Welche drei Arten von Van-der-Waals Kräften sind Ihnen bekannt?
London‘sche Wechselwirkung (Dispersionskraft) -> wichtigste Wechselwirkung zwischen Nanopartikeln
Keesom Wechselwirkung (Dipolkraft, elektrostatische WW)
Debye Wechselwirkung (Induktions-WW)
Geben Sie die drei grundlegenden Skalengesetze (d.h. drei Formeln) an, welche die Veränderung der Systemgrößen am Beispiel eines Würfels der Kantenlänge L proportional beschreiben und nennen Sie den jeweiligen Proportionalitäts- bzw. Skalierungsfaktor!
Welche drei grundlegende Stabilisierungsmöglichkeiten für kolloiddisperse Dispersionen / Suspensionen gibt es?
Sterische Stabilisierung (Trennung durch Zwischenschichten, Dicke > 10 nm)
Elektrostatische (Ladungs-)Stabilisierung (nur in wässrigen Systemen ausreichend Ladung)
Elektrosterische Stabilisierung
Welcher Wert dient zur Beurteilung der Dispersionsstabilität? Welcher Stabilisierungsmöglichkeit wird dieser Wert zugeordnet?
Zeta-Potential (ζ-Potential)
Elektrostatische Stabilisierung
Ab welchem Wert des Hauptindikators gilt eine Dispersion als elektrostatisch ausreichend stabilisiert?
30 – 40 mV -> moderate Stabilität
> 30mV -> Dispersion ist elektrostatisch ausreichend stabilisiert
40 – 60 mV -> gute Stabilität
> 60mV -> sehr gute Stabilität
In welchem typischen Partikelgrößenbereich liegen kolloiddisperse Suspensionen / Dispersionen vor? Wie viel Masse/ Festgehalt ist vorhanden? Bitte nennen Sie drei Beispiele für Dispersionsmedien!
Partikelgröße < 1 µm (meist 50 - 300 nm)
Feststoffgehalt: 12 - 50 Gew.-%
Dispersionsmedien: Wasser, Isopropanol, Ethanol, Glycerin, Öl,
Nanowerkstoffe können bei gleicher chemischer Zusammensetzung wie konventionelle Werkstoffe völlig andere Eigenschaften und Wirkungen aufweisen. Erläutern Sie diesen Zusammenhang am Beispiel „Kohlenstoff“. Berücksichtigen Sie dabei bitte strukturelle wie auch makroskopische Eigenschaften!
weil die atomare Struktur und Hybridisierung der Atome unterschiedlich ist.
Diese bestimmt die Bindungsart und damit die makroskopischen Eigenschaften
Diamant
Struktur: sp³-Hybridisierung, jedes C-Atom vierfach kovalent gebunden (tetraedrisch, 109,5°), dreidimensionales Netzwerk.
Makroskopische Eigenschaften: extrem hart, transparent, elektrisch nicht leitend, chemisch inert
Graphit
Struktur: sp²-Hybridisierung, jedes C-Atom dreifach kovalent gebunden (planar, 120°), Schichtstruktur mit schwachen Van-der-Waals-Kräften zwischen den Schichten, freie π-Elektronen.
Makroskopische Eigenschaften: weich, schwarz, elektrisch leitfähig, schmierfähig
Was sind die zwei energetischen Größen mit denen sich die Veränderung der Oberflächenverhältnisse bei Festkörpern bzw. Flüssigkeiten bestimmen lässt?
Festkörper: Oberflächenenergie γ
Flüssigkeit: Oberflächenspannung σ
Welchen Einfluss hat die Partikelgröße d auf den Dampfdruck und welche Eigenschaft des Partikels ist hier ausschlaggebend? Welche Konsequenz ergibt sich hieraus für den Schmelzpunkt von Nanoteilchen?
Geringere Teilchendurchmesser führen zu einer stärkeren Krümmung des Nanopartikels und folglich zu einer exponentiellen Zunahme des Dampfdrucks
Der Schmelzpunkt von Nanoteilchen ist niedriger als der von großen Partikeln bzw. dem Bulk-Material.
Grund: Der erhöhte Dampfdruck bzw. die höhere Oberflächenenergie bei kleinen Teilchen destabilisiert den festen Zustand
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