Hoofdstuk 1: Inleiding
Colloïden zijn deeltjes, partikels met een bepaald interface die van belang
is. Colloïdale dispersies zijn dispersies (vloeistoffen) die colloïden
bevatten.
Vb. Melk
Gewone melk van de koe die rechtstreeks gemolken werd, wordt rauwe
melk genoemd. Rauwe melk is een grove dispersie (= bevat grote
deeltjes), waardoor fase scheiding kan plaatsgrijpen (na enkele uren)
tussen de vetdruppels en water (water heeft een hogere densiteit). Deze
fase scheiding in rauwe melk heet oproming.
Als we melk in de winkel kopen is dit gehomogeniseerde melk, wat een
stabiele colloïdale dispersie is. Deze melk werd bewerkt via een
hogedruk homogenisator die de vet druppels met een factor 10
verkleinde. Hierdoor bevat de stabiele colloïdale dispersie enkel kleine
deeltjes (µm – nm), waarbij ze niet meer aan elkaar kunnen plakken ten
gevolge van hun kleine afmetingen en hierdoor traag zullen fase scheiden
(enkele maanden).
De vergelijking van Stokes beschrijft de snelheid waarmee de deeltjes in
een dispersie bewegen en zegt dat deze snelheid afhankelijk is van de
dichtheid en de diameter in het kwadraat. Dit verklaart dat de grootte van
de deeltjes van belang is om de fasescheiding te beschrijven.
Deeltjes die groter als 1µm zijn zullen de klassieke wetten van de fysica
volgen, maar voor kleinere deeltjes (colloïden dus) gelden deze wetten
niet meer.
Melk kan verzuren door micro-organismen (bacteriën) die lactose in
melkzuur kunnen omzetten tijdens fermentatie. Tijdens het pasteuriseren
van de melk worden een groot aantal microbacteriën van de melk
verwijderd. Wat er op de moleculaire schaal gebeurt is de protonatie van
de carboxylaat groepen, waardoor deze niet meer geladen zijn (minder
onderlinge repulsie) + mogelijkheid om te dimeriseren => de deeltjes
gaan aan elkaar vasthangen, waardoor hun grootte toeneemt => kunnen
wel fase scheiden. Wanneer melk gaat fase scheiden spreekt men van een
gedestabiliseerde colloïdale dispersie.
Naast de afmetingen van de deeltjes, is ook de pH van de oplossing van
belang om het gedrag van de dispersie te beschrijven. Een neutrale pH in
melk zorgt voor een viskeuze vloeistof toestand, terwijl een zure pH voor
gelachtige structuren zorgt die kunnen fase scheiden.
1
,Vb. Afvalwater
Niet geprocesd afvalwater is een grove dispersie doordat de deeltjes groot
zijn en hierdoor kunnen bezinken (= sedimenteren). Maar na de
bezinkingsbekken komen de deeltjes als suspended solids voor, dat een
stabiele colloïdale dispersies zijn. Deze suspended solids kunnen niet
meer sedimenteren of opromen. Maar voor afvalwater wil men geen
zwevende deeltjes, waardoor men Al 2(SO4)3 of FeCl3 toevoegt. Men wil dus
eigenlijk deze stabiele dispersie omzetten naar een onstabiele dispersie
=> fysisch-chemische waterzuivering.
Deze zouten dissociëren in ionen die zich op de negatief geladen
oppervlakken van de suspended solids gaan zetten. Hierdoor wordt de
onderlinge repulsie tussen de zwevende deeltjes doorbroken, en kunnen
de deeltjes beginnen samenhangen => grotere afmetingen. Dit heet
vlokvorming en komt overeen met een gedestabiliseerde colloïdale
dispersie.
Colloïdale dispersies: besluit
In colloïdale dispersies geldt dat:
- De interacties > de gravitatie
Voor grove dispersies zal de gravitatie voornamelijk het
gedrag van de deeltjes bepalen. Deze gravitatie wordt
bepaald door de dichtheid van de componenten, alsook de
viscositeit van de dispersie => Stokes ~ beschrijft de oproom
snelheid. Grove dispersies kunnen opromen en sedimenteren
~ fasescheiding
Colloïdale dispersies worden voornamelijk beschreven door de
interacties tussen de deeltjes. Deze interacties zijn afhankelijk
van de pH, de ionen (zouten) en de surfactants (= surface
actieve verbindingen). Als de pH = 7 en de oppervlakken van
de deeltjes negatief geladen zijn => repulsie ~ niet
vasthangen = stabiele colloïdale dispersie onstabiele
colloïdale dispersie als de pH < 7, waardoor de repulsie
verloren wordt (tgv protonatie) en de afmetingen van de
deeltjes toenemen.
- De oppervlakken > de bulk
In grove dispersies is de bulk voornamelijk afhankelijk van de
gravitatie omdat dit door de dichtheid van de fases wordt
beschreven.
In colloïdale dispersies wordt de grootte van de oppervlakken
voornamelijk bepaald door de interacties tussen de deeltjes
(tgv hun lading aan het oppervlak).
- De thermische agitatie ≥ gravitatie
De thermische agitatie overheerst de gravitatie voor colloïdale
dispersies omdat (zie grafiek hieronder) Stokes zegt dat
valsnelheid (~fase scheiding) samenhangt met de diameter in
2
, het kwadraat en dit voor kleine druppels overeenkomt met
een valsnelheid die 100 kleiner is.
Vandaar dat rauwe melk (grote deeltjes) al na een paar dagen
gaat opromen, terwijl de gehomogeniseerde melk pas na een
aantal maanden oproomt tgv de thermische agitatie van de
deeltjes.
De thermische agitatie ~ beweeglijkheid van deeltjes =>
colloïdale dispersie. Dit hangt samen met hun kinetische
energie die bepaald wordt door:
Ekin = 3/2 KB . T = ½ mv2
De kinetische energie is dus afhankelijk van zowel de T als de
grootte van de deeltjes. Kleinere deeltjes hebben een hogere
kinetische energie en zullen meer afstand afleggen in de
dispersie.
De gravitationele beweging => grove dispersies en wordt
beschreven door Stokes die de afgelegde weg ifv het
kwadraat van de diameter beschrijft. Dit betekent dat grootte
deeltjes dus meer afstand zullen afleggen thermische
agitatie.
Doordat de thermische agitatie overheersend is voor
colloïdale deeltjes zorgt dit dat deze niet gaan fase scheiden.
Kenmerken van Colloïden
Colloïden hebben minstens 1 fase die gedispergeerd is een
andere.
Vb. boter => vettige fase die gedispergeerd is in een waterige fase
Vb. room opkloppen tot slagroom => 2 fases (gasbellen + vetdruppels)
die gedispergeerd zijn in een waterige fase
Vb. roomijs => 3 fases (gasbellen + vetdruppels + ijskristallen) die
gedispergeerd zijn in een waterige fase
Colloïden zijn kleine deeltjes die tussen de 1 nm en 1 µm groot
zijn.
Vb. homogeen product => bestaat uit veel kleine druppels + dichtheden
zijn ook van belang
3
, Colloïden hebben veel grensoppervlak.
Vb. Belang van hun oppervlak
Het volume specifiek oppervlak S’ = opp/ volume = S/V ~ maat voor de
stabiliteit
Het oppervlak van een bol: π.d2
Het volume van een bol: 4/3 π r3 = π/6 d3
S’ = (πd2) / (π/6 . d3) = 6/d
Stel dat d = 1 nm ~ colloïdaal deeltje
S’ = 6/ 1.10-9 m = 6.106 m-1 grensoppervlak voor 1 deeltje van 1
nm ! Het oppervlak is dus zeer belangrijk.
Mayonaise bestaat uit een olie fase die gedispergeerd is in een waterige
fase (azijn + eieren). Als de olie druppels 1 nm groot moeten zijn in
Mayonaise en men 1 L olie zou gebruiken zou het oppervlak Mayonaise
dat men bekomt 6000 m2 zijn !
Men kan drie type dispersies onderscheiden:
- Moleculaire dispersies: dit zijn oplossingen en bezitten dus maar 1
fasesysteem
- Colloïdale dispersies: enkel voor deeltjes tussen 1 nm – 1 µm.
Deeltjes groter als 1µm zullen een grove dispersie vormen, terwijl
deeltjes kleiner als 1 nm in een moleculaire dispersie voorkomen.
- Grove dispersies: minstens 2 fases die fase scheiden tgv het
overheersend gravitatie effect
Colloïdale dispersies bestaan uit minstens 2 fasen, waarbij de ene
gedispergeerd is in de andere. De gedispergeerde fase zit tussen de
continue fase en ter hoogte van het grensvlak spreekt men van de
interface (belangrijk bij de interacties).
Men kan colloïdale dispersies opdelen in klassen op basis van
fasetoestanden:
4
Les avantages d'acheter des résumés chez Stuvia:
Qualité garantie par les avis des clients
Les clients de Stuvia ont évalués plus de 700 000 résumés. C'est comme ça que vous savez que vous achetez les meilleurs documents.
L’achat facile et rapide
Vous pouvez payer rapidement avec iDeal, carte de crédit ou Stuvia-crédit pour les résumés. Il n'y a pas d'adhésion nécessaire.
Focus sur l’essentiel
Vos camarades écrivent eux-mêmes les notes d’étude, c’est pourquoi les documents sont toujours fiables et à jour. Cela garantit que vous arrivez rapidement au coeur du matériel.
Foire aux questions
Qu'est-ce que j'obtiens en achetant ce document ?
Vous obtenez un PDF, disponible immédiatement après votre achat. Le document acheté est accessible à tout moment, n'importe où et indéfiniment via votre profil.
Garantie de remboursement : comment ça marche ?
Notre garantie de satisfaction garantit que vous trouverez toujours un document d'étude qui vous convient. Vous remplissez un formulaire et notre équipe du service client s'occupe du reste.
Auprès de qui est-ce que j'achète ce résumé ?
Stuvia est une place de marché. Alors, vous n'achetez donc pas ce document chez nous, mais auprès du vendeur nathandesadeleer. Stuvia facilite les paiements au vendeur.
Est-ce que j'aurai un abonnement?
Non, vous n'achetez ce résumé que pour €4,99. Vous n'êtes lié à rien après votre achat.
