Günter Jakob Lauth Jürgen Kowalczyk Einführung in die Physik und Chemie der Grenzflächen und Kolloide 4^ Springer Spektrum
nhaitsverzeichnis Teil I Einführung und Grundlagen 1 Einführung 3 2 Betrachtungen zur Thermodynamik 13 21 Innere Energie und Oberflächenenergie 13 22 Die Legendre-Transformation 14 3 Kräfte zwischen Molekülen 19 31 Allgemeine Betrachtung der Wechselwirkung 19 32 Dipol-Dipol-Wechselwirkungen 22 321 Induzierte Dipole 26 322 Das Lennard-Jones-Potenzial 28 323 1/r6-Abhängigkeit bei Dipol-Dipol-Wechselwirkungen 31 33 Wechselwirkung vieler Teilchen 37 331 Die Hamaker-Theorie 37 332 Näherungsweise Berechnung von Hamaker-Konstanten 46 333 Die Derjaguin-Näherung 48 334 Die Lifshitz-Theorie 50 4 Grenzflächenerscheinungen an flüssigen Phasengrenzen 53 41 Einführung 53 42 Grenzflächenenergie und zwischenmolekulare Kräfte 55 43 Thermodynamik der Phasengrenzen 59 431 Grenzflächenadsorption 59 432 Adsorption an flüssigen Phasengrenzen 63 433 Temperatur- und Druckabhängigkeit der Grenzflächenspannung 64 434 Gekrümmte Oberflächen 67 44 Nukleationstheorie 76 XV
Inhaltsverzeichnis 45 Die Young-Gleichung 83 46 Kohäsionsarbeit - Zerteilung flüssiger und fester Körper 84 Experimentelle Methoden: Messung der Grenzflächenspannung 91 51 Blasendruckmethode 91 52 Steighöhenmethode 92 53 Drahtbügelmethode 94 54 Wilhelmy-Platten-Methode 95 55 Tropfengewichtmethode 96 56 Oberflächen-Laserlichtstreuung 97 57 Tropfenkonturanalyse 97 58 Grenzflächenspannung an festen Phasengrenzen 101 581 Methode nach Zisman 102 582 Methode nach Owens, Wendt, Rabel und Kaelble (OWRK-Methode) 104 583 Methode nach Fowkes 106 584 Methode nach Wu 107 585 Methode nach Oss und Good 108 59 Grenzflächenerscheinungen an festen Phasengrenzen 109 510 Adsorptionsisotherme nach Langmuir 115 511 BET-Isotherme 119 512 Adsorptionsisotherme nach Freundlich 124 513 Weitere Adsorptionsisothermen 125 514 Adsorption an porösen Stoffen 128 515 Adsorption von Polymeren aus der flüssigen Phase 133 516 Chemische Fixierung 134 517 Heterogene Katalyse 136 Diffusion 143 61 Allgemeine Betrachtungen und Fick'sche Gesetze 143 62 Die Einstein-Relation 150 63 Die Nernst-Einstein-Relation 153 64 Stokes-Einstein-Relation 156 65 Einstein-Smoluchowski-Relation 159 66 Transportprozesse in Festkörpern 162 67 Sedimentationsprozesse 168 68 Stochastische Beschreibung von Diffusionsprozessen 175 681 Die Langevin-Gleichung 176 69 Die Master-Gleichung 185 Messung der Diffusionskoeffizienten 189 71 Allgemeine Verfahren 189 711 Permeationsmessungen 189 712 Messung zeitabhängiger Konzentrationsprofile 189 713 Mechanische Relaxationsexperimente 190
Inhaltsverzeichnis XVII 72 Messung von Diffusionskonstanten mit gepulster Kernspinresonanz 192 721 Berechnung der Gleichgewichtsmagnetisierung beim Zweiniveausystem 193 722 Larmor-Präzession und Bloch'sehe Gleichungen 195 723 Puls-NMR 197 724 Messaufbau 203 725 Spin-Echo-Verfahren 205 726 Relaxationsverhalten flüssiger Proben 209 727 Experimentelle Bestimmung der Spin-Gitter-Relaxationszeit T\ 213 73 Photonenkorrelationsspektroskopie 215 731 Allgemeine Betrachtungen zur Lichtstreuung 215 732 Photonenkreuzkorrelationsspektroskopie 234 8 Elektrische Eigenschaften von Kolloiden und Oberflächen 237 81 Die Poisson-Gleichung 237 82 Elektrische Potenziale an Grenzflächen 244 821 Das Helmholtz-Modell 248 822 Das Gouy-Chapman-Modell 251 823 Das Stern-Modell 256 824 Das Grahame-Modell 258 825 Das Bockris-Müller-Devanathan-Modell (BMD-Modell) 258 826 Chemische Modelle 260 827 Elektrokinetische Phänomene: Das Zeta-Potenzial 260 83 Das Zeta-Potenzial: Eine eingehendere Betrachtung 261 831 Theorie 262 832 Messung des Zeta-Potenzials 275 9 Stabilität von Suspensionen 285 91 Allgemeine Betrachtungen 285 92 Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek-Theorie(DLVO-Theorie) 288 921 Gouy-Chapman-Ansatz und Grahame-Gleichung 291 922 Symmetrische Elektrolyte 293 923 Debye-Hückel-Näherung 294 93 Allgemeine Betrachtungen zur DLVO-Theorie 295 931 Lyophile Sole 301 94 Die Perkolationstheorie 304 941 Der Sol-Gel-Phasenübergang 320 942 Isolator-Leiter-Phasenübergang 324 10 Rheologische Eigenschaften kolloider Systeme 331 101 Einleitung und Begriffserläuterungen 331 102 Newton'sche Flüssigkeiten 332 1021 Volumendilatation 334
XVIII Inhaltsverzeichnis 1022 Wirbelströmungen 335 1023 Die Kontinuitätsgleichung 337 1024 Die Euler-Gleichung 338 103 Nicht-Newton'sche Fluide 349 104 Nicht-Newton'sches Verhalten bei kolloiden Lösungen 354 1041 Weissenberg-Effekt 354 1042 Quelleffekt 356 1043 Strangschwellen 356 105 Messverfahren zur Bestimmung der Viskosität 357 1051 Kugelfallviskosimeter 357 1052 Kapillarviskosimeter 359 1053 Rotationsrheometer 362 1054 Weitere Viskosimeterformen 364 1055 Oszillationsmessungen 366 106 Mikroskopische Modelle zur Viskosität 369 107 Anwendungen von Viskositätsmessungen in der Polymerwissenschaft 372 1071 Relative und spezifische Viskosität 373 1072 Der Staudinger-Index 375 Teil II Anwendungsbeispiele 11 Grenzflächenaktive Substanzen 381 111 Chemischer Aufbau, Eigenschaften und Anwendungen von Tensiden 381 1111 Einteilung der Tenside 383 112 Waschmittel und der Waschprozess 386 1121 Entwicklung und Zusammensetzung der Waschmittel 386 1122 Der Waschprozess 390 113 Anwendung von Tensiden bei der Flotation 394 1131 Verfahrensbeschreibung 394 1132 Flotationshilfsstoffe 396 12 Mizellkolloide 399 13 Flüssigkristalle 409 14 Emulsionen 421 141 Technische Anwendungen von Emulsionen 423 15 Dispersionskolloide 427 16 Gele: Hydrogele und Aerogele 429 161 Der Sol-Gel-Prozess 431 162 Silikat-Aerogel nach Kistler 434
Inhaltsverzeichnis XIX 163 Weitere Verfahren 435 164 Beispiele für die Verwendung von Hydrogelen und Aerogelen 435 17 Anhang 437 171 Die Debye-Hückel-Theorie 437 1711 Berechnung des Potenzials um solvatisierte Ionen 437 1712 Theorie der Elektrolyte 441 172 Die Clausius-Mossotti-Beziehung 446 173 Die Debye-Gleichung 454 174 Die Lorentz-Lorenz-Gleichung 456 175 Ein wenig Funktionentheorie und die Kramers-Kronig-Relationen 458 1751 Die Ableitung komplexer Funktionen 458 1752 Singulare Stellen 460 1753 Integration im Komplexen 461 1754 Residuum 462 1755 Cauchy'sche Integralformel 463 1756 Cauchy'scher Hauptwert 464 1757 Kramers-Kronig-Relation 466 1758 Kramers-Kronig-Relation - Physikalisch basierte Herleitung 468 Bildnachweise 475 Literatur 481 Sachverzeichnis 515