Grenzflächen- und Kolloidchemie:
Gespeichert in:
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Weinheim [u.a.]
VCH
1994
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| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XII, 600 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 3527290729 352729256X |
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1 Gegenstand, Methodik und allgemeine Aufgabenstellung
der Grenzflächen- und Kolloidchemie............... 1
1.1 Die Einordnung kolloider Systeme erfolgt auf der Grundlage
ihrer Teilchendimensionen................... l
1.2 Wie können kolloide Systeme eingeteilt werden?.......... 2
1.3 Was unterscheidet eine Grenzfläche von einer Grenzphase?..... 6
1.4 Grenzflächen- und kolloidchemische Arbeitsmethoden
und Bearbeitungsgebiete.................... 8
Zusammenfassung....................... 11
2 Grenzflächengleichgewichte — Grundlage zur Messung der Ober-
und Grenzflächenspannungen von Flüssigkeiten........... 13
2.1 Ausgewählte Grenzflächenphänomene.............. 13
2.2 Die Definition der Ober- und Grenzflächenspannung beruht auf
thermodynamischen Überlegungen................ 15
2.3 Statische und dynamische Methoden zur Messung der Ober- und
Grenzflächenspannungen von Flüssigkeiten............ 18
2.4 Kontaktwinkelmessung..................... 34
2.5 Beispiele für die Ober- und Grenzflächenspannungen flüssiger Phasen 37
2.6 Eötvös-Regel und Parachor................... 39
Zusammenfassung....................... 42
3 Eigenschaften schwerlöslicher Monoschichten an der Grenzfläche
Wasser/Luft.........................43
3.1 Die Bildung von Monoschichten erfolgt durch Spreitung......43
3.2 Die Aufnahme von Kompressionsisothermen mittels Langmuir-Pockels-
Filmwaage beruht auf einer zweidimensionalen Kompression der
Monoschicht.........................47
3.3 Die Messung der Oberflächenviskosität beruht auf dem Fließverhalten
der Monoschicht.......................52
3.4 Die Messung der Filmpotentiale von Monoschichten erfolgt mittels
Ionisations- und Schwingplattenmethode.............53
3.5 Oberflächendipolmomente von Monoschichten setzen sich aus
verschiedenen Partialmomenten zusammen............56
3.6 Die Filmpolymorphie monomolekularer Schichten ist Ausdruck
struktureller Änderungen in der Monoschicht...........58
3.7 Gleichungen für die mathematische Beschreibung
des flüssigausgedehnten Filmzustandes..............67
3.8 Die Auswertung der Kompressionsisotherme führt zur Avogadrozahl
und den Querschnittsflächen der Lipidmoleküle in der Monoschicht 68
3.9 Die Penetration von Tensiden in Monoschichten führt zur
Mischfilmbildung.......................71
VIII Inhaltsverzeichnis
3.10 „Maßgeschneiderte polymolekulare Aufbauschichten lassen sich
aus Monoschichteinheiten gezielt zusammensetzen.........73
Zusammenfassung.......................82
4 Sorption von Gasen und Flüssigkeiten auf Festkörperoberflächen ... 83
4.1 Strukur und Eigenschaften von Festkörperoberflächen bestimmen
die Mechanismen der Physi- und Chemisorption.......... 83
4.2 Adsorptionstechniken dienen der Aufnahme von Adsorptionsisothermen 86
4.3 Physisorption und Chemisorption unterscheiden sich durch die
Intensität und durch die Art der Wechselwirkung des Gases mit
der Festkörperoberfläche.................... 93
4.4 Grundlagen und Auswertung von Adsorptionsisothermen...... 98
4.5 Adsorptionsprozesse sind Bestandteil praktischer Anwendungen . . . 105
Zusammenfassung....................... 111
5 Aufbau und Eigenschaften elektrochemischer Doppelschichten
an geladenen Grenzflächen...................112
5.1 Ursache und Bedeutung der elektrochemischen Doppelschicht
für die Grenzflächen-und Kolloidchemie.............112
5.2 Verschiedene Modellvorstellungen zur Struktur elektrochemischer
Doppelschichten — ein Beispiel für die Evolution eines Modells . . . 115
5.3 Zusammenhänge zwischen thermodynamischen und elektrochemischen
Parametern unter den Bedingungen der idealpolarisierbaren Elektrode 122
5.4 Verlauf und Messung der Elektrokapillarkurven..........127
5.5 Die Auswertung von Elektrokapillarkurven führt zu Ladungsdichte
und Differentialkapazität....................130
5.6 Die elektrochemische Messung der Potentialabhängigkeit der
Differentialkapazität erfolgt durch Impedanzbrücken und durch
Wechselstrompolarographie...................132
5.7 Die Elektrosorption von Tensiden beruht auf Verdrängungsadsorption 137
5.8 Gewinnung der Adsorptionsisothermen von Tensiden auf der Grundlage
von konzentrationsabhängigen Differentialkapazitätsmessungen ... 141
5.9 Die Auswertung der Adsorptionsisothermen von Tensiden führt
zu Adsorptionsparametern................... 143
5.10 Ermittlung der Gibbs-Isotherme aus Elektrokapillarkurven..... 150
5.11 Zusammenfassender Vergleich der Elektrosorptionseigenschaften
elektrolythaltiger Tensidlösungen................ 152
Zusammenfassung....................... 154
6 Struktur, Funktion und Anwendungen von Membranen........156
6.1 Definition und Einteilung von Membranen............ 156
6.2 Semipermeable Membranen sind Einkomponentenschleusen..... 158
6.3 Van t Hoff-Beziehung des osmotischen Druckes.......... 160
6.4 Osmometrie — eine Methode zur Molmassebestimmung...... 164
6.5 Reversosmose als Umkehrung der Osmose............ 169
Inhaltsverzeiclm is IX
6.6 Permselektive Membranen sind Mehrkomponentenschleusen .... 173
6.7 Donnan-Membran-Gleichgewichte sind Ausdruck von Ladungs-
verteilungen ......................... 175
6.8 Herstellung und Anwendungen von technischen Polymermembranen
in der Chemie und der Biotechnologie.............. 178
6.9 Biomembranen bestehen aus Phospholipidbischichten. in denen
Proteine eingebettet oder angelagert sind............. 182
6.10 Modellmembranen lassen Teilaspekte der Biomembraneigenschaften
verstehen........................... 184
Zusammenfassung....................... 188
7 Chemischer Aufbau, generelle Eigenschaften und Anwendungen
von Tensiden.........................190
7.1 Die Entwicklung der Tensidchemie ist progressiv.........190
7.2 Tenside lassen sich auf der Grundlage des chemischen Aufbaus,
der hydrophilen Kopfgruppe und deren Ladungsvorzeichen klassifizieren 191
7.3 Die generellen physikalischen Eigenschaften und Wirkungen
der Tenside beruhen auf deren Adsorptions- und Aggregationsvermögen 195
7.4 Tenside in Waschmitteln verändern das Benetzungsgleichgewicht an
der Textiloberfläche......................199
7.5 Der Mechanismus des Waschprozesses als Mehrschrittprozeß .... 202
7.6 Das Schaumbildungsvermögen der Tenside in wäßrigen Lösungen
beruht auf der Ausbildung von Lamellen und Blasen........209
7.7 Wirkung von Tensiden als Sammler im Prozeß der Flotation . . . .215
7.8 Tenside als Emulgatoren zur Bildung und Stabilisierung von Makro-
und Mikroemulsionen.....................220
Zusammenfassung.......................221
8 Strukturen und Eigenschaften von Mizellkolloiden und
lyotropen Mesophasen sowie von thermotropen Flüssigkristallen .... 223
8.1 Historische Entwicklung und Zuordnung lyotroper Mesophasen sowie
thermotroper Flüssigkristalle..................223
8.2 Die Bildung von Mizellkolloiden ist ein Aggregationsprozeß.....225
8.3 Struktur und Eigenschaften der Mizellkolloide...........231
8.4 Thermotrope Flüssigkristalle bilden spezifische Strukturen im Gebiet
zwischen Flüssigkeit und Festkörper aus.............238
8.5 Lyotrope Mesophasen werden von amphiphilen Verbindungen gebildet 245
8.6 Flüssigkristalline Hochpolymere (LCP) lassen interessante
anwendungstechnische Eigenschaften erwarten...........255
8.7 Das Polymorphieverhalten lyotroper Mesophasen amphiphiler
Phospholipide........................256
8.8 Ausgewählte Anwendungen der Eigenschaften flüssigkristalliner
Strukturen in der Praxis....................259
Zusammenfassung.......................263
X Inhaltsverzeichnis
9 Eigenschaften und Anwendungen von Makro- und Mikroemulsionen . . 266
9.1 Einteilung und Charakterisierung von Makroemulsionen...... 266
9.2 Herstellung und Zerstörung von ungeschützten Makroemulsionen . . 269
9.3 Die Stabilisierung von Makroemulsionen durch Emulgatoren beruht
auf der Ausbildung von Adsorptionsschichten........... 271
9.4 Grundvorstellungen zur Theorie der Stabilität von Makroemulsionen 275
9.5 Die Bildung von thermodynamisch stabilen Mikroemulsionen verläuft
spontan und freiwillig..................... 281
9.6 Phasen- und Mischungsverhalten von Mehrstoffsystemen in bezug
auf die Bildung von Mikroemulsionen.............. 286
9.7 Strukturen von Mikroemulsionen................ 293
9.8 Anwendungen von Makro- und Mikroemulsionen in der chemischen
und pharmazeutischen Praxis.................. 298
Zusammenfassung....................... 301
10 Eigenschaften ungeschützter und geschützter Dispersionskolloide
sowie elektrokinetische Erscheinungen...............302
10.1 Herstellung und Reinigung von Dispersionskolloiden........302
10.2 Alterung und Koagulation — Ausdruck der thermodynamischen
Instabilität der Dispersionskolloide...............308
10.3 Elektrolytkoagulation bedeutet Untersuchung der Kinetik
der schnellen Koagulation...................310
10.4 Grundlagen der Kinetik der schnellen Koagulation.........314
10.5 Elektrokinetische Erscheinungen beruhen auf dem Vorhandensein
der diffusen elektrochemischen Doppelschicht...........318
10.6 Die DLVO-Theorie der Stabilität von Dispersionskolloiden geht
von der Existenz elektrochemischer Doppelschichten aus......328
10.7 Stabilisierung und Flockung von polymergeschützten Dispersionen
sowie praktische Anwendungen.................338
Zusammenfassung.......................345
11 Struktur und Eigenschaften von Gelen...............347
11.1 Definition und Einordnung von Gelen.............. 347
11.2 Herstellung und prinzipieller Aufbau von Gelen.......... 350
11.3 Eigenschaften der Haupt-und Nebenvalenzgele.......... 354
11.4 Gele in amphiphilen Mehrstoffsystemen............. 358
11.5 Ausgewählte Anwendungen von Geleigenschaften......... 364
Zusammenfassung....................... 366
12 Diffusion kolloider Teilchen...................368
12.1 Brownsehe Bewegung.....................368
12.2 Das erste Ficksche Gesetz setzt die Unabhängigkeit
des Konzentrationsgradienten von der Zeit voraus.........371
12.3 Das zweite Ficksche Gesetz der Diffusion geht von einem sich mit der
Zeit ständig ändernden Konzentrationsgefälle aus.........373
12.4 Numerische Bestimmung von Diffusionskoeffizienten........376
Inhaltsverzeichnis XI
12.5 Harnedsche Methode..................... 378
12.6 Die Korrelation zwischen Diffusionskoeffizient und Reibungswiderstand
ist durch die Einstein-Gleichung gegeben............. 381
12.7 Berechnung der Diffusionskoeffizienten von Tensiden beim Aufbau
von Adsorptionsschichten aus adsorptionskinetischen Messungen . . 384
Zusammenfassung....................... 388
13 Sedimentation kolloider Teilchen................. 390
13.1 Sedimentation im Schwerefeld.................. 390
13.2 Zusammenhänge zwischen Sedimentationsgeschwindigkeit,
Reibungskraft und Diffusion.................. 393
13.3 Das verstärkte Schwerefeld bzw. Zentrifugalfeld beschleunigt
die Sedimentation....................... 395
13.4 Zusammenhänge zwischen Sedimentationsgeschwindigkeit
und Molmasse........................ 398
13.5 Aufbau und Wirkungsweise der Ultrazentrifuge.......... 402
13.6 Anwendungen der Ultrazentrifuge in der Kolloidchemie....... 405
13.7 Auswertung von Sedimentationsuntersuchungen.......... 409
Zusammenfassung....................... 411
14 Lichtstreuung an kolloiden und makromokularen Systemen...... 412
14.1 Wechselwirkung von Licht mit kolloiden Partikeln......... 412
14.2 Kontinuumstheorie der Rayleigh-Streuung an kleinen Molekülen. . . 418
14.3 Die Erklärung der Lichtstreuung an idealverdünnten Systemen
geht von der Kontinuumstheorie aus............... 421
14.4 Verschiedenheit in der Teilchengeometrie bewirkt die
Winkelabhängigkeit der Lichtstreuintensität............ 424
14.5 Die Schwankungstheorie beschreibt die Konzentrationsabhängigkeit
der Streuintensität....................... 430
14.6 Die Interferenztheorie der Lichtstreuung an Kolloiden und
Makromolekülen ist anwendbar, wenn die Teilchen im Verhältnis
zur eingestrahlten Wellenlänge größer als 2/20 sind......... 433
14.7 Messung und Kalibrierung von Lichtstreuintensitäten....... 439
14.8 Bestimmung der Streufunktion, der Molmasse und der
Molekülgeometrie....................... 442
14.9 Dynamische Lichtstreuung................... 448
Zusammenfassung....................... 450
15 Fließverhalten kolloider und makromolekularer Systeme....... 452
15.1 Grundlagen und Definitionen.................. 452
15.2 Viskosimetrische Meßmethodik................. 458
15.3 Viskositätsgesetze....................... 470
15.4 Fließverhalten konzentrierter Dispersionen und makromolekularer
Lösungen.......................... 476
15.5 Fließeigenschaften von wäßrigen Tensidsystemen.......... 484
15.6 Strömungsdoppelbrechung................... 487
XII Inhaltsverzeichnis
15.7 Elektrodoppelbrechung.....................489
Zusammenfassung.......................501
16 Ausgewählte optische Methoden zur Untersuchung von kolloiden
Systemen und Festkörperoberflächen...............503
16.1 Die Ultramikroskopie wies erstmals Kolloide als diskrete Teilchen nach 504
16.2 Das Polarisationsmikroskop bildet die Texturen von thermotropen
Flüssigkristallen und lyotropen Mesophasen ab..........506
16.3 Elektronenmikroskopie an Festkörperoberflächen und Kolloiden . . . 510
16.4 Ausgewählte Methoden zur Untersuchung der Struktur und chemischen
Zusammensetzung von Festkörperoberflächen...........528
Zusammenfassung.......................537
17 Strukturuntersuchung an kolloiden, makromolekularen und amphiphilen
Systemen...........................539
17.1 Grundlagen der Strukturuntersuchungen............. 539
17.2 Indizierverfahren nach Vand für amphiphile Langketten Verbindungen 542
17.3 Strukturbildung amphiphiler Langkettenverbindungen....... 549
17.4 Röntgenkleinwinkelstreuung (RKS, SAXS)............ 554
17.5 Kleinwinkelinstrumentation................... 557
17.6 Beispiele der Anwendungen von Strukturuntersuchungen...... 562
17.7 Zweidimensionale Strukturuntersuchungen an Lipidmonoschichten
mittels Synchrotronstrahlung.................. 571
Zusammenfassung....................... 576
Weiterführende und vertiefende Lehrbücher und Monographien .... 578
Sachregister..........................581
Personenregister........................598
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