Ytkemi

Var är det som driver micellbildning när koncentrationen surfaktant i vattenlösning överstiger CMC?

Att entropi vinsten för vatten blir större än entropi förlusten för surfaktanterna när micellerna bildas.

Micellära lösningar är ett exempel på:

Associationskolloider

Vilket av följande påstående om miceller är korrekt?

Miceller kan användas för att solubilisera hydrofoba ämne

b) Rangordna följande surfaktanter efter ökande CMC. Motivera ditt svar!

Rangordning efter ökande CMC: B < A < C < D

Motivering:
– Längre kolkedja → lägre CMC
– Jonisk huvudgrupp → högre CMC än icke-jonisk

B: Längst kolkedja, oladdad → lägst CMC
A: Samma kedja som C, men icke-jonisk → lägre CMC än C
C: Laddad sulfatgrupp → högre CMC än A
D: Kort kolkedja, jonisk → högst CMC

Kompletera meningen:
Ytaktiva ämne i vatten sjävagreggerar och bilder miceller...

b. när vinsten i vattnets entropi är större än förlusten av surfaktantens entropi vid
micellbildning

Surfaktant miceller:

c. är termodynamisk stabila

Om surfaktant koncentrationen i en vatten lösning är redan högre än CMC, då kommer ytspänningen och osmotiskt tryck att:

a. förbli konstant om man tillsätter mer surfaktant

Enligt DLVO teorin, attraktion mellan kolloidala partiklar uppstår pga:

i. Van der Waals växelverkan

Enligt DLVO teorin, hur påverkas den kolloidala stabiliteten av ökande salt koncentrationer
(dvs. av ökande jonstyrka):

ii. Den kolloidala stabiliteten minskar när man ökar salt koncentrationen

Välj de ord eller uttryck som ska infogas i luckan för att meningarna nedan ska bli korrekta.

i. Ytspänning kan beskrivas som _(a)_ per areaenhet som behövs för att generera ny ytarea.
ii. Ytspänning uppstår på grund av _(b)_ för molekyler vid ytan i jämförelse med
molekyler i bulken
iii. På grund av ytspänning det uppstår en kraft vid gränsytor som pekar t_(c)_

a) arbete
b) högre energi
c) tangentiell (parallel) till
ytan

Kontaktvinkeln mellan ett kapillärrör och en vätska är 180°. Vad kommer att hända när röret
placeras i kontakt med vätskan)

a. Vätskan kommer att sjunka i röret (kapillär depression)

På vilken sida av menisken i ett kapillärrör är trycket högre?

c. Alltid på den konkava sidan

Vilken av följande faktorer påverkar INTE höjden som en vattenlösning i ett kapillärrör kan
stiga ovanför den plana vätskeytan?

d. Om röret lutar med en vis vinkel mot lösningens ytan

Rangordna följande surfaktant efter ökande CMC. Motivera ditt svar!

Rangordna surfaktanter efter ökande CMC:
Svar: (lägst CMC) Hexadecylglukosid < CTAB < SDS (högst CMC)


Motivering:
Längre kolkedja → lägre CMC
Laddad huvudgrupp → högre CMC än oladdad

Hexadecylglukosid: Längst kolkedja (16 C), oladdad → lägst CMC
CTAB: Samma kedja som ovan men laddad → högre CMC
SDS: Kortare kedja (12 C) + laddad → högst CMC

Vilka av följande påstående är korrekta?

d. Entropin i systemet ökar när ytaktiva molekyler självassocierar.

f. Ytaktiva molekyler kan användas för att förbättra vätning av ytor

g. Ytaktiva molekyler är i regel amfifila.

Hur är en ytaktiv molekyl uppbyggd och varför minskar den ytspänningen?

Ytaktiva molekyler är amfifila: de har en polär del (huvud) och en opolär del (svans).
De minskar ytspänningen genom att spontant lägga sig vid gränsytor → sänker energikostnaden för ny yta.

Vad är skillnaden mellan associationskolloider och dispergerade kolloider?

Associationskolloider (t.ex. miceller) bildas spontant och är termiskt stabila (jämviktssystem).
Dispergerade kolloider (t.ex. olja i vatten) kräver arbete för att bildas och är inte i jämvikt.

SN-38 är ett antineoplastiskt läkemedel som används för att behandla kolorektal cancer. Ytenergin (𝛾𝑠𝑣) för SN-38 i fast fas vid 25 ℃ är 25 mJ/m2 medan mellanfasspänning (𝛾𝑠𝑙) mellan vatten och fast SN-38 är 35 mN/m vid samma temperatur. Är SN-38 hydrofilt eller hydrofob? Motivera! (2p)

Svar: Enklast är att se att 𝛾𝑠𝑣 < 𝛾𝑠𝑙 . Det vill säga att SN-38 ”föredrar” att vara i kontakt med luft än i kontakt med vatten. SN-38 är därför hydrofob.

i. Vilken/vilka egenskaper hos tetrakainhydroklorid förklarar dess effekt på ytspänning?
ii. Vid vilken koncentration börjar tetrakainhydroklorid bilda miceller?

i) Svar:
Tetrakain är amfifil – den har både en hydrofil (laddad amin) och en hydrofob (aromatisk ring + kolkedja) del. Därför lägger den sig i gränsytan vatten–luft och sänker ytspänningen.

ii) Svar:
Vid ca 75 mM. Ytspänningen blir konstant över denna koncentration → överskottet bildar miceller i stället för att gå till ytan.

Följande tabell visar hur vatten droppar skulle se ut om de skulle placeras på olika ytor
bestående av olika material. Baserad på figurerna, dra och släpp den korrekta
kontaktvinkeln mellan vatten och de olika materialen.

Motivering: Kontaktvinkeln speglar hur hydrofob eller hydrofil en yta är.
Liten vinkel (0–32°) → stark vätning (hydrofil yta, t.ex. glas och cellulosa)
Större vinkel (>90°) → svag vätning (hydrofob yta, t.ex. teflon och paraffin)
Runt 90° → medelvätning (t.ex. silver)

Vilka typer av växelverkan mellan kolloidala partiklar beskrivs av DLVO teorin?

a. Elektrisk dubbel lager repulsion och van der Waals attraktion

Vanligtvis ett kolloidalt system har bra kolloidal stabilitet om:

a. Repulsionen mellan partiklarna är mycket starkare än attraktionen

Enligt DLVO teorin, hur påverkas den kolloidala stabiliteten av jonstyrkan?

a. Stabiliteten minskar med ökande jonstyrka

Vad är den viktigaste skillnaden mellan dispergerade kolloider och associations
kolloider?

b. Termodynamisk stabilitet: Associationskolloider är jämviktsstrukturer medan
dispersions kolloider inte är det.

Vilket av följande egenskaper är gemensam för alla surfaktanter:

a. De har en polär del (”huvud”) och en hydrofob del (”svans”).

Surfaktanter minskar ytspänningen för en vattenlösning eftersom:

a. De fördelas spontan mellan bulken och gränsytan.

Surfaktanter bilder miceller vid koncentrationen högre än CMC eftersom:

a. Vinsten i vattnets entropin blir större än förlusten i surfaktantens entropin vid
självassociering

Figuren nedan visar ytspänningen som funktion av koncentration ibuprofen i vatten

a) Vilken egenskap hos ibuprofen påverkar ytspänningen?
b) Vid vilken koncentration börjar ibuprofen bilda miceller? (

a) Ibuprofen är amfifilt – det har en hydrofil del (karboxylgrupp) och en hydrofob del (aromatisk kolkedja). Amfifila molekyler sänker ytspänningen genom att spontant samlas vid gränsytor.

b) Vid cirka 200 mM. Då planar kurvan ut, vilket visar att ytspänningen inte längre påverkas → överskottet av molekyler bildar miceller istället för att gå till gränsytan.

Ange vilka krafter mellan kolloidala partiklar som beskrivs av DLVO teorin och ange om krafterna är repulsiva eller attraktiva.

Krafterna är: van der Waals krafter och krafter pga det elektriska dubbellagret.
Van der waals krafterna är attraktiva
Det elektriska dubbellagret orsakar en repulsiv kraft.

Enligt DLVO teorin, hur påverkas det kolloidala stabiliteten av jonstyrkan i lösningen? Ökar eller minskar det kolloidala stabiliteten med ökande jonstyrka?
Motivera!

Ökad jonstyrka minskar den kolloidala stabiliteten.
→ Dubbellagret blir tunnare → repulsionen minskar
→ Attraktiva van der Waals-krafter dominerar → partiklarna kollapsar = instabilt system.

På grund av ytspänning, det uppstår en kraft som pekar:

a. Tangentiell (parallell) till ytan

Kontaktvinkeln mellan ett kapillärrör och en vätska är 110°. Vad kommer att hända
när röret placeras i kontakt med vätskan?

b. Vätskan sjunker i röret (kapillär depression)

Man har en sfärisk, mikroskopisk gasbubbla som flyter runt i en vätska. Vilken av
följande påstående är korrekt:

a. Trycket inuti bubblan är högre än trycket utanför

Vilka av följande påstående är korrekta?

c. . Självassociering av surfaktant molekyler drivs av vattnets entropin.

d. . Vattenlösningar av surfaktanter har lägre ytspänning än rent vatten.

Enligt DLVO teorin, repulsionen mellan kolloidala partiklar uppstår pga:
Välj ett alternativ:

a. Elektriskt dubbel lager växelverkan

Vanligtvis, ett kolloidalt system ha bra kolloidal stabilitet om:

a. Det finns starka repulsiva krafter mellan partiklar

Enligt DLVO teorin, hur påverkas den kolloidala stabiliteten av salt koncentrationen (dvs.
av jonstyrkan):

a. Den kolloidala stabiliteten minskar när man ökar salt koncentrationen

Beskriv med dina egna ord varför ytaktiva molekyler själv associerar i vatten vid
koncentrationer högre än CMC.

När amfifila molekyler loser upp sig i vatten, kommer vatten att ordna sig rundomkring de hydrofoba delarna för att försoka maximera antal vätebidningar. Detta gör att vattnets
entropin minskar.

Om dem amfifila molekyler bilder istället en aggregat, vatten blir ”fritt” och sin entropi ökar. Samtidigt betyder detta att entropin för dem amfifila molekyler minskar. Själv association kommer att ske bara när vattnets entropi vinsten är större än
amfififla molekylens entropiförslust, och deta händer vid koncentrationer högre än CMC.

För en hydrofob yta gäller det att:

Mellanfasspänningen är högre än ytans ytenergi

Kontaktvinkeln mellan en yta och en vätskedroppe blir 90° när:

Mellanfasspänningen är lika stor som ytans ytenergi

En vätska stiger 1 cm i ett kapillärrör. På vilken sida av menisken i kapillären är trycket högre?

Luftenssidan

Kontaktvinkeln mellan en fast yta och en vätska bestämdes till 0°. Detta innebär att:

Vätskan väter ytan fullständigt

Man har en sfärisk, mikroskopisk gasbubbla som flyter runt i en vätska. Vilken av följande påstående är korrekt:

Trycket inuti bubblan är högre än trycket utanför

Vilka typer av växelverkan mellan kolloidala partiklar beskrivs av DLVO teorin?

Van der Waals attraktion och elektriskt dubbellager repulsion

Vanligtvis ett kolloidalt system har bra kolloidal stabilitet om:

Repulsionen mellan partiklarna är mycket starkare än attraktionen

Enligt DLVO teorin, hur påverkas den kolloidala stabiliteten av ökande salt koncentrationer (dvs. av ökande jonstyrka):

Den kolloidala stabiliteten minskar när man ökar salt koncentrationen