélek

• Koherens rendszerek (vázszerkezettelrendelkeznek)

• Átmenet a folyadék-szilárd (vagy gáz-szilárd)állapotok között

• A részecskék mozgási energiája kisebb mint azösszetartó erő:

kis kohéziós erőnél: fizikai gélek (avázszerkezetet gyenge másodrendű kötésekalakítják ki)nagy kohéziós erőnél: kémiai gélek (avázszerkezetet elsőrendű kémiai kötésekhozzák létre)

Gélek

Makromolekulás kolloidok

• A molekula kisebb monomer egységekből épül felkémiai kötésekkel.

• Természetes és mesterséges eredetűek isléteznek

• Méretüket és alakjukat a makromolekula kémiaiszerkezete valamint a közeg (oldószer,hőmérséklet, pH, ionerősség….) határozza meg.

Lineáris polimerek mérete és alakja

• Jó oldószerben (az oldószer-szegmens kölcsönhatás erősebb, minta szegmens-szegmens kölcsönhatás) amakromolekula „kiterjed”

• Rossz oldószerben (a szegmens-szegmens kölcsönhatás erősebb, mintaz oldószer-szegmens között), amolekula gombolyaggá alakul(kiszorítja az oldószert)

• Theta oldószer: Statisztikusnakmegfelelő méret és alak

Lineáris polimerek mérete és alakja

• A szegmensek szabadon rotálnak egymáshozviszonyítva

• A rotációt a vegyértékszög és a többi szegmensáltal elfoglalt térfogat szabályozza

• Statisztikus láncvéghossz (h):

Ahol n: polimerizáció foka, l: egy szegmens hossza

22)( nlh

Az ozmózis

• Féligáteresztő hártyán (membránon) történőoldószeráramlás a makromolekulát kisebbkoncentrációban tartalmazó hely felé. A folyamathajtóereje a kémiai potenciál különbség amembrán két oldalán. A folyamat önkéntvégbemegy.

• Az oldószeráramlás visszaszorítható ha amegnöveljük a nyomást a nagyobb koncentrációjúoldalon. Azt a nyomásértéket, ahol azoldószeráramlás megszűnik ozmózisnyomásnaknevezzük (Π)

...)1( 232 cBcBcRT

Mi történik az amfifil molekulákkal az oldatban, haa felszín telítődik?

Asszociációs kolloidok

Asszociációs kolloidok

Egy adott koncentrációérték felett az amfifil molekulákönként végbemenő folyamatban asszociálódnak. Azasszociátumok mérete már kolloid mérettartományba esik.Az asszociátumokat micelláknak nevezzük.

Micellák lehetséges alakjaA tenzid alakja és mérete, polaritása és a közeg minőségefontos kiindulási pont

lc

a0 lc : a tenzid hosszaa0: a poláris fej méreteV : a micella térfogata

V/(lca0)

0 – 1/3 1/3 – 1/2 1/2 -1 >1

gömbi micella hengeres micella lemezes micella inverz micella

Micellák képződésének hajtóereje

x

•a hidrofób láncrész kevésbé bontja meg a víz-víz kölcsönhatást

•a micella külső része polárisabb, így kedvező a hidratáció

•Entrópiatényező: a hidrofób láncrészek mozgékonyságanagyobb az „olajos fázisban)

Kölcsönhatások:víz-víz : G1amfifil – víz(hidrofil-hidrofil, hidrofil-hidrofób) : G2olaj-olaj (micellán belül, hidrofób-hidrofób) : G3

Gmicella = G1 + G2 + G3

Tenzidek csoportosítása• Anionos (negatívan töltött)

- zsírsavak, alkil-szulfonsavak, alkil(aril)-foszfátok sói

• Kationos (pozitívan töltött)– Alkil-ammónium sók, aminok

• Amfoter (ikerionos) (pH függő töltés)– proteinek, biomolekulák, betain-tipusú

• Nemionos (töltés nélküliek, neutrálisak)– éterek, zsírsavészterek, savamidok

• Ikertenzidek (twin)

Anionos tenzidek:

COO-

Na+

O S O-

S

S

Na+

S O-

O

O Na+

nátrium-sztearát

nátrium-dodecil-szulfát(SDS)

nátrium-dodecilbenzol-szulfát

Kationos tenzidek:

N+ CH3

CH3

CH3

Br-

N+

Br-

cetil-trimetil-ammónium-bromid

cetil-piridínium-bromid

Amfoter tenzidek:

lecitin

Nemionos tenzidek:

A micellaképződés hatása az oldat fizikai paramétereire

Kritikus micellaképződési koncentráció (CMC)

A CMC értékét befolyásoló tényezők

1. A szénlánc hosszúsága

Szénatomszám 12 14 16 18

CMC (mol/m3) 8.6 2.2 0.58 0.23

Monomerek száma 33 46 60 78

• Nagyobb szolvatációs képesség nagyobb CMC• Nagyobb asszociációs hajlam kisebb CMC

A CMC értékét befolyásoló tényezők

2. Sóhatás (SDS)

cNaCl(mol/dm3) 0 0.01 0.03 0.1 0.3

CMC (mol/m3) 8.1 5.6 3.1 1.5 0.7

• Ionos tenzideknél a fejcsoportok közötti taszítást az ellenion kompenzálja

• Az egyedi molekulák töltésének „árnyékolásával”csökkenti azok hidratálódási képességét

A CMC értékét befolyásoló tényezők

3. Sóhatás (nem ionos tenzidekre)

• Az oldhatóságra gyakorolt hatása miatt befolyásolja a CMC értékét

4. Hőmérséklet• Eltérő hatás az ionos és nemionos tenzidekre

• Mosás: a hidrofób szennyeződés leválasztása szilárd felületről.

• Mosóhatás (technikailag) :– nedvesítés (hidrofil, hidrofób)– kioldás– szolubilizáció

Gyakorlati alkalmazások

• Emulziók, szuszpenziók készítése• Szolubilizáció:

Az asszociációs kolloidok képesek az adott közegben nem oldódó (pl. apoláris anyagok) nagyobb mennyiségét kolloid oldatban tartani.

Alveoli: léghólyagocska belső felületén lévő filmben lévő sajátos proteinek, foszfolipidek és felületaktív anyagok vannak.

Biológiai alkalmazás

Biológiai alkalmazás• Közvetlen alkalmazás, az emberi tüdőben csökkenteni

kell a felületi feszültséget• A tüdőben: dipalmitil-foszfatidil-kolin• Respiratory Distress Syndrome (Beractant (Survanta,

Abbott Pharmaceuticals) 4 ml/kg )

Modern mosószerek

• Tenzid:– ionos, nemionos keveréke, enzimek (bontó hatás)

• Adalékok:– a mosóhatást segítő (polifoszfátok, lágyítók,

korróziógátlók)• fényesítők, fehérítők, bleachers

– nátrium perborát (nascens oxigén)– fluoreszcens anyagok

Szolubilizáció:

Az asszociációs kolloidok képesek az adott közegben nem oldódó (pl. apoláris anyagok) nagyobb mennyiségét kolloid oldatban tartani.

Melyik a jobb felületaktív anyag?

A hosszabb szénláncútenzidek molekuláihatékonyabban törikmeg a víz szerkezetét,ezáltal jobbancsökkentik annakfelületi feszültségétazonos koncentrációmellett. Azonos típusúmolekulák esetén aszénatomszám növe-lésével ugyanakkorafelületaktivitás eléré-séhez ~harmadakkorakoncentráció szükséges.

A HLB értékHydrophilic – Lipophilic Balance

A felületaktív anyag polaritását adja meg. A nagyobb értékpolárosabb anyagot jelent.A HLB értéke függ a poláris csoportok minőségétől ésszámától

A HLB értékTenzidek keverékére a HLB érték összeadódik!

Mi HLB értéke annak a keveréknek, amely 25 % Span 80 (HLB= 4.3) és 75% Tween 80 (HLB = 15.0) tenzidet tartalmaz?

0.25*4.3 + 0.75*15.0=13.0

Milyen arányban kell összekeverni a Tween 60 (HLB=14.9) ésSpan 60 (HLB=4.7) tenzideket, hogy egy HLB=6.74 keveréket

kapjunk?

x*14.9 + (1-x)*4.7=6.74x=0.2

20% Tween 60 + 80% Span 60