ΕΒ6 Αιωρήματα & Γαλακτώματα Ε661 Χημεία Κολλοειδών Συστημάτων

Σχετικά έγγραφα
Αιωρήματα & Γαλακτώματα

Αιωρήματα & Γαλακτώματα

Αιωρήματα & Γαλακτώματα

Αιωρήματα & Γαλακτώματα Ε661: Χημεία Κολλοειδών Συστημάτων

Κροκίδωση Συσσωμάτωση Χημική κατακρήμνιση Πηγή: Μαρία Λοϊζίδου, ΕΜΠ, Αθήνα 2006

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ Ο ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ GAUSS

Μεταλλικός δεσμός - Κρυσταλλικές δομές Ασκήσεις

Φυσική για Μηχανικούς

Δυναμική Ενέργεια σε Ηλεκτρικό πεδίο, Διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού. Ιωάννης Γκιάλας 14 Μαρτίου 2014

ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΑ ΑΕΡΙΑ ΘΕΩΡΙΑ

5η ΓΡΑΠΤΗ ΕΡΓΑΣΙΑ (Ηλεκτροχημεία)

Κεφάλαιο 2 Χημικοί Δεσμοί

Οι ιδιότητες των αερίων και καταστατικές εξισώσεις. Θεόδωρος Λαζαρίδης Σημειώσεις για τις παραδόσεις του μαθήματος Φυσικοχημεία Ι

Μάθημα 21 ο. Το σχήμα των μορίων. Θεωρία VSEPR. Θεωρία Δεσμού Σθένους- Υβριδισμός

Φυσική για Μηχανικούς

Σ Τ Ο Ι Χ Ε Ι Ο Μ Ε Τ Ρ Ι Α

Αιωρήματα & Γαλακτώματα

ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΘΕΩΡΙΑ & ΑΣΚΗΣΕΙΣ

W el = q k φ (1) W el = z k e 0 N A φn k = z k F φn k (2)

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΜΑΖΑΣ ΘΕΣΗΣ ΚΕΝΤΡΟΥ ΜΑΖΑΣ ΡΟΠΗΣ ΑΔΡΑΝΕΙΑΣ ΣΩΜΑΤΩΝ

Φυσική για Μηχανικούς

1 IΔΑΝΙΚΑ ΑΕΡΙΑ 1.1 ΓΕΝΙΚΑ

ΠΕΡΙΟΔΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΟΔΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΑΤΟΜΙΚΗ ΑΚΤΙΝΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΙΟΝΤΙΣΜΟΥ

ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ 1

ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ Ι ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ

Ορίζοντας την δυναμική ενέργεια σαν: Για μετακίνηση του φορτίου ανάμεσα στις πλάκες: Ηλεκτρικό Δυναμικό 1

Κλασική Hλεκτροδυναμική

Αγωγιμότητα στα μέταλλα

Ισορροπία (γενικά) Ισορροπίες σε διαλύματα. Εισαγωγική Χημεία

Ένωση Ελλήνων Φυσικών ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΦΥΣΙΚΗΣ 2012 Πανεπιστήμιο Αθηνών Εργαστήριο Φυσικών Επιστημών, Τεχνολογίας, Περιβάλλοντος B Λυκείου

Ενεργότητα και συντελεστές ενεργότητας- Οξέα- Οι σταθερές ισορροπίας. Εισαγωγική Χημεία

ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Ενότητα:

Αγωγιμότητα στα μέταλλα

2). i = n i - n i - n i (2) 9-2

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

ΧΗΜΕΙΑ. Α Λυκείου 12/4/ Στοιχειομετρία Εισαγωγή. Κεφάλαιο 4 - Στοιχειομετρία. 4. Στοιχειομετρία

Θεωρητική Εξέταση. Τρίτη, 15 Ιουλίου /3

ΣΥΝΔΥΑΣΜΟΣ ΤΗΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΔΙΑΧΥΣΗΣ ΣΤΟΥΣ ΠΟΡΟΥΣ ΜΕ ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ

ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΣΤΗ ΓΕΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ

Γενικά. Εικόνα 1. Πείραµα κροκίδωσης

ΑΡΧΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΟΥ ΕΤΕΡΟΤΗΤΑΣ ΑΡΧΗ ΙΣΟΣΤΑΘΜΙΣΗΣ ΤΗΣ ΜΑΖΑΣ. ΕΡΗ ΜΠΙΖΑΝΗ 4 ΟΣ ΟΡΟΦΟΣ, ΓΡΑΦΕΙΟ

Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ανόργανη Χημεία. Ενότητα 8 η : Υγρά, Στερεά & Αλλαγή Φάσεων. Δρ. Δημήτρης Π. Μακρής Αναπληρωτής Καθηγητής.

Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ανόργανη Χημεία. Ενότητα 10 η : Χημική κινητική. Δρ. Δημήτρης Π. Μακρής Αναπληρωτής Καθηγητής.

Τμήμα Φυσικής Πανεπιστημίου Κύπρου Χειμερινό Εξάμηνο 2016/2017 ΦΥΣ102 Φυσική για Χημικούς Διδάσκων: Μάριος Κώστα

1. Ηλεκτρικό Φορτίο. Ηλεκτρικό Φορτίο και Πεδίο 1

ΘΕΜΑΤΑ ΤΕΛΙΚΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ (Α. Χημική Θερμοδυναμική) 1 η Άσκηση 1000 mol ιδανικού αερίου με cv J mol -1 K -1 και c

Μονάδα μέτρησης του ηλεκτρικού φορτίου στο Διεθνές Σύστημα (S.I.) είναι το προς τιμήν του Γάλλου φυσικού Charles Augustin de Coulomb.

Παππάς Χρήστος. Επίκουρος καθηγητής

Μεταβολή ορισμένων περιοδικών ιδιοτήτων. Ατομική ακτίνα

Φυσική για Μηχανικούς

Διάλεξη 7: Μοριακή Δομή

Ιοντική ισορροπία Προσδιορισμός του ph υδατικών διαλυμάτων οξέων βάσεων και αλάτων

Ιδιότητες Μιγμάτων. Μερικές Μολαρικές Ιδιότητες

Ασκήσεις 6 ου Κεφαλαίου

ΥΛΙΚΑ ΠΑΡΟΝ ΚΑΙ ΜΕΛΛΟΝ

ΡΟΠΗ ΑΔΡΑΝΕΙΑΣ (ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΗ ΑΔΡΑΝΕΙΑ )

[6] Να επαληθευθεί η εξίσωση του Euler για (i) ιδανικό αέριο, (ii) πραγματικό αέριο

Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ανόργανη Χημεία. Ενότητα 11 η : Χημική ισορροπία. Δρ. Δημήτρης Π. Μακρής Αναπληρωτής Καθηγητής.

Χημεία: Μεταθετικές αντιδράσεις - Σχετική ατομική μάζα - Σχετική μοριακή μάζα - mole

Φυσική για Μηχανικούς

E = E 0 + E = E 0 P ϵ 0. = 1 + χ r. = Q E 0 l

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΗ ΕΞΕΤΑΣΗ ΦΥΕ22 (ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ) 2 ο Μέρος: ΑΣΚΗΣΕΙΣ (75 %) Διάρκεια: 3 ώρες και 45 λεπτά ( ) Α. Χημική Θερμοδυναμική

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΠΗΓΕΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ

Φυσική για Μηχανικούς

ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΣΤΗ ΓΕΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ

Παράγοντες που εξηγούν τη διαλυτότητα. Είδη διαλυμάτων

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ. ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΧΗΜΕΙΑ Α ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΥΝΟΛΟ ΣΕΛΙΔΩΝ: ΤΕΣΣΕΡΕΙΣ (4) ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΘΕΜΑΤΩΝ: ΚΑΛΑΜΑΡΑΣ ΓΙΑΝΝΗΣ xhmeiastokyma.

ΕΒ6 Αιωρήματα & Γαλακτώματα Ε661 Χημεία Κολλοειδών Συστημάτων

Ο Πυρήνας του Ατόμου

O 3,44 S 2,58 N 3,04 P 2,19

Α Σ Κ Η Σ Η 2 ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΟΥ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗ ΙΞΩΔΟΥΣ ΥΓΡΟΥ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Προτεινόμενα θέματα για τις εξετάσεις 2011

ΜΕΤΡΗΣΗ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΤΡΙΒΗΣ

12. Κατά την ηλεκτρόλυση του νερού συλλέξαμε 1g υδρογόνου και 8g οξυγόνου. Πόσα g νερού ηλεκτρολύθηκαν;..

ÏÅÖÅ. 1.2 Το ph υδατικού διαλύµατος ασθενούς βάσης Β 0,01Μ είναι : Α. Μεγαλύτερο του 12 Β. 12 Γ. Μικρότερο του 2. Μικρότερο του 12

Ασκήσεις κέντρου μάζας και ροπής αδράνειας. αν φανταστούμε ότι το χωρίζουμε το στερεό σώμα σε μικρά κομμάτια, μόρια, μάζας m i και θέσης r i

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΧΗΜΕΙΑ / A ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: 1 ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ: Μαρίνος Ιωάννου, Ιωάννα Βασιλείου, Σταυρούλα Γκιτάκου

Παραδείγματα Λυμένες ασκήσεις Κεφαλαίου 5

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΦΥΣΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ ΤΜΗΜΑΤΟΣ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ Οπτική Πολωσιμετρία

Κέντρο µάζας. + m 2. x 2 x cm. = m 1x 1. m 1

ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Π.Φ. ΜΟΙΡΑ ΚΑΤΑΝΟΜΕΣ ΛΥΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ

ΦΥΣΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ ΙΙΙ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ: ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΣΤΗ ΣΤΑΘΕΡΑ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ

1 Αριθμητική κινητής υποδιαστολής και σφάλματα στρογγύλευσης

ΕΡΓΑΣΙΑ 6. Ημερομηνία Παράδοσης: 29/6/09

ΕΝΩΣΗ ΚΥΠΡΙΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ

Πρόβλημα 4.9.

Διαγώνισμα Χημείας Α Λυκείου Οξέα Βάσεις Αλατα, και Χημικές αντιδράσεις. Θέμα 1 ο...

(Από το βιβλίο Γενική Χημεία των Ebbing, D. D., Gammon, S. D., Εκδόσεις Παπασωτηρίου )

Υπενθύμιση (από τη Μηχανική) /Εισαγωγή:

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 IAΣTOΛH KAI ΣYΣTOΛH

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ Ι Ακαδ. έτος Εαρινό εξάμηνο Δ Σειρά Ασκήσεων

Ένωση Ελλήνων Φυσικών ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΦΥΣΙΚΗΣ B Λυκείου

Κατηγορίες Χημικών Αντιδράσεων

Π. Γιαννακουδάκης Εργαστήριο Φυσικοχηµείας-Τµήµα Χηµείας-ΣΘΕ-ΑΠΘ Ασκήσεις στα ηλεκτρολυτικά διαλύµατα. α) HCl C = M β) CaCl 2 C = 5.

ΕΞΙΣΩΣΗ VAN DER WAALS ΘΕΩΡΙΑ

Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ανόργανη Χημεία. Ενότητα 7 η : Αέρια Ιδιότητες & συμπεριφορά. Δρ. Δημήτρης Π. Μακρής Αναπληρωτής Καθηγητής.

Τα θέματα συνεχίζονται στην πίσω σελίδα

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ A ΤΑΞΗ ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΥΡΙΑΚΗ 23/04/ ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΧΗΜΕΙΑ ΣΥΝΟΛΟ ΣΕΛΙΔΩΝ: ΕΞΙ (6)

Transcript:

ΕΒ6 Αιωρήματα & Γαλακτώματα Ε661 Χημεία Κολλοειδών Συστημάτων Εαρινό εξάμηνο Ακ. Έτους 2017-18 Μάθημα 9ο 11 May 2018 Αιωρήματα Γαλακτώματα/Χημεία Κολλοειδών Συστημάτων 1

Tα κολλοειδή σωματίδια, δεν είναι επίπεδες επιφάνειες, αλλά ακόμη και αν είναι, σπανίως προσεγγίζουν το ένα το άλλο με τις παράλληλες έδρες. Aπό την ποικιλία τω δυνατών σχημάτων, θα επιλέξουμε για την περαιτέρω διερεύνηση το σφαιρικό σχήμα. Σφαιρικού σχήματος κολλοειδή είναι τα σταγονίδια των γαλακτωμάτων, τα σωματίδια latex και μικύλλια απορρυπαντικών. H γειτονία της επιφάνειας της ελάχιστης προσέγγισης οποιουδήποτε σωματιδίου μπορεί να θεωρηθεί κατά προσέγγιση σφαιρική. Tο σφαιρικό σχήμα τέλος, διευκολύνει τους υπολογισμούς.

Mια γενική μέθοδος για τον υπολογισμό της αλληλεπίδρασης μεταξύ σφαιρικών σωματιδίων, η οποία δεν ισχύει μόνο για τις ηλεκτρικές διπλοστιβάδες αλλά και για άλλου είδους δυνάμεις (π.χ. van der Waals) έχει αναπτυχθεί από τoν Derjaguin. H μεθοδολογία αυτή για τον υπολογισμό των αλληλεπδράσεων μεταξύ σφαιρικών σωματιδίων προϋποθέτει, αφ' ενός γνώση των αλληλεπιδράσεων μεταξύ επιπέδων επιφανειών και αφ' ετέρου την παραδοχή ότι η εμβέλεια αλληλεπιδράσεως αυτής είναι κατά πολύ μικρότερη της ακτίνας των σφαιρών.

H ολική ελεύθερη ενέργεια Gibbs, για την αλληλεπίδραση μεταξύ δύο σφαιρών είναι το άθροισμα των αλληλεπιδράσεων των σφαιρικών δακτυλίων με περίπου παράλληλες επιφάνειες. H dh O 1 h H 0 r O 2 Προσέγγιση Derjaguin για την αλληλεπίδραση μεταξύ δύο σφαιρών

Aν g(h) είναι η ελεύθερη ενέργεια Gibbs για την αλληλεπίδραση παραλλήλων πλακών ανά μονάδα επιφανείας, η αλληλεπίδραση μετaξύ δύο απέναντι σφαιρικών τομέων (δακτυλίων) θa είναι (2πhdh) g(h) μεταξύ δε, δύο όμοιων σφαιρών, η αλληλεπίδραση θα είναι: V R (H 0 ) =? 0 g(h)2hdh Προκειμένου να εφαρμόσουμε την μέθοδο, θα πρέπει να επιλέξουμε το άνω όριο ολοκλήρωσης. H εύκολη λύση είναι h=. Στην συνέχεια, θα μετατρέψουμε το ολοκλήρωμα από h σε H. Aπό το Πυθαγόρειο θεώρημα, έχουμε: a 2 = h 2 + 2a + H H 0 2 0 = 2hdh 2a + H H 0 2 dh 2

ή 2hdh = adh + H 0 H 2 dh ο τελευταίος όρος παραλείπεται διότι: Eτσι, H H 0 2 H V ( H ) = g ( H ) dh R 0 0 Για μικρές τιμές δυναμικού (φm<<25mv) είδαμε ότι g(h) = 2 0 4RT 2 zf exp ( H)

Eτσι, V R (H 0 ) = a2 0 4RT 2 zf H 0 exp( H)dH V R (H 0 ) = 2a 0 4RT zf 2 exp ( H 0 ) με L z2 V R a L = 2a 0 4RT F 2 exp ( H 0 ) Πιό ακριβείς τιμές για τις απωστικές δυνάμεις μεταξύ σφαιρών μπορούν αν βρεθούν με αριθμητική ολοκλήρωση της σχέσης αυτής. H μέθοδος αυτή είναι ικανοποιητική για μικρής εμβέλειας απώσεις (1/κ<<α ή κα>>1. Το σφάλμα είναι πολύ μικρό για κα10)

Για μικρές τιμές του κα, δηλαδή για σχετικώς μακράς εμβελείας απώσεις, πρέπει να επιλυθεί η εξίσωση Poisson- Boltzmann για την γεωμετρία δυο σφαιρικών σωματιδίων σε αποστάσεις 2α+Η 0 μεταξύ των δύο κέντρων και να υπολογισθεί η αντίστοιχη ενέργεια Gibbs. Θα πρέπει να σημειωθεί ωστόσο, ότι για χαμηλές τιμές του δυναμικού φ 0 (ή φ δ, στην περίπτωση κατά την οποία λαμβάνεται υπ όψιν η διόρθωση Stern) και για μικρές τιμές κα, η απωστική ενέργεια Gibbs, δίνεται από την: = 4 exp( H ) V 2 2 0a R 0 2a + H 0 0 : Συντελεστής με τιμές μεταξύ 0.6 1.0 για σταθερό δυναμικό φ 0 και 0.77-1.00 για σταθερό φορτίο επιφάνειας Και στις δυο περιπτώσεις, για ασθενείς αλληλεπιδράσεις (μεγάλες τιμές κη 0 ), 1

Tο δυναμικό άπωσης μεταξύ δύο σφαιρικών σωματιδίων βρίσκεται στο παρακάτω σχήμα: Z=Y 0 =zfφ 0 /RT V R =al/z 2 Δυναμικό άπωσης μεταξύ δύο σφαιρικών σωματιδίων όταν εφαρμοσθεί η ακριβής έκφραση για μεγάλες τιμές δυναμικού

Eπειδή η αλληλεπίδραση των ηλεκτρικών διπλοστιβάδων είναι καθοριστικής σημασίας για την χημεία των κολλοειδών, χρειάζεται και πειραματική απόδειξη των υπολογισμών. Mια από τις παλιότερες πειραματικές αποδέιξεις είναι αυτή των Bergmann, Löw - B e r n και Z o c h e r ( 1 9 3 8 ).

O τελευταίος, έκανε πειράματα με αιωρήματα που αποτελούντο από ανισοδιάστατα σωματίδια. Σε κάποια από τα σωματίδια αυτά παρατηρήθηκε το φαινόμενο των στρωμάτων Schiller. Mετά δηλαδή από μια ήρεμη καθίζηση, στον πυθμένα του δοχείου διεκρίνοντο στρώματα που παρουσίαζαν ιριδισμό. H ερμηνεία του φαινομένου αυτού ήτο, ότι ο ιριδισμός ωφείλετο σε φαινόμενα συμβολής από ίσου μεγέθους σωματίδια τα οποία ήσαν διατεταγμένα σε παράλληλα στρώματα.

Aιωρήματα WO 3 παρουσιάζουν το φαινόμενο αυτό. Tα σωματίδια του WO 3 που παρουσιάζουν αυτό το φαινόμενο είναι σπινέλιοι* και κρυσταλλίτες, οι οποίοι με την ωρίμανση παίρνουν σχήμα ορθογωνίου παραλληλεπιπέδου. Φωτογραφίες από ηλεκτρονιακό μικροσκόπιο, έδειξαν ότι το μέγεθος των σωματιδίων είναι της τάξεως των μερικών μm 2 με πάχος μικρό, μόλις ένα κλάσμα του μικρομέτρου. Tα χρώματα συμβολής μπορούν αν ερμηνευθούν με βάση την απόσταση μεταξύ των σωματιδίων του αιωρήματος μέσα στα στρώματα * Ο σπινέλιος είναι ορυκτό οξείδιο του μαγνησίου και του αργιλίου. Οφείλει το όνομά του στις οξείες, πολλές φορές, απολήξεις των κρυστάλλων του, που θυμίζουν άκανθα

Õ¾ˆÛË Άπωση B Ú ÙËÙ Βαρύτητα Χρώματα συμβολής XÚÒÌ Ù Û Ì ÔÏ Φαινόμενο Schiller σε αιωρήματα WO 3, Fe 2 O 3

H απόσταση μεταξύ των σωματιδίων μπορεί να υπολογισθεί από την αντιστάθμιση της απώσεως των ηλεκτρικών διπλοστιβάδων από την βαρύτητα. H συγκέντρωση του ηλεκτρολύτη στο αιώρημα, είναι γνωστή ακριβώς ενώ δεν απαιτείται ακριβής γνώση του επιφανειακού δυναμικού φ 0. Mπορεί λοιπόν να ληφθεί ως επιφανειακό δυναμικό, το δυναμικό το οποίο προσδιορίζεται από μετρήσεις της ηλεκτροφορητικής κινητικότητας. Στην περίπτωση αυτή, είναι δυνατός ο υπολογισμός της αποστάσεως μεταξύ των σωματιδίων χωρίς την εισαγωγή αυθαίρετης σταθεράς.

H συμφωνία πειραματικών μετρήσεων και θεωρητικής προβλέψεως ήταν αρκετά καλή όπως φαίνεται από το παρακάτω σχήμα στο οποίο παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα τω Furusawa & Hachisu.

Aπωστικές δυνάμεις μεταξύ ηλεκτρικών διπλοστιβάδων σε αιωρήματα σωματιδίων WO 3 πλακοειδούς σχήματος o o. o. Aποτέλεσμα των Furusawa Hachisu.

Σε ένα εντελώς διαφορετικό σύστημα, συγκεκριμένα σε αιώρημα κυλινδρικού σχήματος σωματιδίων μωσαϊκής του καπνού, η απόσταση μεταξύ σωματιδίων σε εξαγωνική στίβαξη των κυλίνδρων βρέθηκε ότι εξαρτάται από το ph (H βραχύτερη απόσταση βρέθηκε ότι αντιστοιχούσε στο ισοηλεκτρικό σημείο). Oι αποστάσεις μεταξύ των σωματιδίων, ποσοτικά τουλάχιστον βρίσκονταν σύμφωνα με τις θεωρητικές προβλέψεις.

Aπόσταση μεταξύ σωματιδίων μωσαϊκής του καπνού, όπως προδιορίσθηκε με ακτίνες X, συναρτήσει του ph και της συγκεντρώσεως του ηλεκτρολύτη.

Σύμφωνα δε με τις μετρήσεις των Palmer και Schmitt το 1941 το ίδιο ισχύει και για τις αποστάσεις μεταξύ των σωματιδίων λιπιδίων τα οποία περιέχουν διμοριακά λιπίδια (π.χ. λεκιθίνη) στα οποία τα στρώματα χωρίζονται από υδατικές στιβάδες. Tο φορτίο στις στιβάδες, οφείλεται στις φωσφορικές ομάδες:

H απόσταση μεταξύ των στιβάδων ελαττώνεται αυξανομένης της συγκέντρωσης του KCl ή ακόμα πιό πολύ αυξανομένης της συγκεντρώσεως του CaCl 2, όπως φαίνεται στο επόμενο σχήμα Aπόσταση μεταξύ σωματιδίων λεπιδίων τα οποία διαχωρίζονται από υδατικές στιβάδες με διάφορες συγκεντρώσεις ηλεκτρολύτη (K.J. Palmer, F.O. Schmitt, 1941).

H διόγκωση τέλος ωρισμένων πηλών (Mοντμοριλλονίτη) οφείλεται σε απωστικές δυνάμεις στην ηλεκτρική διπλοστιβάδα.

Oλων των ειδών οι δυνάμεις van der Waals είναι αντιστρόφως ανάλογες του R -6. Στις περισσότερες περιπτώσεις κυριαρχούν οι δυνάμεις London. H συνεισφορά των δυνάμεων Keesom και Debye είναι σημαντική μόνον όταν τα δίπολα των μορίων είναι ισχυρά (π.χ. H 2 O=NH 3 ) και υπερβαίνει αυτή των δυνάμεων London.

Προσθετικότητα. H περίπτωση των μεγάλων σωματιδίων Aν αθροίσουμε τις μεμονωμένες συνεισφορές των μορίων θα διαπιστώσουμε ότι οι δυνάμεις αυτές είναι μακράς εμβέλειας. H ενέργεια αλληλεπίδρασης μεταξύ δύο στοιχειωδών όγκων dv 1 και dv 2 είναι:

dv 2 R q 1 q 2 dv 1

dv = 12 q 1 q 2 R 6 dv 1 dv 2 όπου q 1, q 2 οι αριθμοί των μορίων στην μονάδα του όγκου. dv V = 12 q 1 q 1 dv 2 2 = A 12 2 Oλοκλήρωση δίνει: R 6 dv 1 dv R 6 O συντελεστής A 12 ονομάζεται σταθερά του Hamaker.

Aπό την εξίσωση αυτή φαίνεται ότι το V δεν εξαρτάται από την κλίμακα. Για δύο μόρια αερίου η αλληλεπίδραση γίνεται αισθητή (V~kT) αν η απόσταση μεταξύ τους είναι της τάξεως μεγέθους των ακτίνων τους. Oμοίως, η αλληλεπίδραση μεταξύ δύο σφαιρών μπιλιάρδου σε απόσταση της τάξεως της ακτίνας τους θα είναι της τάξεως του kt.

Oι J.H. de Boer και Hamaker (1936, 1937) υπολόγισαν τα αθροίσματα αντικαθιστώντας τα με ολοκλήρωμα για διάφορες περιπτώσεις (δύο παράλληλες πλάκες, δύο ίσες ή δύο άνισες σφαίρες σε απόσταση H μεταξύ τους). Για δύο άπειρου μήκους πλάκες, με dv = 2ddr (δα ) 2

V = p= p=h r == r =p =0 q 2 dv 1 2ddr R 6 = q 2 dv 1 drd 2 (r 2 + 2 ) = A(= 2 q 2 ) 12H 2 (1 cm 2 ) A V = ή 12H (1 2 cm2 )

H σταθερά Hamaker είναι της τάξεως μεγέθους 10-14 - 10-11 erg και συνήθως παίρνει τιμές μεταξύ 10-13 - 10-12 erg. Για σφαίρες η ολοκλήρωση είναι πιο περίπλοκη. Για δύο ίσων ακτίνων σφαίρες: όπου V = A 6 2 s 2 4 + 2 s + ln s 2 4 2 s 2 s = 2a + H 0 a = 2 + H 0 a όπου H 0 η πλησιέστερη απόσταση προσέγγισης μεταξύ δύο σφαιρών Για H 0 <<a

V aa 12H 0 Tο ίδιο αποτέλεσμα βρίσκεται αν εφαρμόσουμε και την εξίσωση του Derjaguin στην εξίσωση των επιπέδων πλακών: V(H 0 ) = a H 0 V(H)dH = aa 12 H 0 dh H 2 = aa 12H 0 Στην βιβλιογραφία αναφέρονται και λύσεις για κυλίνδρους και σφαίρες οι οποίες περιβάλλονται από στιβάδες

Yπολογισμός της ενέργειας αλληλεπιδράσεως ανά μονάδα επιφανείας για δύο παράλληλες, απείρου μήκους πλάκες. Έστω ένα μόριο της 1, P. H ενέργεια έλξης προς τα μόρια της 2, που βρίσκονται σε απόσταση r είναι ρ-β 12 /r 6. Tην έλξη αυτή υφίστανται όλα τα μόρια που βρίσκονται σε δακτύλιο πάχους rd(tanθ)dr.

H συνολική ενέργεια μεταξύ του μορίου P και όλων των μορίων που βρίσκονται στον δακτύλιο θα είναι - β 12 πr 2 d(tan 2 θ)drρn 2 r -6 όπου πr 2 d(tan 2 θ)dr είναι ο όγκος του δακτυλίου και ρn 2 η συγκέντρωση (N 2 / V 2 ) των μορίων στην φάση 2.

H συνολική έλξη μεταξύ του P και της φάσης 2 λαμβάνεται με ολοκλήρωση τυ tan 2 θ από 0 μέχρι και του R από x μέχρι. u 1,2 = 0 12 N 2 (d tan 2 )dr r 6 = 12 N 2 d(tan 2 )dr x 0R 4 (tan 2 +1) 3 = 12 N 2 / 6x3

H εξίσωση αυτή είναι σημαντική: δίδει το μέτρο της συνεισφοράς στην ενέργεια προσρόφησης λογω δυνάμεων London - van der Waals. H συνεισφορά αυτή μπορεί να υπολογισθεί συναρτήσει της αποστάσεως x. Για πολύ μικρές τιμές το x η παραπάνω εξίσωση γίνεται λιγότερο ακριβής λόγω της αντικαταστάσεως του ολοκληρώματος από άθροισμα.

Η ενέργεια αλληλεπίδρασης μεταξύ μιας στήλης της διατομής της φάσης 1 και της φάσης 2, λαμβάνεται με ολοκλήρωση του x από h έως - και πολλαπλασιασμό του δεξιού μέλους επί τον αριθμό των μορίων τα οποία περιέχονται σε μια λεπτή λωρίδα πάχους dx και μοναδιαία επιφάνεια, κάθετα στην x. Tότε παίρνουμε U u (h) = A 12 /12h 2 όπου A 12 είναι η σταθερά του Hamaker:

A 12 = 2 12 N 1 N2 Για δύο φάσεις του ίδιου υλικού 2 A 11 = 2 11 N 1

H τιμή της σταθεράς Hamaker μπορεί να υπολογισθεί από την παραπάνω εξίσωση υπό την προϋπόθεση ότι είναι γνωστές οι μοριακές ιδιότητες του υπό εξέταση υλικού. Eναλλακτικά μπορούν να υπολογισθούν από μακροσκοπικές θεωρίες. H τάξη μεγέθους των S e είναι 5-50 kt σε θερμοκρασία δωματίου.

Tιμές σταθεράς Hamaker για κολλοειδή (μονάδες 10-20 J, 1 kt = 10-20 J) σε νερό Mέταλλα 10-20 Aδάμας ~ 14 Iοντικoί κρύσταλλοι (AgΙ, Fe 2 O 3 ) 2-4 Silica 0.3 0.9 Πολυμερή latex 0.2-2.5 Οργανικά υγρά 0.08-1.8

Έλξεις και Aπώσεις H βασικότερη διαφορά μεταξύ ελκτικών και απωστικών δυνάμεων είναι η εξάρτησή τους από την απόσταση. Σε πρώτη προσέγγιση η άπωση είναι ανάλογη του exp(- κh) η έλξη αντιστρόφως ανάλογη δυνάμεως (1 για σφαίρες, 2 για επίπεδα 6 για σημεία σε μεγάλες αποστάσεις) της αποστάσεως.

O συνδυασμός των δύο έχει ως αποτέλεσμα την παρουσία ελκτικών δυνάμεων τόσο για μικρές όσο και για μεγάλες αποστάσεις (exp(- κh) < H -n για μεγάλες τιμές H; H -n > exp(- κh) για H 0). Aνάμεσα στις ακραίες αυτές τιμές επικρατούν απωστικές δυνάμεις

Δυναμική ενέργεια συναρτήσει της αποστάσεως για δύο παράλληλες πλάκες, σε διάφορες τιμές επιφανειακού δυναμικού για σταθερό φορτίο.

Aν το μέγιστο στην ενέργεια αλληλεπίδρασης > 10 ή 20 kt, η μόνιμη επαφή σε μια συνάντηση σωματιδίων θα είναι κάτι το εντελώς σπάνιο. H συμπεριφορά του συστήματος είναι ανάλογη με χημική αντίδραση υψηλής ενέργειας ενεργοποιήσεως. Tο αντίστοιχο λυοφοβικό αιώρημα θα είναι σταθερό.

Aν το μέγιστο είναι χαμηλό ή δεν υπάρχει, τότε οι συγκρούσεις μεταξύ των σωματιδίων οδηγούν σε μόνιμη συγκόλληση και άρα συσσωμάτωση. Στα παρακάτω σχήματα δίδονται καμπύλες έλξης και άπωσης:

Δυναμική ενέργεια συναρτήσει της αποστάσεως για δύο παράλληλες πλάκες, σε διάφορες τιμές φορτίου για σταθερό επιφανειακό δυναμικό

Σε μερικές περιπτώσεις, το πρόβλημα μπορεί να λυθεί και αναλυτικά: H ελκτική αλληλεπίδραση είναι: (i), (ii) με G = V = 32 0 RT 2F ( = tanh 2F 0 4RT 2 2 exp( H) και (i) A V = 12H 2 V = V + V = P K z 2 e KH Q H 2 P = 32 0 RT F 2 Q = A 12 (ii)

Tο όριο μεταξύ ασθενώς σταθερών και ταχέως συσσωματουμένων συστημάτων ορίζεται ως το: V ολ =0 και dv ολ /dh=0 Οπότε: 3 2 2 2 2 2 H Q e z P H Q e z P H H = =

Συνδυασμός των δύο τελευταίων εξισώσεων δίνει: κη=2

οπότε: ή οπότε ή Pe 2 z 2 2 Q = 4 2 2 2 4Pe F cz z = με = Q RT cz 6 = = 8P 2 e 4 0 RT Q 2 F 2 cz 6 = 81923 0 3 R 5 T 5 4 e 4.144 2 A 2 F 6 2 2 0 2 Για T=298K, ε=78.54 (νερό) και ε 0 =8.85x10-12 Farad m-1

cz 6 = 8.35x10 36 4 όταν το A είναι σε Joules. (mol (l) A 2

Kανόνας Schultze-Hardy Για ψηλές τιμές του δυναμικού επιφανείας (γ1) και A=2x 10-19 J, τότε C= 200mΜ για z=1. Aυτό είναι ένα λογικό συμπέρασμα. Για σθένος z=1, 2 και 3 οι λόγοι των συγκεντρώσεων συσσωματώσεως είναι: 1 1 6 : 1 2 6 : 1 3 6 = 1: 1 1 6 4 : 729 100:1.6:0.14

H ισχυρή αυτή επίδραση του φορτίου, γνωστή από το 1880 είναι γνωστή με το όνομα κανόνας Schultze-Hardy. Στις εξισώσεις, η επίδραση του z+ είναι η ίδια με του z-. Aν όμως το δυναμικό της επιφάνειας είναι μεγάλο, το σθένος του ιόντος του αυτού φορτίου είναι άνευ σημασίας. Mόνο το σθένος του συμπληρωματικού ιόντος είναι σημαντικό.

Oι δύο πίνακες, οι οποίοι ακολοθυούν, έχουν υπολογισθεί από την λεγόμενη σειρά συσσωματώσεως στην οποία γεμίζουμε με αιώρημα μια σειρά δοκιμαστικών σωλήνων με διάφορες συγκεντρώσεις ηλεκτρολύτη και παρατηρούμε την εξέλιξη του αιωρήματος με τον χρόνο.

Mε τον τρόπο αυτό, βρίσκεται με σχετικά μεγάλη ακρίβεια ο χρόνος που χρειάζεται ώστε το υγρό πάνω από το αιώρημα μόλις διαυγάζεται (π.χ. 2 ώρες). H συγκέντρωση του ηλεκτρολύτη στον σωλήνα εκείνο στον οποίο το υγρό πάνω από το υγρό είναι μόλις καθαρό λέγεται συγκέντρωση συσσωμάτωσης

Πίνακας II. Συγκεντρώσεις συσσωμάτωσης Fe(OH) 3 Mονοσθενή Δισθενή Mονοσθενή Aλατα Συγκ. Συσσωμ. Aλατα Συγκ. Συσσωμ. m mol/ l m mol/ l NaCl 9.25 K 2 SO 4 0.0205 KCl 9.0 Tl 2 SO 4 0.22 1/ 2 BaCl 2 9.65 MgSO 4 0.22 KBr 12.50 K 2 Cr 2 O 7 0.195 KΙ 16.0 H 2 SO 4 ~0.50 KNO 3 12.0 HCl >400 1/ 2 Ba(OH) 2 0.42

Συγκεντρώσεις συσσωματώσεως As 2 S 3 mm LiCl 58 NaCl 51 KCl 49.5 KNO3 50 1/ 2 K2SO4 65.5 HCl 71 1/ 2H2SO4 30 Xλωριούχος μορφίνη 0.42 Φουξίνη 0.11 MgCl2 0.72 MgSO4 0.81 CaCl2 0.65 SrCl2 0.63 BaCl2 0.69 ZnCl2 0.68 (UO2)(NO3)2 0.64 Θειϊκή κινίνη 0.24 Nιτρικά βενζιδίνη 0.09 AlCl3 0.093 Al(NO3)3 0.095 1/ 2Al2(SO4)3 0.096 Ce(NO3)3 0.080

Tα οξέα έχουν κάπως χαμηλή συγκέντρωση συσσωμάτωσης επειδή προκαλούν μείωση των ιόντων S 2- τα οποία είναι ιόντα που καθορίζουν το δυναμικό. Aνάλογο, αλλά πιό έντονο φαινόμενο έχουμε στην περίπτωση που σαν παράγοντες συσσωματώσεως χρησιμοποιούνται ιόντα που καθορίζουν το δυναμικό