Department of Physical Chemistry
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 40

[email protected] PowerPoint PPT Presentation


  • 71 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Department of Physical Chemistry Faculty of Chemistry, UAM, Poznań. Wybrane aspekty stabilności nanodyspersji Some peculiarities in stability of nanodispersions. MICROSYMPOSIUM: Stability of dispersion systems within the XLVIII scientific PTChem and SITPChem 2005 conference

Download Presentation

[email protected]

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Gwnow amu pl

Department of Physical Chemistry

Faculty of Chemistry, UAM, Poznań

Wybrane aspekty stabilności nanodyspersji

Some peculiarities in stability of nanodispersions

MICROSYMPOSIUM:Stability of dispersion systems

within the XLVIII scientific PTChem and SITPChem 2005 conference

22 September 2005, Poznań

[email protected]


Gwnow amu pl

Nanocząstki:

Cząstki koloidalne o średnicy 5 - 50 nm.

Nanocząstki złota (metoda cytrynianowa Turkevicha)

d15 nm

Średnia droga swobodna elektronu w złocie ~50 nm

Plazmon – objekt o właściwościach określonych przez

skwantowane poziomy oscylacyjne elektronów

przewodnictwa


Gwnow amu pl

Stabilność termodynamiczna

  • Stan równowagi

  • Równowaga dynamiczna układów micelarnych

  • - Równowaga dynamiczna roztworów polimerów

Fluktuacje liczby agregacji,

wymiana cząsteczek surfaktantu,

zanik i powstawanie micel

Ustawiczne zmiany konformacji


Gwnow amu pl

Metastabilność suspensji koloidalnych

(Chandrasekhar, 1943)

a/μm

=2

=20

0.1

0.034 s

26 dni

1.0

34 s

70 lat


Gwnow amu pl

Destabilizacja:

Zanik małych cząstek


Gwnow amu pl

Destabilizacja:

Procesy koagulacji, flokulacji, koalescencji

Spektroskopia

Sedymentacja i „creaming process”


Gwnow amu pl

Kryteria stabilności suspensji koloidalnych

Stałe szybkości procesów


Gwnow amu pl

Ostwald ripening (stabilność dyssolucyjna)

Równanie Younga-Laplace’a (1805)

Średnia krzywizna powierzchni

0 dla płaszczyzny lub katenoidu

Równanie Kelvina

p/p0=0.989 RS=100 nm

p/p0=0.339 RS=1 nm


Gwnow amu pl

Równanie Kelvina

Wyższe stężenie równowagowe =

szybszy transport masy

Mikrokrystality???

stała „krzywizna”

Stosunek liczby atomów na krawędziach i na powierzchniach kryształu


Gwnow amu pl

  • Warunki otrzymania stabilnej dyspersji:

  • Niska rozpuszczalność materiału cząstek

  • Syntetyczne cząstki - dendrymery

McNeil S.E., Nanotechnology for biologist


Gwnow amu pl

Siły działające pomiędzy cząstkami

Energia oddziaływań międzycząsteczkowych

Energia oddziaływań

elektrostatycznych

Energia oddziaływań

dyspersyjnych (Londona)


Gwnow amu pl

  • Charakerystyka układu

  • (typowa suspensja koloidalna):

  • Średnica cząstki 2a=1 μm

  • Lepkość dynamiczna η=10-3 kg/m s

  • Prędkość cząstkiv=1 μm/s

  • Gęstość cząstkiρ=103 kg/m3

  • Gęstość względnaΔ ρ/ ρ=10-2

  • Przyspieszenie ziemskieg=10 m/s2

  • Stała HamakeraAeff=10-20 Nm

  • Potencjał elektrokinetycznyξ=50 mV

  • Przenikalność elektryczna ε=102

    ośrodka dyspersyjnego


Gwnow amu pl

Odpychanie

elektrostatyczne

102

Przyciąganie Londona

1

Siła tarcia

1

10-1

Siła grawitacji

Siła bezwładności

10-6


Gwnow amu pl

Teoria DLVO

Oddziaływania elektrostatyczne

Warstwa dyfuzyjna – model Gouya-Chapmana

Warstwa adsorpcyjna – model Sterna

Oddziaływania dyspersyjne Londona


Gwnow amu pl

Rozkład jonów w warstwie dyfuzyjnej – rozkład Boltzmanna

Równanie Poissona

Równanie Poissona-Boltzmanna

Sonntag H., Koloidy, PWN, Warszawa, 1982


Gwnow amu pl

Płaskie powierzchnie

Sonntag H., Koloidy, PWN, Warszawa, 1982

Russel W.B., Saville D.A., Schowalter W.R., Colloidal Dispersions, Cambridge Univ. Press, 2001


Gwnow amu pl

Procedura Deriaguina


Gwnow amu pl

Duże cząstki kuliste (κd<a)


Gwnow amu pl

Przykłady przybliżonych rozwiązań

Feke, D.L., Prabhu, N.D., Mann, J.A.Jr., Mann, J.A.III., J. Phys. Chem., 88, 5735-5739 (1984)

Schowalter, W.R., Eidsath, A.B., PNAS, 98, 3644-3651 (2001)

Derjaquin, B.V., Landau, L., Acta physicochim. URSS, 14, 633 (1941)

Verwey, E.J.W., Overbeek, J.T.G, Theory of the stability of lyophobic colloids, Elsevier, Amsterdam, 1948

Kulkarni, A.M., Chatterjee, A.P., Scheizer, S., Zukoski C.F., J. Chem. Phys., 113, 9863-9873 (2000)


Gwnow amu pl

Gęstość ładunku powierzchniowego

Gęstość grup jonogennych 8/nm2

Gęstość jonów 0.002/nm2 (1/κ=0.275 μm)

  • T. Squires and M. P. Brenner, Phys. Rev. Lett. 85, 4976 (2000).

  • R. K. Iler, The Chemistry of Silica (Wiley, New York, 1979).


Gwnow amu pl

Gęstość ładunku powierzchniowego

Całkowity ładunek cząstki o średnicy 10 nm

~0.6 e

Gęstość grup jonogennych 8/nm2

Gęstość jonów 0.002/nm2 (1/κ=0.275 μm)

  • T. Squires and M. P. Brenner, Phys. Rev. Lett. 85, 4976 (2000).

  • R. K. Iler, The Chemistry of Silica (Wiley, New York, 1979).


Gwnow amu pl

Nanocząstki – siły dyspersyjne

Krótki zasięg.

Nie ma II minimum – flokulacja jest niemozliwa.

Stabilizacja suspensji przez adsorbaty o małych cząsteczkach

(np. hydrozol Au stabilizowany octanotiolem)

  • Nanocząstki – siły elektrostatyczne

  • teoria Debye’a-Hückla

  • gęstość ładunku powierzchniowego

Ładunek elektryczny cząstki to

1 lub 2 ładunki elementarne


Gwnow amu pl

Stabilizacja i flokulacja polimerowa


Gwnow amu pl

HVO (1971)

Evans-Napper (1970)

Zmiany konformacji makrocząsteczek podczas zbliżania

cząstek zależą od profilu gęstości segmentów w polimerowej

warstwie adsorpcyjnej.


Gwnow amu pl

Profil gęstości segmentów jest funkcją wielu czynników:

parametrów oddziaływań segmentów z powierzchnią i

rozpuszczalnikiem, stężenia polimeru, czasu relaksacji warstwy

adsorpcyjnej, struktury polimeru.


Gwnow amu pl

Odpychanie steryczne

Udział sił osmotycznych (przenikanie się warstw adsorpcyjnych)

Udział sił elastycznych (deformacja warstwy adsorpcyjnej)

Vincent, B., Edwards, J., Emment, S., Jones, A., Colloids Surf., 18, 261 (1986)


Gwnow amu pl

Obliczenia dla małych cząstek przy użyciu procedury Deriaguina

zakładają ciągłą strukturę warstwy adsorpcyjnej

W tej skali wielkości ujawnia się subtelna struktura polimerowej

warstwy adsorpcyjnej


Gwnow amu pl

Stabilność multipletów


Gwnow amu pl

Depletion flocculation and stabilization

Asahura, Oosawa (1958)

Feigin, Napper (1980)


Gwnow amu pl

Nanocząstki  małe cząstki koloidalne

Teorie opisujące stabilność układów koloidalnych

(DLVO, HVO, EN, itd..)

należy z ostrożnością stosować do nanodyspersji.

W oddziaływaniach między-nano-cząstkowych

istotna rolę odgrywają oddziaływania

międzycząsteczkowe (w tym wodorowe)


Gwnow amu pl

MICROSYMPOSIUM:Stability of dispersion systems

within the XLVIII scientific PTChem and SITPChem 2005 conference

22 September 2005, Poznań

[email protected]


  • Login