Je leest:

Stabiliteit van colloïden

Stabiliteit van colloïden

Het voetspoor van Verweij en Overbeek.

Auteur: | 1 oktober 2001

In Eindhoven en Rusland bedachten onderzoekers onafhankelijk van elkaar dezelfde theorie over stabiliteit van ‘solen’ – die vervolgens naar hen alle vier vernoemd werd!

Colloïdale deeltjes zijn deeltjes met afmetingen van enkele tientallen tot enkele duizenden nanometer, ofwel van 10-9 tot ca. 10-6 meter. Er bestaan vele soorten waaronder onoplosbare anorganische materialen in water, hydrofobe solen. De vraag dient zich aan wat er zo bijzonder is aan die deeltjesafmeting. En ook hoe het mogelijk is om stabiele hydrofobe solen te maken (solen waarvan de deeltjes niet samenklonteren).

Wat de eerste vraag betreft, de deeltjes in een sol zijn groter dan die in een ware oplossing, maar kleiner dan die in suspensie. Zo loopt een sol door een papieren filter heen (de deeltjes worden wel tegengehouden door een goedgekozen membraan) en zakt niet merkbaar uit (wel in centrifuges). Ook zijn de deeltjes microscopisch onzichtbaar (je kunt ze wel zien in Zsigmundy’s ultramicroscoop en natuurlijk onder de elektronenmicroscoop).

Elektrische interactie tussen twee elektrische dubbellagen

De tweede vraag is, hoe je stabiele hydrofobe solen kunt maken. Afhankelijk van de bereidingswijze, waarop we hier slechts zijdelings ingaan, kunnen solen verrassend stabiel zijn. Een markant voorbeeld zijn Faraday’s goudsolen, nu zo’n anderhalve eeuw oud, maar nog steeds te zien in Londen. Ze zien er donkerrood uit als Bordeaux wijn, maar smaken wel anders.

Lading

In de loop van de tijd kwam vast te staan dat de aanwezigheid van lading op de deeltjes een voorwaarde is voor stabiliteit van zulke solen. Dat bleek uit elektroforese- proeven: als de deeltjes snel genoeg bewegen in een elektrisch veld zijn ze stabiel. De lading op de deeltjes houdt ze van elkaar. Een sluitende theorie zou in elk geval rekenschap moeten geven van de volgende feiten:

–Stabiel als ze mogen zijn, colloïden kunnen niet tegen zouten. Soms zijn geringe hoeveelheden genoeg om solen samen te laten klonteren ( coaguleren). – De coagulatie-efficiëntie van zouten neemt drastisch toe met de valentie van het tegenion – het ion waarvan het ladingsteken tegenovergesteld is aan dat van het deeltje. Dit is de z.g. Schulze-Hardy-regel, stammend van rond de vorige eeuwwisseling. – Colloïdale deeltjes trekken elkaar aan door van der Waals-krachten. Eventuele elektrostatische afstoting moet daar dus tegenop werken. – Deeltjes dragen nooit alleen maar een oppervlaktelading; er zit ook een even grote, maar tegengesteld geladen tegenlading rondom die deeltjes, en voor een deel is die tegenlading diffuus verdeeld. Als geheel is zo’n elektrische dubbellaag elektroneutraal. Stoten twee elektroneutrale dubbellagen elkaar altijd af of zijn er ook situaties van aantrekking?

Goudsol in een waterige oplossing Bron: Audiovisuele Dienst Chemie, Universiteit Utrecht

Vier grondleggers

Met het uitwerken van zo’n theorie hielden diverse coryfeeën zich in de dertiger jaren bezig. Evert Verwey en Theo Overbeek, werkend op het Philips Natuurkundig Laboratorium (NatLab), en beiden gepromoveerd bij Kruyt in Utrecht, zagen kans de theorie tijdens de oorlogsjaren te vervolmaken. De bezettende Duitsers beschouwden het onderzoek als ‘Kriegswichtig’ en gaven toestemming er aan te blijven werken te Eindhoven. Een van de sleutels tot het antwoord was dat de ladingsverdeling via een reversibel opladingsproces werd berekend. Het bleek met deze theorie mogelijk alle vier bovengenoemde punten te beantwoorden.

DLVO

De theorie werd in een monografie (1948) gepubliceerd. Dit boek is nog lezenswaard door zijn inhoud, de visie die er uit spreekt en de heldere wijze van presentatie.Vorig jaar verscheen een zogenaamd Dover herdruk, hetgeen als kwaliteitskeurmerk beschouwd mag worden. Later bleek dat Deryagin en Landau geheel onafhankelijk ook de essentie van het oplaadproces hadden bedacht. Hun artikel is niet erg helder, is van veel beperkter omvang, en staat in een Russisch tijdschrift, zodat het enige tijd geduurd heeft alvorens het Westen er na de oorlog kennis van kon nemen. De theorie staat thans bekend als DLVO theorie. D en de L staan voor Deryagin en Landau, V en O voor Verwey en Overbeek. De invloed van deze theorie op het colloïdchemisch denken is enorm en duurt nog steeds voort. Je hoeft er de nieuwste nummers van de vaktijdschriften maar op na te slaan. Al met al is de naam DLVO een terechte erkenning van de vier grondleggers.

Overbeek, Deryagin en Verweij (v.l.n.r.) in 1968. Verwey maakte carriere bij Philips en werd directeur van het NatLab, Overbeek volgde Kruyt op als hoogleraar aan de Universiteit Utrecht. Bron: J. Lyklema

Literatuur

E.J.W. Verweij, J.Th.G. Overbeek (m.m.v. K. Nes), Theory of the Stability of Lyophilic Colloids, Elsevier, Amsterdam (1948).

Zie ook:

Dijken
KNAW

Dit artikel is afkomstig uit het boek Chemie achter de dijken, een gezamenlijke uitgave van de Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen (KNAW) en de Koninklijke Nederlandse Chemische Vereniging (KNCV). Het werd in 2001 uitgegeven ter herdenking van het feit dat de Nederlander Jacobus Henricus Van ‘t Hoff honderd jaar eerder in 1901 de allereerste Nobelprijs voor de scheikunde won. Chemie achter de dijken belicht Nederlandse uitvindingen en ontdekkingen op chemisch gebied sinds 1901. In zo’n zeventig bijdragen (voor het overgrote deel opgenomen in Kennislink) wordt de betekenis van de Nederlandse chemie duidelijk voor ontwikkelingen op het gebied van de gezondheidszorg (bijvoorbeeld de kunstnier), de voedingsmiddelenindustrie (onder andere zoetstoffen), de kledingindustrie (bijvoorbeeld ademende regenkleding) of de elektronica (zoals herschrijfbare CD’s).

Dit artikel is een publicatie van KNAW/KNCV.
© KNAW/KNCV, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 01 oktober 2001

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.