KIMIA FISIKA IVSTABILITAS KOLOID

Oleh :Yunia Sugiarti11030194003Setyorini Puji R11030194008 Uswatun Hasanah A11030194012 Mey Dwi W11030194015 Windha Herjinda11030194017 Winda Miranigsih11030194018 Anita Hadi P11030194026

UNIVERSITAS NEGERI SURABAYAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMJURUSAN KIMIA2014Stabilitas koloidSifat fisika dispersi koloid yang paling penting adalah kecenderungan partikel untuk mengumpul. Pertemuan antara partikel yang didispersi pada media cair sering terjadi dan stabilitas dispersi ditentukan oleh interaksi antara partikel selama pertemuan.Penyebab utama pengumpulan tersebut adalah gaya tarik menarik van der Waals antar partikel, sedangkan pengumpulan perlawanan stabilitas merupakan akibat dari interaksi antara lapisan ganda bermuatan listrik yang sama dan daya tarik menarik partikel pelarut. Daya tarik menarik partikel pelarut menaikkan sebagian besar stabilitas dengan cara mekanis, dimana dapat dipertimbangkan pada hubungan muatan energi bebas desolfasi positif yang menyertai pengumpulan partikel. Adsorpsi zat polimer pada permukaan partikel biasanya akan menaikkan stabilitas melalui peningkatan daya tarik menarik partikel pelarut dan oleh mekanisme entropi, tetapi mempengaruhi pengumpulan dengan mekanisme penghubung.Sol liofobikIdealnya, sol liofobik distabilkan seluruhnya dengan interaksi lapisan listrik ganda, dalam prakteknya, meskipun solvasi selalu memiliki beberapa pengaruh pada stabilitasnya.Konsentrasi koagualasi kritis*- schulze aturan kerasSifat yang paling khusus dari sol liofobik adalah sensitivitas mereka untuk koagualasi dengan sejumlah kecil penambahan elektrolit. Penambahan elektrolit menyebabkan sebagian tekanan yang tersebar dari lapisan ganda di sekitar partikel dan mungkin, tambahan, menggunakan pengaruh khusus melalui adsorpsi ion ke lapisan Stern. Sol mengkoagulasi ketika jarak interaksi lapisan ganda cukup direduksi untuk mengizinkan partikel cukup mendekat gaya van del Waals menonjol.Konsentrasi koagulasi kritis (c.c.c) dari elektrolit yang tidak tertarik (inert) (konsentrasi elektrolit yang cukup untuk mengkoagulasi sol liofobik ditetapkan pada tingkat perubahan pemilihan waktu) menunjukkan sangat tergantung pada jumlah muatan bilangan ionnya. Sebaliknya, hal tersebut pada kenyataannya merupakan karakter bebas khusus dari berbagai macam ion, jumlah muatan ion dan konsentrasi sol, dan hanya cukup bergantung pada sifat sol. Hal tersebut diilustrasikan pada tabel 8.1 dan diketahui sebagai Schulze-Hardy rule.*dalam buku ini, koagulasi merujuk pada efek minimum utama (lihat halaman 192) dan flocculasi merujuk pada efek minimum kedua atau efek penghubung polimer (lihat halaman 193-211). Dari beberapa literatur sains tentang koloid, istilh ini (bersama dengan istilah umum pertemuan) digunakan seca

Teori Deryagin-Landau dan Verway-Overbeek (pengenalan)Deryagin dan Landau217 dan Verwey dan Overbeek113 secara independen telah mengembangkan sebuah teori kuantitatif di mana stabilitas sol liofobik, khususnya dalam kaitannya untuk menambahkan elektrolit, diperlakukan perubahan energi yang mengambil tempat ketika pendekatan partikel-partikel satu sama lain. Teori melibatkan estimasi energi akibat tumpang tindih lapisan listrik ganda (biasanya tolakan) dan energi London-Van Der Waals (biasanya daya tarik) dari segi jarak interpartikel, dan penjumlahan mereka menghasilkan energi interaksi total dari segi jarak interpartikel. Stabilitas koloid kemudian ditafsirkan dalam istilah sifat interaksi kurva energi-jarak (lihat gambar 8.2 - 8.4). Perhitungan teoritis telah dibuat untuk interaksi a. antara dua plat bermuatan paralel dari daerah tak terbatas dan tebal serta b. antara dua bidang bermuatan. Perhitungan interaksi antara daerah plat datar yang relevan dengan stabilitas sabun film tipis, dan telah terkait dengan ukuran kesuksesan yang wajar untuk mempelajari secara eksperimental pada bidang ini13,14,15 (lihat bab 100). Perhitungan interaksi antara bidang yang relevan dengan stabilitas dispersi akan dijabarkan. Bahkan, perhitungan timbul dari kedua perlakuan secara terori yang sama luas.

Interaksi Energi Lapis Ganda Perhitungan interaksi energi, VR, yang dihasilkan dari tumpang tindih bagian difus lapisan listrik ganda di sekitar dua bidang partikel (seperti yang dijelaskan oleh teori Gouy-Chapman) adalah kompleks. Ekspresi analitis yang tidak tepat dapat diberikan dan bantuan harus berupa angka untuk berbagai perkiraan.Jika diasumsikan bahwa adsorpsi keseimbangan ion dipertahankan sebagai dua partikel bermuatan yang saling mendekati dan lapis ganda mereka tumpang tindih, dua situasi yang terdefinisi dengan baik dapat diakui. Jika permukaan bermuatan adalah hasil dari adsorpsi penentuan potensial ion-ion, potensi permukaan tetap konstan dan massa jenis permukaan bermuatan menyesuaikan secara tepat, tapi jika permukaan bermuatan adalah hasil dari ionisasi, massa jenis permukaan bermuatan tetap konstan dan potensial permukaan menyesuaikan dengan tepat (lihat halaman 153). Pada umumnya pemisahan interpartikel berbeda antara konstanta potensial dan konstanta interaksi bermuatan akan menjadi minim. Overbeek116 telah menganggap masalah ini dan menyimpulkan bahwa laju lapisan ganda tumpang tindih dalam sebuah gerakan Brown khas antara partikel yang terlalu cepat untuk keseimbangan adsorpsi dipertahankan dan bahwa situasi yang benar secara umum akan, terletak di suatu tempat antara konstanta potensial dan konstanta bermuatan.Untuk kasus dua bidang partikel dengan jari-jari a1 dan a2, potensial Stern, d1 dan d2, dan jarak terpendek, H, antara lapisan Stern mereka, penyembuhan dan rekan kerja218 telah diturunkan ungkapan berikut untuk konstanta potensial, dan konstanta bermuatan, interaksi konstanta potensial. Bentuk potensial rendah dari distribusi Poisson-Boltzmann (persamaan 7.12) diasumsikan untuk menahan dan ka1 dan ka2 dianggap besar dibandingkan dengan kesatuan:

Di mana e adalah keelutan dari media dispersi dan k adalah seperti yang didefinisikan dalam persamaan (7.6 ).Tabel 8.2 menunjukkan tanda dari VR yang sesuai dengan persamaan (8.1) dan (8.2) untuk perbedaan situasi homokoagulasi dan heterokoagulasi. (N.B. daya tarik adalah tolakan negatif dan positif. )

Untuk bidang-bidang yang sama, dengan a1 = a2 = a dan , d1 = d2, persamaan (8.1) dan (8.2) dikurangi menjadi

Untuk lapisan listrik ganda kecil tumpang tindih. Sedemikian rupa sehingga exp [-kH] c.10 nm) karena kelalaian waktu terbatas yang dibutuhkan untuk propagasi radiasi elektromagnetik antara partikel, hasil adalah melemahnya Va. Dalam situasi yang paling praktis yang berhubungan dengan stabilitas koloid efek penghambatan ini tidak mungkin akan menjadi penting.Masalah utama dalam menghitung interaksi van der waals antara partikel koloid adalah bahwa dari evaluasi tetapan Hamaker, A. Dua metode tersediaYang pertama dari metode ini adalah pendekatan mikroskopis London-Hamaker, yang telah disebutkan. Pada tetapan Hamaker dievaluasi dari polarisabilitas atom individu dan densitas atom dari bahan-bahan yang terlibat. Interaksi total diasumsikan menjadi jumlah interaksi antara semua interpartikel pasangan atom dan diasumsikan ke pusat disekitar frekuensi getaran tunggal. Asumsi ini pada dasarnya salah dan interaksi energi van der waals dihitung sesuai dengan pendekatan mikroskopis cenderungsalah; Namun kesalahan yang terlibat bukanlah cenderung menjadi begitu besar untuk kesimpulan dugaan umum mengenai stabilitas koloid. Metode yang lain adalah pendekatan makroskopis Lifshiftz, dimana interaksi partikel dan campur tangan media diperlakukan sebagai fase berkelanjutan. Perhitungannya kompleks, dan memerlukan ketersediaan optik / sifat dielektrik bahan yang berinteraksi atas rentang frekuensi yang cukup luas.Nilai A dihitung dengan metode mikroskopis dan makroskopis cenderung sama dalam rentang yang bebas/ tidak terarah. Pendekatan makroskopis memprediksi efek perlambatan terkecil ( lebih baik penerapan dari persamaan 8.8-8.10 untuk nilai yang cukup besar dari H ) daripada pendekatan mikroskopis.Tetapan Hamaker untuk bahan tunggal biasanya beragam antara 10-20 J dan 10-19 J. Beberapa contoh diberikan dalam tabel 8.3. Dimana rentang nilai dikutip untuk bahan tertentu, ini mencerminkan perbedaan metode perhitungan dengan metode mikroskopis atau makroskopik dasar.Tabel 8.3 Nilai Tetapan HamakerMateri

air3,3 - 6,43,0 6,1

Kristal ionik15,8 41,85,8 11,8

Logam 7,6 15,922,1

silika508,6

kuarsa11 18,68,0 8,8

hidrokarbon4,6 10 6,3

Polistiren 6,2 16,85,6 6,4

Adanya media dispersi cair, dibandingkan hampa udara antara partikel (seperti yang dianggap sangat jauh) terutama menurunkan energi interaksi van der waals. Tetapan A dalam persamaan harus diganti oleh tetapan Hamaker efektif. Mempertimbangkan interaksi antara dua partikel 1 dan 2 di media dispersi, 3. Ketika partikel berjauhan (gambar 18-a), interaksi adalah interaksi media dispersi partikel dengan tetapan Hamaker A13 dan A23. Jika partikel 2 mendekat ke partikel 1 (gambar 8,1 b) medium dispersi harus dipindahkan ke posisi semula-mula yang ditempati oleh partikel 2 dan interaksi partikel dan dispersi medium-dispersi interaksi menengah, dengan konstanta Hamaker A12 dan A33. Keefektifan konstanta hamaker tersebut adalah, oleh karena itu, diberikan olehA132 = A12 + A33 + A13 + A23 (8.11)Jika gaya tarik antara fase yang berbeda diambil untuk menjadi rata-rata geometris dari gaya tarik setiap fase untuk dirinya sendiri (dari persamaan 4.3 ) yaitu A12 = (A11 . A22)1/2 . A13 = (A11 . A33)1/2 dan A22 = (A22 . A33)1/2 kemudian persaman (8.11) menjadiA132 = (A111/2 - A331/2) (A221/2 - A331/2)(8.12)Jika dua partikel adalah bahan yang sama, ungkapan ini menjadiA132 = (A111/2 - A331/2)2(8.13)A132 akan menjadi positive (daya tarik antarpartikel) dimana A11 dan A22 lebih baik daripada atau keduanya kurang daripada A33. Namun, dalam situasi yang tidak biasa di mana A33 memiliki nilai intermediet antara A11 dan A22, maka A132 adalah negatif-yaitu menolak interaksi van der waals antara partikel yang diprediksi.A131 untuk interaksi partikel dari bahan yang sama adalah selalu positif-yaitu interaksi energi van der waals adalah salah satu dari daya tarik. interaksi ini akan sangat lemah ketika partikel dan media dispersi kimiawi serupa, karena A11 dan A33 akan sama besarnya dan nilai A131 akan menyerupai, oleh karena itu, akan rendah.

Kurva Energi PotensialTotal interaksi energi antara partikel-partikel di sol lyophobic diperoleh dengan penjumlahan dua lapisan listrik dan energi van der waals, seperti yang diilustrasikan pada gambar 8.2.Karakter umum yang dihasilkan energi potensial kurva energy yang dihasilkan dapat disimpulkan dari sifat-sifat dua komponen. Interaksi antara partikel dari bahan yang sama, tolakan energi lapisan ganda (persamaan 8.5) adalah fungsi eksponensial rata-rata dari jarak antara partikel dengan berbagai urutan ketebalan dari lapisan ganda (1/k), dan daya tarik energi van der waals (persamaan 8,10) menurun sebagai kekuatan invers jarak antar partikel. Akibatnya, daya tarik van der waals akan mendominasi pada jarak antar partikel kecil* dan besar. Pada jarak menengah tolakan dua lapisan dapat mendominasi, tergantung pada nilai yang sebenarnya dari dua kekuatan tersebut. Gambar 8.2 menunjukkan dua jenis kurva energi potensial secara umum yang mungkin. Total energi potensial kurva V(1) menunjukkan penolakan energi maksimum, sementara di kurva V(2) tolakan lapisan ganda tidak mendominasi atas daya tarik van der waals di setiap jarak antarpartikel.* Tolakan karena tumpang tindih awan elektron (lahir tolakan) mendominasi pada jarak yang sangat kecil ketika partikel datang ke dalam kontak, dan begitu ada yang mendalam minimal dalam kurva energi potensial yang tidak ditampilkan dalam gambar 8.2-8.4

Gambar 8.2 interaksi total kurva energi, V(1) dan V(2), yang diperoleh dengan kurva penjumlahan. VA, dengan kurva tolakan yang berbeda, VR (1) dan VR (2).Jika jumlah energi potensial maksimum besar dibandingkan dengan energi termal kT dari partikel, sistem harus stabil, sebaliknya, sistem harus terkoagulasi. Ketinggian energi penghalang untuk koagulasi ini tergantung pada besarnya d ( dan ) dan pada kisaran gaya tolakan (yaitu berdasarkan 1/k), seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8.3 dan 8.4.

Gambar 8.3. pengaruh konsentrasi elektrolit, k, pada energi potensial total dari interaksi dari dua partikel bulat : a = 10-7 m; T = 298 K; z = 1; A11 = 2 X 10-19 J; A33 = 0,4 X 10-19 J; = 78.5; d = 50 m 2kT/e. VR dan VA dihitung menggunakan rumus (8.7), (8.9), (8.13)

Sekunder MinimaFitur karakteristik lain dari kurva energi potensial ini adalah adanya sekunder minimum pada jarak antarpartikel yang relatif besar. Jika minimum ini cukup mendalam dibandingkan dengan kT, itu harus menimbulkan sebuah kelonggaran, memudahkan flokulasi reversibel. Untuk partikel kecil ( a < c. 10-8 m ) sekunder minimum tidak pernah cukup untuk ini untuk terjadi dalam kasus itu di mana energi potensial maksimum adalah cukup tinggi untuk mencegah koagulasi ke dalam primer minimal. Jika partikel lebih besar, flokulasi pada sekunder minimum dapat menyebabkan efek yang dapat diamati.

Gambar 8.4. pengaruh potensial Stern, d, pada energi potensial total dari interaksi dari dua partikel bulat : a = 10-7 m; T = 298 K; z = 1; A11 = 2 X 10-19 J; A33 = 0,4 X 10-19 J; = 78.5; d = 50 m 2kT/e. VR dan VA dihitung menggunakan rumus (8.7), (8.9), (8.13)Beberapa sistem koloid yang mengandung partikel anisodimensional, seperti besi oksida dan virus sol mosaik tembakau, menunjukkan pemisahan reversibel menjadi dua tahap ketika sol cukup terkonsentrasi dan konsentrasi koagulasi elektrolit terlalu kecil pada batas minimum. Salah satu fasa adalah larutan sol isotropic, konsentrasi sol lainnya memiliki lebih bias ganda. Partikel pada fasa Kristal biasanya tersusun berjajar seperti batang atau piring yang terpisah sekitar 10-100 nm (jarak ini bergantung pada pH dan kekuatan ionic pada sol).Standar minimum flokulasi kedua adalah bergantung pada seberapa penting kestabilan emulsi dan busa yang terbentuk.

Pengukuran interaksi molekulBerdasarkan kepentingan dan kebutuhan dalam masalah kestabilan koloid, banyak penelitian yang difokuskan untuk mengukur lapisan elektrik ganda dan gaya van der Waals antara objek makroskopik pada jarak tertentu. Beberapa pengukuran melibatkan penyeimbangan ikatan yang diukur dengan gaya eksternal.

Interaksi elektrik double layer Ottewill dan rekannya124,125 menggunakan metode tekanan untuk mengukur tarikan pada double-layer antara partikel seperti piring pada natrium montmorillonite. Ini cocok pada sistem dengan studi, sehingga dengan partikel yang tipis (sekitar 1 nm) gaya van der Waals tidak lagi diperhatikan dan permukaan yang tidak rata bukan lagi menjadi masalah. Disperse yang terjadi antara filter semipermiabel dan membrane elastic yang impermeable dan tekanan luar yang diterapkan pada fluida hidraulik sehingga konsentrasi dan volume, serta jarak antara partikel yang dapat diukur sebagai fungsi dari tekanan. Pada metode lain, Robert dan Tabor224 mengukur tarikan pada elektrik double-layer antara bola karet yang transparan dan permukaan kapal gelas yang terisah oleh larutan surfaktan. Pada permukaan yang menyentuh keduanya, interaksi double-layer menyebabkan distorsi pada permukaan karet yang diamati.Hasil pengukuran ini merupakan pengakuan yang beralasan dengan prediksi berdasarkan teori elektrik double layer, khususnya mengenai jarak yang lebih dari 1/k.Gaya van der WaalsInteraksi antar objek makroskopik telah diukur secara langsung oleh sejumlah peneliti. Pada penelitian pertama, dilakukan oleh Deryagin dan Abricossova (lihat referensi 125) yang menggunakan kesetimbangan bolak-balik elektronik untuk mengukur gaya pada sistem kuarsa planoconvex polished dengan menghilangkan semua residu elektriknya. Pemisahan sejumlah besar ikatan yang terjadi dan pengukuran gaya yang konstan telah diprediksi oleh teori, membuktikan bahwa perlambatan reaksi diperbolehkan.Baru-baru ini, pengukuran jangkauan non-retarded telah dibuat, yang paling terkenal yaitu oleh Tabor dan rekan kerjanya 126,225,226 pada gaya tarik antara lapisan mika yang berada pada dua silinder yang saling menyilang. Sebagai tambahan untuk membuktikan suksesnya tes dari pentingnya jarak pada gaya van der Walls, efek adsorbsi pada monolayer kembali dipelajari, yang kembali memberikan persetujuan yang masuk akal yang disertai dengan teori.

Adhesi partikelAdhesi dari partikel koloid menjadi subrat padat adalah fundamental dan teknologi penting (misalnya pneumatik transportasi bubuk, percetakan, penyaringan, deterjen, polusi udara). Umumnya, prinsip-prinsip pada bab ini yang digunakan untuk interaksi partikel juga digunakan untuk mempelajari interaksi partikel padat. Banyak metode yang digunakan termasuk sentrifuge, vibrasi, dll yang telah digunakan untuk mengukur gaya yang dibutuhkan untuk memecah partikel dari permukaan padatan.

Menentukan dan memprediksi dari konsentrasi koagulasi kritisPerpindahan antara kestabilan dan koagulasi, meskipun memiliki prinsip yang sama, biasanya melibatkan sedikit perbedaan dari konsentrasi elektrolit, dan konsentrasi koagulasi kritis dapat tentukan secara kasar. Nilai pasti dari konsentrasi koagulasi kritis bergantung pada criteria yang ingin dilihat, seperti sol yang dikoagulasi, dan itu harus tetap selama rangkaian penyelidikan.Metode yang biasa untuk mengukur konsentrasi koagulasi kritis adalah dengan menyiapkan serangkaian dari sekitar enam tabung reaksi yang mengandung sol dan ditambahkan pada masing-masing tabung sejumlah elektrolite dengan volume yang sama dengan pengadukan, kemudian membiarkannya melarut seperti mirip dengan konsentrasi koagulasi. Setelah membiarkan beberapa menit, konsentrasi koagulasi telah dicatat dan sol baru telah terbentuk dengan konsentrasi mendekati konsentrasi elektrolit. Setelah beberapa saat (misalnya 2 jam), sol kembali digerakkan (untuk memecah ikatan antar partikel yang lemah dan membawa partikel kecil untuk kontak dengan partikel yang lebih besar, juga untuk meningkatkan ketajaman antara kestabilan dan koagulasi), dan dibiarkan lagi pada waktu yang lebih pendek (sekitar 30 menit) dan kemudian diperiksa coagulasi yang terbentuk. konsentrasi koagulasi kritis dapat didefinisikan sebagai konsentrasi elektrolit minimum yang dibutuhkan untuk membuat perubahan visible dalam pembentukan sol.Untuk menunjukkan konsentrasi koagulasi kritis (c.c.c) dari elektrolit yang berbeda dapat diturunkan dengan mengasumsikan bahwa energi potensial seperti V(2) dalam gambar 8.2 dapat diambil untuk mewakili transisi antara kestabilan dan koagulasi sebagai batas minimum. Pada grafik, kondisi dimana V = 0 dan dV/dH = 0 memiliki nilai H yang sama. Jika VR dan VA menunjukkan persamaan seperti (8.7) dan (8.10) maka menunjukkan bahwa, Dan

Dimana kH = 1, maka

Menjadi

Substitusi untuk k (persamaan 7.6) menjadikan

Untuk disperse larutan pada suhu 25C, persamaan (8.14) menjadi

Sejumlah fitur dari teori Deryagin-Landau-Verwey-Overbeek (D.L.V.O.) muncul dari pernyataan berikut:1) Karena terbatas untuk unit dengan potensial tinggi dan untuk pada potensial rendah, konsentrasi koagulasi kritis diprediksi mendekati 1/z6 untuk potensial tinggi dan untuk potensial rendah (lihat gambar 8.5). Untuk tipe hydrosol, d akan memiliki nilai intermediet. Dengan 75mV sebagai nilai d (lihat gambar 7.4), maka konsentrasi koagulasi kritis untuk elektrolit inert adalah z = 1, 2, 3, ketika ada penambahan sol, diprediksi rasionya menjadi 100 : 6.7 : 0,8. Hal ini terbukti dengan hasil c.c.c yang diperoleh melalui percobaan, seperti yang telah ditunjukkan oleh tabel 8.1. Nilai eksperimental membuktikan bahwa cenderung untuk menunjukkan ketergantungan z secara signifikan lebih kuat daripada perkiraan di atas, dan ini mungkin mencerminkan peningkatan spesifik adsorpsi kontra ion dalam lapisan tegas dengan meningkatnya z.

Gambar 8.5. konsentrasi koagulasi dihitung dari persamaan 8.5, dengan A = 10-19 J, untuk counter ion 1, 2, 3. Sol diprediksi akan stabil dari bawah dan dari kiri dari setiap kurva dan koagulasi diatas dan ke kanan.

2) Konsentrasi koagulasi kritis untuk tipe percobaan hydrosol dengan suhu 25C dari 0,1 mol dm-3 untuk z = 1 dan d = 75 mV, konstanta efektif Hamaker, A, dihitung dengan membaginya dengan 8 x 10-20 J. ini merupakan ketetapan dengan maksud agar nilai A yang diperkirakan dari teori london - gaya van der waaals (lihat tabel 8.3) 3) Konsentrasi koagulasi kritis untuk partikel sferis dari bahan yang diberikan harus sebanding dengan E dan independen dari ukuran partikel.

Definisi konsentrasi koagulasi kritis istilah (a) dalam kaitannya dengan pengukuran percobaan dan (b) sebagai sarana untuk sampai di persamaan (8.14) keduanya acak dan tidak diragukan lagi, sedikit berbeda satu sama lain. Berdasarkan hal ini (selain kesulitan tak terhindarkan yang timbul dari adsorpsi ion tertentu dan solvasi), hasil pengukuran konsentrasi koagulasi kritis hanya dapat diambil sebagai dukungan untuk validitas Teori DLVO di garis yang paling luas. Untuk membuat tes lebih rinci tentang teori stabilitas, kajian kinetika koagulasi menyajikan garis yang lebih baik dari pendekatanKinetika KoagulasiDispersi Lyophobic tidak pernah stabil dalam arti termodinamika, tetapi menunjukkan beberapa derajat ketidakstabilan. Dari sudut pandang praktis, kata stabil sering lepas digunakan untuk menggambarkan dispersi di mana tingkat koagulasi lambat dalam kaitannya dengan daya simpan yang diperlukan.Tingkat di mana sol berkoagulasi tergantung pada frekuensi dimana partikel-partikel menghadapi satu sama lain dan kemungkinan bahwa energi panas cukup untuk mengatasi tolakan energi potensi penghambat untuk koagulasi ketika reaksi ini berlangsungTingkat di mana partikel gabungan diberikan oleh

Dimana n adalah jumlah partikel per satuan volume sol pada waktu t dan k2 adalah konstanta laju orde keduaMengintegrasikan dan menempatkan n = n0 pada t = 0, memberikan

(8.16)

Selama koagulasi k2 biasanya menurun dan kadang-kadang keadaan kesetimbangan tercapai dengan sol hanya sebagian yang dikoagulasi. Ini mungkin meningkatkan ukuran partikel. Dalam tes percobaan teori stabilitas biasanya untuk membatasi pengukuran untuk tahap awal koagulasi (dimana menggabungkan mekanismeyang paling mudah), menggunakan cukup sols encer.Konsentrasi partikel selama tahap awal koagulasi dapat ditentukan secara langsung, oleh perhitungan partikel penglihatan, atau tidak langsung, dari kekeruhan (spektrofotometrik hamburan cahaya) pengukuran 25,127, 227. Jika perlu, koagulasi dalam yg dpt dibagi bilangan tertentu dari sol dapat dihentikan sebelum pemeriksaan dengan penambahan dalam jumlah kecil dari bahan stabilisasi, seperti gelatin. Tingkat konstan k2 diberikan sebagai slope plot 1 / n terhadap t.Dalam Kebanyakan penelitian stabilitas koloid, harga koagulasi diukur sejauh mungkin, di bawahkondisi perikinetic (non diagitasi), di mana pertemuan partikel-partikel yang semata-mata hasil dari gerak Brown. Partikel agregasi di bawah kondisi orthokinetic (diagitasi) teknologi sangat penting. Agitasi meningkatkan fluks partikel dengan faktor yang tergantung pada kekuatan ketiga diameter tumbukan partikel. Dengan partikel besar, seperti emulsi, penggabungan orthokinetic dapat terjadi sampai dengan sebanyak 104 kali tingkat perikinetic, tetapi dengan partikel di bagian bawah dan dari berbagai ukuran koloid, pengadukan relatif tidak memiliki efek pada tingkat agregasimereka Hambatan energi potensial untuk koagulasi dapat dikurangi menjadi nol dengan penambahan kelebihan elektrolit, yang menciptakan situasi di mana setiap pertemuan antara partikel mengarah ke kontak permanen. Teori cepat (difusi kontrol) koagulasi dikembangkan oleh smoluchowski127, untuk sol monodispersed mengandung partikel sferis

(8.17)Di mana a adalah jari efektif dari partikel dan D adalah koefisien difusi. Mensubstitusi (persamaan 2.6) dan kombinasi persamaan (8.16) dan (8.17)

(8.18)ketikaadalah tetapan laju untuk difusi dikendalikan koagulasiUntuk hidrosol pada suhu kamar, waktu t1/2 dimana jumlah partikel setengahnya oleh difusi dikontrol koagulasi dihitung dari persamaan di atas menjadi urutan kedua1011/n0, jika n0 adalah mengekspresikan di unit, partikel cm-3. Dalam hidrosol khas, jumlah partikel per cm3 mungkin sekitar 1010-1011, dan sebagainya, atas dasar ini, t1/2 harus dari urutan beberapa detik.Koagulasi yang cepat pada kenyataannya, tidak sesederhana ini, karena bagian terakhir dari pendekatan dua partikel adalah (a) melambat karena sulit untuk cairan mengalir dari celah sempit antara partikel dan (b) dipercepat oleh gaya tarik waals van der antara partikel. Lichtenbelt dan co-workers228 telah diukur tingkat koagulasi yang cepat dengan metode aliran berhenti dan menemukan mereka, biasanya akan sekitar setengah tingkat diprediksi menurut persamaan (8.18)Ketika ada hambatan energi tolak, hanya sebagian kecil 1 / w dari pertemuan antara partikel menyebabkan kontak permanen. W dikenal sebagai stabilitas rasio-i.e

(8.19)

(8.20)Ungkapan teoritis yang berkaitan rasio stabilitas interaksi energi potensial telah diturunkan oleh fuchs127:

Hubungan teoritis antara rasio stabilitas dan konsentrasi elektrolit dapat diperoleh dengan penyelesaian numerik integral untuk diberi nilai A dan d. Gambar 8.6 menunjukkan hasil perhitungan untuk 1-1 dan 2-2 elektrolit. Untukd konstan, hubungan linier antara log W dan Log C diperkirakan untuk hampir seluruh wilayah flokulasi lambat.

Gambar 8.6.teori bergantung dari rasio stabilitas konsentrasi elektrolit dihitung dari persamaan (8.2) untuk = 10-8 m, A = 2x 10-19 J dan d = 76,8 mV = 3kT / e. pada konsentrasi elektrolit tinggi w Ca2+ > Sr2+ > Ba2+> Li+ > Na+ > K+ > NH4+ > Rb+ > Cs+Dan Sitrat3- > SO42- > Cl- > NO3- > I- > CNS-

Amonium sulfat, yang memiliki kelarutan tinggi, sering digunakan untuk mengendapkan protein dari larutan berair.Koloid lyofilik juga dapat berdisolvasi (dan diendapkan jika interaksi lapisan ganda listrik cukup kecil) non-elektrolit, seperti aseton atau alkohol untuk larutan gelatin encer dan bensin eter pada larutan karet di benzena.Dispersi Yang Mengandung Agen Penstabil129Stabilitas sols lyophobic sering dapat ditingkatkan dengan penambahan bahan lyophilic larut yang teradsorbsi ke permukaan partikel. Bahan terserap tersebut kadang-kadang disebut agen pelindung. Mekanisme stabilisasi biasanya kompleks dan sejumlah faktor mungkin terlibat, seperti berikut.Efek pada interaksi listrik layer gandaJika agen penstabil terionisasi dan membawa muatan dari tanda yang sama dengan partikel (misalnya surfaktan anionik teradsorpsi pada partikel bermuatan negatif), maka tolakan listrik layer ganda akan ditingkatkan. Agen penstabil terserap (bahkan jika non-ionik) akan mempengaruhi interaksi elektrostatik dengan menyebabkan perpindahan pesawat Stern jauh dari permukaan partikel; ini akan meningkatkan jangkauan tolakan listrik layer ganda dan, dengan demikian, meningkatkan stabilitas.Efek pada interaksi van der WaalsLayer teradsorpsi dari agen penstabil dapat menyebabkan penurunan signifikan konstanta efektif Hamaker dan, karena itu, melemahkan gaya tarik interpartikel van der Waals. Efek ini telah dipertimbangkan oleh Vold230 dan oleh Vincent dan rekan kerjanya231 dalam hal treatment mikroskopik Hamaker dari gaya dispersi.

Gambar 8.9Untuk interaksi digambarkan pada Gambar 8.9

Dimana

Dengan x dan y didefinisikan sebagai berikut:Untuk

(8.22)Untuk Untuk Langbein232 telah menurunkan ungkapan yang sesuai untuk ini yang disebut 'efek Vold' yang didasarkan pada treatment makroskopik Lifshitz dari gaya dispersi.Stabilisasi SterikStabilitas beberapa dispersi koloid 'dilindungi' tidak dapat dijelaskan semata-mata atas dasar tolakan listrik layer ganda dan gaya tarik van der Waals; mekanisme penstabil lain juga harus diselidiki. Stabilisasi sterik adalah nama yang digunakan (sedikit secara bebas) untuk menggambarkan beberapa kemungkinan mekanisme penstabil yang berbeda yang melibatkan makromolekul teradsorpsi. Meliputi sebagai berikut:1) Sebuah pertemuan antara partikel dapat melibatkan desorpsi agen penstabil di titik kontak. Karena adsorpsi merupakan proses spontan, Gads. negatif dan Gdes. positif. Energi bebas positif desorpsi ini sesuai dengan tolakan partikel-partikel dan peningkatan stabilitas. Namun, untuk bahan polimer, proses adsorpsi dan desorpsi cenderung lambat dibandingkan dengan waktu pertemuan partikel-partikel yang khas116 dan sebagainya, dalam kasus tersebut, pencapaian suatu kondisi 'minimum primer' tergumpalkan tidak dimungkinkan.2) Ketika partikel bertabrakan, layer teradsorpsi mereka mungkin ditekan tanpa penetrasi ke dalam satu sama lain. Mekanisme 'denting' ini akan mengurangi konfigurasi yang tersedia untuk molekul polimer teradsorpsi; Oleh karena itu, akan ada penurunan entropi dan peningkatan energi bebas, dan stabilitas akan ditingkatkan oleh efek elastis. Namun, ada kemungkinan bahwa mekanisme ini tidak signifikan dalam praktek.3) Layer teradsorpsi antar partikel dapat meresap sehingga memberikan peningkatan lokal dalam konsentrasi segmen polimer. Tergantung pada keseimbangan antar polimer-polimer dan interaksi polimer medium dispersi, ini dapat menyebabkan baik tolakan ataupun tarikan dengan mekanisme osmotik. Perubahan Enthalpic dan entropis akan terlibat. Jika peresapan berlangsung sampai batas yang signifikan, tolakan elastis juga akan beroperasi.

Penstabil sterik biasanya blok molekul kopolimer (misalnya poli (etilena oksida) surfaktan), dengan bagian lyophobic (golongan 'anchor') yang melekat kuat ke permukaan partikel, dan rantai lyophilic yang bergerak secara bebas di medium dispersi. Kondisi untuk stabilisasi adalah sama dengan kondisi untuk kelarutan polimer yang diuraikan dalam bagian sebelumnya. Jika medium dispersi adalah pelarut yang baik untuk gugus lyophilic dari polimer teradsorpsi, interpenetrasi tidak disukai dan menghasilkan tolakan interpartikel; tetapi jika, di sisi lain, medium dispersi pelarut yang lemah, interpenetrasi dari rantai polimer yang disukai dan menghasilkan tarikan. Dalam kasus terakhir, rantai polimer akan meresap ke titik di mana interpenetrasi selanjutnya dicegah dengan tolakan elastis.Perubahan energi bebas yang terjadi ketika rantai polimer meresap dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti suhu, tekanan dan komposisi pelarut. Titik di mana energi bebas berubah adalah sama dengan nol yang dikenal sebagai (tetha)-point dan pelarutnya disebut -pelarut. Lebih formal, -point didefinisikan sebagai suatu titik di mana koefisien virial kedua dari rantai polimer sama dengan nol. Hal ini dapat ditentukan dengan menghamburkan cahaya dan dengan osmometry.G positif untuk interpenetrasi rantai polimer yang mengarah ke stabilisasi sterik yang diberikan sesuai dengan perubahan entalpi dan entropi dengan G = H-TS, dan, karena itu, stabilisasi bisa menjadi hasil dari H positif dan / atau S negatif. H positif akan mencerminkan pemutusan ikatan pelarut dari rantai polimer karena mereka meresap dan S negatif akan mencerminkan hilangnya konfigurasi bebas karena rantai polimer meresap. Jika H adalah positif dan S negatif, dispersi akan distabilkan secara sterik pada semua suhu; namun, jika H dan S keduanya positif, dispersi harus flocculate pada pemanasan di atas suhu tetha (stabilisasi enthalpic), sedangkan jika H dan S keduanya negatif, dispersi harus flocculate pada pendinginan di bawah suhu tetha (stabilisasi entropis).Efek ini telah diamati baik untuk media air dan non-air dan korelasi yang baik antara titik flokulasi yang baru jadi dan temperature-tetha yang baik130,131. Transisi dari stabilitas ke ketidakstabilan biasanya terjadi pada rentang temperatur yang sangat sempit (1 atau 2 K). Stabilisasi Enthalpic cenderung lebih umum pada media non-air. Karena efek elastis, agregasi menjadi minimum primer dalam tidak terjadi (seperti yang mungkin pada sols lyophobic) dan redispersi berlangsung dengan mudah pada pengembalian ke yang lebih baik dari kondisi pelarut-tetha.Tabel 8.4 KLASIFIKASI DARI DISPERSI YANG DISTABILISASI SECARA STERIK DAN PERBANDINGAN TEMPERATUR FLOKULASI KRITIS (c.f.t.) DENGAN TEMPERATUR TETHA131(Sumber oleh Academic Press Inc.)PenstabilMr/103Medium dispersiklasifikasic.f.t./K/K

Poly (ethylene oxide)100,39 mol dm-3 MgSO4 (aq)enthalpic318 2315 3

96316 2

1000317 2

Poly (acrylic acid)9,80,2 mol dm-3 HCl (aq)Entropic287 2287 5

51,9283 2

89,7281 2

polyisobutylene232-methyl butaneenthalpic325 1325 2

150325 1

Beberapa teori kuantitatif stabilisasi sterik telah dikembangkan selama dekade terakhir atau lebih131,233-235.Gaya antara partikel yang distabilkan secara sterik telah diukur dengan sel kompresi (lihat halaman 195)236, dan telah terbukti (seperti yang diharapkan dalam keterangan pembahasan sebelumnya) menjadi jarak pendek, dengan kisaran sebanding dengan dua kali panjang kontur rantai lyophilic. Untuk sistem yang distabilkan secara sterik total energi interaksi dapat ditulis sebagai(8.23)dan diagram energi potensial secara skematis akan digambarkan pada Gambar 8.10, dengan masuk ke minimum primer dalam dibuat hampir tidak mungkin oleh interaksi sterik.

Gambar 8.10. Skema diagram energi interaksi untuk partikel yang distabilkan secara sterik: (a) dengan tidak adanya tolakan listrik layer ganda (V = VA + VS), (b) dengan tolakan listrik layer ganda (V = VR + VA + VS).

Peningkatan SentitifitasDalam kasus-kasus tertentu, dispersi koloid dibuat lebih sensitif terhadap agregasi dengan penambahan sejumlah kecil bahan yang, jika digunakan dalam jumlah yang lebih besar, akan bertindak sebagai agen stabilisasi. beberapa faktor dapat berkontribusi untuk pengamatan tersebut:1) Jika partikel sol dan aditif bermuatan berlawanan, hasil sensitisasi ketika konsentrasi (dan adsorpsi) aditif adalah sedemikian rupa sehingga muatan pada partikel dinetralkan, sedangkan hasil stabilisasi pada konsentrasi yang lebih tinggi menyebabkan pembalikan muatan dan meningkatkan efek sterik.2) Pada konsentrasi rendah, permukaan-aktif aditif dapat membentuk layer teradsorpsi pertama pada partikel sol dengan bagian lyophobic berorientasi ke luar, sehingga meningkatkan sensitifitas sol. Pada konsentrasi yang lebih tinggi kedua, terjadi orientasi berlawanan, layer selanjutnya akan memberikan perlindungan237.3) Aditif rantai panjang, seperti gelatin, kadang-kadang dapat membawa flokulasi agak longgar dengan mekanisme penghubung di mana molekul yang teradsorpsi dengan bagian panjang mereka pada dua atau lebih partikel129,238,239. Flokulasi seperti itu biasanya terjadi pada rentang konsentrasi aditif yang sempit; pada konsentrasi tinggi aksi proteksi diperoleh, karena penghubung dapat terjadi hanya melalui tabrakan partikel dalam kondisi di mana adsorpsi lebih lanjut dari aditif adalah mungkin.

Dispersi partikel hidrofilik dalam media minyak dapat flocculated oleh jejak air, yang membentuk interkoneksi film tipis antara partikel132.

Gambar 8.7. plot dari log w vs log c untuk koagulasi sols AgI pada berbagai nilai pI oleh magnesium nitrate229