Günter Jakob Lauth. Jürgen Kowalczyk. Einführung in die Physik. und Chemie der Grenzflächen und Kolloide. 4^ Springer Spektrum

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1 Günter Jakob Lauth Jürgen Kowalczyk Einführung in die Physik und Chemie der Grenzflächen und Kolloide 4^ Springer Spektrum

2 nhaitsverzeichnis Teil I Einführung und Grundlagen 1 Einführung 3 2 Betrachtungen zur Thermodynamik Innere Energie und Oberflächenenergie Die Legendre-Transformation 14 3 Kräfte zwischen Molekülen Allgemeine Betrachtung der Wechselwirkung Dipol-Dipol-Wechselwirkungen Induzierte Dipole Das Lennard-Jones-Potenzial /r6-Abhängigkeit bei Dipol-Dipol-Wechselwirkungen Wechselwirkung vieler Teilchen Die Hamaker-Theorie Näherungsweise Berechnung von Hamaker-Konstanten Die Derjaguin-Näherung Die Lifshitz-Theorie 50 4 Grenzflächenerscheinungen an flüssigen Phasengrenzen Einführung Grenzflächenenergie und zwischenmolekulare Kräfte Thermodynamik der Phasengrenzen Grenzflächenadsorption Adsorption an flüssigen Phasengrenzen Temperatur- und Druckabhängigkeit der Grenzflächenspannung Gekrümmte Oberflächen Nukleationstheorie 76 XV

3 Inhaltsverzeichnis 45 Die Young-Gleichung Kohäsionsarbeit - Zerteilung flüssiger und fester Körper 84 Experimentelle Methoden: Messung der Grenzflächenspannung Blasendruckmethode Steighöhenmethode Drahtbügelmethode Wilhelmy-Platten-Methode Tropfengewichtmethode Oberflächen-Laserlichtstreuung Tropfenkonturanalyse Grenzflächenspannung an festen Phasengrenzen Methode nach Zisman Methode nach Owens, Wendt, Rabel und Kaelble (OWRK-Methode) Methode nach Fowkes Methode nach Wu Methode nach Oss und Good Grenzflächenerscheinungen an festen Phasengrenzen Adsorptionsisotherme nach Langmuir BET-Isotherme Adsorptionsisotherme nach Freundlich Weitere Adsorptionsisothermen Adsorption an porösen Stoffen Adsorption von Polymeren aus der flüssigen Phase Chemische Fixierung Heterogene Katalyse 136 Diffusion Allgemeine Betrachtungen und Fick'sche Gesetze Die Einstein-Relation Die Nernst-Einstein-Relation Stokes-Einstein-Relation Einstein-Smoluchowski-Relation Transportprozesse in Festkörpern Sedimentationsprozesse Stochastische Beschreibung von Diffusionsprozessen Die Langevin-Gleichung Die Master-Gleichung 185 Messung der Diffusionskoeffizienten Allgemeine Verfahren Permeationsmessungen Messung zeitabhängiger Konzentrationsprofile Mechanische Relaxationsexperimente 190

4 Inhaltsverzeichnis XVII 72 Messung von Diffusionskonstanten mit gepulster Kernspinresonanz Berechnung der Gleichgewichtsmagnetisierung beim Zweiniveausystem Larmor-Präzession und Bloch'sehe Gleichungen Puls-NMR Messaufbau Spin-Echo-Verfahren Relaxationsverhalten flüssiger Proben Experimentelle Bestimmung der Spin-Gitter-Relaxationszeit T\ Photonenkorrelationsspektroskopie Allgemeine Betrachtungen zur Lichtstreuung Photonenkreuzkorrelationsspektroskopie Elektrische Eigenschaften von Kolloiden und Oberflächen Die Poisson-Gleichung Elektrische Potenziale an Grenzflächen Das Helmholtz-Modell Das Gouy-Chapman-Modell Das Stern-Modell Das Grahame-Modell Das Bockris-Müller-Devanathan-Modell (BMD-Modell) Chemische Modelle Elektrokinetische Phänomene: Das Zeta-Potenzial Das Zeta-Potenzial: Eine eingehendere Betrachtung Theorie Messung des Zeta-Potenzials Stabilität von Suspensionen Allgemeine Betrachtungen Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek-Theorie(DLVO-Theorie) Gouy-Chapman-Ansatz und Grahame-Gleichung Symmetrische Elektrolyte Debye-Hückel-Näherung Allgemeine Betrachtungen zur DLVO-Theorie Lyophile Sole Die Perkolationstheorie Der Sol-Gel-Phasenübergang Isolator-Leiter-Phasenübergang Rheologische Eigenschaften kolloider Systeme Einleitung und Begriffserläuterungen Newton'sche Flüssigkeiten Volumendilatation 334

5 XVIII Inhaltsverzeichnis 1022 Wirbelströmungen Die Kontinuitätsgleichung Die Euler-Gleichung Nicht-Newton'sche Fluide Nicht-Newton'sches Verhalten bei kolloiden Lösungen Weissenberg-Effekt Quelleffekt Strangschwellen Messverfahren zur Bestimmung der Viskosität Kugelfallviskosimeter Kapillarviskosimeter Rotationsrheometer Weitere Viskosimeterformen Oszillationsmessungen Mikroskopische Modelle zur Viskosität Anwendungen von Viskositätsmessungen in der Polymerwissenschaft Relative und spezifische Viskosität Der Staudinger-Index 375 Teil II Anwendungsbeispiele 11 Grenzflächenaktive Substanzen Chemischer Aufbau, Eigenschaften und Anwendungen von Tensiden Einteilung der Tenside Waschmittel und der Waschprozess Entwicklung und Zusammensetzung der Waschmittel Der Waschprozess Anwendung von Tensiden bei der Flotation Verfahrensbeschreibung Flotationshilfsstoffe Mizellkolloide Flüssigkristalle Emulsionen Technische Anwendungen von Emulsionen Dispersionskolloide Gele: Hydrogele und Aerogele Der Sol-Gel-Prozess Silikat-Aerogel nach Kistler 434

6 Inhaltsverzeichnis XIX 163 Weitere Verfahren Beispiele für die Verwendung von Hydrogelen und Aerogelen Anhang Die Debye-Hückel-Theorie Berechnung des Potenzials um solvatisierte Ionen Theorie der Elektrolyte Die Clausius-Mossotti-Beziehung Die Debye-Gleichung Die Lorentz-Lorenz-Gleichung Ein wenig Funktionentheorie und die Kramers-Kronig-Relationen Die Ableitung komplexer Funktionen Singulare Stellen Integration im Komplexen Residuum Cauchy'sche Integralformel Cauchy'scher Hauptwert Kramers-Kronig-Relation Kramers-Kronig-Relation - Physikalisch basierte Herleitung 468 Bildnachweise 475 Literatur 481 Sachverzeichnis 515