Teori, Y-uppgifter Flashcards
Y27.
Betrakta en suspension av laddade kolloidala partiklar i vatten. Redogör för hur tillsatser av salt respektive ökningar av partiklarnas ytladdningstäthet förväntas påverka suspensionens stabilitet!
Partiklarna attraherar varandra med van der Waalskrafter. Enligt DLVO-teorin avgörs suspensionens kolloidala stabilitet av hur stark denna attraktion är jämfört med den elektriska dubbellagerrepulsionen (och hur dessa varierar som funktion av avståndet mellan partiklarna). Dubbellagerrepulsionen uppstår pga att koncentrationen motjoner i området mellan partiklarna ökar när partiklarna närmar sig varandra (”osmotisk” repulsion). För ett givet avstånd mellan partiklarna minskar repulsionskraften (-> minskad stabilitet) när salt tillsätts eftersom jonkoncentrationen mellan partiklarna kommer att skilja sig mindre från koncentrationen av joner i lösningen i sin helhet. En ökning av laddningstätheten på ytorna leder till ökad koncentration av motjoner mellan partiklarna och därmed ökad repulsion (-> ökad stabilitet).
Y28.
b) Lägre tryck eftersom tensider spontant anrikas i gränsytan mellan olja och vatten och därmed sänker mellanfasspänningen
b) Förväntar du dig ett högre eller lägre tryck i oljedroppen i föregående uppgift om en tensid finns närvarande i vätskan?
Barbiton. Kontaktvinklarna i tabellen anger hur mycket en vattendroppe flyter ut när den placeras på en plan yta av respektive ämne. Låg kontaktvinke (se figur nedan) innebär att den flyter ut mycket och därmed att vatten har lätt för att väta ytan. Jmf glas som väts fullständigt av vatten (kontaktvinkel ≈ 0).
Y30.
Tillsatser av tensid till vatten sänker som bekant ytspänningen, men detta sker bara upp till tensidens cmc. Förklara varför ytspänningen upphör att minska vid denna koncentration!
Vid cmc bildas miceller i lösningen. För tensidkoncentrationer högre än cmc är koncentrationen av tensidmonomerer i jämvikt med micellerna konstant och lika med cmc. Det innebär att tensidens aktivitet i lösningen är oförändrad ovanför cmc. Det medför även att ytöverskottet är konstant (ytöverskottet är ju ett mått på ytskiktets sammansättning). Ytspänningen är lika med arbetet (fria energin) att öka vätskans yta 1 m2. Ytspänningen måste alltså vara konstant övanför cmc eftersom ändringen i fri energi för processen att bilda mer yta är konstant om både aktiviteten i lösningen och ytöverskottet är konstanta.
Y31.
Hur påverkas cmc för en laddad tensid om salt tillsätts?
Cmc minskar. (Salt sänker den elektrostatiska fria energin för micellerna framför allt genom att det kostar mindre entropi att binda motjoner)
Y32
d) Förklara varför dekanol orsakar fasomvandlingen i uppgift c.
Y33 c)
Vilken egenskap hos polymerkedjan beskriver strukturfaktorn?
Strukturfaktorn beskriver kedjans styvhet som uppstår pga begränsad vridningsvinkel
runt bindningarna mellan segmenten
Y34 kolla på uppgifterna
Ganska viktig
Y36.
Lipidvesiklar är intressanta som bärare av cancerläkemedel. Forskning visar att cirkulationstiden in vivo ökar avsevärt om vesiklarna förses med ett hölje av polyetylenglykolkedjor (PEG) förankrade i bilagret. Elektronmikroskopiundersökningar in vitro visar att sådana vesiklar i mycket mindre utsräckning klumpar ihop sig med varandra jämfört med ”nakna” vesiklar. Ange vilken typ av växelverkan som orsakar klusterbildningen och förklara på vilket sätt PEG-kedjorna motverkar denna!
Klusterbildningen orsakas främst av van der Waals växelverkan mellan lipidbilagrens kolvätedelar. PEG-kedjorna ger upphov till repulsionskrafter mellan bilagren (vesiklarna) genom så kallad sterisk stabilisering. Dessa uppstår genom att PEG kedjorna förlorar konfigurationsentropi när två vesiklar kommer nära varandra.
Limonene är en olja som används i kosmetiska emulsioner. Nedan finns ett fasdiagram för dess blandningar med en nonjonisk tensid (Laureth 4 = C12E4) och vatten. Sammansättningarna ges i vikts%. LLC står för lamellär flytande kristallin fas och HLC för omvänd hexagonal flytande kristallin fas.
b) Vilken typ av emulsion (o/w eller w/o) förväntar du dig bildas om vatten och limonene skakas i närvaro av laureth 4? Motivera ditt svar!
w/o
Motivering: Bancrofts regel: Den vätska som tensiden har störst löslighet i blir den kontinuerliga fasen. Här: Laureth 4 har störst löslighet i limonene (oljan).
Även den stora utbredningen av L2 (w/o mikroemulsionsdroppar) visar att tensidfilmen föredrar att kröka mot vatten (spontan negativ kurvatur), vilket destabiliserar oljedroppar och stabiliserar vatten droppar (enl.”porbildnings”-teori).
Y38.
a) Två vätskor sattes i ungefär lika stora proportioner till ett provrör. Den ena vätskan bestod av ren polymersmälta (oladdad polymer) och den andra av rent vatten. Vid jämvikt fann man att blandningen hade delat upp sig i två vätskefaser. Den ena fasen innehöll 40 vikts % polymer och den andra 0.5 vikts % polymer. Uppenbarligen blandar sig ämnena med varandra, men inte fullständigt. Förklara detta fenomen och varför det är vanligare för blandningar där polymerer ingår än för blandningar av lågmolekylära ämnen!
a) Det finns en stor entropisk drivkraft att blanda polymersegment och vatten. (Detta leder till svällning av polymernystanen.) Blandningen motverkas emellertid av den intermolekylära växelverkan mellan vatten och polymer, som i detta fall uppenbarligen är energimässigt ogynnsam. Detta leder till partiell blandbarhet. Fenomenet är typiskt för polymerlösningar vilket förklaras av att polymerer bidrar mycket litet till blandningsentropin; antalet sätt att fördela polymerkedjorna i lösningen är litet jämfört med samma massa av ett lågmolekylärt ämne.
Y38.
c) När polymeren byttes ut mot en polyelektrolyt fann man fullständig blandbarhet med rent vatten men partiell blandbarhet efter att natriumklorid satts till blandningen. Polyelektrolytens hade tillverkats genom en syntes där laddade grupper sattes på polymeren i a). Förklara dessa iakttagelser!
Polyelektrolyt = polyjon + motjoner. Det stora antalet motjoner som dissocierar från laddningarna på varje polymerkedja ger ett stort bidrag till systemets blandningsentropi. Eftersom det är mycket entropiskt ofördelaktigt att ”stänga in” motjonerna i en koncentrerad polyelektrolytfas ökar blandbarheten kraftigt (intill fullständig blandbarhet). Tillsatser av salt minskar blandbarheten eftersom koncentrationen av joner i systemet förblir förhållandevis jämn oavsett om fasseparation sker.
Y39.
Beskriv DLVO teorin med hjälp av ett energidiagram och ange attraktiva och repulsiva typer av växelverkan som ingår i teorin. Förklara hur flockulering uppstår och på vilket sätt temperaturen påverkar den kolloidala stabiliteten inom DLVO teorin.
(se föreläsningar)
Attraktion: van der Waals växelverkan
Repulsion: Elektrisk dubbellagerväxelverkan
Flockulering uppstår om den elektrostatiska repulsionen är tillräckligt hög för att förhindra koagulering (energibarriär på korta avstånd), men inte så hög att den är större än van der Waals attraktionen på större avstånd. Ökad temperatur är synonymt med ökad medelrörelseenergi, vilket leder till ökad sannolikhet för irreversibel association av två partiklar när de rör sig mot varandra (rörelseenergin används till att överkomma energibarriären). På samma sätt ges stabiliteten hos det flockulerade tillståndet av det sekundära minimats djup jämfört med medelrörelseenergin.
Y40.
Ytaktiva ämnen anrikas som bekant vid gränsytor. Beskriv hur arean för en tensidmolekyl i gränsytan mellan vatten och luft kan bestämmas med hjälp av ytspänningsmätningar!
Y41.
Förklara hur cmc samt micellernas aggregationstal för en jonisk tensid förväntas ändras i följande fall:
a) Salt tillsätts
b) Tensidens kolvätekedja förlängs.
a) Salt sänker cmc och ökar aggregationstalet genom att minska repulsionen mellan tensidmolekylernas laddade huvudgrupper. Framför allt är det entropiförlusten att binda motjoner till micellytan som minskar och gör att stabila miceller bildas vid lägre tensidkoncentrationer. Minskad repulsion gör att huvudgrupperna kommer närmare varandra i micellytan, vilket motsvarar högre aggregationstal.
b) Längre kolvätekedja ger lägre cmc pga större termodynamisk drivkraft att förflytta kolvätekedjan från vatten till micellkärnan. Aggregationstalet (N) ökar pga att kolvätekedjans volym (v) ökar. Arean per huvudgrupp bestäms främst av balansen mellan elektrostatisk repulsion och hydrofob attraktion i micellytan. Vid given area per huvudgrupp (a) ökar N med ökad radie (r) på micellen. Tex så gäller för sfäriska
miceller att
