Grænseflade- og kolloidvidenskab
Grænseflade- og kolloidvidenskab er et tværfagligt overlap mellem grene af kemi, fysik, nanovidenskab og andre felter, som beskæftiger sig med kolloider: heterogene flerfase-systemer, der indeholder omfattende grænseflader. Et af eksemplerne er en kolloid opløsning, som er en heterogen blanding, hvor partikelstørrelsen af stoffet ligger mellem en ægte opløsning og en suspension, dvs. mellem 1–1000 nm. Røg fra en brand er et eksempel på et kolloidalt system, hvor bittesmå faste partikler svæver i luft. Ligesom ægte opløsninger er kolloidale partikler små og kan ikke ses med det blotte øje. De passerer let gennem filterpapir. Men kolloidale partikler er store nok til at blive tilbageholdt af pergamentpapir eller en dyremembran. Opvædede porøse materialer og tynde oliefilm på vandets grænseflade er andre eksempler på systemer, der studeres inden for grænseflade- og kolloidvidenskab.
Grænseflade- og kolloidvidenskab har anvendelser og konsekvenser i den kemiske industri, lægemidler, bioteknologi, keramik, mineraler, nanoteknologi og mikrofluidik, blandt andet.
Historie
Grænseflade- og kolloidvidenskab forblev empirisk i lang tid. Der fandtes enkelte sporadiske matematiske modeller, som fx elektrokinetiske teorier i 1903 af Marian Smoluchowski, eller teorien om brownske bevægelser af Albert Einstein i 1905. Disse var dog undtagelser, der i højere grad understregede en empirisk tilgang til videnskabens hovedproblem, herunder stabilitet af kolloider og tynde film.
Denne situation ændrede sig dramatisk efter opfindelsen af DLVO teori i 1940’erne af forskningsmiljøet omkring Boris Derjaguin og Theodoor Overbeek. Fremskridtet i DVLO-teorien blev beskrevet af Pierandrea Lo Nostro og Barry Ninham i 2019 som:
Så i løbet af én generation var kolloidvidenskab flyttet fra et overset randområde i fysisk kemi, hvor man nærmest plaskede rundt i mudder, til at stå centralt i teoretisk fysik!
Yderligere studier fra mange forskellige grupper afslørede revner i fundamentet for grænseflade- og kolloidvidenskab. De to hovedproblemer blev formuleret af Ninhan sammen med medforfattere i flere artikler. Det første vedrører “krydstale” mellem den makroskopiske elektrostatisk dobbeltlag-effekt og van der Waals-kræfter. Det andet er knyttet til rollen af opløst gas og dens selvorganisering, som ignoreres i moderne teorier.
Se også
Noter
- ↑ Oversat fra "So in one generation colloid science had moved from a backwater of physical chemistry, puddling around in mud as it were, to center stage in theoretical physics!"
Referencer
- ↑ Lyklema, J. (2005-03-30). Fundamentals of Interface and Colloid Science: Particulate Colloids (engelsk). Elsevier. ISBN 978-0-08-045439-9.
- ↑ von Smoluchowski, M. (1903). "Contribution à la théorie de l'endosmose électrique et de quelques phénomènes corrélatifs". Bull. Int. Acad. Sci. Cracovie. 184.
- ↑ Einstein, Albert (1905). "Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen" [On the Movement of Small Particles Suspended in Stationary Liquids Required by the Molecular-Kinetic Theory of Heat] (PDF). Annalen der Physik (tysk). 322 (8): 549-560. Bibcode:1905AnP...322..549E. doi:10.1002/andp.19053220806. Arkiveret (PDF) fra originalen 2022-10-09.
- ↑ Derjaguin, B.; Landau, L. (1941), "Theory of the stability of strongly charged lyophobic sols and of the adhesion of strongly charged particles in solutions of electrolytes", Acta Physico Chimica URSS, 14: 633
- ↑ Verwey, E. J. W.; Overbeek, J. Th. G. (1948), "Theory of the stability of lyophobic colloids", The Journal of Physical and Colloid Chemistry, Amsterdam: Elsevier, 51 (3): 631-6, doi:10.1021/j150453a001
- 1 2 Nostro, P.L.; Ninham, B.W. (2020), "After DLVO : Hans Lyklema and the keepers of the faith", Advances in Colloid and Interface Science, Amsterdam: Elsevier, 276: 102082
- Yderligere læsning
- Hackley, V.A. and Ferraris, C.F. "The Use of Nomenclature in Dispersion Science and Technology", NIST, special publication 960-3 (2001);
- Lyklema, J. “Fundamentals of Interface and Colloid Science”, vol.2, page.3.208, 1995 ISBN 0-12-460529-X
- Russel, W.B., Saville, D.A. and Schowalter, W.R. “Colloidal Dispersions”, Cambridge University Press, 1992 ISBN 0-521-42600-6
- Dukhin, A. S. and Goetz, P. J. Characterization of liquids, nano- and micro- particulates and porous bodies using Ultrasound, Elsevier, 2017 ISBN 978-0-444-63908-0
- Israelachvili, Jacob (2010). Intermolecular and Surface Forces, Second Edition: With Applications to Colloidal and Biological Systems. London: Academic Press. s. 480. ISBN 978-0-12-375181-2.
- Dukhin, Andrei S.; Xu, Renliang (2025). Zeta Potential: Fundamentals, Methods, and Applications. London Cambridge, MA: Academic Press. ISBN 978-0443334436.