Funktionsweise/Eigenschaften Anwendungen/Beispiele. Tenside. Helge Rütz. 16. November 2007

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1 Funktionsweise/Eigenschaften Anwendungen/Beispiele 16. November 2007

2 Funktionsweise/Eigenschaften Anwendungen/Beispiele... sind Substanzen, die Grenzflächenspannung herabsetzen. ermöglichen Vermengung nicht ineinander löslicher Flüssigkeiten sind für eine Reihe weiterer Effekte verantwortlich.

3 Funktionsweise/Eigenschaften Anwendungen/Beispiele Gliederung 1 Funktionsweise/Eigenschaften Grundlagen Anordnung 2 Anwendungen/Beispiele Flößen Reinigung weitere Anwendungen

4 Funktionsweise/Eigenschaften Anwendungen/Beispiele Grundlagen Anordnung Funktionsweise bestehen aus... Molekülketten, deren Enden unterschiedliche Affinitäten in Bezug auf Wasser haben. hydrophober Teil wasserabweisend besteht aus Alkylgruppe (CH 3 (CH 2 ) n ) hydrophiler Teil wasserliebend ionisch, nicht-ionisch,...

5 Funktionsweise/Eigenschaften Anwendungen/Beispiele Grundlagen Anordnung Hydrophiler Molekülkopf anionisch z.b. Seife CO 2 kathionisch z.b. quartäre Ammonium-Gruppe R 4 N + nicht-ionisch z.b. Alkohol OH oder Ether O

6 Funktionsweise/Eigenschaften Anwendungen/Beispiele Grundlagen Anordnung Verteilungskoeffizient Tendenz eines Tensids sich eher in Wasser oder Öl zu lösen ermittelbar durch Verteilungskoeffizient k Im Gleichgewicht ist konstant. Verteilungskoeffizient Konz. in Öl Konz. in Wasser = c O c W =: k k > 1: hydrophober Anteil überwiegt (lange Alkylketten) k < 1: hydrophiler Anteil überwiegt (kurze Alkylketten) ermöglicht Klassifizierung Problem: Abhängig von Art des Öls, Messung schwierig für extreme k

7 Funktionsweise/Eigenschaften Anwendungen/Beispiele Grundlagen Anordnung HLB HLB = hydrophilic lipophilic balance : Arbeit, ein Molekül von Wasser in Öl zu bringen = U H n H U L n L U H, U L : Transferenergie einer hydrophilen / lipophilen Molekülgruppe n H, n L : Anzahl der hydrophilen / lipophilen Molekülgruppen in einem Mölekül Verteilungskoeffizient: ( ) k = exp k B T

8 Funktionsweise/Eigenschaften Anwendungen/Beispiele Grundlagen Anordnung HLB hydrophilic lipophilic balance HLB = 7 + m L n L m H n H mit phänomenologischen Koeffizienten m L, m H für übliche ist 0 HLB 14 k = 1 HLB = 7

9 Funktionsweise/Eigenschaften Anwendungen/Beispiele Grundlagen Anordnung Anordnung in Wasser - Mizellen Mizellen Gruppe von i Tensid-Molekülen in Wasser kann sich als Mizelle anordnen. Radius R = 3n L v L S v L : Volumen pro hydrophober Gruppe Anzahl Moleküle pro Mizelle i n 2 L

10 Funktionsweise/Eigenschaften Anwendungen/Beispiele Grundlagen Anordnung Anordnung in Wasser Kritische Mizellenkonzentration Kritische Mizellenkonzentration cmc = 1 ( V exp n ) LU L 2k B T c < cmc: isolierte Moleküle c > cmc: Mizellenbildung für große n L (lange Molekülketten) ist cmc klein schon bei geringen Tensid-Konzentrationen bilden sich Mizellen

11 Funktionsweise/Eigenschaften Anwendungen/Beispiele Grundlagen Anordnung Anordnung an Oberfläche Energiegewinn durch Anordnung an Oberfläche, als unlöslicher Schicht Tensid ist nicht in Wasser löslich. löslicher Schicht Tensid ist in Wasser löslich.

12 Funktionsweise/Eigenschaften Anwendungen/Beispiele Grundlagen Anordnung Anordnung an Oberfläche unlösliche Schicht Oberflächenspannung γ(s) = γ 0 Π(S) γ(s): Oberflächenspannung mit Tensid γ 0 : Oberflächenspannung von Wasser Π(S): angelegte Spannung

13 Funktionsweise/Eigenschaften Anwendungen/Beispiele Grundlagen Anordnung Anordnung an Oberfläche unlösliche Schicht Oberflächenspannung γ(s) = γ 0 Π(S) Oberflächenspannung sinkt bei Zugabe von Tensid

14 Funktionsweise/Eigenschaften Anwendungen/Beispiele Grundlagen Anordnung Anordnung an Oberfläche lösliche Schicht Lösliches Tensid Bei steigender angelegter Spannung Π steigt Konzentration c des Tensids im Wasser. Mit steigender Konzentration sinkt die Oberflächenspannung.

15 Funktionsweise/Eigenschaften Anwendungen/Beispiele Flößen Reinigung weitere Anwendungen Flößen Flößen: Gewinnung von Metallen aus Erz Erze bestehen aus... Metallen (leicht hydrophil) Gestein (stark hydrophil) Flößen Zerstoßenes Erz wird in Tensidlösung gegeben. Luftbläschen werden eingepumpt.

16 Funktionsweise/Eigenschaften Anwendungen/Beispiele Flößen Reinigung weitere Anwendungen Flößen Luftbläschen größer als Erzkörner: Luftbläschen kleiner als Erzkörner: Metallpartikel (M) heften sich an Luftblase. Luftbläschen (L) heften sich an Metallpartikel. Bedingung γ ML γ MW < γ

17 Funktionsweise/Eigenschaften Anwendungen/Beispiele Flößen Reinigung weitere Anwendungen Flößen weitere Bedingungen γ GL γ GW > γ Gestein vollständig von Wasser umgeben Gewicht des Metalls nicht zu groß

18 Funktionsweise/Eigenschaften Anwendungen/Beispiele Flößen Reinigung weitere Anwendungen Reinigung Hydrophobes Schmutzpartikel befindet sich auf hydrophober Oberfläche. Hinzugabe von Tensidlösung Tensidmoleküle setzen sich an Schmutzpartikel ab und lassen es hydrophil werden.

19 Funktionsweise/Eigenschaften Anwendungen/Beispiele Flößen Reinigung weitere Anwendungen Reinigung Energieabsenkung γ SW γ SW und γ F W γ F W Bedingung für Ablösung des Schmutzpartikels γ SW + γ F W < γ SF mit γ SF : Grenzflächenenergie Schmutzpartikel-Feststoff weitere Anforderungen an Tensid: wasserlöslichkeit: HLB > 7 nicht zu lange hydrophobe Molekülketten, da Lösung sonst zu viskos d.h. hohe HLB ( 13 14)

20 Funktionsweise/Eigenschaften Anwendungen/Beispiele Flößen Reinigung weitere Anwendungen Weitere Anwendungen Emulsionen Mischen von Wasser und Öl mithilfe von n Emulsion von Öl in Wasser bei HLB > 7 Emulsion von Wasser in Öl bei HLB < 7 Benetzung / Entnetzung Benetzung: Gleichmäßiges Verteilen von Lösung auf Oberfläche HLB 7 Entnetzung: Siehe Reinigung

21 Funktionsweise/Eigenschaften Anwendungen/Beispiele Flößen Reinigung weitere Anwendungen Weitere Anwendungen Schaumbildung / Seifenblasen Doppellagiger Film von Tensidmolekülen hydrophobe Enden zeigen nach außen

22 Funktionsweise/Eigenschaften Anwendungen/Beispiele Flößen Reinigung weitere Anwendungen Ende Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

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