4. EKSPERIMENTALNO ISTRAŽIVANJE MODELNOG KOLOIDA

4. EKSPERIMENTALNO ISTRAŽIVANJE MODELNOG KOLOIDA 4.1 UZORCI- POLISTIRENSKI LATEKS
Koloidne disperzije su otopine u kojima su molekule otopljene tvari, disperzirane u otapalu, mnogo veće od molekula otapala. Koloidne čestice se grubo definiraju kao one čestice čija je linearna dimenzija u rasponu 10- 1000 nm.
U standardnom udžbeniku za koloide Hunter polazi se od Freundlichove klasifikacije koloida. Freundlich (1926.) je predložio da se koloidne disperzije u tekućinama podijele u dva razreda: liofilne (obavijaju se molekulama otapala) i liofobne (ne obavijaju se molekulama otapala); ovisno o lakoći sa kojom se sistem može redisperzirati ako se prethodno osuši. Daljnje istraživanje otkrilo je čitav niz prijelaznih tipova, ali Freundlichova klasifikacija je još korisna za razlučivanje ekstrema. Kruyt (1952.) je upotrijebio istu klasifikaciju i povezao s njom reverzibilne i ireverzibilne sisteme. Ta terminologija jasnije izražava pravu prirodu razlike jer ultimativni test da li je sistem liofilan je određivanje da li se proces disperzije odvija spontano kada se otapalo doda koloidu. U području između dva ekstrema leže sistemi koji mogu pokazati i jedno i drugo ponašanje. Kada je disperzno sredstvo voda, koriste se nazivi hidrofilni i hidrofobni koloidi.
Stabilnost koloidnih čestica podrazumijeva spriječavanje agregacije. To se postiže na dva načina: nabojnom stabilizacijom i steričkom stabilizacijom. Sterička stabilizacija se zasniva na prekrivanju površine liofobne koloidne čestice sa liofilnim materijalom polimerne prirode. Kada se dvije takve čestice približe, interakcija između adsorbiranih lanaca polimera uzrokuje odbijanje čestica koje može biti dovoljno da spriječi agregaciju i tako uzrokuje stabilnost. Nabojnoj stabilizaciji osnova je elektrostatsko odbijanje istoimenih naboja. Mnoge koloidne čestice imaju naboj koji dolazi npr. od disocijacije grupa kiselina ili baza na površini čestice. Disperzija tih čestica je stabilna i ne dolazi do agregacije jer se čestice elektrostatski odbijaju. Površinski naboj čestice djelomično je zasjenjen protuionima (ioni elektrolita čiji je naboj suprotan naboju čestice).
Polistirenski lateks na kojem je izvršeno naše mjerenje poznati je modelni koloidni sistem. Čestice (kuglice) polistirena disperzirane u vodi nazivaju lateksom tj. polistirenskim lateksom koji je zaista mliječnog izgleda. Lateks je organski polimer (mliječni sok nekih tropskih biljaka) koji sadrži kuglice čije su dimenzije usporedive sa valnom duljinom svjetlosti pa raspršuju svjetlost na sve strane te je zato lateks mliječnog izgleda. Strukturno, polistiren je dugi ugljikovodikov lanac s fenilnom skupinom vezanom na svaki drugi ugljikov atom.
Polistirenske mikrosfere su zbog mnogo razloga idealne koloidne čestice. Za geometrijski oblik sfere mnoge kemijske i fizikalne karakteristike mogu se lako izračunati jer su mikrosfere monodisperzne što znači da su sve sfere približno jednake veličine. Isto tako, masa i optička svojstva su uniformna od sfere do sfere.
4.1.1 PROIZVOĐAČKA SPECIFIKACIJA LATEKSA
Naše istraživanje izvršili smo na lateksu, širokog raspona promjera kuglica: 56, 210, 400, 1000 nm, nabavljenom od Interfacial Dynamics Corporation, SAD.
Lateks je specifičan po tretmanu površine. To je karboksil (COOH)- modificirani lateks sa -COO- grupama na površini kuglica. Suhe polistirenske kuglice (suhi lateks) su nabojno neutralne. Naboj kuglica lateksa uzrokovan je disocijacijom karboksilnih grupa na površini čime se otpuštaju protuioni koji čine ionsku protuatmosferu lateksa. Takav lateks omogućava kontrolu protuionske atmosfere te karakterizaciju površine sfera. Stabilnost sfera je omogućena s velikim nabojem površine (površinski naboj) kojeg uzrokuje disocijacija karboksilnih grupa na površini sfera.
Površina ima veliku gustoću karboksila sadržanog u polimeru oko amorfne polistirenske jezgre. Sloj je hidrofilan i ima trodimenzionalni karakter. Površinski presjek neioniziranih COOH grupa je 19 Å2 .
U ovom radu proučavamo nabijenu kuglicu lateksa koju okružuju protuioni (slika 4.1) i njihovo gibanje u električnom polju.
Slika 4.1: Prikaz negativno nabijene kuglice lateksa okružene protuionima pozitivnog naboja. Oznaka – označava -COO- skupine na površini kuglice dok oznaka + označava protuione.
Proizvođač je odredio promjer i standardnu devijaciju promjera skenirajućim elektronskim mikroskopom (slika 4.2). Sadržaj karboksila određen je titracijom. Dobivena vrijednost izražena je u mikroekvivalentima µEq po gramu suhog lateksa gdje su mikroekvivalenti jednaki umnošku naboja i koncentracije čestice izražene u µmol/L tj. u µM. Volumni udio čvrstog polimera određen je suhim vaganjem.
Slika 4.2: Prikaz kuglica lateksa dobiven elektronskim mikroskopom.
|