Μικκυλιακές ιδιότητες επιφανειοδραστικής ουσίας δέκυλ τριμεθυλαμμώνιοβρωμιδίου σε μίγματα ύδατος-αιθυλενογλυκόλης

                                      Εισαγωγή

Τα κολλοειδή είναι από τα πιο γνωστά παραδείγματα φυσικοχημικών συστημάτων με κύριο χαρακτηριστικό την ικανότητα αυτο-οργάνωσης της δομής τους. Ο όρος κολλοειδή καθιερώθηκε από τον  T.Graham το 1861, προκειμένου να χαρακτηριστούν οι ουσίες που όταν ειναι διεσπαρμένες σε κατάλληλο μέσο δεν διέρχονται από τους πόρους των ζωικών μεμβρανών. Αργότερα διαπιστώθηκε ότι η κολλοειδής κατάσταση είναι γενική ιδιότητα της ύλης και πως υπό ορισμένες προϋποθέσεις όλα τα σωματίδια μπορούν να σχηματίσουν κολλοειδή διαλύματα.

Στην καθημερινή ζωή η χρήση των κολλοειδών είναι αρκετά διαδεδομένη και κατά συνέπεια η μελέτη τέτοιων συστημάτων αρκετά σημαντική. Μια πληθώρα βιομηχανικών και τεχνολογικών προιόντων βασίζονται στα κολλοειδή και τις ιδιότητές τους. Αρκεί να αναφερθούν οι βαφές, τα χρώματα, τα μελάνια καθώς και προιόντα βιομηχανιών τροφίμων και φαρμακοβιομηχανιών ως παραδείγματα σταθεροποιημένων κολλοειδών¹. Η βαφή υφάνσιμων ινών και η επεξεργασία δερμάτων βασίζονται στην κροκίδωση κολλοειδών συστημάτων όπως χρωστικών και δεψικών υλών. Η ικανότητα προσρόφησης μορίων του μέσου διασποράς από τα κολλοειδή σωματίδια και η συσσωμάτωσή τους σε δομές που ονομάζονται μικκύλια συναντάται στις επιφανειοδραστικές ουσίες (σάπωνες και απορρυπαντικά). Ακόμη και στις βιομηχανίες παραγωγής πυρηνικής ενέργειας οι ιδιότητες των κολλοειδών χρησιμοποιούνται για τη διαχείρηση ραδιενεργών αποβλήτων.

Η ύπαρξη και η καταστροφή βιολογικών συστημάτων οφείλεται σε κολλοειδή που περιέχουν, όπως οι βιομεμβράνες που περικλείουν τα κύτταρα των ζωντανών οργανισμών. Η βαθμιαία κροκίδωση των κολλοειδών προκαλεί τη γήρανση και το θάνατο τέτοιων κυττάρων. Η λυοφιλία είναι μια απ΄τις αντιστρεπτές ιδιότητες των κολλοειδών που βρίσκει εφαρμογή στη γεωργία. Τα κολλοειδή έχουν την ικανότητα να κατακρατούν το νερό και το αποδίδουν στο φυτό σε περίοδο ξηρασίας.

Η σκέδαση φωτεινών ακτίνων από τα κολλοειδή σωματίδια (φαινόμενο Tyndall) αποτελεί βάση της λειτουργίας του υπερμικροσκοπίου, με το οποίο παρατηρούνται σωματίδια αόρατα με το συνηθισμένο μικροσκόπιο.

Στην εργασία αυτή μελετώνται οι ιδιότητες και η συμπεριφορά της επιφανειοδραστικής ουσίας C₁₀Me₃ σε διαλύτη που αποτελείται από μίγμα νερού-αιθυλενογλυκόλης και συζητάται η ικάνοτητα σχηματισμού μικκυλίων της ουσίας στο δ/τη αυτό. Επίσης συγκρίνονται τα πειραματικά αποτελέσματα με αυτά της βιβλιογραφίας απ΄τα οποία προκύπτουν συμπεράσματα για τη δομή των σχηματιζόμενων μικκυλίων, αλλά και την πολικότητά τους.

Η συνέχεια εδώ:  Μικκυλιακές ιδιότητες επιφανειοδραστικής ουσίας δέκυλ τριμεθυλαμμώνιοβρωμιδίου σε μίγματα ύδατος-αιθυλενογλυκόλης

Μοντέλο Ising σε μια διάσταση στο κανονικό στατιστικό σύνολο

Μοντέλο Ising σε μια διάσταση στο κανονικό στατιστικό σύνολο

Το μοντέλο Ising απλοποιεί τις αλληλεπιδράσεις των ατόμων ενός στερεού σε αλληλεπιδράσεις των spin τους και ειδικότερα μόνο μεταξύ πρώτων γειτόνων. Η αλληλεπίδραση των spin εκφράζεται μέσω μιας σταθεράς J, η οποία ονομάζεται και πεδίο ανταλλαγής και τείνει να ευθυγραμμίσει τα spins μεταξύ τους, δηλαδή τείνει να ευθυγραμμίσει τις μαγνητικές ροπές των spins. Το αποτέλεσμα είναι το σύστημα να εμφανίζει αυθόρμητη μαγνήτιση. Τα άτομα είναι τοποθετημένα σε κρυσταλλικό πλέγμα και το spin τους παίρνει τις τιμές +1 ή -1, ενώ το μαγνητικό πεδίο που παράγουν είναι Β με μαγνητική ροπή μ. 

Συνέχεια εδώ: Μοντέλο Ising

Νανοσωλήνες χωρίς άνθρακα

Νανοσωλήνες χωρίς άνθρακα

Χημεία Γ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης

Από τις παραδόσεις του μαθήματος:

1. ΓΛΘ - Κβαντομηχανική

2. ΓΛΘ - Περιοδικός Πίνακας


3. ΓΛΘ - Δομές Lewis

4. ΓΛΘ - Σύγχρονες Θεωρίες Χημικού Δεσμού

5. ΓΛΘ - Αντιδράσεις Οργανικής

6. ΓΛΘ - Θέματα Πανελληνίων Οργανικής

7. ΓΛΘ - Ιοντικά Διαλύματα

8. ΓΛΘ - Ιοντισμός Ασθενών Οξέων - Βάσεων

9. ΓΛΘ - pH, Άλας Ασθενούς Οξέος

10. ΓΛΘ - Επίδραση Κοινού Ιόντος

11. ΓΛΘ - Τυπολόγιο για το 3ο κεφάλαιο (Ι)

12. ΓΛΘ - Τυπολόγιο για το 3ο κεφάλαιο (ΙΙ)

13. ΓΛΘ - Ρυθμιστικά Διαλύματα

14. ΓΛΘ - Πρωτολυτικοί Δείκτες - Ογκομέτρηση



Παλιότερα Διαγωνίσματα, Τεστ και Ασκήσεις:

Ι. ΓΛΘ - Τεστ Περιοδικός Πίνακας

ΙΙ. ΓΛΘ - Τεστ Οργανική

ΙΙΙ. ΓΛΘ - Τεστ Οργανική Αντιδράσεις

ΙV. ΓΛΘ - Ασκήσεις για τα Χριστούγεννα

V. ΓΛΘ - 1ο Διαγώνισμα


VI. ΓΛΘ - 2ο Διαγώνισμα

VII. ΓΛΘ - 3ο Διαγώνισμα

VIII. ΓΛΘ - Ασκήσεις Πανελληνίων στο Κεφάλαιο 3

IX. ΓΛΘ - Ασκήσεις Επαναληπτικών Εξετάσεων στο Κεφ. 3

X. ΓΛΘ - 4ο Διαγώνισμα

ΧΙ. ΓΛΘ - Δύωρο Διαγώνισμα στην Οργανική 

ΧΙΙ. ΓΛΘ - Μικρό Διαγώνισμα 1

ΧΙΙΙ. ΓΛΘ - Μικρό Διαγώνισμα 2

ΧΙV. ΓΛΘ - Μικρό Διαγώνισμα 3 

XV. ΓΛΘ - Θέματα Θεωρίας από το Κεφάλαιο 1

Χημεία Β Λυκείου Κατεύθυνσης

Από τις παραδόσεις του μαθήματος:

1. ΒΛΚ - Διαμοριακές Δυνάμεις

2. ΒΛΚ - Συνέπειες Διαμοριακών Δυνάμεων

3. ΒΛΚ - Ώσμωση και Ωσμωτική Πίεση

4. ΒΛΚ - Ενεργειακές Μεταβολές

5. ΒΛΚ - Πρότυπες Ενθαλπίες

6. ΒΛΚ - Ταχύτητα Αντίδρασης

7. ΒΛΚ - Κατάλυση και Νόμος Ταχύτητας Αντίδρασης

8. ΒΛΚ - Χημική Ισορροπία

9. ΒΛΚ - Οξειδοαναγωγή

Παλιότερα Διαγωνίσματα, Τεστ και Σετ Ασκήσεων:

Ι. ΒΛΚ - Ασκήσεις για τα Χριστουγέννα

ΙΙ. ΒΛΚ - Ασκήσεις Χημική Ισορροπία 1

ΙΙΙ. ΒΛΚ - Ασκήσεις Χημική Ισορροπία 2

ΙV. ΒΛΚ - 1ο Διαγώνισμα

V. ΒΛΚ - 2ο Διαγώνισμα

VI. ΒΛΚ - Διαγώνισμα Ταχύτητα Αντίδρασης

VII. ΒΛΚ - 3ο Διαγώνισμα

VIII. ΒΛΚ -  Ασκήσεις Επανάληψης

VIV. ΒΛΚ - 4ο Διαγώνισμα 

Χημεία Β Λυκείου Γενικής Παιδείας

Από τις παραδόσεις του μαθήματος:

1. ΒΛΓ - Προαπαιτούμενα από Α Λυκείου

2. ΒΛΓ - Εισαγωγή στην Οργανική Χημεία

3. ΒΛΓ - Ονοματολογία Οργανικών Ενώσεων

4. ΒΛΓ - Τύποι και Ομόλογες Σειρές

5. ΒΛΓ - Ισομέρεια Οργανικών Ενώσεων

6. ΒΛΓ - Νάφθα, Μεθάνιο, Φυσικό Αέριο, Βιοαέριο

7. ΒΛΓ - Καύση

8. ΒΛΓ - Αλκάνια

9. ΒΛΓ - Αλκένια

10. ΒΛΓ - Αλκίνια

11. ΒΛΓ - Ατμόσφαιρα

12. ΒΛΓ - Κορεσμένες Μονοσθενείς Αλκοόλες

13. ΒΛΓ - Επανάληψη στις Αντιδράσεις Οργανικής

14. ΒΛΓ - Μεθοδολογία Ασκήσεων

Παλιότερα Διαγωνίσματα, Τεστ και Ασκήσεις:

15. ΒΛΓ - Ασκήσεις για τα Χριστούγεννα

16. ΒΛΓ - Ασκήσεις για το Πάσχα

17. ΒΛΓ - 1ο Διαγώνισμα

18. ΒΛΓ - 2ο Διαγώνισμα

19. ΒΛΓ - 3ο Διαγώνισμα

20. ΒΛΓ - Τεστ 1 Κεφάλαιο 1

21. ΒΛΓ - Τεστ 2 Κεφάλαιο 1

22. ΒΛΓ - Τεστ 3 Κεφάλαιο 1

23. ΒΛΓ - Τεστ 4 Κεφάλαιο 1

24. ΒΛΓ - Τεστ 1 Κεφάλαιο 2

25. ΒΛΓ - Τεστ 2 Κεφάλαιο 2

26. ΒΛΓ - Τεστ Κεφάλαιο 3

27. ΒΛΓ - Τεστ Καύση 1

28. ΒΛΓ - Τεστ Καύση 2

29. ΒΛΓ - Επαναληπτικό Διαγώνισμα

30. ΒΛΓ - 4ο Διαγώνισμα 

Ηλεκτροχημική Φασματοσκοπία Εμπέδησης - EIS (Μάθημα Ι)

Ηλεκτροχημική Φασματοσκοπία Εμπέδησης - EIS (Μάθημα Ι)

Μια από τις πιο διαδεδομένες ηλεκτροχημικές τεχνικές που χρησιμοποιούνται στον προσδιορισμό των παραμέτρων διάβρωσης ενός υλικού είναι η Ηλεκτροχημική Φασματοσκοπία Εμπέδησης-ΗΦΕ (Electrochemical Impedance Spectroscopy-EIS). Με την EIS εξετάζεται η εμπέδηση (σύνθετη αντίσταση) μιας διεπιφάνειας σε μια ευρεία περιοχή συχνοτήτων. Από τις σχετικές αποκρίσεις προτείνονται αντίστοιχα RC κυκλώματα και με μαθηματικές τεχνικές προσαρμογής υπολογίζονται οι τιμές των R και C. Η μέθοδος χρησιμοποιείται για να καθοριστούν:

1. οι ιδιότητες της ηλεκτρικής διεπιφάνειας, όπως ο ρυθμός αντίδρασης, οι σταθερές ταχύτητας, η ηλεκτροχωρητικότητα, οι συντελεστές διάχυσης, η σταθερά ταχύτητας προσρόφησης, οι μηχανισμοί σντιδράσεων

2. οι παράμετροι του υλικού, όπως η αγωγιμότητα, η διηλεκτρική σταθερά, η ευκινησία φορτίου, το πάχος φιλμ η παρουσία πόρων και ρωγμών

Πλεονεκτήματα της EIS

-         Τα λαμβανόμενα δεδομένα μπορούν να περιγραφούν με τη χρήση ισοδύναμων κυκλωμάτων

-         Όλες οι ηλεκτρικές παράμετροι του συστήματος καθορίζονται με ένα μόνο πείραμα

-         Χαρακτηρίζει τις ιδιότητες του μακροσκοπικού υλικού και της διεπιφάνειας κάθε είδους υλικού (αγωγοί, ημιαγωγοί, διηλεκτρικά)

-         Μπορεί να χρησιμοποιηθεί στα διαλύματα ηλεκτρολυτών με μικρή αγωγιμότητα χωρίς σημαντικές απώλειες ρεύματος

-         Μη καταστροφική μέθοδος

Αρχή λειτουργίας

Εφαρμόζουμε μια διέγερση στο μελετούμενο σύστημα και παρατηρούμε την ανταπόκρισή του (σχήμα 1) γενικά συναρτήσει της συχνότητας, όπως σε άλλες φασματοσκοπικές μεθόδους (σχήμα 2).

 

Σχήμα 1. Γενική αρχή λειτουργίας της EIS

 Σχήμα 2. Διατάξεις φασματοφωτομετρίας και ηλεκτροχημικής μέτρησης

Εφαρμόζουμε ένα δυναμικό (ημιτονοειδές κύμα) και παρατηρούμε την ανταπόκριση του ρεύματος που είναι ένα ημιτονοειδές κύμα στην ίδια συχνότητα αλλά με διαφορετικό πλάτος και φάση από το σήμα του δυναμικού (σχήμα 3).

Σχήμα 3. Το εξερχόμενο ρεύμα Ι_ΑC^εξ έχει διαφορετικό πλάτος και διαφορετική φάση από το σήμα του δυναμικού V_ΑC^ες.

Σύμφωνα με το νόμο του Ohm για έναν αγωγό που διαρέεται από συνεχές ρεύμα Ι, με μια ωμική αντίσταση R, η τάση στα άκρα του ΔΕ θα είναι:

Αν θεωρήσουμε ένα ημιτονοειδώς μεταβαλλόμενο δυναμικο u:

, όπου ω είναι η γωνιακή συχνότητα του ημιτονοειδούς κύματος κάθε χρονική στιγμή t και V το πλάτος του.

Το εναλασσόμενο ρεύμα  θα είναι:

Η συνολική αντίσταση στην κίνηση των ηλεκτρονίων μέσα σε ένα ηλεκτροχημικό στοιχείο, προερχόμενη από αντιστάσεις, πυκνωτές, πηνία, ονομάζεται εμπέδηση, συμβολίζεται με Ζ, μονάδα μέτρησης 1Ohm και δίνεται από την εξίσωση:

Σχήμα 4. Κύκλωμα Randles

Αν τώρα θεωρήσουμε μια διεπιφάνεια ηλεκτροδίου-διαλύματος σε ένα στοιχείο, τότε η χωρητικότητα αποδίδεται στη φόρτιση/εκφόρτιση της ηλεκτροχημικής διπλοστιβάδας. Παράλληλα υπάρχει η αντίσταση R_ct που αποδίδεται σε μια φαρανταϊκή αντίδραση (αντίδραση μεταφοράς φορτίου στην επιφάνεια των οπλισμών του πυκνωτή). Σε σειρά με το κύκλωμα υπάρχει και η ωμική αντίσταση του διαλύματος R_s (σχήμα 4). Έτσι σχηματίζεται το ισοδύναμο κύκλωμα Randles.

Διαγράμματα Niquist

Εφαρμόζουμε τη σχέση (2) για το ηλεκτρολυτικό κελί του σχήματος 5 και υπολογίζουμε τις τιμές της εμπέδησης Ζ για διάφορες τιμές ω.

Σχήμα 5. Παράδειγμα ισοδύναμου κυκλώματος

Στη συνέχεια σχεδιάζεται η γραφική παράσταση Nyquist (σχήμα 6) του φανταστικού μέρους σε συνάρτηση με το πραγματικό μέρος της σύνθετης αντίστασης Ζ για διάφορες τιμές ω. 

Σχήμα 6. Διάγραμμα Nyquist

Όπου

-       Η διάμετρος του ημικυκλίου ισούται με  και το κέντρο του στον άξονα των πραγματικών αριθμών έχει τιμή

-       H  αντιπροσωπεύει την απόσταση του ημικυκλίου από τον πραγματικό άξονα και δεν παρεμβάλεται στη μέτρηση.

Οπότε η εξίσωση (5) μετασχηματίζεται σε εξίσωση μορφής κύκλου:

, όπου το πραγματικό και το φανταστικό μέρος της εμπέδησης αντίστοιχα

Μειονεκτήματα μεθόδου

-       δύσκολη καταγραφή όλων των τιμών ω.

-       όλες οι γραφικές παραστάσεις έχουν την ίδια μορφή ακόμα και για διαφορετικές τιμές χωρητικότητας C.

Διαγράμματα Bode

Στο διάγραμμα Niquist φέρνουμε από την αρχή των αξόνων ευθεία που τέμνει το ημικύκλιο σε δύο σημεία. Από το δεύτερο σημείο τομής τραβάμε την κάθετο στον άξονα των πραγματικών. Έτσι σχηματίζεται ένα ορθογώνιο τρίγωνο (σχήμα 7) .

Σχήμα 7. Κατασκευή ορθογώνιου τριγώνου

Εφαρμόζωντας το πυθαγόρειο θεώρημα έχουμε:

Για τη γωνία θ που σχηματίζουν ο άξονας των πραγματικών αριθμών με την ευθεία έχουμε:

Τα γραφήματα logZ (σχήμα 8) και θ (σχήμα 9) συναρτήσει του  ονομάζονται διαγράμματα Bode. Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τα διαγράμματα Bode δείτε εδώ.
Σχήμα 9. Διάγραμμα θ = f(ω)   Αντίθετα με τα διαγράμματα Niquist, οι γραφικές παραστάσεις Bode παρέχουν πληροφορία για τη συχνότητα.