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3.3. Überlagerung der Wechselwirkungskräfte

3.3. Überlagerung der Wechselwirkungskräfte. 3.3.1. Elektrostatisch stabilisierte Systeme (DLVO-Theorie). DLVO-Theorie. 1940 – D erjaguin L andau V erwey O verbeek Dispersionsanziehung und elektrostatische Abstoßung. Elektrochemische Doppelschicht.

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3.3. Überlagerung der Wechselwirkungskräfte

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Presentation Transcript

  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. 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 Grundgleichungen der Elektrolyttheorie

  8. Näherungslösung der P-B Gleichung ( ) ( ) - y zi e x y - p 2 d x 4 = S (¥) zi ; e ni e kT e e 2 d x i 0 bei kleiner Potentialen (< 25 mV) gilt: integrierbare Form ( ) y 2 d x ( ) = k y 2 x 2 d x ( ) - k y = × y × 0 x x k e

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

  10. Anziehungsenergie a) zwischen zwei Platten: b) zwischen zwei Kugeln: DLVO – TheorieVan der Waalssche Anziehungsenergie

  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. Vtot / dd = 0 Vtot = 0 zwischen zwei Kugeln: DLVO – TheorieKritische Koagulationskonzentration (CCC)

  15. DLVO – TheorieKritische 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. 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

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

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