Teori - Tentor Flashcards
(i) Ange en metod som kan användas för att bestämma både molekylvikten och
gyrationsradien för polymerer i lösning! (1p)
(i) Ange en metod som kan användas för att bestämma både molekylvikten och
gyrationsradien för polymerer i lösning! (1p)
Svar: Statisk ljusspridning
(ii) En förutsättning för att det ska bildas en gel är att polymerkoncentrationen är högre
än polymerens överlappskoncentration. Förklara varför! (2p)
(ii) En förutsättning för att det ska bildas en gel är att polymerkoncentrationen är högre
än polymerens överlappskoncentration. Förklara varför! (2p)
Svar: För att bilda ett intakt nätverk måste bindningar bildas mellan olika polymer. Det
kräver att nystanen överlappar, vilket sker om koncentrationen överstiger
överlappskoncentrationen
(ii) Ge en rimlig förklaring till varför enfasområdet är förhållandevis litet! (2p)
(ii) Ge en rimlig förklaring till varför enfasområdet är förhållandevis litet! (2p)
Svar: Dextran (DEX) och PEG är oladdade polymerer. Båda har mycket bra blandbarhet
med vatten (framgår av att enfasområdet sträcker sig långt “ner” längs respektive sida i
triangeln). Däremot är deras blandbarhet med varandra i närvaro av vatten begränsad,
vilket innebär att enfasområdet i diagrammet är litet. Den låga blandbarheten tyder på att
PEG-DEX växelverkan är mindre gynnsam än PEG-PEG och DEX-DEX kontakterna,
vilket är vanligt för två polymerer uppbyggda av olika molekylslag. Eftersom polymerer
bidrar förhållandevis lite till lösningar blandningsentropi leder den ogynnsamma
kontakten lätt till fasseparation, eftersom fasseparationen medför att kontakten mellan
dem minskar
a) Upplösningshastigheten för tabletter av fasta läkemedel påverkas av ett antal faktorer.
Förutom tablettens vikt (och därmed substansmängden läkemedel den innehåller) är
följande faktorer av betydelse:
-Omröringshastigheten i vätskan
-Läkemedlets diffusionskoefficient i vätskan
-Tablettens form (tex. sfäriskt piller eller myntformad tablett)
-Läkemedlets löslighet i vätskan
Förklara hur var och en av dessa faktorer inverkar på upplösningshastigheten! Du kan
använda Ficks 1:a lag i din förklaring men svar av typen ”formeln visar att …” räcker
inte som förklaring. (4p)
a) Upplösningshastigheten för tabletter av fasta läkemedel påverkas av ett antal faktorer.
Förutom tablettens vikt (och därmed substansmängden läkemedel den innehåller) är
följande faktorer av betydelse:
-Omröringshastigheten i vätskan
-Läkemedlets diffusionskoefficient i vätskan
-Tablettens form (tex. sfäriskt piller eller myntformad tablett)
-Läkemedlets löslighet i vätskan
Förklara hur var och en av dessa faktorer inverkar på upplösningshastigheten! Du kan
använda Ficks 1:a lag i din förklaring men svar av typen ”formeln visar att …” räcker
inte som förklaring. (4p)
Svar: Omröringshastigheten i vätskan: Ökad hastighet förväntas öka
upplösningshastigheten eftersom hastigheten för masstransport av upplöst läkemedel från
tablettytan till bulkvätskan ökar. Det kan beskrivas som att tjockleken av stagnanta lagret
i vätskan i kontakt med tabletten minskar, vilket ökar koncentrationsgradienten i
stagnanta lagret.
Läkemedlets diffusionskoefficient i vätskan: Ökad diffusionskoefficient ökar
masstransporten genom stagnanta lagret och därmed upplösningshastigheten.
Tablettens form: Formen avgör tablettens kontaktyta med vätskan och hur ytan ändras
under upplösningen. Vid varje tidpunkt kan upplösningshastigheten antas vara
proportionell mot ytans area (Ficks 1:a lag). För tabletter med samma massa (innan
upplösningen börjar) är ytan större för en myntformad tablett än för ett sfäriskt piller. För
myntet minskar dessutom ytans area mindre än för pillret under större delen av
upplösningen. Upplösningshastigheten är därför hela tiden snabbast för myntet.
Läkemedlets löslighet i vätskan: Upplösningshastigheten ökar med ökad löslighet
eftersom koncentrationsgradienten i stagnanta lagret ökar (jmf. ovan).
a) Beskriv och förklara effekten av NaCl koncentrationen på den kolloidala
stabiliteten av AgNPs dispersioner. (2p)
a) Beskriv och förklara effekten av NaCl koncentrationen på den kolloidala
stabiliteten av AgNPs dispersioner. (2p)
Svar: Man ser i figuren att tillsatts av NaCl minskar den kolloidala stabiliteten. Den
hydrodynamiska radien ökar snabbare med högre NaCl koncentration, vad som tyder
på snabbare aggregering.
Anledningen till detta är att tillsatts av NaCl gör att den elektriskt dubbel lager
repulsionen minskar. Motjonerna kommer att ackumulera nära partiklarnas yta och ”skärma” deras laddningar. Debye längden minskar och styrkan och räckvidd av
repulsionen minskar. Det blir isf lättare för partiklarna att koagulera.
b) Med hjälp av figuren, uppskatta c.c.c (dvs. ”critical coagulation concentration”)
NaCl för systemet. Motivera ditt svar. (2p)
b) Med hjälp av figuren, uppskatta c.c.c (dvs. ”critical coagulation concentration”)
NaCl för systemet. Motivera ditt svar. (2p)
Svar: c.c.c. är koncentrationen NaCl där höjden av energi barriären som hindrar
kollisioner blir noll. Vid koncentrationer högre eller lika c.c.c kommer alla kollisioner
att leda till koagulering. C.c.c. ligger därför mellan 300 mM och 400 mM NaCl. Man
ser att högre koncentrationer NaCl resulterar inte i snabbare koagulering. Dvs. att
barriären som undviker koagulering är redan borta när koncentrationen NaCl är 400
mM.
c) Förväntar man sig att den kolloidala stabiliteten för negativt laddade AgNPs.
förbättras eller försämras om man upprepar experimenten vid pH = 6 istället än
pH = 8? (1p)
c) Förväntar man sig att den kolloidala stabiliteten för negativt laddade AgNPs.
förbättras eller försämras om man upprepar experimenten vid pH = 6 istället än
pH = 8? (1p)
Svar: försämras. Lägre pH kan leda till neutralisering av de negativt laddade
grupperna på ytan.
i. Förklara kort varför man kan få övermättade lösningar av ett ämne om ämnet
finfördelas till nanokristaller innan upplösning. (2p)
i. Förklara kort varför man kan få övermättade lösningar av ett ämne om ämnet
finfördelas till nanokristaller innan upplösning. (2p)
Svar: Nanokristaller har en stor area/volym förhållandet. Dvs att det finns en
stor ytnergi kostnad per mängd ämne när ämnet finfördelas till nanokristaller.
Tillsätter man ett lösningsmedel kan ytenergin minska om nanokristallerna
löser upp sig istället, även om detta innebär än kostnad i blandnings fri
energin. Man kan isf få en övermättad lösning.
ii. Varför förändras jämviktskonstanten för bindningen till ytan när
saltkoncentrationen förändras? Förklara! (2p)
ii. Varför förändras jämviktskonstanten för bindningen till ytan när
saltkoncentrationen förändras? Förklara! (2p)
Svar: Blandningsentropi för motjoner minskar när joniska surfaktanter fördelar sig till
ytan (dvs att det finns en blandningsentropi kostnad). Blandningsentropi kostnaden
minskar om man har NaCl i lösningen och det blir därför mer gynnsam för surfaktanterna
att dela sig till ytan –> jämviktskonstant ökar. Ökar man salt koncentrationen, kommer
också jämviktskonstanten att öka.
Man tillverkar en emulsion genom att kraftigt skaka en blandning som innehåller
5 g kaprylsyra, 5 g vatten och 1 g Aerosol OT. Vilken typ av emulsion förväntar
man sig erhålls? Motivera! (2p)
Man tillverkar en emulsion genom att kraftigt skaka en blandning som innehåller
5 g kaprylsyra, 5 g vatten och 1 g Aerosol OT. Vilken typ av emulsion förväntar
man sig erhålls? Motivera! (2p)
Svar: Man förväntar sig att få en W/O emulsion.
Motivering: Man börjar med en W/O mikroemulsion och överskott vatten. Genom
att tillföra energi man kan dispergera överskottet vatten. Att man hade en w/O
mikroemulsion för att börja med innebär att ytfilmen föredrar negativ kurvatur,
och det stabiliserar därför W/O emulsioner.
e) Ett prov som innehåller 20% kaprylsyra består bara av en flytande kristallin fas.
Om man tillsätter tillräckligt med salt till provet, omvandlas det till ett en-fas prov
bestående av en W/O mikroemulsion. Förklara varför detta händer! (2p)
e) Ett prov som innehåller 20% kaprylsyra består bara av en flytande kristallin fas.
Om man tillsätter tillräckligt med salt till provet, omvandlas det till ett en-fas prov
bestående av en W/O mikroemulsion. Förklara varför detta händer! (2p)
Svar: Man börjar med en omvänd
hexagonal fas, mycket nära gränsen
där man börjar få L2. Tillsatts av salt
kommer att skärma repulsionen
mellan AOT huvudgrupperna. CPP
ökar och man får en L2 fas, dvs, en
W/O mikroemulsion.
a) Redogör för varför tillsatser av polymerer i allmänhet ökar vätskors viskositet mer än
tillsatser av lågmolekylära ämnen per gram tillsatt ämne! (3p)
a) Redogör för varför tillsatser av polymerer i allmänhet ökar vätskors viskositet mer än
tillsatser av lågmolekylära ämnen per gram tillsatt ämne! (3p)
Svar: I bra lösningsmedel bildar polymerer nystan som innehåller stor volymsandel
lösningsmedel Stor volym per nystan. Ett nystan bidrar till viskositeten lika mycket
som en solid sfär med radien ≈ nystanets gyrationsradie. Viskositeten ökar med
volymsandelen nystan Stor viskositetshöjning per gram polymer. (I en vätska som
rinner rör sig vätskeskikt med olika hastighet. Viskositeten uppkommer på grund av att
rörelseenergi överförs från skikt som rör sig snabbt till skikt som rör sig långsamt; det
finns en friktion mellan skikten. I gränsytan mellan ett polymernystan och det rena
lösningsmedlet uppstår på samma sätt friktion när lösningen rinner).
c) Vid bestämningar av gyrationsradien med statisk ljusspridning som i exemplet ovan,
utnyttjar man ljusspridningens vinkelberoende. Förklara varför gyrationsradien kan
bestämmas genom mätningar av hur intensiteten på det spridda ljuset ändras med
spridningsvinkeln! (2p)
c) Vid bestämningar av gyrationsradien med statisk ljusspridning som i exemplet ovan,
utnyttjar man ljusspridningens vinkelberoende. Förklara varför gyrationsradien kan
bestämmas genom mätningar av hur intensiteten på det spridda ljuset ändras med
spridningsvinkeln! (2p)
Svar: Laserljus är elektromagnetisk strålning med en viss våglängd. En komponent av
ljuset är ett oscillerande elektriskt fält. Ljusspridning uppstår när elektronerna i
molekylerna som bygger upp polymerkedjorna växelverkar med det elektromagnetiska
fältet. Ljuset sprids samtidigt från alla segment i polymerkedjan i alla riktningar.
Spridningens intensitet beror av vinkeln 𝜃 mellan laserstrålens riktning och det spridda
ljuset. Vid 𝜃=0 är fotonerna som sprids från olika punkter i ett polymernystan i fas
(konstruktiv interferens). Vid högre vinklar kommer de spridda fotonerna som färdats
olika sträckor (a och b i nedanstående figur) vara mer eller mindre ur fas, och när de
växelverkar med varandra uppstår destruktiv interferens. Det gör att intensiteten minskar.
Gyrationsradien är segmentens medelavstånd till nystanets tyngdpunkt. Med ökad
gyrationsradie ökar medelavståndet mellan olika spridningscentra i molekylen. Därmed
ökar också den destruktiva interferensen vi en given vinkel och intensiteten avtar
snabbare med ökad spridningsvinkel. Det finns ett direkt samband mellan intensitetens
vinkelberoende och gyrationsradien som kan utnyttjas för att bestämma gyrationsradien
från en plot av spridningsintensiteten mot spridningsvinkeln.
d) Betrakta följande tre substanser:
A) En oladdad polymer uppbyggd av opolära segment
B) En polyelektrolyt
C) Ett polyelektrolytsalt bestående av en negativt laddad polyjon och en positivt
laddad polyjon.
Alla tre består av polymerkedjor med hög molekylvikt (>100000).
Vilken substans förväntas ha högst löslighet i vatten? Motivera ditt svar! Av svaret ska
det framgå, för var och en av substanserna, varför lösligheten förväntas vara låg eller hög.
(3p)
d) Betrakta följande tre substanser:
A) En oladdad polymer uppbyggd av opolära segment
B) En polyelektrolyt
C) Ett polyelektrolytsalt bestående av en negativt laddad polyjon och en positivt
laddad polyjon.
Alla tre består av polymerkedjor med hög molekylvikt (>100000).
Vilken substans förväntas ha högst löslighet i vatten? Motivera ditt svar! Av svaret ska
det framgå, för var och en av substanserna, varför lösligheten förväntas vara låg eller hög.
(3p)
Svar: Högst löslighet: Polyelektrolyten (B). I vatten dissocierar motjonerna från
polyjonladdningarna. Därmed ökar saltets bidrag till lösningens blandningsentropi
avsevärt, vilket medför att även en polyelektrolyt med hydrofob ryggrad kan lösa sig i
vatten.
Oladdade polymerer med hög molekylvikt (A) bidrar mycket mindre är lågmolekylära
ämnen till lösningars blandningsentropi per gram upplöst ämne, eftersom varje gram
upplöst polymer genererar endast ett litet antal upplösta molekyler (mindre antal sätt
att blanda molekylerna med vattenmolekylerna). Det innebär att intermolekylär
växelverkan med vatten får större betydelse för polymerer än lågmolekylära ämnen, och
medför att polymerer blir dåligt blandbara med vatten om de har opolär ryggrad.
Polyelektrolytsalt bestående av en negativt laddad polyjon och en positivt laddad polyjon
(C) har i allmänhet låg löslighet i vatten eftersom upplösta kedjor bidrar lite till
blandningsentropin (per gram) samtidigt som det oupplösta saltet stabiliseras av
coulombkrafterna mellan de motsatt laddade kedjorna
Enligt figuren, vad kan man med störst sannolikhet förvänta sig från dispersionen? Välj
ett av följande alternativ och motivera ditt val! (2p)
i. Att partiklarna koagulerar omedelbart
ii. Att partiklarna flockulerar
iii. Att partiklarna håller sig dispergerad några timmar eller dagar
iv. Att partiklarna håller sig dispergerad flera månader/år
Enligt figuren, vad kan man med störst sannolikhet förvänta sig från dispersionen? Välj
ett av följande alternativ och motivera ditt val! (2p)
i. Att partiklarna koagulerar omedelbart
ii. Att partiklarna flockulerar
iii. Att partiklarna håller sig dispergerad några timmar eller dagar
iv. Att partiklarna håller sig dispergerad flera månader/år
Svar: Mest sannolikt är att partiklarna håller sig dispergerad en mycket lång tid (flera
år!). Höjden av energi barriären är över 500kbT, vad som betyder att andel av kollisioner
mellan partiklar som har tillräckligt hög energi för att leda till flockulering är 7.1X10-218.
Dvs. att även i ett extremt mycket koncentrerad dispersion kommer i princip ingen
kollision att ha tillräckligt med energi för att leda till koagulering.
