Hi miteinander!
Wer kann mir erklären warum kleine Partikel in Flüssigkeiten (Suspensionen) in der Regel eine negative Oberflächenladung ausbilden?
Gruß
Tom
Hi,
Wer kann mir erklären warum kleine Partikel in Flüssigkeiten
(Suspensionen) in der Regel eine negative Oberflächenladung
ausbilden?
Ein Jurist würde sagen: Das kommt darauf an.
Du meinst sicher Suspensionen mit einer wässrigen Lösung (oder einem anderen polaren Stoff) als Dispersionsmittel? Fur CCl4 würde ich das nicht sagen.
Grob würde ich drei Fälle unterscheiden:
-
Metalloberflächen
Anionen binden in der Regel besser an Metalloberflächen als Kationen.
Grund: Kationen sind stark hydratisiert, deshalb ist eine Adsorbtion energetisch ungünstiger
(im Vergleich zu Anionen).
=> negative Oberflächenladungen
Übrigens kannst du durch die Zugabe von Anionen oder Kationen bei spezifischer Adsorbtion den point of zero charge verschieben…
Weitere Details findest du in PC-Lehrbüchern, wenn du zum Stichwort Elektrokapillarität nachschaust. -
Ionenkristalle
Beispiel: AgI
Die Löslichkeit von AgI ist klein, das Löslichkeitsprodukt ist nur etwa K=10^-16 M^2
I- hat eine etwas größere Affinität zur Oberfläche, als Ag+.
D.h. => Negative Oberflächenladung in aq. dest.
Aber: Über die Ag+ bzw. I- Ionen läßt sich die Oberflächenladung einstellen.
Zugabe von 10^5.5 M AgNO3 führt zu einer Oberflächenladung 0. Mehr führt zu einer positiven Oberflächenladung.
Stichwort für weiteres stöbern in Lehrbüchern:
Die Oberflächenladung sigma ergibt sich in guter Näherung aus der Grahame-Gleichung:
sigma=Sqrt[8 n0 epsilon epsilon0 k T]* Sinh[e psi0/(2 k T)]
n0 ist Dichte der Ionen, Psi0 das Oberflächenpotential, T Temperatur , die restlichen Konstanten wie üblich.
- Chemische Reaktionen an der Oberfläche:
Beispiel: einfaches Site-binding model: ein Proton dissoziert von einer Oberfläche A
AH A- + H+
auch hier verbleibt eine negative Ladung.
Da aber eine Reihe verschiedenster Reaktionen an Oberflächen möglich ist, ist eine allgemeine Vorhersage über die Ladung eigentlich nicht möglich.
Beispielsweise bei Silizium oder Siliziumnitrid können eine Reihe verschiedener Reaktionen ablaufen. => Spezialliteratur
Der Parameter, mit dem hier die Oberflächenladung eingstellt werden kann ist übrigens der pH-Wert.
Wie du siehst, es ist keine einfache Antwort möglich. Außerdem sind noch einige Punkte unklar, oder Gegenstand der Forschung (Nanopartikel), sodaß du bei einer konkreten Frage auf Originalliteratur zurückgreifen mußt.
Das Standardwerk zum Thema:
TY - BOOK
AU - Israelachvili, J.
PY - 1991
BT - Intermolecular and surface forces
CY - London
PB - Academic Press
ET - 2. Aufl.
ER -
Meines Wissens aber vergriffen. Sollte aber in jeder besseren Unibibliothek auszuleihen sein.
Grüße Rossi
Nachtrag
Ein Nachtrag noch:
- Chemische Reaktionen an der Oberfläche:
Beispiel: einfaches Site-binding model: ein Proton dissoziert
von einer Oberfläche A
AH A- + H+auch hier verbleibt eine negative Ladung.
Da aber eine Reihe verschiedenster Reaktionen an Oberflächen
möglich ist, ist eine allgemeine Vorhersage über die Ladung
eigentlich nicht möglich.
Beispielsweise bei Silizium oder Siliziumnitrid können eine
Reihe verschiedener Reaktionen ablaufen. =>
Spezialliteratur
Aus Senden, Drummond (1995), Colloids and Surfaces A, Vol 94, pp 29-51:
Si3N4-Oberfläche(!) in wässriger Lösung:
Si3N + H20 => Si2-NH + Si-OH
Si2-NH + H2o => Si-NH2 + Si-OH
Si-NH2 + H2o => NH3(aq) + Si-OH
d.h. die Oberfläche von Siliziumnitrid ist teilweise hydrolysiert und es findet sich auch Silanol und Silylamin.
Die Ladung der Oberfläche hängt also vom pH-Wert ab.
So richtig kompliziert wird es bei einem Siliziumüberschuß in der Keramik (In der Fertigung hat man das nicht 100% im Griff).
Das Si kann hydrolysieren zu:
Si + H2O -> SiO2 + 2 H2
ebenso sind andere Reaktionen möglich, durch die sich die Oberflächenladung ändert:
Si-(OH2)+ Si -OH + H+
oder
Si-OH Si-O- + H+
oder
Si2-(NH2)+ Si2-NH +H+
oder
Si-(NH3)+ SiNH2 + H+
usw usf.
Der isoelektrische Punkt für Si3N4 Nanopartikel in wässrigem 10^-2 M NaCl liegt übrigens irgendwo zwischen pH 4.2 und 7.3, je nachb exakter Stöchiometrie des Si3N4…
Du siehst, eine einfache Frage, aber eine fürchterlich komplexe Chemie …
Cheers Rossi
Hi Rossi!
Herzlichen Dank für Deine wirklich superumfangreiche Antwort. Hat mir auch sehr geholfen.
Konkret geht es bei mir gerade um Zetapotentialmessungen an reinen Erzen (z.B. Pyrit FeS usw…), im Rahmen einer Diplomarbeit zur Bioflotation. In irgendwelchen Lehrbüchern zum Zetapotential wird bei der Erklärung der Double-Layer-Theory stillschweigend davon ausgegangen, daß die Stern-Schicht adsorbierter Ionen stets positiv und somit die Partikeloberfläche negativ geladen ist. Mir war nicht ganz klar warum dies so ist.
Gruß
Tom
Habe noch etwas gefunden
Hi Tom,
unter
http://wintermute.chemie.uni-mainz.de/script.html
findest du unten zwei gute Skripte zur physikalischen Chemie der Grenzfläche zum download.
Viel Spaß beim lesen
Rossi