Zur Geschichte der Kolloidchemie Alchimie: Herstellung von Goldtinkturen.
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Zur Geschichte der Kolloidchemie
• Alchimie: Herstellung von Goldtinkturen
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Kolloidales Gold(Alchimisten)
• Trinkbares Gold (aurum potabile)
• Elixier des Lebens ?
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Zur Geschichte der Kolloidchemie
• 1857 Faraday: Methode der Lichtstreuung
• 1871 Rayleigh: Theorie der Lichtstreuung
• 1861 Graham: Diffusionsverhalten
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Definition (nach Graham)
• Kolloide sind
leimähnliche Substanzen,
die sehr langsam diffundieren
und nicht dialysieren.
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Was sind Kolloide?
DEFINITION:
= Leim
nach Graham
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Zur Geschichte der Kolloidchemie
• 1907 Ostwald: Einteilung kolloidaler Systeme
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grobdispersmechanische Suspension
> 1000 nm
Einteilung disperser Systeme (nach W. Ostwald)
Disperse Systeme
kolloiddisperskolloidale Dispersion
1 bis 1000 nm
hochdispersmolekulare Lösung
< 1 nm
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Zitat (W. Ostwald)
• „Das primär Kennzeichnende eines Kolloids ist tatsächlich sein spezieller Dispersitätsgrad innerhalb der großen Gruppe disperser Systeme“
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• Disperse Teilchen
(1 – 1000 nm)
im Dispersionsmittel
fein verteilt
• alle Kombinationen:
gasförmig, flüssig, fest
sind möglich W. Ostwald
Definition:
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Farbe-Dispersitätsgrad-Regel
Das Absorptionsmaximum des Lichtes
verschiebt sich mit abnehmenden Dispersitätsgrad
nach größeren Wellenlängen, demnach ändert sich
die Farbe im durchfallenden Licht von gelb über
rot, blau nach grün.
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Absorption des sichtbaren Lichtes
AbsorbierteWellenlänge
450 nm490 nm590 nm
AbsorbierteFarbe
blaublaugrünorange
Beobachtete Farbe
orangerot
blau
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Zitat (W. Ostwald)
„Der kolloidale Zustand ist ein allgemein
möglicher Zustand der Materie.
Jeder Stoff kann grundsätzlich in den
kolloidalen Zustand gebracht werden.“
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Zur Geschichte der Kolloidchemie
• 1923 Svedberg: Ultrazentrifuge
• 1927 Burry, Ekwall: Assoziationskolloide
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Assoziationskolloide
• Selbstorganisation von Amphiphilen
• Assoziate (z.B. Mizellen) in kolloidaler Dimension
• Physikalische Assoziation
(nicht-kovalente Bindungsknüpfung)
• Variabilität in Grösse und Form
• Schnelle Austauschprozesse
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Zur Geschichte der Kolloidchemie
• 1929 Staudinger: Makromoleküle
• 1932 Ruska: Elektronenmikroskop
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Kolloiddisperses System (nach Staudinger)
• Teilchen bestehen aus 103 bis 109 Atomen
• Teilchendurchmesser 1 bis 1000 nm
• Teilchen laufen durch Papierfilter
• Teilchen mikroskopisch nicht nachweisbar
• Teilchen dialysieren nicht
• Teilchen diffundieren sehr langsam
• Teilchen sind polydispers
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• Die Farbgebung beim kolloidalen Gold ist auf die definierte Partikelgröße und eine spezifische Lichtabsorption zurückzuführen.
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Definition
• Kolloide sind durch ihre Teilchengröße bestimmt (1 – 1000 nm)
• Kolloide sind in einem Dispersionsmittel dispergiert
• Wir unterscheiden zwischen Dispersionskolloiden, Assoziationskolloiden und Makromolekülen
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Kolloidchemie
• Physik und Chemie
nanostrukturierter Systeme
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Besondere Eigenschaften kolloidaler Systeme
• Verhältnis von Oberfläche zu Volumen ist groß
• Moleküle an der Oberfläche werden eigenschaftsbestimmend
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Beispiel: Würfel
Kantenlänge des Würfels
Gesamtober-
fläche
Spezifische Oberfläche
1 cm 6 cm2 6 cm-1
500 nm 60 cm2 6 x 105 cm-1
1 nm 6000 cm2 6 x 107 cm-1
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Besondere Eigenschaften kolloidaler Systeme
Kolloidales System
Lineare Ausdehnung Spezifische Oberfläche
Laminare Kantenlänge:
1 cm; 1 cm; 5 x 10-5 cm
1 cm; 1 cm; 5 x 10-7 cm0,4 x 105 cm-1
2 x 107 cm-1
Fibrillare Kantenlänge:
1 cm; 5 x 10-5 cm; 5 x 10-5 cm
1 cm; 5 x 10-7 cm; 5 x 10-7 cm
0,8 x 105 cm-1
4 x 107 cm-1
Kugel Durchmesser: 5 x 10-5 cm
Durchmesser: 1 x 10-7 cm
1,2 x 105 cm-1
6 x 107 cm-1
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Beispiele
1 cm3 Gold Blattgold Dicke: 1 µm 2 m2 Oberfläche
Dicke: 1 nm 1000 m2 Oberfläche
1 cm3 Viskose Faden Dicke: 1 µm Länge: 1273 km
Dicke: 1 nm Länge: 1 Milliarde km
1 Liter 0,1 m mizellare Lösung 40.000 m2 Oberfläche
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Kolloidale Systeme:
Systeme mit extrem großen Oberflächen