شیمی سطح و کلوئید
شیمی سطح و کلوئید به مطالعه فیزیک و شیمی فصل مشترکها و مواد با تقسیمبندی ریز میپردازد، جایی که نسبت بالای سطح به حجم باعث میشود نیروهای بینسطحی بر رفتار غالب شوند.
Definition
شیمی سطح و کلوئید شاخهای از شیمی فیزیک است که به خواص فصل مشترکها و سیستمهای کلوئیدی میپردازد، که در آن یک ماده به صورت ریز در ماده دیگری پراکنده شده و پدیدههای بینسطحی رفتار را کنترل میکنند.
Scope
این حوزه شامل شیمی فصل مشترکها و سیستمهای پراکنده است: کشش سطحی و ترمودینامیک فصل مشترکها؛ جذب گازها و حلشوندهها بر روی سطوح و ایزوترمهای آن؛ خواص و پایداری پراکندگیهای کلوئیدی؛ سورفکتانتها و خودآرایی آنها به میسلها و غشاها؛ و ساختار فصل مشترکهای باردار و لایه دوتایی الکتریکی. شیمی کاتالیزوری سطوح به سینتیک مرتبط است، در حالی که در اینجا تأکید بر ترمودینامیک بینسطحی، نیروها و ساختار است.
Sub-topics
Core questions
- کشش سطحی چگونه از ترمودینامیک فصل مشترکها ناشی میشود؟
- مولکولها چگونه بر روی سطوح جذب میشوند و چه ایزوترمهایی این فرآیند را توصیف میکنند؟
- چه نیروهایی پراکندگیهای کلوئیدی را پایدار یا ناپایدار میکنند؟
- سورفکتانتها چگونه خودآرایی میکنند و فصل مشترکهای باردار چگونه محلول اطراف را ساختاربندی میکنند؟
Key concepts
- کشش سطحی و انرژی بینسطحی
- ایزوترمهای جذب
- پراکندگیهای کلوئیدی و پایداری
- سورفکتانتها و خودآرایی
- لایه دوتایی الکتریکی
Key theories
- ایزوترم جذب لانگمویر
- جذب بر روی یک سطح یکنواخت با تعداد ثابتی از جایگاههای معادل و بدون برهمکنش بین مولکولهای جذبشده منجر به پوششی میشود که با فشار یا غلظت اشباع میگردد، که مدل بنیادی جذب سطحی است.
- نظریه DLVO پایداری کلوئید
- پایداری کلوئیدهای باردار توسط تعادل بین نیروهای جاذبه واندروالسی و نیروهای دافعه لایه دوتایی الکتریکی کنترل میشود، که توضیح میدهد چرا پراکندگیها هنگام افزودن نمک که دافعه را پوشش میدهد، لخته میشوند.
Clinical relevance
شیمی سطح و کلوئید زیربنای کاتالیز ناهمگن، مواد شوینده و امولسیونها، رنگها، غذاها و داروها، پایداری جوهرها و سرامیکها، رفتار غشاهای بیولوژیکی و سلولها، و فرآیندهایی مانند فلوتاسیون، ترشوندگی و تصفیه آب است.
History
توماس گراهام در دهه ۱۸۶۰ کلوئیدها را از کریستالوئیدها متمایز کرد؛ گیبس مبانی ترمودینامیکی را برای فصل مشترکها فراهم آورد، کار اوایل قرن بیستم لانگمویر نظریه مولکولی جذب و تکلایهها را پایهگذاری کرد، و نظریه DLVO در دهه ۱۹۴۰ پایداری کلوئیدی را به صورت کمی توضیح داد.
Key figures
- Irving Langmuir
- Thomas Graham
- Jacob Israelachvili
Related topics
Seminal works
- langmuir1916
- adamson1997
- israelachvili2011
Frequently asked questions
- چرا اثرات بینسطحی در کلوئیدها غالب هستند اما در مواد حجیم خیر؟
- ذرات کلوئیدی آنقدر کوچک هستند که بخش عظیمی از مولکولهای آنها در سطح قرار دارند؛ نسبت عظیم سطح به حجم حاصله باعث میشود انرژی و نیروهای بینسطحی، که در نمونههای حجیم ناچیز هستند، رفتار سیستم را کنترل کنند.
- چه چیزی از تهنشین شدن یک پراکندگی کلوئیدی جلوگیری میکند؟
- نیروهای دافعه بین ذرات، عمدتاً دافعه الکترواستاتیکی از سطوح باردار و دافعه استریک از لایههای جذبشده، آنها را در برابر نیروهای جاذبه واندروالسی از هم دور نگه میدارند؛ هنگامی که این دافعهها کاهش یابند، ذرات تجمع یافته و پراکندگی ناپایدار میشود.