Anhang

A Herstellung einiger einfacher kolloidaler Systeme

Beim Arbeiten mit kolloidalen Systemen ist es besonders wichtig, größte Sorgfalt bezüglich der Sauberkeit der benutzten Geräte zu üben.

Goldsol 1 ml einer einprozentigen Goldchloridlösung (HAuCl4 • 3H20) wird mit 100 ml destilliertem Wasser zum Kochen gebracht. Dann werden 2,5 ml einer einprozentigen Natriumzitratlösung zugesetzt, und man läßt die Lösung weiter leicht kochen. Nach einigen Minuten setzt Blaufärbung ein, bald danach entsteht ein rubinrotes Goldsol.

Schwefelsol Es werden gleiche Mengen von 0,004 molarem Natriumthiosulfat und 0,004 molarer Salzsäure im kalten Zustand rasch gemischt. Diese Mischung wird nach wenigen Minuten trüb, etwas später entsteht eine undurchsichtige weiße Dispersion von kolloidalem Schwefel.

Silberbromidsol Man mischt gleiche Mengen einer 0,020 molaren Natriumbromidlösung und einer 0,018 molaren Silbernitratlösung. Sofort entsteht eine kolloi­dale Dispersion von Silberbromid. Ein Silberiodidsol kann auf gleiche Weise hergestellt werden.

Eisenhydroxidsol Man bringt 2 ml einer 30prozentigen Lösung von Eisen(III)-chlorid lang­sam und unter Rühren in 500 ml kochendes destilliertes Wasser. Es bildet sich eine klare rötlich-braune Dispersion von Eisen(III)-hydroxid.

Emulsionen und Mikroemulsionen Eine einfache Emulsion kann durch Schütteln einer im Verhältnis 1 : 10 verdünnten Lösung eines flüssigen Haushaltswaschmittels (Geschirr­spülmittel) mit der gleichen Menge Terpentinersatz oder einigen Trop­fen Speiseöl hergestellt werden. Die Emulsion bleibt über mehrere Stunden stabil.

Einfache Versuche mit Kolloiden 227

Mikroemulsionen können auf unterschiedliche Weise hergestellt wer­den. Beispielsweise kann man von 7 ml Haushaltswaschmittel (rein oder 1: 2 verdünnt), 14 ml Terpentinersatz und 4 ml n-Pentanol (Amylalko­hol) oder n-Butanol ausgehen. Die Substanzen werden vorsichtig ver­mischt, dann wartet man bis sich die beiden Phasen getrennt haben. Nach einigen Stunden wird die obere Phase (Ölphase) klar, zeigt aber einen scharfen Tyndall-Kegel (siehe Anhang B). Er ist ein Nachweis für das Vorhandensein von Mikroemulsionströpfchen kolloidaler Größe.

Polymerlatex Die Herstellung eines Polymerlatex ist ein etwas langwierigerer Prozeß und erfordert spezielle Laborausrüstung. Ein Schulexperiment zur Her­stellung eines Polystyrollatex durch Emulsionspolymerisation wird von M. W. J. Esker und J. H. A. Pieper beschrieben (siehe Kapitel 3 [2]).

B Einfache Versuche mit Kolloiden

1. Man beachte zunächst, daß sowohl das Goldsol als auch das Eisenhy­droxidsol bei normalem Licht vollkommen klar erscheinen. Schickt man aber einen Lichtstrahl durch die Proben, so ist in beiden ein Tyndall­Kegel zu beobachten. Eine geeignete Lichtquelle ist der Lichtkegel eines Diaprojektors! oder einer Taschenlampe in einem verdunkelten Raum. Ähnliche Beobachtungen können an verdünnten Proben von Schwefel- und Silberbromidsoien und auch in Mikroemulsionen gemacht werden.

2. Man beachte einen ähnlichen Tyndall-Kegel während der Entstehung eines Schwefelsols. Steht ein schwacher He/Ne-Laser zur Verfügung, kann man während der Entstehungszeit des Sols ein Glitzern beobach­ten (siehe Abschnitt 5.2).

3. Man setze jedem Sol etwas 1 molare Kochsalzlösung zu und stelle fest, ob Koagulation eintritt. Beim Goldsolläßt sich die Koagulation am Farb­wechsel von rubinrot nach blau erkennen. Wird die Salzlösung mit einer

1 Einen dünnen Strahl erhält man, wenn man ein undurchsichtiges, in der Mitte mit einem kleinen Loch versehenes Diapositiv verwendet.

228 Anhang

Bürette zugesetzt, kann die kritische Koagulationskonzentration c.c.c. bestimmt werden (siehe Abschnitt 6.1). Man wiederhole den Versuch mit 0,1 molarer Natriumsulfatlösung.

4. Man gebe 1 ml einer O,lprozentigen Gelatinelösung zu etwa 10 ml Sol und wiederhole die obigen Experimente zur Koagulation. Auf diese Weise kann man die Schutzwirkung der Gelatine feststellen.

5. Man mische 1 ml Goldsol mit 9 ml Eisenhydroxidsol, schüttle die Mischung und beobachte sie eine halbe Stunde. Die Entstehung eines Niederschlags veranschaulicht die Heterokoagulation der beiden Sole (siehe Abschnitt 6.1).

C Definition und Messung der Adsorption

Die relative Adsorption

In Kapitel 4 wurde der Grenzflächenüberschuß von Komponente i in Gleichung (4.1) definiert als

(A.1)

Wie schon dort erklärt wurde, müssen die Volumina va und Vß eindeu­tig festgelegt werden. Wir können zunächst die Trennfläche zwischen a und ß willkürlich in eine Höhe ZO legen (Abb. 4.3 b). Die Adsorption pro Flächeneinheit ist dann gegeben durch die Summe der schraffierten Flächen dieser Abbildung. Sie ist deutlich von der Wahl von ZO abhängig. Es zeigt sich jedoch, daß es zwischen der Adsorption der einzelnen Kom­ponenten der Lösung eine einfache Beziehung gibt, wenn sich alle auf die gleiche Wahl der Trennfläche beziehen.

Dies ist leicht zu erkennen, wenn man beispielsweise die Gleichung für den Grenzflächenüberschuß von Komponente 1 formuliert:

(A.2)

Außerdem gilt:

(A.3)

Definition und Messung der Adsorption 229

wobei V das Gesamtvolumen ist. Damit haben wir drei Gleichungen für va und Vß, so daß diese Variablen durch einfache Algebra eliminiert werden können. Mit der Abkürzung !!..ci = (cf - cr) kommen wir zu fol­genden Gleichungen:

n'l - nl + Cl V = n2 - n2 + C2 V = n!l - n3 + C3 V (A 4) LlCI LlC2 LlC3' . . .

Durch Umstellen erhält man folgende Beziehung zwischen den Kompo­nenten i und 1:

Alle Größen auf der rechten Seite von Gleichung (A.5) sind experimen­tell meßbar, so daß der Ausdruck auf der linken Seite unabhängig von der Wahl der Trennfläche sein muß. Dieser Ausdruck wird als relativer Grenzflächenüberschuß von i in bezug auf Komponente 1 bezeichnet und mit nf(l) gekennzeichnet:

(A.6)

Häufig ist man an dem Grenzflächenüberschuß pro Flächeneinheit der Oberfläche As interessiert:

r(I) = n,,(I)/A = r - r l {LlC/LlC \ I 1 S 1 I 11 , (A.7)

das ist die relative Adsorption von Komponente i (oder der relative Grenz­flächenüberschuß von i) in bezug auf Komponente 1. In Gleichung (A.7) sind r i und r I in bezug auf eine willkürlich gewählte Trennfläche defi­niert. Aus den Gleichungen (A.6) und (A.7) ist jedoch folgendes zu erkennen: Wählen wir als Trennfläche diejenige, für dioe nf bzw. r I null werden, dann ergeben sich für die übrigen Komponenten i die Werte nf(l) und rio Aus diesem Grund bezieht man sich bei der Definition der relativen Adsorption gewöhnlich auf die Trennfläche, für die r I = 0 ist.

Adsorptionsmessung

Flüssig/gasförmig-Grenzfläche. Die direkte Messung der Adsorption an freien Flüssigkeitsoberflächen ist nicht einfach. In einem System mit

230 Anhang

einer Flüssig/gasförmig-Grenzfläche sind die beiden Terme von Glei­chung (A.5) fast gleich groB. Daher müssen sehr genaue analytische Methoden zur Verfügung stehen, um einigermaßen genaue Ergebnisse zu erzielen. Für eine binäre Mischung kann Gleichung (A.5) unter Ver­nachlässigung der Konzentration in der Gasphase in folgende Form gebracht werden:

(A.8)

Wenn VI sehr klein ist, muB der Term in eckigen Klammern entspre­chend gröBer und daher auch mit größerer Genauigkeit meßbar sein, da für eine gegebene Größe der Oberfläche n2(1) unabhängig von der Flüs­sigkeitsmenge ist. Diese Gleichung bildete die Grundlage der Bemü­hungen von McBain, r~l) experimentell zu messen. Die erforderlichen kleinen Werte für VI erhielt er durch Abtrennen einer dünnen Flüssig­keitsschicht an der Oberfläche einer Lösung mit bekannten Konzentra­tionen ci und c~ mit Hilfe eines sich schnell bewegenden Mikrotoms. Durch Analyse dieser Flüssigkeitsproben war es möglich, n2 und nl zu bestimmen. Auch verschiedene andere Methoden wurden erprobt, doch ist die Genauigkeit der Ergebnisse direkter analytischer Messungen der adsorbierten Mengen an Flüssigkeitsoberflächen selten besser als einige Prozent. Daher ist man in diesem Fall auf eine indirekte Bestim­mung von r~l) durch Messungen der Oberflächenspannung von Lösun­gen unter Anwendung der Gibbs-Adsorptionsgleichung angewiesen (siehe Gleichung 4.7).

Ähnliche Überlegungen gelten für die Adsorption an Flüssig!flüssig­Grenzflächen.

Flüssig/fest-Grenzfläche. Im Fall von Flüssig/fest-Grenzflächen ist das Problem viel einfacher, in erster Linie deshalb, weil die Oberflächen von feinteiligen oder porösen Feststoffen viel größer sind als die verfügba­ren Flüssig/gasförmig-Grenzflächen. Wenn die Komponenten der Lösung im Feststoff a völlig unlöslich sind, ist cf = 0 und Gleichung (A.5) kann für eine binäre Lösung folgenderweise geschrieben werden:

xl und x~ sind die Molenbrüche der Flüssigkeit. Zur experimentellen Bestimmung der Adsorption aus Lösungen werden n° Mol einer Lösung der Ausgangszusammensetzung x7 und x~ mit einer Masse m des

Definition und Messung der Adsorption 231

Adsorptionsmittels in Kontakt gebracht; wenn sich das Gleichgewicht eingestellt hat, wird die Endkonzentration x~ gemessen. Die Gesamt­mengen der Komponenten 1 und 2 betragen nOx~ bzw. nOx~. Setzt man in Gleichung (A.9) ein und berücksichtigt dabei, daß Xl + X2 = 1 ist, erhält man:

nu(l) - n° (XO _ Xl)/Xl - n° Axl/xl 2 - 2 2 1- 2 h (A.10)

Ax~ ist dabei die Änderung des Molenbruchs von Komponente 2 in der Lösung infolge der Adsorption an der Feststoffoberfläche. Der Grenzflä­chenüberschuß pro Einheitsmasse des Feststoffs wird spezifischer relati­ver Grenzjlächenüberschuß genannt:

(A.ll)

Ist die spezifische Oberfläche des Feststoffes as bekannt, so kann die flä­chenbezogene relative Adsorption definiert werden als

(A.12)

Die Bedeutung des Zählers in diesem Ausdruck erkennt man durch Betrachtung der Differenz zwischen der tatsächlich vorhandenen Menge von Komponente 2, nOx~, und der Menge nOxt die zu erwarten wäre, wenn die flüssige Phase eine einheitliche Zusammensetzung x~ bis direkt an die Oberfläche des Adsorptionsmittels hätte. Dies ent­spricht einer Wahl der Trennfläche direkt an der Oberfläche des Feststof­fes:

(A.13)

n2(n) wird reduzierter Grenzjlächenüberschuß genannt. Der spezifische reduzierte Grenzflächenüberschuß und der flächenbezogene Grenzflä­chenüberschuß ergeben sich durch Division durch m beziehungsweise mas• Daraus folgt:

(A.14)

In verdünnter Lösung (xi ---> 1) werden der relative und der reduzierte Grenzflächenüberschuß gleich groß.

232 Anhang

Experimentelle Ergebnisse für die Adsorption aus Lösungen werden gewöhnlich durch Isothermen des spezifischen reduzierten Grenzflä­chenüberschusses (composite isotherms) ausgedrückt. Dabei wird n° t:ui/m als Funktion von x~ für gegebene Temperaturen aufgetragen.

D Gibbs-Adsorptionsgleichung

Bekanntlich ist es zur eindeutigen Zustandsbeschreibung eines Volu­mensystems notwendig, die Werte einer bestimmten Anzahl von experi­mentellen Variablen festzulegen. Für ein Einphasensystem a können wir beispielsweise die Werte von Ta, va und nf (i=1, ... c) festlegen. Dies sind die sogenannten natürlichen Variablen der Helmholtz-Energie A des Systems. Die Fundamentalgleichung für die Helmholtz-Energie der Phase a lautet:

dA = - sadT a - padva + L flfdnf. (A.l5) I

Eine entsprechende Gleichung gilt für die Phase ß. Wenn sich die beiden Phasen im Gleichgewicht miteinander befinden, mit einer ebenen Grenzfläche, dann gilt:

(A.l6)

Die Grenzfläche zwischen den bei den Phasen beeinflußt die Heimholtz­Energie des Gesamtsystems, die daher gegeben ist durch:

(A.l7)

wobei A" die freie Grenzflächenenergie ist. In der konventionellen Ther­modynamik der Volumenphasen, in der der Einfluß der Grenzflächen unbedeutend ist, wird A" vernachlässigt. Für kolloidale Systeme aber spielt A" eine wesentliche Rolle.

Wie schon in Anhang C erklärt wurde, müssen auch hier die Volumina va und Vß eindeutig definiert werden. Wählt man wieder in geeigneter Weise eine Trennfläche, so ergibt sich folgende Beziehung für das Diffe­rential der freien Grenzflächenenergie:

dA" = - S"dT + udAs + L fl;dnf. (A.l8)

Gibbs-Adsorptionsgleichung 233

Die Werte von {li sind dieselben wie in den bei den benachbarten Pha­sen. Der Term adAs ersetzt den Term - pd V (mit umgekehrten Vorzei­chen, da a eine Spannung und kein Druck ist) in den Gleichungen für die Volumenphasen.

In der Thermodynamik der Volumenphasen erhält man die Gibbs­Duhem-Gleichung durch Integration der Gleichung (A.l5), indem man die Variablen konstant hält (d. h. dT= 0, p und {li sind konstant). Es er­gibt sich:

(A.l9)

Der durch anschließendes Differenzieren erhaltene Ausdruck für dA wird jenem von Gleichung (A.l5) gleichgesetzt, woraus die Gibbs­Duhem-Beziehung folgt:

(A.20)

Auf die gleiche Weise erhält man die Gibbs-Adsorptionsgleichung. Durch Integration der Gleichung (A.18) bei konstanten Werten von T, a und {li erhält man:

A(J = aAs + I {li nf . (A.21)

Durch Differenzieren und Subtrahieren von Gleichung (A.18) ergibt sich:

(A.22)

Das ist die Gibbs-Adsorptionsgleichung. Sie wird gewöhnlich bei kon­stanter Temperatur angewendet. Drückt man die Grenzflächenüber­schüsse durch die flächenbezogenen Größen r i aus, erhält man die Gibbssche Adsorptionsisotherme:

c

- da = I rid{li. 1

(A.23)

Bisjetzt haben wir die Lage der Trennfläche noch nicht festgelegt. Wenn wir sie so wählen, daß r 1 = 0 wird, dann ist

c

- da = " r(J)dlJ. L I r'l' (A.24) 2

234 Anhang

wobei die Summe sich auf die Komponenten i = 2, ... c erstreckt. Eine andere Argumentation ergibt sich aus dem Phasengesetz, nach dem es unmöglich ist, bei konstanten Tund p alle Werte von fli gleichzeitig zu ändern. Dies wird durch die Gibbs-Duhem-Gleichung ausgedrückt. Man kann daher die Gibbs-Duhem-Gleichungen für beide Volumen­phasen anwenden, um dfll aus Gleichung (A.23) zu eliminieren, und erhält somit Gleichung (A.24).

E Beeinflussung der zwischenpartikularen Kräfte durch Adsorption

Die in Kapitel 4 angestellten Überlegungen erbrachten die Gleichungen (4.9)-( 4.12) und können in folgender Weise weitergeführt werden. Durch Integration von Gleichung (4.12) erhält man:

1',

7(H) - 7f(H) = 2 J (ßr~l) /ßH) dfl2 . (A.2S) /12 = - 00

Hier ist 7(H) die Kraft zwischen zwei Platten in einer Lösung mit dem Molenbruch xi, während 7j(H) die entsprechende Kraft in der reinen Komponente 1 ist. Die Kraft in Komponente 1 ergibt sich ausschließlich aus den van-der-Waals-Kräften, so daß die rechte Seite den Beitrag der Adsorption zur zwischenpartikularen Kraft darstellt.

Gleichung (A.2S) kann mit dem Molenbruch von Komponente 2 in der Lösung ausgedrückt werden:

x,

7(H) - 7j(H) = 2 J (ßr~I)/ßH)dlnxiyi, (A.26) x, = 0

hier ist yi der Aktivitätskoeffizient von Komponente 2 beim Molen­bruch xi.

Die in Kapitel 4 getroffenen qualitativen Aussagen werden damit unmittelbar verständlich. Um ein quantitatives Ergebnis zu erhalten, muß man die Abhängigkeit der Adsorptionsisotherme vom Plattenab­stand kennen, entweder durch experimentelle Messungen oder auf Grund einer entsprechenden Theorie.

Sterische Stabilisierung 235

F Sterische Stabilisierung

Viele moderne Theorien von Polymerlösungen enthalten einen wichti­gen Energieparameter (gewöhnlich mit X gekennzeichnet), der die Diffe­renz zwischen der Wechselwirkungsenergie zwischen einem Lösungs­mittelmolekül und einem Polymersegment (W12) und dem arithmeti­schen Mittel [(wn + w22)l2j der Wechselwirkungsenergien von Lösungs­mittel zu Lösungsmittel (wn) und von Segment zu Segment (W22) mißt (Abb. A.1):

X = [W12 - (wn + w22)/2] z/kT. (A.27)

z ist die Anzahl der nächsten Nachbarn eines Polymersegments oder eines Lösungsmittelmoleküls in der Lösung, wobei die Volumina von Lösungsmittelmolekülen und Polymersegmenten als gleich groß ange­nommen werden. Nach einfachen Näherungen der Theorie der London­Kräfte ist I w121 das geometrische Mittel von Wn und W22:

somit ist zu erwarten, daß X einen positiven Wert hat.

.~

~ o--~------~------~----~---­c Q) (/) Cl C ::J

-t '3: Qi (/)

.r:: o

~

--w"

- ...... W 22

(A.28)

Abb. A.1. Beziehung der Wechselwirkungsenergien zwischen Lösungsmittel­Lösungsmittel, Segment-Segment und Lösungsmittel-Segment sowie die Defini­tion des Wechselwirkungsparameters X für Polymerlösungen.

236 Anhang

Die Anordnung von Polymermolekülen in Lösung wird durch den Wert von X bestimmt. Bei großen x-Werten sind die Wechselwirkungen zwischen den Polymersegmenten und dem Lösungsmittel relativ schwach, so daß die Anordnung der Polymermoleküle hauptsächlich durch Segment-Segment-Wechselwirkungen bestimmt wird. Dies führt zu einer relativ kompakten Knäuel-Konfiguration (a < 1 in Ab b. 2.18). Ist X klein, so liegt das Polymer in Form einer mehr oder weniger gestreck­ten Kette vor (a > 1). Der kritische Wert von X beträgt 1/2 und entspricht einer Zufallsknäuel-Anordnung (random coil). Sie ist identisch mit der sogenannten B-Anordnung (a = 1).

Ähnliche Überlegungen gelten für Theorien der Adsorption von Poly­meren an Oberflächen. Es müssen allerdings die relativen Stärken der Wechselwirkungsenergien Oberfläche-Lösungsmittel und Oberfläche­Polymersegment mit berücksichtigt werden.

Angewendet auf das Problem der sterischen Stabilisierung von Dispersionen sagen viele Theorien voraus, daß die resultierende Wech­selwirkungsenergie zwischen den Oberflächen der kolloidalen Teilchen proportional zur Größe 1/2 - X ist. Für X < 1/2 ergibt sich eine sterische Abstoßung, während für X > 1/2 die sterischen Effekte einen Anzie­hungsbeitrag leisten. Sofern es berechtigt ist, das Verhalten von adsor­bierten Polymermolekülen mit Polymermolekülen in Lösung zu verglei­chen, ist zu erwarten, daß eine enge Beziehung zwischen den kritischen Flockungsbedingungen (durch Veränderung des Lösungsmittels oder der Temperatur) und dem 8-Punkt der entsprechenden Polymerlösung besteht. Dies ist auch häufig zu beobachten, obwohl andere Faktoren diese einfache Beziehung überlagern können, besonders wenn die Anziehungsenergie zwischen der Oberfläche und den Polymersegmen­ten groß ist. Im Fall von Block-Copolymeren ist eine Korrelation der Flockungsbedingungen mit der 8-Bedingung der löslichen Kette des Copolymers zu erwarten.

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Sachverzeichnis

8-Anordnung 236 8-Punkt 149,236

A Absorption von Strahlung 105 Abstoßung, entropische 51 -, sterische 49 Abstoßungskraft 34 Adsorption 68 -, Beeinflussung der zwischenpartiku-

laren Kräfte durch 234 Adsorption, relative 71, 228 Adsorptionsmessung 229 Aerosol 3 Aerosolverfahren 60 Aggregationsprozeß 139, 147 Aktivierungsenergie, freie 18 amphipathisch 166 amphiphil 166 amphoteres Verhalten 39 Anziehungsenergie, freie 33 Arbeitsaufweichung 126 Arbeitsverfestigung 126 Assoziationskolloide 3, 165 Aufrahmen 11, 83, 102 aureum potabile 13 Ausflockung 11 Avogadro-Konstante 103

B Benzol-in-Wasser-Emulsion 197 Bingham-Fließspannung 125 f Bingham-Fließverhalten 125 biologische Strukturen 165 - Systeme 225 Boltzmann 83 Boltzmann-Konstante 28, 103 Boltzmann-Verteilungsgesetz 41, 103 Born-Abstoßung 34 Brechungsindex, relativer 109 Brown 83 Brownsche Bewegung 28, 50, 83 Brückenflockung 55, 140, 151 Bürstenhaufenstruktur 201

C Cluster 61 Coionen 141 composite isotherms 232 Coulombsches Gesetz 41 critical coagulation concentration

(c.c.c) 141 critical flocculation concentration

(c.f.c) 149 critical micellisation concentration

(c.m.c.) 166

D Deborah-Zahl 121 Debye 105 Debye-Bückel-Theorie 44 - der Elektrolyte 45 Debye-Länge 99 Deemulgierung 60, 198 depletion flocculation 55, 140 depletion layer 151 Deryagin-Landau-Verwey-Overbeek-

Theorie (DLVO-Theorie) 142 Dialyse 97 Diffusion 83,86 Diffusionskoeffizient 89 Dilatanz 124, 132 Dispergierungsmittel 59 Dispergierverfahren 58 Dispersion, feste 3 Dispersionsmittel 2 Dispersionspolymerisation 65 DLVO-Theorie 218 Donnan-Effekt 97 Donnan-Gleichgewicht 94 Doppelschicht, Abstoßungsenergie

48 -, Dicke der 45 -, diffuse 45 -, elektrische 39, 44, 99 Doppler-Effekt 118 Druck, osmotischer 91, 94 dünI]~ Filme 180

244 Sachverzeichnis

E Einstein 89, 126, 218 Einstein-Gleichung 127 elastisches Verhalten 120 elektromagnetische Theorie 105 Elektroosmose 83, 97, 100 Elektrophorese 15, 83, 97 Elektrostatik, Grundgesetz der 41 elektrostatische Theorie 41 elektroviskoser Effekt 135 - -, primärer 135 - -, sekundärer 135 - -, tertiärer 135 Emulgatoren 59, 197 Emulgierung 59 -, spontane 59 Emulsion 3, 180, 196 -, bikontinuierliche 196 -, fotografische 3 -, multiple 3 Emulsionsbrechung 198 Emulsionspolymerisation 60, 65 Energie, freie 17 -, -,Oberflächenüberschuß 21 -, gesamte freie 25 -, Gleichverteilungsprinzip der 84 -, zwischenpartikulare freie 32 Energiebarriere 18 Entflockung 11 Enthalpie 31

F Faraday 13 f, 104, 141 Feld, elektrisches 41 Feldkonstante, elektrische 41 Ficksches Diffusionsgesetz, erstes

89 Film, erster schwarzer 187 -, gewöhnlicher schwarzer 187 -, Newtonscher schwarzer 187 -, zweiter schwarzer 187 Filme, dünne 180 Filmelastizität 190 Filmspannung 180 Filmstabilität 183 Fließen, Grenzspannung 124 Flocke 11 Flocken, Struktur 157

Flockung 11, 139 - durch Verarmung der Grenzschicht

(depletion) 55, 140, 151 - im sekundären Minimum 29 -, schwache 29 Flockungsbedingungen, kritische

236 Flockungskonzentration, kritische

149 Flockungstemperatur, obere 150 -, untere 150 Flotation 195 Fluidität 122 Flüssig/fest-Grenzfläche 230 Flüssig/gasförmig-Grenzfläche 229 Flüssigkeiten, Newtonsche 124 -, Nicht-Newtonsche 124 Flüssigkristalle 3

G Gans 105 Gas-in-Flüssigkeit-Emulsion 196 Gaußsche Verteilungskurve 87 Gegenionen 44,141 Gel 3, 131, 200 -, Quelleigenschaften 204 Gerüststruktur 201 Gibbs 71, 190 Gibbs-Adsorptionsgleichung 72,232 Gibbs-Adsorptionsisotherme 73 Gibbs-Duhem-G1eichung 233 Gibbs-Energie, freie 31 Gibbs-GIeichung 190 Gibbs-Trennfläche 71 Gibbssche Adsorptionsgleichung 54 Gibbssche Adsorptionsisotherme

233 Gleichgewicht, instabiles 19 -, metastabiles 19 -, stabiles 18 Gleichgewichtszustand 18 Gleitebene 98 Gold, kolloidales 14 Graham 13 Gravitationspotential 89 Grenzflächenbereich 9 Grenzflächenspannung 21, 68

Grenzflächenüberschuß 71 -, flächenbezogener 231 -, reduzierter 231 -, relativer 229 -, spezifischer reduzierter 231 -, spezifischer relativer 231 Grenzspannung des Fließens 124 Gyrationsradius 114

H Halbwertszeit 155 Hamaker-Funktion 219 Hamaker-Konstante 36,38 -, zusammengesetzte 183 Hamaker-Theorie 218 Hardy 141 Heimholtz 45 Helmholtz-Energie 31 Heterokoagulation 141,157 HLB-Wert 167 Höhenformel, barometrische 43 Hooke 187 hydrodynamischer Radius 117 hydrophilic-lipophilic balance 167

I instabil 28 Interferenzfarben 187 Ionen, differentielle Lösung von 40 Ionenadsorption, spezifische 41 Ionenatmosphäre 44, 99 Ionisierung von Oberflächengruppen

39 isodispers 11

K Kartenhaus 201 Keim 61 -, kritischer 63 Keimbildung 60 Keimbildungsphase 61 Keimbildungsverfahren 58 Kelvin-Gleichung 81 Kinetik der Koagulation 154 Kleinwinkel-Neutronenstrahlung

119 Koagulat 11 Koagulation 11, 139

Sachverzeichnis 245

- durch Salze 15 -, Kinetik der 154 -, langsame 155 -,orthokinetische 131, 156 -, perikinetische 156 -, rasche 154 -, reversible 146 Koagulationskonzentration, kritische

141 Koaleszenz 158 - fester Teilchen 159 Koeffizient, osmotischer 93 kolloidal stabil 29 kolloidale Suspensionen, Rheologie

126 Kolloide 8 -, hydrophile 7 -, hydrophobe 7 -, lyophile 7 -, Definition 2 -, einfache 3 -, lyophobe 7, 141 -, monodisperse 65 -, multiple 3 -, Stabilität 28 Kondensationsverfahren 58, 60 Kondensator, molekularer 45 Konzentrationsprofil 69, 220 Kopfgruppe 166 Korngrenzen 160 Kräfte, abstoßende 25 -, Direktmessung 223 -, elektrostatische 39 -, gelbildende 200 -, zwischenmolekulare 32 -, zwischenpartikulare 35 -, -, Beeinflussung durch Adsorption

75,234 Kriechen 132 Kristalloberflächen, geladene 40 kugelförmige Teilchen 126

L Ladungsnullpunkt 39 Ladungswolke 44 Langevin 84 Laplace-Gleichung 79, 181 Laser-Lichtstreuung 104, 118

246 Sachverzeichnis

Lasertechnologie 221 Lennard-Jones-Potential 34 Lichtstreuung lO, 15, lO4, 221 -, dynamische 115 -, konventionelle lO4 Lifshitz-Theorie 219 London 32 London, Theorie von 37 London-van-der-Waals-Kräfte 32, 36 -, Abschirmung der 75 lower flocculation temperature (l.U.)

150 Iyotrope Reihen 142

M Macquer l3 Makroskopische Theorie 219 Marangoni 190 Marangoni-Effekte 190 Maxwell 83 Maxwell-Boltzmann -Verteil ungsge-

setz 20,83 McBain 230 Membranpotential 97 metastabil 28 Mie 105 Mie-Theorie 114 Mikroemulsion 60, 196, 198 Mikroskopische Theorie 218 Minimum, primäres 29 -, sekundäres 29 Mizellbildung 149, 165 -, kritische Konzentration der 166 -, Mechanismus der 167 -, Standard-Gibbs-Energie der 172 Mizellen 3, 165 Mizellengestalt 178 monodispers 11 Müller 154

N Netzwerk-Kolloide 3 Netzwerkstruktur 200 Neutronen-Kleinwinkelstreuung 221 Neutronen-Spin-Echo 222 Neutronen-Streulängen-Dichten 118 Neutronenstreuung lO4, 118, 221 Newtonsche Flüssigkeiten 124

Nicht-Newtonsche Flüssigkeiten 124 nichtkugelförmige Teilchen l33

o O/W-Emulsionen 196 Oberflächen von konstanter Krümmung

182 oberflächenaktive Stoffe 73 Oberflächenchemie 8 Oberflächenenergie, freie 20 Oberflächengröße, spezifische 9 Oberflächengruppen, Ionisierung von

39 Oberflächenkrümmung 77 Oberflächenspannung 21, 68, 180 Ohmsches Gesetz lOl ÖI-in-Wasser-Emulsionen 196 Osmose 90 osmotische Phänomene 83 osmotischer Koeffizient 93 Ostwald 2 Ostwald-Reifung 161

p Peptisation 141 Perlenschnüre 200 Permittivität, dielektrische 41 -, relative 41 Perrin 43, lO3 Phase, diskontinuierliche 2 -, disperse 2 -, kontinuierliche 2 Phasenvolumina 197 Photonen-Korrelationsspektroskopie

(PCS) 115 Plateau grenzen 19l point of zero charge, p.Z.c. 39 Poisson-Boltzmann-Gleichung 143 Poisson-Gleichung 143 polydispers 11 Polymerlatex 60 Potential, elektrisches 41 -, elektrochemisches 96 pseudoplastisches Verhalten 124 Purpur von Cassius l3, 157

Q Quellungsdruck 205

R Radius, hydrodynamischer 117 Raman-Effekt 105 random coil 236 random walk 85 Rayleigh 105 Rayleigh-Gans-Debye-(RGD)-Theo-

rie 113 Rayleigh-Quotient 110 Rayleigh-Theorie 111 f -, Einschränkungen 112 Reibungskoeffizient 85 Reifung 159 f Reihen, Iyotrope 142 Relaxationszeit 121 Resonanz, kernmagnetische 222 Retardationseffekt 38 Rheologie 120, 223 rheologische Spektroskopie 135 Röntgenbeugungsmuster 115 Rotationsbewegung 130, 133 Rotationsdiffusion 86

S Salze, Koagulation durch 15 Sammler 196 Schaumbildner 193 Schaumbrecher 193, 195 Schäume 180, 191, 196 Scherebene 98 Schergeschwindigkeit 122 Scherrheometer 137 Scherverdünnung 124 Scherverfestigung 124 Scherviskosität 122 Schubspannung 122 Schulman 198 Schultze 141 Schultze-Hardy-Regel 141 Schutz 15, 49 Schwanzgruppe 166 schwarzer Film, erster 187 - -, gewöhnlicher 187 - -, Newtonscher 187 - -, zweiter 187 Sedimentation 11, 15, 83, 102 Sedimente, Struktur 157 Seifenblasen 181

Sachverzeichnis 247

Seifenfilme 181 selbstorganisierte Systeme 165 Selmi 13 Sinterung 139, 159 small-angle neutron scattering

(SANS) 119 Smoluchowski 154 Sol 3 Sol-Gel-Prozesse 203 Solubilisierung 179 speckle pattern 115 Spektroskopie, rheologische 135 Stabilisierung, sterische 49, 236 Stabilität 12, 17 Stabilitätsverhältnis 155 Standard-Gibbs-Energie der Mizellbil-

dung 172 Statistische Mechanik 219 Stokes-Einstein-Gleichung 117 Stokessche Gleichung 85 Strahlung, Absorption 105 Strahlungsintensität 105 Streuung an kleinen Teilchen 107 Streuung, elastische 105 -, inelastische 105 Strömungsdoppelbrechung 133 Strömungspotential 83, 97, 102 Strukturen, biologische 165 Strukturviskosität 124 Substitution, isomorphe 40 Suspension, kolloidale 3 -, -, Rheologie 126 Suspensionspolymerisation 60 Suspensionsverfahren 60 Synärese 205 Systeme, biologische 225 -, mikroheterogene 9 -, plastische 124 -, selbstorganisierte 165

T Tammann-Temperatur 160 Teilchen, kugelförmige 126 -, nichtkugelfcirmige 133 Teilchenkoaleszenz 159 Teilchenwachstum 60, 139, 158 f - durch Reifung 160

248 Sachverzeichnis

Tenside 73 -, ionische 166 -, nichtionische 167 Theorie, elektromagnetische 105 Thermodynamik, erster Hauptsatz der

31 -, zweiter Hauptsatz der 31 thixotrop 126 thixotrope Erholung, Zeit der 126 thixotropes Verhalten 200 Translationsfreiheitsgrade, Verlust der

140 Tröpfchenkoaleszenz 159, 162 Trübung 112 Tyndall-Effekt 14,104

U Übersättigung 63 -, kritische 64 upper flocculation temperature (u.f.t.)

150

V van-der-Waals-Kräfte 32,218 van-der-Waals-Wechselwirkungsener-

gie 183 van-t Hoff-Gleichung 92 Vesikeln 165, 178

Virialgleichung 93 Virialkoeffizient, zweiter osmotischer

93 viskoelastisch 121 viskoses Verhalten 120 Viskosität 122 f -, differentielle 125 -, intrinsische 127, 135 -, plastische 125 -, relative 126 -, scheinbare 124 -, scherabhängige 124 Viskositätstheorie von Einstein 218 Viskositätszunahme, relative 127

W W/O-Emulsionen 196 Waals, van der 32 Wasser-in-Benzol-Emulsion 197 Wasser-in-ÖI-Emulsionen 196 Wechselwirkung, anziehende 23 Wellenvektor 114

X Xerogele 204

Z Zetapotential 98, 135, 142