Zur Geschichte der Kolloidchemie

• Alchimie: Herstellung von Goldtinkturen

Kolloidales Gold(Alchimisten)

• Trinkbares Gold (aurum potabile)

• Elixier des Lebens ?

Zur Geschichte der Kolloidchemie

• 1857 Faraday: Methode der Lichtstreuung

• 1871 Rayleigh: Theorie der Lichtstreuung

• 1861 Graham: Diffusionsverhalten

Definition (nach Graham)

• Kolloide sind

leimähnliche Substanzen,

die sehr langsam diffundieren

und nicht dialysieren.

Was sind Kolloide?

DEFINITION:

= Leim

nach Graham

Zur Geschichte der Kolloidchemie

• 1907 Ostwald: Einteilung kolloidaler Systeme

grobdispersmechanische Suspension

> 1000 nm

Einteilung disperser Systeme (nach W. Ostwald)

Disperse Systeme

kolloiddisperskolloidale Dispersion

1 bis 1000 nm

hochdispersmolekulare Lösung

< 1 nm

Zitat (W. Ostwald)

• „Das primär Kennzeichnende eines Kolloids ist tatsächlich sein spezieller Dispersitätsgrad innerhalb der großen Gruppe disperser Systeme“

• Disperse Teilchen

(1 – 1000 nm)

im Dispersionsmittel

fein verteilt

• alle Kombinationen:

gasförmig, flüssig, fest

sind möglich W. Ostwald

Definition:

Farbe-Dispersitätsgrad-Regel

Das Absorptionsmaximum des Lichtes

verschiebt sich mit abnehmenden Dispersitätsgrad

nach größeren Wellenlängen, demnach ändert sich

die Farbe im durchfallenden Licht von gelb über

rot, blau nach grün.

Absorption des sichtbaren Lichtes

AbsorbierteWellenlänge

450 nm490 nm590 nm

AbsorbierteFarbe

blaublaugrünorange

Beobachtete Farbe

orangerot

blau

Zitat (W. Ostwald)

„Der kolloidale Zustand ist ein allgemein

möglicher Zustand der Materie.

Jeder Stoff kann grundsätzlich in den

kolloidalen Zustand gebracht werden.“

Zur Geschichte der Kolloidchemie

• 1923 Svedberg: Ultrazentrifuge

• 1927 Burry, Ekwall: Assoziationskolloide

Assoziationskolloide

• Selbstorganisation von Amphiphilen

• Assoziate (z.B. Mizellen) in kolloidaler Dimension

• Physikalische Assoziation

(nicht-kovalente Bindungsknüpfung)

• Variabilität in Grösse und Form

• Schnelle Austauschprozesse

Zur Geschichte der Kolloidchemie

• 1929 Staudinger: Makromoleküle

• 1932 Ruska: Elektronenmikroskop

Kolloiddisperses System (nach Staudinger)

• Teilchen bestehen aus 103 bis 109 Atomen

• Teilchendurchmesser 1 bis 1000 nm

• Teilchen laufen durch Papierfilter

• Teilchen mikroskopisch nicht nachweisbar

• Teilchen dialysieren nicht

• Teilchen diffundieren sehr langsam

• Teilchen sind polydispers

• Die Farbgebung beim kolloidalen Gold ist auf die definierte Partikelgröße und eine spezifische Lichtabsorption zurückzuführen.

Definition

• Kolloide sind durch ihre Teilchengröße bestimmt (1 – 1000 nm)

• Kolloide sind in einem Dispersionsmittel dispergiert

• Wir unterscheiden zwischen Dispersionskolloiden, Assoziationskolloiden und Makromolekülen

Kolloidchemie

• Physik und Chemie

nanostrukturierter Systeme

Besondere Eigenschaften kolloidaler Systeme

• Verhältnis von Oberfläche zu Volumen ist groß

• Moleküle an der Oberfläche werden eigenschaftsbestimmend

Beispiel: Würfel

Kantenlänge des Würfels

Gesamtober-

fläche

Spezifische Oberfläche

1 cm 6 cm2 6 cm-1

500 nm 60 cm2 6 x 105 cm-1

1 nm 6000 cm2 6 x 107 cm-1

Besondere Eigenschaften kolloidaler Systeme

Kolloidales System

Lineare Ausdehnung Spezifische Oberfläche

Laminare Kantenlänge:

1 cm; 1 cm; 5 x 10-5 cm

1 cm; 1 cm; 5 x 10-7 cm0,4 x 105 cm-1

2 x 107 cm-1

Fibrillare Kantenlänge:

1 cm; 5 x 10-5 cm; 5 x 10-5 cm

1 cm; 5 x 10-7 cm; 5 x 10-7 cm

0,8 x 105 cm-1

4 x 107 cm-1

Kugel Durchmesser: 5 x 10-5 cm

Durchmesser: 1 x 10-7 cm

1,2 x 105 cm-1

6 x 107 cm-1

Beispiele

1 cm3 Gold Blattgold Dicke: 1 µm 2 m2 Oberfläche

Dicke: 1 nm 1000 m2 Oberfläche

1 cm3 Viskose Faden Dicke: 1 µm Länge: 1273 km

Dicke: 1 nm Länge: 1 Milliarde km

1 Liter 0,1 m mizellare Lösung 40.000 m2 Oberfläche

Kolloidale Systeme:

Systeme mit extrem großen Oberflächen