Assoziationskolloide (Micellkolloide)

Kolloide mit einem besonderen Molekiilaufbau. Sie bilden sich erst ab einer bestimmten Konzentration (Micellen). Micellkolloide entstehen beim Auflosen der reinen Substanzen, ohne dass Schutzkolloide oder Peptisatoren notwendig sind.

Beispiele: Losungen von Tensiden (z. B. Seife) oder Farbstoffen.

Eine weitere Moglichkeit der Einteilung von Kolloiden bezieht sich auf den Aggregatzu – stand von dispergierter Phase und Dispersionsmittel. So liegt beispielsweise bei fliissigen Aerosolen (z. B. Nebel) die Kombination flussige dispergierte Phase und gasformiges Dis­persionsmittel und bei festen Aerosolen (z. B. Rauch, Staub) die Kombination feste disper­gierte Phase und gasformiges Dispersionsmittel vor. Bei Emulsionen handelt es sich um die Kombination flussig-flussig (z. B. wassrige Olemulsion) und bei Messing oder bei Goldrubinglas um die Kombination fest-fest. In den nachfolgenden Betrachtungen wollen wir uns auf die Kombination feste disperse Phase und flussiges Dispersionsmittel, also auf kolloide Losungen, beschranken (s. a. Tab. 1.1).

Kolloide Losungen (Sole) erscheinen bei Anwendung relativ grober Untersuchungsmetho – den weitgehend homogen. Bestrahlt man sie jedoch mit einem Lichtstrahl, kann der Strah – lengang in der Losung beobachtet werden, da die kleinen dispergierten Partikel das Licht nach alien Seiten streuen (Tyndall-Effekt, Abb. 6.14). In echten Losungen bleibt der ein – fallende Lichtstrahl bei seitlicher Beobachtung unsichtbar („optisch leereu Fliissigkeit). Dass man den Lichtstrahl eines Projektors in einem mit Zigarettenrauch gefullten Raum oder den Lichtstrahl eines Autoscheinwerfers auf einem staubigen Weg sehen kann, ist ebenfalls auf den Tyndall-Effekt zuruckzufiihren.

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Подпись: Abbildung 6.14 Tyndall-Effektimage79Подпись: Linseimage80Licht-

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Die dispergierten Teilchen der Kolloide konnen im Elektronenmikroskop sichtbar gemacht werden. Eine Trennung ist durch Ultrafiltration mittels kiinstlicher, tierischer oder pflanz – licher Membranen mit einer mittleren Porenweite von ~10~8 m moglich.

Das wichtigste Dispersionsmittel zur Bildung kolloider Losungen ist das Wasser. Je nach dem Verhalten der dispergierten Teilchen gegenuber Wasser bezeichnet man die Kolloide als hydrophil oder hydrophob. Hydrophile Kolloide verhalten sich mehr oder weniger wie in Wasser geloste Stoffe, sie treten mit dem Wasser in Wechselwirkung. Hydrophobe Stoffe konnen naturgemaB nur dann in Losung gehalten werden, wenn man sie stabilisiert.

Damit sind wir bei einer der grundlegenden Fragen der Kolloidchemie angelangt, der Frage nach der Stabilitat kolloiddisperser Systeme. Wieso kommt es nicht zu einer Abnahme des Dispersionsgrades, indem groBere Partikel auf Kosten kleinerer anwachsen und sich die entstehenden Aggregate unter Aufhebung des Solzustandes (s. u.) spontan zusammenbal – len?

Die Stabilisierung erfolgt in Fall der hydrophoben bzw. hydrophilen Kolloide auf unter – schiedliche Weise:

Hydrophobe Kolloide. Kolloide Teilchen zeigen aufgrund ihrer groBen Oberflache ein betrachtliches Adsorptionsvermogen gegenuber bestimmten Ionen. Dabei kann es sich um Wasserstoff – bzw. Hydroxidionen des Losungsmittels Wasser oder um eine Ionenart der dispergierten Substanz handeln. Die elektrostatische AbstoBung der gleichsinnig aufgela – denen Teilchen bedingt die Stabilitat des Sols und verhindert den Zusammenschluss der kolloiden Teilchen zu groBeren Aggregaten. Die Ladungskompensation erfolgt durch die Gegenionen, die Ionenwolken um die kolloiden Teilchen ausbilden. Eine Aufladung kann auch durch Eigendissoziation von Kolloidteilchen mit dissoziationsfahigen Gruppen erfol – gen. Kolloide Hydroxide wie Fe(OH)3 oder Al(OH)3 spalten OH"-Gruppen ab und laden sich positiv auf. Sole aus Metallsulfiden wie As2S3 und Sb2S3 sind durch Adsorption liber – schussiger Sulfidionen (S2~) negativ aufgeladen. Will man die kolloide Losung wieder zum Ausflocken (Koagulation) bringen, muss die abstoBende Ladung der Teilchen kompensiert werden. Um dies zu erreichen, fUgt man der Losung leicht adsorbierbare Ionen entgegenge – setzter Ladung zu. Losungen hydrophober Kolloide sind deshalb generell empfindlich ge­genuber Elektrolytzusatz.

Hydrophile Kolloide. Im Gegensatz zur Stabilisierung der Teilchen durch elektrische Aufladung beruht die Stabilisierung hydrophiler Kolloide im Wesentlichen auf der Hydra – tation der dispergierten Teilchen. Die dispergierten Teilchen lagem adsorptiv oder Uber

Wasserstoffbruckenbindung Wassermolekule an und bauen Hydrathullen auf. Die gegen – seitige AbstoBung der Hydrathullen verhindert eine Aggregation der Teilchen zu groBeren Partikeln und stabilisiert die kolloide Losung. Beispiele fur hydrophile Kolloide sind orga- nische Sole, also Losungen von Makromolekiilen wie Starke, Proteine, Gummi, Harze und Gerbsauren. Verantwortlich fur die Ausbildung der Hydrathullen sind hydrophile polare Gruppen der dispergierten Teilchen, z. B. – COOH, – OH, – CHO und -NH2, sowie die Dipol – natur des Wassers.

Durch weitergehende Anlagerung von Wasser kann das Sol zu einer gallertartigen, wasser – reichen Masse (Gel) erstarren. Wichtige Beispiele sind konzentrierte Polykieselsaure – bzw. Aluminiumhydroxidlosungen. Falls nicht vorher Alterung eintritt, z. B. durch Teilchenver – groBerung bei den Polykieselsauren, kann das Gel durch Verdunnung mit Wasser wieder zum Sol gelost werden. Sol-Gel-Umwandlungen hydrophiler Kolloide sind mehrfach wie- derholbar (reversible Kolloide).

Koagulation

Sol ^ — Gel

flussig; disperse Teil – gallertartig; disperse Teilchen sind

chen sind weitgehend in weitmaschigen, von Losungsmit-

voneinander getrennt. telmolekulen unterbrochenen Gerti-

sten miteinander verbunden; ffeie Be – wegung nicht langer moglich.

Es genugt mitunter ein bloBes Schutteln, um die unregelmaBigen, schwachen Bindungen zwischen den dispergierten Teilchen zu losen und das Gel wieder zu verflussigen (Thi – xotropie). Nachdem die mechanische Storung aufhort, werden nach einer bestimmten Zeit die Bindungen wieder geknupft. Das Sol erstarrt wiederum zum Gel. Die Erscheinung der Thixotropie ist z. B. bei Ton-Wasser – bzw. Zement-Wasser-Mischungen anzutreffen. Zum Beispiel bewirken die mechanischen Schwingungen bei der Vibrationsverdichtung von Frischbeton eine deutlich bessere Beweglichkeit des Zementleimes.

Auch Losungen hydrophober Kolloide konnen in den Gelzustand iibergehen. Im Gegensatz zu den hydrophilen Kolloiden lassen sich die meisten Gele jedoch nach der Ausflockung nicht mehr in den Solzustand zuriickversetzen {irreversible Kolloide). Da hydrophobe Kolloide keine schutzende Wasserhulle besitzen, erfolgt bei der Koagulation ein irrever- sibler Zusammenschluss zu stabilen groBeren Teilchen bzw. Aggregates Diese Teilchen – vergroBerung ist durch den Zusatz eines Schutzkolloids vermeidbar. Schutzkolloide sind leicht adsorbierbare hydrophile Kolloide, die eine Stabilisierung der Losung hydrophober Kolloide bewirken. Die Teilchen des hydrophoben Kolloids nehmen durch Adsorption der Teilchen des hydrophilen Schutzkolloids selbst den Charakter eines hydrophilen Kolloids an.

Beachte: Der Begriff Sol als kolloide Losung darf nicht mit der sogenannten Sole ver – wechselt werden. Darunter versteht man Natriumchlorid – oder Steinsalzlosungen, die z. B. durch Einleiten von Wasser in Steinsalzlager erhalten und abgepumpt werden.

Kunststoffdispersionen (Кар. 10.4.5) und Bitumenlosungen (10.3) sind hinsichtlich der GroBe der dispergierten Teilchen im kolloiden Bereich bzw. im Grenzbereich zwischen kolloiddispersen und molekulardispersen Systemen einzuordnen.