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kolloid disperse Systeme

kolloid disperse Systeme. Vom Gold zum Geld machen. 17.06.2009. Experimentalvortrag von David Zindel. 1 Gliederung. 1 Gliederung 2 Definition kolloid disperser Systeme 3 Solid/Liquid - System 4 Gas/Solid - System 5 Liquid/Gas - System 6 Liquid/Solid - System

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  1. kolloid disperse Systeme Vom Gold zum Geld machen 17.06.2009 Experimentalvortrag von David Zindel

  2. 1 Gliederung • 1 Gliederung • 2 Definition kolloid disperser Systeme • 3 Solid/Liquid - System • 4 Gas/Solid - System • 5 Liquid/Gas - System • 6 Liquid/Solid - System • 7 Einordnung in den Lehrplan • 8 Literatur

  3. 2 Definition kolloid disperser Systeme • Kolloide sind Partikel im Bereich zwischen 1 und 1000 nm. • Diese Partikel können fest, flüssig oder gasförmig sein und werden auch als disperse Phase bezeichnet. • Die Kolloide befinden sich gleichmäßig verteilt in einem Dispersionsmittel, dieses kann fest, flüssig oder gasförmig sein. • Kolloide werden in drei Klassen unterteilt: Dispersionskolloide: Zerteilungsform der Materie Molekülkolloide: Makromoleküle (103 – 109 Atome) Assoziationskolloide (Micellkolloide): selbstorganisierte Systeme, Bsp: Seifen und andere Tenside

  4. 2 Definition kolloid disperser Systeme

  5. 3 Solid/Liquid - System • Versuch 1: Kolloidales Gold Ausgangsstoffe: - Tetrachlorgoldsäure HAuCl4 C - Natriumcarbonat Na2CO3Xi - Natriumcitrat C6H8O7

  6. 3 Solid/Liquid - System • Auswertung

  7. 3 Solid/Liquid - System • Auswertung

  8. 3 Solid/Liquid - System • Die Farbigkeit der Goldkolloide beruht darauf, dass bestimmte Wellenlängen des sichtbaren Lichts durch die Kolloide absorbiert werden. Abb.: Farbkreis, aus:http://www.rechtsklick.org/alt/online_lesen/Jahresarbeit_Komplett-img3.png

  9. 3 Solid/Liquid - System • Einsatz in Kirchenfenstern • Verwendung in Katalysatoren Abb. Kirchenfenster der Kathedrale von Sevilla , aus: http://www.geo-reisecommunity.de/bild/regular/140601/Sevilla-Kathedrale.jpg

  10. 3 Solid/Liquid - System • Versuch 2: Kolloidales Kupfer Ausgangsstoffe: - Kupfer Cu - Natriumchlorid NaCl - ention. Wasser H2O

  11. 3 Solid/Liquid - System • Auswertung Kupfer- Elektrode Kupfer- Elektrode Kathode Anode NaCl-Lösung

  12. 3 Solid/Liquid - System • Auswertung - Schematische Darstellung eines Kupferkolloids - Das kolloidale Teilchen ist von einer stabilisierenden Doppelschicht aus Ionen umgeben.

  13. 3 Solid/Liquid - System • Tyndall-Effekt Lichtstrahl Kolloidale Lösung Auge / Detektor

  14. 3 Solid/Liquid - System • Versuch 3: Ladungssinn von Kolloiden Ausgangsstoffe: - Eisenhydroxidoxid-Kolloide FeO(OH) - Salzsäure HCl C

  15. 3 Solid/Liquid - System • Auswertung Reduktion: Aufnahme von 2 Elektronen +1 -2 -1 0 +1 -2 0 Oxidation: Abgabe von 2 Elektronen Anode (Oxidation): Kathode (Reduktion):

  16. 3 Solid/Liquid - System • Auswertung - Schematische Darstellung eines Eisenhydroxidoxid-Kolloids - + Pol Anode • Pol • Kathode

  17. 3 Solid/Liquid - System • Demonstration 1: „Echte“ und kolloidale Lösungen Ausgangsstoffe: - Gelatine - Methylorange (w = 0,001) - Tinte (w = 0,005) - Methylenblau (w = 0,0005) - Fuchsin (w = 0,0005) - Kupfersulfat (w = 0,05) - kolloidales Berliner Blau (w ≈ 0,022 ) - Eisenhydroxidoxid-Kolloid (w ≈ 0,001) - verdünntes kolloidales Berliner Blau (w ≈ 0,001)

  18. 3 Solid/Liquid - System • Beobachtung - Proben unmittelbar nach dem Überschichten - Kolloidales Eisenhydroxidoxid Methylorange Methylenblau Kupfersulfat Kolloidale Tinte Fuchsin Kolloidales Berliner Blau Gering konzentriertes Berliner Blau

  19. 3 Solid/Liquid - System • Beobachtung - Proben einen Tag nach dem Überschichten - Kolloidales Eisenhydroxidoxid Methylorange Methylenblau Kupfersulfat Kolloidale Tinte Fuchsin Kolloidales Berliner Blau Gering konzentriertes Berliner Blau

  20. 3 Solid/Liquid - System • Beobachtung - Proben eine Woche nach dem Überschichten - Kolloidales Eisenhydroxidoxid Methylorange Methylenblau Kupfersulfat Kolloidale Tinte Fuchsin Kolloidales Berliner Blau Gering konzentriertes Berliner Blau

  21. 3 Solid/Liquid - System • Auswertung „echte“ kolloidale Lösung Lösung (Berliner Blau) (Fuchsin) Gelatine

  22. 3 Solid/Liquid - System • Versuch 4: Fällung von Kolloiden Ausgangsstoffe: - kolloidales Berliner Blau K[FeFe(CN)6] - Lösung - Silberiodid-Sol AgI - Lösung - Aluminiumsulfat-Lösung Al2(SO4)3 - Lösung

  23. 3 Solid/Liquid - System • Auswertung = K+ = Cl-

  24. 3 Solid/Liquid - System • Versuch 5: Berliner Blau: Vom Sol zum Gel zum Sol Ausgangsstoffe: - Kaliumhexacyanoferrat- Lösung K4[Fe(CN)6]-Lösung - Eisen(III)chlorid – Lösung FeCl3-Lösung Xn

  25. 3 Solid/Liquid - System • Auswertung

  26. 3 Solid/Liquid - System • Gelbildung Koagulation Peptisation Kolloid Gel

  27. 4 Gas/Solid - System • Demonstration 2: Gasbeton Ausgangsstoffe: - Seesand (SiO2) - Portlandzement (Kalk-Ton-Zement): Xi CaO (58-66%), SiO2 (18-26%), Al2O3 (4-12%), Fe2O3 (2-5%), Ca3SiO5, Ca2SiO4, Ca3Al2O6, Ca2AlFeO5 - Aluminiumpulver Al F - Wasser H2O

  28. 4 Gas/Solid - System • Auswertung Oxidation: Abgabe von 6 Elektronen Reduktion: Aufnahme von 6 Elektronen

  29. 4 Gas/Solid - System • Reaktionen beim Aushärten des Zements: Calciumsilicate reagieren beim Aushärten des Zements zu „Tobermoritphasen“.

  30. 4 Gas/Solid - System • Die Gaseinschlüsse erfolgen im nm – Maßstab rgasrgtartgartart Aufnahme: 300 kV Hochauflösung im Transmissions-Elektronenmikroskop

  31. 4 Gas/Solid - System • Ytong® Steine ca. 1 Milliarde Euro Umsatz der Xella-Gruppe im Bereich Baustoffe (2008) Abb. Ytong-Stein, aus: http://www.bau-docu.at/5/pdcnewsitem/00/82/65/ytong.jpg

  32. 5 Liquid/Gas - System • Versuch 6a: Nebel Ausgangsstoffe: - Trockeneis CO2 - heißes Wasser H2O • Versuch 6b: Kunstnebel - Propylenglycol C3H8O2 - Wasser H2O

  33. 5 Liquid/Gas - System • Auswertung Versuch 6a Abb.: Phasendiagramm des Wassers, aus: Hollemann, Wiberg, 2007

  34. 5 Liquid/Gas - System • Auswertung Versuch 6b • Vorteil gegenüber Trockeneis - Ausgangsstoffe sind lang lagerungsfähig - geringer Aufwand bei der Lagerung - geringe Kosten bei gleichzeitiger Flexibilität der Anwendung

  35. 6 Liquid/Solid - System • Demonstration 3: Opal Der Opal ist ein amorphes Mineral der Zusammensetzung SiO2. nH2O. Opale entstehen durch Polykondensation von Kieselsäure. Dabei kommt es zur kolloidalen Einlagerung von Wasser.

  36. 7 Einordnung in den Lehrplan • V1 - 10. Klasse Redoxreaktionen in wässriger Lösung • V2 - 10. Klasse Elektrolyse • V3 - 10. Klasse Elektrolyse, Redoxreaktionen Alternativ: Wahlthema im Bereich Angewandte Chemie, 12. Klasse • D1 - 7. Klasse Diffusion im Teilchenmodell

  37. 7 Einordnung in den Lehrplan • V4 - 12. Klasse Chemisches Gleichgewicht Fakultativ: im Bereich Abwasserreinigung, Fällungsreaktionen, 12. Klasse • V5 - 12. Klasse Chemisches Gleichgewicht • D2 - 10. Klasse Redoxreaktionen • V6 - 7. Klasse Aggregatzustände und Übergänge • D3 - 7. Klasse Erhitzen zur Stofftrennung, Stoffgemische Optional und optimal: Projektwoche

  38. 8 Literatur • Atkins, P. W., de Paula, J., Kurzlehrbuch Physikalische Chemie, 4. Auflage, Wiley-VCH, Winheim 2008. • Heinzerling, P., Nanochemie in der Schule: Eine historisch experimentelle Annäherung, in: PdN – ChiS (1/2006), S. 32 – 36. • Hoffmann, T., Kolloide, in: ChiuZ (1/2004), S. 24 – 35 • Holleman, A. F., Wiberg, N., Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Auflage, Walter de Gruyter, Berlin 2007. • Jannasch, S., Duvinage, B., Eigenschaften von Kolloiden experimentell ermittelt, in: PdN – ChiS (7/2006), S. 25 – 28. • Kouetz, J., Kolloidchemie – Von der Alchemie zur Nanotechnologie, in: PdN – ChiS (7/2006), S. 2 – 4. • List, P. H., Arzneiformenlehre, Ein Lehrbuch für Pharmazeuten, 4. Auflage, Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft, Stuttgart 1985. • Mortimer, C. E., Müller, U., Chemie. Das Basiswissen der Chemie, 9. Auflage, Thieme, Stuttgart 2007. • Pötter, M., Vom Stoffgemisch z den Kolloiden, in: PdN – ChiS (7/2006), S. 5 – 17. • Tuckermann, R., Wipper, K., Cammenga, H. K., Demonstrationsversuche zur Herstellung und zu den Eigenschaften von Kolloiden, in: PdN – ChiS (7/2006), S. 18 – 24. • Voigt, R., Pharmazeutische Technologie. Für Studium und Beruf, 7. Auflage, Ullstein Mosby, Berlin 1993.

  39. 8 Literatur • http://images.google.de/imgres?imgurl=http://www.geo-reisecommunity.de/bild/regular/140601/Sevilla-Kathedrale.jpg&imgrefurl=http://www.geo-reisecommunity.de/bild/140601/Spanien-Sevilla-Kathedrale&usg=__ni3BPGht6x7SEPsxcRAa8phGgjA=&h=733&w=550&sz=105&hl=de&start=12&tbnid=_KfXARIR_qTGEM:&tbnh=141&tbnw=106&prev=/images%3Fq%3Dsevilla%2Bkathedrale%26gbv%3D2%26hl%3Dde • www.xella.de/downloads/deu/press/1_Xella_auf_Wachstumskurs_61.doc • matsci.iw.uni-halle.de/Kressler/EDUCATION/lectures/VOScript6-PhysChemPharm.doc – • http://books.google.de/books?id=t0t1g7CN0BMC&pg=PA59&lpg=PA59&dq=ausf%C3%A4llen+von+kolloiden&source=bl&ots=BZ-KYsosgL&sig=mmRMnV9xP7qml3rislNFrQqEp10&hl=de&ei=GUUuSovGPMKwsAa6-oC_CQ&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=1 • http://www.rechtsklick.org/alt/online_lesen/Jahresarbeit_Komplett-img3.png • http://www.bau-docu.at/5/pdcnewsitem/00/82/65/ytong.jpg • http://darwin.bth.rwth-aachen.de/opus3/volltexte/2006/1371/pdf/Noyong_Michael.pdf

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