Department of Physical Chemistry
Download
1 / 40

[email protected] - PowerPoint PPT Presentation


  • 107 Views
  • Uploaded on

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

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' [email protected]' - leane


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

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]


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


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


Metastabilność suspensji koloidalnych

(Chandrasekhar, 1943)

a/μm

=2

=20

0.1

0.034 s

26 dni

1.0

34 s

70 lat


Destabilizacja:

Zanik małych cząstek


Destabilizacja:

Procesy koagulacji, flokulacji, koalescencji

Spektroskopia

Sedymentacja i „creaming process”



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


Równanie Kelvina

Wyższe stężenie równowagowe =

szybszy transport masy

Mikrokrystality???

stała „krzywizna”

Stosunek liczby atomów na krawędziach i na powierzchniach kryształu


McNeil S.E., Nanotechnology for biologist


Siły działające pomiędzy cząstkami

Energia oddziaływań międzycząsteczkowych

Energia oddziaływań

elektrostatycznych

Energia oddziaływań

dyspersyjnych (Londona)


  • Charakerystyka układu

  • (typowa suspensja koloidalna):

  • Średnica cząstki 2a=1 μm

  • Lepkość dynamiczna η=10-3 kg/m s

  • Prędkość cząstki v=1 μm/s

  • Gęstość cząstki ρ=103 kg/m3

  • Gęstość względna Δ ρ/ ρ=10-2

  • Przyspieszenie ziemskie g=10 m/s2

  • Stała Hamakera Aeff=10-20 Nm

  • Potencjał elektrokinetyczny ξ=50 mV

  • Przenikalność elektryczna ε=102

    ośrodka dyspersyjnego


Odpychanie

elektrostatyczne

102

Przyciąganie Londona

1

Siła tarcia

1

10-1

Siła grawitacji

Siła bezwładności

10-6


Teoria DLVO

Oddziaływania elektrostatyczne

Warstwa dyfuzyjna – model Gouya-Chapmana

Warstwa adsorpcyjna – model Sterna

Oddziaływania dyspersyjne Londona


Rozkład jonów w warstwie dyfuzyjnej – rozkład Boltzmanna

Równanie Poissona

Równanie Poissona-Boltzmanna

Sonntag H., Koloidy, PWN, Warszawa, 1982


Płaskie powierzchnie Boltzmanna

Sonntag H., Koloidy, PWN, Warszawa, 1982

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



Duże cząstki kuliste ( Boltzmannaκd<a)


Przykłady przybliżonych rozwiązań Boltzmanna

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)


Gęstość ładunku powierzchniowego Boltzmanna

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).


Gęstość ładunku powierzchniowego Boltzmanna

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).


Nanocząstki – siły dyspersyjne Boltzmanna

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



HVO (1971) Boltzmanna

Evans-Napper (1970)

Zmiany konformacji makrocząsteczek podczas zbliżania

cząstek zależą od profilu gęstości segmentów w polimerowej

warstwie adsorpcyjnej.


Profil gęstości segmentów jest funkcją wielu czynników:

parametrów oddziaływań segmentów z powierzchnią i

rozpuszczalnikiem, stężenia polimeru, czasu relaksacji warstwy

adsorpcyjnej, struktury polimeru.


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)


Obliczenia dla małych cząstek przy użyciu procedury Deriaguina

zakładają ciągłą strukturę warstwy adsorpcyjnej

W tej skali wielkości ujawnia się subtelna struktura polimerowej

warstwy adsorpcyjnej



Depletion flocculation and stabilization Deriaguina

Asahura, Oosawa (1958)

Feigin, Napper (1980)


Nanocząstki Deriaguina  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)


MICROSYMPOSIUM: Deriaguina Stability of dispersion systems

within the XLVIII scientific PTChem and SITPChem 2005 conference

22 September 2005, Poznań

[email protected]


ad