1. Omów zastosowanie aerozoli.

Aerozole to układ którym ośrodkiem dyspersyjnym jest faza gazowa, a fazą dyspergowaną jest ciało stałe lub ciecz. Zjawiska Fizykochemiczne jakim ulegają aerozole jak:dyfuzjofereza, termofereza czy flokulacja determinują ich zastosowanie. Aerozole wykorzystywane są w medycynie np. do leczenia schorzeń układu oddechowego ( inhalatory), w przemyśle kosmetycznym ( dezodoranty, perfumy, spraye), w lakiernictwie oraz jako aerozole gaśnicze.

1. Piany- definicja , podział

Piany to układy heterofazowe, w których ciecz stanowi fazę ciągłą, a fazą rozproszoną jest gaz. Są to układy termodynamiczne niestabilne, więc stabilizuje się je poprzez obecność cząstek środków powierzchniowo czynnych np. surfaktantów na granicy faz. Kształt fazy rozproszonej jest podstawą podziału pian: wyróżniamy piany kulkowe i piany wielościenne(poliedryczne). Piana kulkowa składa się z oddzielnych pęcherzyków gazu, które nie oddziałują na siebie. Piana poliedryczna powstaje w obecności środków powierzchniowo-czynnych, a poszczególne pęcherzyki gazu są oddzielone od siebie cienkimi błonkami.

1. Od czego zależy trwałość piany i w jaki sposób ją zwiększyć?

Trwalość piany jest uzależniona od lepkości. W ośrodku o małej lepkości piany ulegają rozpadowi ( woda gazowana), im wyższa lepkość tym trwałość piany jest większa. Trwałość pian można zwiększyć poprzez zwiększenie lepkości, bądź zastosowanie środków powierzchniowo- czynnych, które stabilizują pianę zmniejszając tym samym napięcie powierzchniowe na granicy faz.

1. Zastosowanie pian.

Zastosowanie:

• Przemysł kosmetyczny (pianki do golenia i włosów, mydła, płyny do kąpieli i.t.p)

• Przemysł spożywczy (bita śmietana, przy produkcji ciast i.t.p)

• Piany gaśnicze

W sposób pośredni przy produkcji:

• Pianobetonu

• Gumy porowatej

• Szkła porowatego

• Porowatych tworzyw sztucznych

Piana nie pozostaje w wyrobie, jest jedynie nośnikiem pęcherzyków gazu w trakcie produkcji!!

Zastosowanie pian stałych:

• Pumeks kosmetyczny

• steropian

1. Na czym polega solubilizacja micelarna?

Polega na tworzeniu układów micelarnych (koloidów), złożonych z substancji rozpuszczanej i solubilizatorów, które są w tym przypadku cząsteczkami amfifilowymi, powierzchniowo czynnymi. Cząsteczki solubilizatora układają się w malutkie pęcherzyki (micele), orientując się częścią hydrofobową do środka, a hydrofilową na zewnątrz i tworząc w ten sposób środowisko hydrofobowe wewnątrz miceli. Do wnętrza miceli mogą przechodzić substancje lipofilowe, które dzięki obecności otoczki stają się rozpuszczalne w wodzie.

Solubilizatory micelarne dodaje się do roztworu w mniejszych ilościach niż solubilizatory hydrotropowe.

1. Wyjaśnij pojęcia: dyfuzja, gradient stężenia, współczynnik dyfuzji.

Dyfuzja to przepływ masy wywołany gradientem stężenia w warunkach izotermicznych. Zjawisko dyfuzji dotyczy układów molekularnych i koloidalnych.

Gradient stężenia to spadek stężenia na jednostkę długości x w kierunku od roztworu do rozpuszczalnika. Gradient stężenia= dc_g / dx .

Współczynnik dyfuzji dla danego rozpuszczalnika charakteryzuje podatność cząstki koloidalnej do dyfuzji i zależy od:
- wielkości cząsteczki koloidalnej
- kształtu cząsteczki koloidalnej.

1. Omów I prawo Ficka, podaj definicję, wzór.

Pierwsze prawo Ficka jest stosowane w opisie procesów dyfuzji, np. kiedy stężenie strumienia dyfuzji objętościowej nie zmienia się z czasem J_in = J_out.
W przestrzeni jednowymiarowej strumień dyfuzji wynosi:

gdzie:

J jest strumieniem składnika (ilość substancji przepływająca przez jednostkowy przekrój w jednostce czasu) [(ilość substancji) x długość⁻² x czas^-1], np.

D jest współczynnikiem proporcjonalności dyfuzji w jednostce [długość² x czas^-1], np.

Φ jest stężeniem [(ilość substancji) x długość^-3], np.

x jest odległością od źródła dyfundującej substancji [długość], np. m

Zgodnie z prawem Ficka szybkość dyfuzji, czyli ilość gramów substancji rozproszonej przeniesiona przez granicę zetknięcia w jednostce czasu jest proporcjonalna do:
- gradientu stężenia dc_g / dx
- powierzchni zetknięcia A.

1. Omów wzór Einsteina-Smoluchowskiego.

Współczynnik dyfuzji D z wielkością cząstek r i lepkością (eta) opisuje równanie Einsteina-Smoluchowskiego.Wzór wyprowadzony w ramach teorii ruchów Browna określający średnią wartość kwadratu przemieszczenia r cząstki wykonującej te ruchy w czasie .

D- współczynnik dyfuzji r- wielkość cząstek η- lepkość T –temperatura R- stała gazowa

1. Co to jest ciśnienie osmotyczne roztworu koloidalnego?

(Ciśnienie osmotyczne roztworu koloidalnego ma taki sam sens fizyczny 

jak dla roztworów rzeczywistych. Miarą ciśnienia osmotycznego jest 

ciśnienie, które należy przyłożyć do membrany, półprzepuszczalnej od 

strony roztworu koloidalnego, aby zahamować przechodzenie czystego 

rozpuszczalnika do roztworu.. Ciśnienie osmotyczne roztworów 

koloidalnych jest znacznie niższe niż dla roztworów rzeczywistych)

1. Wyjaśnij dlaczego w roztworach koloidalnych lepkość jest większa niż w roztworach rzeczywistych?

 (Lepkość roztworów koloidalnych jest znacznie większa aniżeli roztworów rzeczywistych. Decyduje to tym kształt oraz wielkość cząstek w roztworze koloidalnym. W roztworze rzeczywistym cząstki mają wielkość poniżej 1nm.)

1. Podaj wzór Einsteina dotyczący lepkości i wyjaśnij jego składowe.

Ułamek objętościowy substancji rozproszonej:

gdzie:

N - liczba cząstek

V - objętość pojedynczej cząstki

V₀=N_v+V_rozp

_{eta - lepkosć}

_{eta zero - lepkosć rozpuszczalnika}

1. Co to są emulsje?

Emulsjami nazywamy układ dwóch faz w stanie ciekłym , pod warunkiem że ciecze te nie mieszają się ze sobą , lub ich rozpuszczalność względem siebie jest bardzo ograniczona.

Emulsje możemy podzielić na dwa układy nazywane i oznaczane jako olej w wodzie i woda w oleju. W pierwszym przypadku czyli O/W fazą rozproszoną jest faza hydrofobowa nazywana olejem a fazą rozpraszającą faza hydrofilowa nazywana wodą. Emulsja W/O to cząsteczki fazy hydrofilowej zawieszone w fazie hydrofobowej

1. Wyjaśnij: dyspersja i stopień dyspersji.

Dyspersja – stan (także proces) rozdrobnienia substancji rozproszonej (zawieszonej) w układach koloidalnych.
Stopień dyspersji δ określany jest stosunkiem powierzchni fazy rozproszonej s do objętości tej fazy v:
δ = s/v cm^-1
Dla cząstek kulistych stopień dyspersji cząstek powiązany jest z ich promieniem r zgodnie z równaniem:
δ = 3/r

1. Solubilizacja micelarna-na czym polega?

Polega na tworzeniu układów micelarnych (koloidów), złożonych z substancji rozpuszczanej i solubilizatorów, które są w tym przypadku cząsteczkami amfifilowymi, powierzchniowo czynnymi. Cząsteczki solubilizatora układają się w malutkie pęcherzyki (micele), orientując się częścią hydrofobową do środka, a hydrofilową na zewnątrz i tworząc w ten sposób środowisko hydrofobowe wewnątrz miceli. Do wnętrza miceli mogą przechodzić substancje lipofilowe, które dzięki obecności otoczki stają się rozpuszczalne w wodzie. Solubilizatory micelarne dodaje się do roztworu w mniejszych ilościach niż solubilizatory hydrotropowe.

1. Co to jest termoforeza i gdzie występuje?

2. Co to są emulgatory, przykłady?

W celu obniżenia napięcia powierzchniowego między fazami emulsji wykorzystuje się substancje trzecie, zwane emulgatorami. Budowa emulgatorów powoduje, że umieszczają się one na granicy faz, jedną częścią "zanurzone" w fazie hydrofilowej a drugą w hydrofobowej. Tworząc monomolekularną warstwę przyjmując na siebie "bycie granicą faz", ponieważ ich powinowactwo do obu faz jest podobne, powodują praktycznie zanik napięcia powierzchniowego (dobre emulgatory) lub przynajmniej jego poważne obniżenie (środki powierzchniowe czynne) i tym sposobem stabilizują emulsje.

Emulgatory naturalnie występujące :żelatyna cholesterol lanolina żółtka jaj dekstryna lecytyna guma arabska sproszkowane substancje stałe (bentonity, ziemia okrzemkowa, węgiel)

Inne przykłady: mydła (aniony kwasów tłuszczowych) ,aniony monoestrów kwasu siarkowego aniony alkilosulfonowe; czwartorzędowe sole amoniowe, czwartorzędowe heterocykliczne związki amoniowe (pochodne pirydyny); ugrupowanie alkoholu wielowodorotlenowego,

1. Podaj i omów procesy starzenia emulsji.

śmietankowanie gromadzenia się fazy rozproszonej na powierzchni na skutek działania sił wyporności cieczy. Sprzyjać temu będzie duża różnica gęstości cieczy i większy promień kulek f. rozproszonej emulsji. Nazwa pochodzi od naturalnego procesu gromadzenia się śmietany na powierzchni mleka, które w dużym uproszczeniu jest emulsja tłuszczu w wodzie.

Sedymentacja - opadanie na dno cząstek fazy rozproszonej pod wpływem sił przyciągania ziemskiego

Flokulacja - zjawisko tworzenia skupisk (agregatów) przez małe cząstki z zachowaniem swojej indywidualności. Cząstki te są rozdzielone cząsteczkami rozpuszczalnika. Cząstki flokulatu tracą swoje właściwości kinetyczne, flokulat porusza się jako całość. Nie dochodzi do zmniejszenia powierzchni. Jest to proces odwracalny

Koalescencja - proces łączenia się małych cząstek z utworzeniem większej pojedynczej cząstki. Procesowi towarzyszy zmniejszenie powierzchni i entalpii swobodnej. Rozbicie emulsji na odrębne fazyW chmurach prowadzi do powstawania kropli deszczowych

Inwersja faz emulsji polega na nagłej zmianie typu emulsji. Wcześniejsza faza rozproszona staje się rozpuszczalnikiem, a dawna faza ciągła grupuje się w micele. Inwersję wywołują takie czynniki, jak: zbyt mała ilość emulgatora lub nieodpowiedni jego rodzaj, duże zmiany temperatury, za wysokie stężenie fazy wewnętrznej. Proces ten zachodzi ze wzrostem stężenia fazy rozproszonej.

Dojrzewanie oswaldowskie emulsji ma związek z ciśnieniem wewnątrz miceli, które jest wyższe niż w fazie zewnętrznej. W związku z tym rozpuszczalność fazy wewnętrznej jest wyższa w mniejszych micelach niż w większych. Podczas długiego przechowywania emulsji różnica ciśnień prowadzi do dyfuzji składników emulsji fazy wewnętrznej z mniejszych miceli do większych. Podczas tego procesu następuje wyrównanie ciśnień wewnątrz niejednorodnych miceli. Proces ten prowadzi do zaniku małych miceli na rzecz dużych. Prowadzi to do sedymentacji lub tzw. odstawania się emulsji. Zapobieganie temu zjawisku polega na wprowadzeniu wielocząsteczkowego surfaktanta lub zamrażaniu emulsji.

1. Co to są zole i czym się charakteryzują?

Zol – układ koloidalny w postaci cząstek koloidalnych rozproszonych w cieczy lub gazie.
Zole, których cząstki koloidalne są rozproszone w gazie, nazywane są gazozolami, natomiast gdy są rozproszone w cieczy, nazywane są liozolami. Zole, z ośrodkiem rozpraszającym w postaci cieczy, których cząstki koloidalne są tak blisko siebie, że układ zachowuje stabilność kształtu, nazywane są żelami.

1. Solwatacja hydrofobowa-na czym polega i gdzie występuje?

Solwatacja – proces otaczania cząsteczek rozpuszczanego związku chemicznego przez cząsteczki rozpuszczalnika.

Solwatacja występuje zwykle w rozpuszczalnikach silnie polarnych zwłaszcza, gdy rozpuszczany związek też ma silne własności polarne lub posiada wiązania jonowe. Rozpuszczalnik ma tendencję w takich przypadkach tworzyć dość trwałą otoczkę o grubości dochodzącej do 4-5 cząsteczek wokół cząsteczki rozpuszczonego związku. Otoczka ta – zwana otoczką solwatacyjną powstaje na skutek słabych oddziaływań elektrostatycznych. W niektórych reakcjach chemicznych otoczka solwatacyjna stanowi dużą przeszkodę spowalniającą reakcję. Z drugiej strony zjawisko solwatacji jest często wstępem do procesu dysocjacji elektrolitycznej w roztworach.

1. Struktury micel + schemat miceli anionionej

Micele to cząstki występujące w trwałych emulsjach. Tworzą je związki chemiczne o własnościach amfifilowych. Micele są kulistymi tworami zawierającymi od kilkudziesięciu do kilkuset cząsteczek.
Cząsteczki amfifilowe posiadają zwykle wydłużony kształt, przy czym jeden ich koniec ma własności polarne a drugi apolarne. W rozpuszczalnikach polarnych, polarny koniec każdej cząsteczki "poszukuje" polarnego środowiska, na skutek czego samorzutnie ustawia się na zewnątrz miceli. Drugi, apolarny koniec "chowa" się we wnętrzu miceli na skutek czego ma kontakt z apolarnymi końcami innych cząsteczek i jest jednocześnie odseparowany od rozpuszczalnika. W przypadku gdy emulsja tworzy się w rozpuszczalniku apolarnym struktura miceli jest dokładnie odwrotna - polarne końce cząsteczek znajdują się w jej wnętrzu, zaś apolarne na zewnątrz.