èlánky øetìzce spojeny ohebnì (vazby, úhly, torze)

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "èlánky øetìzce spojeny ohebnì (vazby, úhly, torze)"

Stanislav Ovčačík
před 5 lety
Počet zobrazení:

odpudivé síly vylouèený objem (èlánky se nepøekrývají) pøita¾livé síly þzáporný vylouèený objemÿ (èlánky se na

1 Roztoky polymerù Model ideálního øetìzce: èlánky øetìzce spojeny ohebnì (vazby, úhly, torze) èlánky dostateènì daleko od sebe ji¾ neinteragují (rozumí se efektivní interakce zprostøedkovaná prostøedím) 1/15 Lep¹í modely: odpudivé síly vylouèený objem (èlánky se nepøekrývají) pøita¾livé síly þzáporný vylouèený objemÿ (èlánky se na sebe lepí) Entropická (sterická) repulze { klubka se odpuzují z dùvodu vylouèeného objemu øetìzcù (v dobrém rozpou¹tìdle)

Roztoky polymerù II dobré rozpou¹tìdlo lyolní polymer, èlánky se (efektivnì) odpuzují, øetìzec se

7 (model náhodné procházky bez protínání) 2/15 theta-rozpou¹tìdlo pøita¾livé a odpudivé interakce se

(model náhodné procházky = trajektorie Brownova pohybu; vzpomeòte si na r 2 = 6Dτ) ¹patné rozpou¹tìdlo

2 Roztoky polymerù II dobré rozpou¹tìdlo lyolní polymer, èlánky se (efektivnì) odpuzují, øetìzec se ponìkud rozplete, velikost klubka N 1/1.7 (model náhodné procházky bez protínání) 2/15 theta-rozpou¹tìdlo pøita¾livé a odpudivé interakce se vyrovnají (èlánky øetìzce interagují s rozpou¹tìdlem stejnì jako navzájem), velikost klubka N 1/2 (model náhodné procházky = trajektorie Brownova pohybu; vzpomeòte si na r 2 = 6Dτ) ¹patné rozpou¹tìdlo lyofobní polymer, èlánky se (efektivnì) pøitahují, øetìzec se sbalí do malého objemu (s urèitým podílem rozpou¹tìdla mezi) N 1/3 ne-rozpou¹tìdlo minimum rozpou¹tìdla mezi øetìzci

3 Elektrokinetické jevy [totem show/hgheart.mov] 3/15 elektroosmóza { pohyb iontového roztoku pórézním materiálem pod vlivem el. napìtí projevy: elektroosmotický tok / elektroosmotický tlak (elevace) opaènì: potenciál proudìní { vznik napìtí pøi proudìní elektroforéza { pohyb koloidu v iontovém roztoku opaènì: sedimentaèní potenciál èi proud Nesmì¹ujte s elektrokapilárním jevem (zmìna povrchového napìtí napø. rtuti pøi zmìnì potenciálu) video: jchemed.chem.wisc.edu

Elektroosmóza 4/15 smykové rozhraní (pohybové rozhraní, shear plane, slipping plane) = plocha dìlící pohybující se kapalinu od nepohyblivé u povrchu nabitý povrch adsorbováno (Stern) smykové rozhraní

4 Elektroosmóza 4/15 smykové rozhraní (pohybové rozhraní, shear plane, slipping plane) = plocha dìlící pohybující se kapalinu od nepohyblivé u povrchu nabitý povrch adsorbováno (Stern) smykové rozhraní difuzní vrstva (Gouy{Chapman) neutrální roztok Povrchový náboj = σ, intenzita el. pole = E (rovnobì¾nì), viskozita = η Teèná el. síla na jednotku plochy: σe = η v σeλ rychlost v = λ η Kapacita dvojvrstvy (na j. plochy) C/A = ɛ/λ σ = C A ζ = ɛ λ ζ v = ɛe η ζ potenciál na smykovém rozhraní = ζ = zeta-potenciál = elektrokinetický potenciál

5 Elektroosmóza Smoluchowského (té¾ Helmholtzova{Smoluchowského) rovnice: v = ɛζe η té¾ pomocí mobility: u = ɛζ η El. proud plochou prùøezu A : I = AEκ = A U L κ Objemový prùtok: dv dτ = va dv/dτ I = ɛζ ηκ 5/15 (1) (2) Rov. (1) platí i pro elektroforézu, jestli¾e jsou-li èástice dost velké a daleko od sebe ( λ); pro malé èástice pøechází v iontovou vodivost. Rov. (1) a (2) se pou¾ívají k mìøení ζ Stabilita koloidu vy¾aduje ζ aspoò zhruba 40 mv. Izoelektrický bod: taková koncentrace iontù/ph, ¾e ζ = 0 ( èástice není nabitá) { typické pro polyelektrolyty (napø. proteiny, které obsahují jak -NH 2, tak -COOH). Nejmen¹í odpuzování { nejlépe se svinuje. Pøíklad: pohybují se bublinky v mýdlové vodì ke katodì nebo anodì? jsou záporné k anodì

vodivost, smáèení, rozpou¹tìní barviv) Koncentrované a vysoce koncentrované emulze nutno stabilizovat emulgátorem { povrchovì

6 Emulze Typy: O/V (oil-in-water), pøímá emulze: ménì polární (olej) v polárnìj¹í kapalinì (voda) 6/15 V/O (water-in-oil), obrácená emulze Urèení typu { vìt¹ina vlastností dána disperzním prostøedím (el. vodivost, smáèení, rozpou¹tìní barviv) Koncentrované a vysoce koncentrované emulze nutno stabilizovat emulgátorem { povrchovì aktivní látkou, napø. lecitin (phosphatidylcholine) credit: wikipedia Zánik: okulace (vznik agregátù { elst.), koalescence (splývání kapek), sedimentace (¹lehaèka { creaming)

Micely credit: wikipedia Micela = obvykle kulovitý útvar tvoøený surfaktantem a stabilizovaný: { lyolní interakcí (s rozpou¹tìdlem) { lyofobní interakcí

kritická micelární koncentrace (CMC) = poèátek vzniku micel (þvíc se jich na povrch nevejdeÿ), zlom na køivce γ vs.

7 Micely credit: wikipedia Micela = obvykle kulovitý útvar tvoøený surfaktantem a stabilizovaný: { lyolní interakcí (s rozpou¹tìdlem) { lyofobní interakcí (vnitøek micely) Vznik: roztok mikroagregace CMC micela válcovité èi laminární micely, kapalné krystaly ap. kritická micelární koncentrace (CMC) = poèátek vzniku micel (þvíc se jich na povrch nevejdeÿ), zlom na køivce γ vs. c (zlom je trochu zakulacený { CMC není fázový pøechod) Obrácená (inverzní) micela (máslo) 7/15 credit: wikipedia Solubilizace { schopnost micel absorbovat lyofobní látky Detergence { praní, surfaktanty solubilizují hydrofobní ¹pínu na povrchu

Dvojvrstva Dvì vrstvy surfaktantu; bunìèná membrána = fosfolipidická dvojvrstva (þslepenáÿ hydrofobními konci), obv. 2D kapalina vesikl (vesikula, vezikl, vezikula, angl.

8 Dvojvrstva Dvì vrstvy surfaktantu; bunìèná membrána = fosfolipidická dvojvrstva (þslepenáÿ hydrofobními konci), obv. 2D kapalina vesikl (vesikula, vezikl, vezikula, angl. vesicle); liposom, vakuola, transportní vesikl... z dvojvrstvy, obsahuje kapalinu uvnitø { cílený transport lékù, þumìlá buòkaÿ lmy Langmuira a Blodgettové více (dvoj)vrstev obv. 2D krystal 8/15 credit: Phospholipid TvanBrussel, Wikimedia Commons (file Phospholipid TvanBrussel.jpg) { model biomembrány, senzor glukosy, mo¾né mikroelektronické aplikace, antireexní vrstvy

[showvid -d9 pic/harddisks.vid] Vsuvka: klasikace fázových pøechodù + 9/15 1.

druhu: Ehrenfest: zlom v entalpii, hustotì, vy¹¹í derivace skok; nyní i: vy¹¹í

perkolace) { e spojité: v¹echny derivace spojité; napø.

transition) = viskozita > 10 12 Pa s { není fázový pøechod Vznik micel (v CMC)

9 [showvid -d9 pic/harddisks.vid] Vsuvka: klasikace fázových pøechodù + 9/15 1. druhu: zlom na G, skok v entalpii, hustotì aj. (krystalizace, var) 2. druhu: Ehrenfest: zlom v entalpii, hustotì, vy¹¹í derivace skok; nyní i: vy¹¹í derivace divergují (kritický bod [CP], Curieùv bod, lambda-pøechod He, perkolace) { e spojité: v¹echny derivace spojité; napø.: 1/x pro x > 0 f(x) = 0 pro x 0 (nìkteré 2D systémy) Zeskelnìní (glass transition) = viskozita > Pa s { není fázový pøechod Vznik micel (v CMC) není fázový pøechod Krystalizace micel (do laminární/brilární fáze) je fázový pøechod 1. druhu 1. druh 2. druh (CP) 1. druh (?) spojitý

2D: bez perkolace nìkdy se reverzibilita vztahuje k procesu sol gel Vznik gelù: ¾elatinizací (gelatinizací) roztokù makromolekul: { zesítìní chemickou vazbou

10 Gely Souvislá (perkolovaná) 3D sí» disp. slo¾ky (i prostøedí), v klidu neteèou Obecnì lyogel, ve vodì hydrogel, vyschlý xerogel (malý podíl vzduchu) reverzibilní (vratný) gel su¹ení bobtnání xerogel 2D: bez perkolace nìkdy se reverzibilita vztahuje k procesu sol gel Vznik gelù: ¾elatinizací (gelatinizací) roztokù makromolekul: { zesítìní chemickou vazbou { asociace (vdw, vodíkové vazby) { krystalické styèné body { geometrické sí»ování (propletení, entanglement) destabilizací (obv. lyofobních) solù se zesítìním (ne koagulací) ¾elatinizace pokraèuje stárnutím gelu synereze = vypuzování kapaliny (jogurt) 10/15 vìt¹í ji¾ perkolují

11 Gely Mechanické vlastnosti gelù: elasticita (málo kovalentních spojù) tixotropie (reverzibilní slabé spoje) Hydrogely: 11/15 credit: Wikipedia kontaktní èoèky (polyakrylamidy, þsilikonÿ { propustný pro kyslík ) pleny (polyakrylát sodný, [-CH 2 -CH(COONa)-] n ) nabité øetìzce se odpuzováním napøimují a tvoøí dutiny biomateriál { implantáty (silikon), le¹ení pro rùst tkání

Gely Sol{gel proces: syntéza koloidních èástic v kapalné fázi, ¾elatinizace a následná výroba rùzných pevných materiálù (keramika, vrstvy, vlákna aj.) 12/15 credit: https://en.wikipedia.

12 Gely Sol{gel proces: syntéza koloidních èástic v kapalné fázi, ¾elatinizace a následná výroba rùzných pevných materiálù (keramika, vrstvy, vlákna aj.) 12/15 credit: Scheme.svg Aerogel = xerogel s velmi malou hustotou (superkritické su¹ení), silikagel a¾ 1.9 g dm 3 ; alumina; aerograt 0.18 g dm 3 { pevnost v tahu 1 kpa Pou¾ití: izolace, adsorbent, Èerenkovùv detektor

Pìny Plyn v kapalinì vlhké pìny (kulovité bubliny) suché pìny (mnohostìny, 12{14) Plateauova pravidla (zákony) Gibbsovy{Plateauovy kanálky 13/15 Stabilizace povrchovì aktivními látkami (pìnotvorná

13 Pìny Plyn v kapalinì vlhké pìny (kulovité bubliny) suché pìny (mnohostìny, 12{14) Plateauova pravidla (zákony) Gibbsovy{Plateauovy kanálky 13/15 Stabilizace povrchovì aktivními látkami (pìnotvorná èinidla): detergenty, proteiny, prá¹ky Zánik: vytékání kapaliny, vypaøování, Ostwaldovo zrání, protr¾ení lmù Suché pìny: napø. pìnový polystyren credits: (krvavy dedek), Kim&Kim

14 Aerosoly Kapalný podíl: mlhy (10 nm { 10 µm) Pevný podíl: dým (do 10 µm), prach (nad 10 µm) Zánik: sedimentace (stabilizace: sluneèní záøení ohøívá èástice) koagulace (stabilizace: náboj) 14/15 Náboj èástic: rozpra¹ování (tryska, moøe), ionizace krátkovlnným záøením, rozmìlòování iontových krystalù Aerosol hoølavých èástic mù¾e vybouchnout (mouka, uhelný prach)

15 Atmosférické aerosoly troposféra 15/15 mraky kap(iè)ky obv. obsahují nukleaèní jádra (èasto soli jako (NH 4 ) 2 SO 4 ) polarizovatelné anionty se shroma¾ïují na povrchu kapièek pevné aerosoly nejstabilnìj¹í jsou èástice 300 nm: PM = Particulate Matter { men¹í èástice rychle difundují a adsorbují se { vìt¹í sedimentují men¹í ne¾ cca 10 µm (PM10, míní se aerodynamický prùmìr) se nezachytí v nose, dostávají se a¾ do plicních sklípkù a (men¹í) se mohou dostat a¾ do krve smog (< smoke and fog): VOC = Volatile Organic Compound { pùv. Londýnského typu (kouø, mlha, SO 2 ), redukèní { fotochemický smog (L.A.): NO 2 + VOC + hν O , oxidaèní stratoféra saze (vzná¹ejí se vlivem ohøevu sluneèním záøením) sopeèný popel, SO 2 SO 4 2 ( ochlazení) nukleární zima (saze), vulkanická zima (popel, SO x )

Podobné dokumenty

Rovnováha kapalina{pára u binárních systémù

Rovnováha kapalina{pára u binárních systémù 1 Pøedpoklad: 1 kapalná fáze Oznaèení: molární zlomky v kapalné fázi: x i molární zlomky v plynné fázi: y i Poèet stupòù volnosti: v = k f + 2 = 2 stav smìsi