Nanotechnológia 2.zh 2026

Csoportosítsa az aggregáció (koaguláció) típusait az ütközések hatékonysága szerint! Mi a sebesség meghatározó az egyes esetekben?

Ha minden ütközés hatásos, akkor gyors vagy diffúziólimitált az aggregáció, ha nem, akkor lassú vagy reakciólimitált a folyamat.

Írja fel az aggregáció sebességét az aggregálódó részecskék töménységének függvényében!

-(dn/dt)=k_an²
diff.egyenlet megoldása: (1/n) - (1/n₀) = k_at
Ahol n az egységnyi térfogatban lévő részecskék száma adott t időpillanatban, k_a az aggregációs sebességi együttható

Mit fejez ki a stabilitási tényező (W)?

A részecskék ütközésének hatékonyságát mutatja: az ütközések W-ad része vezet összetapadáshoz

Hogyan határozná meg kísérletileg a stabilitási tényező értékét?

Mérném a gyors (k⁰_a) és a lassú aggregációs sebességi együtthatót: W=k⁰_a/k_a

Semleges makromolekulákkal stabilizált szolok esetén adja meg a védőkolloid hatás feltételeit, és magyarázza meg a kölcsönhatás természetét!

Feltétel: makromolekula adszorbeálódjon a részecske felületén, az adszorpciós réteg telített és elegendően vastag legyen
Ütköző mikrofázisok között sztérikus taszítás lép fel a makromolekulás védőburkok átfedését követően, így a makromolekula megvédi a mikrofázisokat a koagulációtól

Adja meg a hídképző flokkuláció feltételeit, és írja le a jelenséget!

Feltétel: makromolekula adszorbeálódjon a mikrofázis felületén, de az adszorpciós réteg telítettsége csak 50%-os
Makromolekula különböző láncvégeivel különböző mikrofázisok felületén adszorbeálódik, így hídként összeköti azokat. Mech-ilag erős szerk-ű aggregátumok kialakulását eredményezi

Adja meg a kiszorulásos flokkuláció feltételeit, és magyarázza meg a kölcsönhatás természetét!

Feltétel: makromolekula jól szolvatálódjon a diszperziós közegben, ne adszorbeálódjon
Mikrofázisok Brown-mozgás következtében olyan közel kerülnek egymáshoz, hogy nincs köztük oldott makromolekula, így ozmózis következtében a folyadék kiáramlik a részecskék közül, elősegítve összetapadásukat. A keletkezett aggregátumok szerk-e mech-ilag gyenge

Elemezze a diszperzió stabilitás lehetőségeit makromolekulák jelenlétében!

Védőkolloid hatás, hídképző flokkuláció, kiszorulásos flokkuláció

Nevezze meg és értelmezze a kolloidstabilitásban szerepet játszó strukturális erőket!

Hidrofób vonzás: csak vizes közegben, vonzó kcsh hidrofób felületű mikrofázisok között
Szolvatációs taszítás: Részecskék felületéhez erősen tapadó szolvátburokban lévő molekulák nem szorulnak ki a részecskék ütközéseinél, szinte védőkolloidként hatnak. Hidratációs taszítás (vizes közeg): vízzel jól nedvesíthető felületek esetén

Milyen típusú tenzidet alkalmazna negatív elektromos töltésű, szilárd halmazállapotú mikrofázisok hidroszoljának destabilizálására?

Kationos, azaz pozitív töltésű fejcsoporttal rendelkezőt

Adja meg és értelmezze a peptizálás lehetőségeit, ha inert, ill. ha sajátionokkal hoztuk létre az üledéket felépítő aggregátumokat!

Inert elektrolit: peptizálás dialízissel, azaz a kolloid oldatot/diffúziót dializáló hüvelybe töltjük, melynek fala szemipermeábilis hártyából készült, ezt tiszta diszperziós közeggel feltöltött nagyobb edénybe merítjük, így a kémiai pot.kül. miatt a kismolekulás anyagok kidiffundálnak a tiszta folyadékfázisba, melynek molekulái pedig bediffundálnak a kolloid rsz-be
Sajátionok: adszorpciós módszer, azaz potenciál-meghatározó ionokat tart. elektrolitot adagolunk az oldathoz, ezek az ionok adszorbeálódnak és újra feltöltik a szol-részecskék felületét, így azok között iismét hat a taszítás, kevergetéssel a rsz. ismét peptizált áll-ba kerül

Írja le a peptizálás fontosabb lehetőségeit! Melyik módszert mikor alkalmazhatja?

Peptizálás elektrolitokkal, adszorpciós módszer: ha az aggregációt felületi töltés csökkentésével idézték elő, akkor potenciál-meghatározó ionokat tart. elektrolitot adagolunk az oldathoz, ezek az ionok adszorbeálódnak és újra feltöltik a szol-részecskék felületét, így azok között iismét hat a taszítás, kevergetéssel a rsz. ismét peptizált áll-ba kerül

Dialízissel: alapvetően kolloid rsz-ek kismolekulás szennyezéseinek eltávolítására, a kolloid oldatot/diffúziót dializáló hüvelybe töltjük, melynek fala szemipermeábilis hártyából készült, ezt tiszta diszperziós közeggel feltöltött nagyobb edénybe merítjük, így a kémiai pot.kül. miatt a kismolekulás anyagok kidiffundálnak a tiszta folyadékfázisba, melynek molekulái pedig bediffundálnak a kolloid rsz-be

Hogyan függ az üledékek térfogata az üledéket alkotó részecskék között megnyilvánuló erők (adhézió) nagyságától?

Az üledék térfogata a részecskék közti adhézió növekedésével nő

Mire utal, ha egy szuszpenzió diffúz, ill., ha éles határfelülettel ülepedik?

Diffúz ülepedés: kis, kölcsönható részecskék.
Éles határ: nagy, gyorsan ülepedő részecskék.

Mi a strukturált szuszpenzió és milyen gyakorlati jelentősége van?

Olyan rsz., amelyben a részecskék térhálós szerk-et alkotnak, nagy szerepük van festékek stabilitásában

Adja meg a diszperziók előállításának két fő irányát! Értelmezze a folyamatokat kísérő energiaváltozást!

Makroszkopikus anyagi halmazok dezintegrálása: Ásványelőkészítésben aprítani, őrölni kell a makroszkopikusan szemcsés anyagokat → új felület létrehozásához W kell → aprításnál jelentős része súrlódási (rsz. felmelegszik). Létezik egy opt. idő és opt. befektetett E (egy idő után a nagy fajl. felület miatt a felületi erők újra összetapasztkák a részecskéket)

Kondenzálás:
2 elemi rész → góckeletkezés és gócnövekedés. A gócok spontán növekedésre képes mikrofázisok

Hogyan növelhetjük a diszperzitásfokot szilárd anyagok őrlése során? Miért nem érdemes egy idő után tovább folytatni az őrlést?

Diszperzitásfok növelhető a felület növelésével, amit pl. aprítással, őrléssel érhetünk el.
Őrlésnél egy bizonyos optimális őrlési idő, amely után olyan nagy lesz az őrlemény fajl. felülete, hogy újra összetapadnak a részecskék.

Egyetlen folyadék csepp keletkezése során milyen tagok összegzésével írható fel a szabadentalpia változás? Hogyan függ a szabadentalpia változás a gócsugártól az egyes tagokban?

∆G=∆G_felület+∆G_térf
∆Gfel=4a²πγ
∆Gtérf=-(4a³π/3)(RT/V_m)ln(P/P₀)
a a csepp sugara (gömb), γ a foly. felületi fesz-e, P és P₀ az aktuális ill. síkfelszínű foly.fázis telítési gőznyomása

Adja meg a góckeletkezés szabadentalpia változását (összefüggés vagy diagram)! Mi okozza a kondenzáció gátoltságát?

∆G=∆G_felület+∆G_térf
Ahol ∆G_felület az új felület létrehozásához szükséges munka (mindig pozitív), a térfogati tag pedig a cseppfolyósodással kapcsolatos ∆G-t adja meg és ez a tag negatív
A kondenzációs foly-ok beindítása aktiválási E-t igényel

Mit nevezünk kritikus gócméretnek? Nagysága hogyan függ a túltelítettségtől?

Az a gócméret, amit meghaladva a cseppek növekedése spontán valósul meg. Minél nagyobb a túltelítettség, annál kisebb a krit. gócméret

Mutassa be a túltelítés hatását a kritikus gócméretre a szabadentalpia változás- gócsugár diagramon!

Minél nagyobb a túltelítettség, annál kisebb a kritikus gócméret

Adja meg a góckeletkezés és a gócnövekedés sebességét leíró tapasztalati összefüggéseket!

v_gk=k_gk[(c-c₀)/c₀]
v_gn=k_gn(c-c₀)

Az oldatból kiváló mikrofázisok diszperzitásfoka miért fordítottan arányos a kiváló anyag oldhatóságával?

Azért, mert kis oldhatóság esetén c₀ telítési c kicsi, így a v_gk/v_gn hányados nagy, ami egyenesen arányos D_α diszperzitásfokkal

Adja meg az oldatból kiváló szilárd részecskék méretének (valamint a kolloid rendszer típusának) változását a relatív (fajlagos) túltelítettség függvényében (Weimarn-görbe)! Melyik tartományban tud sok kis részecskét előállítani?

Nagy relatív túltelítésnél, gélpont fölött.

Mit nevezünk kontrollált hidrolízisnek a kolloid diszperziók előállítása során?

Azt, amikor a hidrolízis sebességét szabályozzuk (pl. pH-val vagy c-val), így a részecskeképződést befolyásolhatjuk, ami lehetővé teszi az egyenletes méreteloszlás kialakítását.

Milyen kiindulási vegyületből és milyen kémhatású közegben állítana elő Stöber- szilika-részecskéket?

Szilícium-alkoxidból (pl. Si(EtO)4) lúgos közegben

Milyen alakú, méretű és típusú részecskék keletkeznek a Stöber-módszer során?

Közel gömb alakú, kolloid méretű amorf szilika részecskék keletkeznek. A reakcióméret jól szabályozható, minél nagyobbak, annál szabályosabb az alakjuk.

Mit értünk a kolloid részecskék “méretkvantált” tulajdonsága alatt? Adja meg a jelenség kvalitatív magyarázatát!

Az ilyen nanorészecskék fizikai és kémiai tulajdonságai érzékelhetően függnek a mérettől. Ez azért van, mert a méret csökkenésével nő a felületi atomok és molekulák relatív száma a tömbfázist alkotó szpécieszek számához képest, így a csökkenő mérettel jelentősen változnak a fizikai és kémiai tulajdonságok.

Hogyan változik a félvezető nanorészecskék tiltott sáv energiája a részecskék méretének csökkenésével? Mit értünk kék eltolódás („blue shift”) alatt?

A méret csökkenésével a tiltott sáv E jelentősen nő, sok esetben a látható fény elnyelésében is megmutatkozik: a részecskék fényelnyelése a rövidebb hullámhosszok felé tolódik, ezt nevezzük kék eltolódásnak

Definiálja a differenciális és integrális méreteloszlás függvények értékét a részecskék egy adott méreténél!

A differenciális méreteloszlás függvény megmutatja, hogy a részecskék hány %-a vagy hány db részecske tartozik egy adott mérethez.
Az integrális méreteloszlás fv. megmutatja, hogy az adott méretnél a részecskék hány százaléka ≥ vagy ≤

Mit fejez ki a szám-, ill. tömeg szerinti átlag?

M_n=(∑n_iM_i)/(∑n_i)
M_m=(∑n_iM_i²)/(∑n_iM_i)
Megmutatják a makromolekula relatív molekulatömegét, a tömeg szerinti átlagnál nagyobb súllyal vesszük figyelembe a nagyobb tömegű részecskéket, míg a szám szerinti átlagnál a részecskék darabszámával súlyozunk.

Mi az egyenetlenségi tényező (polidiszperzitás)?

A tömeg szerinti és a szám szerinti átlag hányadosa, amely a méreteloszlás szélességét jellemzi (minél nagyobb, annál szélesebb a méreteloszlás)

Soroljon fel három részecskeméret (alak) meghatározási módszert!

Képalkotó eljárások, ülepítés, ozmózisnyomás mérésével

Rajzolja fel bidiszperz részecskék differenciális és integrális méreteloszlás függvényeit!

Differenciális: gyakorisági görbe
Integrális: összeg görbe

Mit ért a részecskék gömbekvivalens sugara elnevezés alatt?

Jele r_eq, azt fejezi ki, hogy az adott részecske a vizsgált tulajdonság szempontjából ugyanúgy viselkedik, mint egy r_eq sugarú gömb

Hogyan függ az ülepedő részecske stacionárius ülepedési sebessége a részecske hidrodinamikai (gömbekvivalens) sugarától és a folyadék dinamikai viszkozitásától?

Egyenesen arányos r_eq négyzetével és fordítottan arányos a η-sal: v=[2r²(ρ_r-ρ_k)g]/(9η)

Hogyan határozza meg makromolekulás oldatokban a makromolekulák moláris tömegét ozmózisnyomás méréssel?

Mérjük az ozmózisnyomást, és ábrázoljuk a redukált ozmózisnyomást a töménység fv-ében (a magasabb hatványkitevőjű tagokat elhanyagolva), majd lineáris extrapolációval meghatározzuk a moláris tömeg szám szerinti átlagát.
Π/ρ_m=RT/M+RTBρ_m

Théta állapotban levő makromolekulás oldatok redukált ozmózisnyomása hogyan függ a makromolekulák koncentrációjától?

Független tőle.

Sorolja fel a fény anyaggal való kölcsönhatása során bekövetkező jelenségeket. Mi a feltétele a látható fény szórásának?

Abszorpció, reflexió, refrakció, emisszió, szórás, kemilumineszcencia, foszforeszcencia, fluoreszcencia

Adja meg a szórt fénynek a besugárzó fény hullámhosszától való függését Rayleigh- szórás esetén. Hozzon gyakorlati példákat!

I_sz~(I₀/l²)×(V²/λ⁴)×[(n²-1)/(n²+2)]²×(1+cos²θ)
Ahol n=n_r/n_k (részecske és közeg törésmutatója), l a szórócentrum és a megfigyelő távolsága, V a részecske térfogata, λ a besugárzó fény hullámhossza, θ a szórt és a beeső fénysugarak által bezárt szög
Pl. naplemente vörösre színezi az eget

Ködös éjszakában milyen színű fénnyel adna le egyértelmű fényjelzéseket (kék vagy piros), azaz melyik lenne távolabbról is érzékelhető? Miért?

Ködben piros fényt érdemes használni, mert hosszabb a hullámhossza, így kevésbé szóródik, tehát messzebbről is látható

Hogyan függ a szórt fény intenzitása és polarizáltsága Rayleigh-szórás esetén a, a szórás irányától (sugártest) b, a besugárzó fény hullámhosszától c, a szórócentrum térfogatától?

Eszerint a képlet szerint:
I_sz~(I₀/l²)×(V²/λ⁴)×[(n²-1)/(n²+2)]²×(1+cos²θ)
Ahol n=n_r/n_k (részecske és közeg törésmutatója), l a szórócentrum és a megfigyelő távolsága, V a részecske térfogata, λ a besugárzó fény hullámhossza, θ a szórt és a beeső fénysugarak által bezárt szög

Adja meg a felületi feszültség erő definícióját!

γ=F/2l ahol γ a felületi feszültség, l a drótkeret szélessége. γ az egységnyi, új felület létrehozásához szükséges munka, melyet áll. T és reverzibilis körülmények között fektetünk be

Adja meg a felületi feszültség energia definícióját!

Felületi szabadenergia, nem a felület teljes energiája

Hogyan függ tiszta folyadékok felületi feszültsége a hőmérséklettől?

Lineárisan csökken növekvő hőmérséklettel (γV_m^2/3=k_E(T_k-T-6))

Mi a kapilláris nyomás, és hogyan függ a felületi feszültségtől?

A kapilláris nyomás a folyadékfelszín belső és külső oldala közti nyomáskülönbség. Egyenesen arányos a felületi feszültséggel: P_c=γ(1/r₁+1/r₂) ahol r₁ és r₂ a főgörbületi sugarak

Általános esetben adja meg a kapilláris nyomás görbületi sugár és felületi feszültség függését! Értelmezze a kapilláris nyomást katenoid felületre!

P_c=γ(1/r₁+1/r₂) ahol r₁ és r₂ a főgörbületi sugarak. Katenoid felület esetén a két görbületi sugár összege nulla, így a kapilláris nyomás is nulla

Adja meg az egyensúlyi kapilláris emelkedést tökéletesen nedvesítő folyadékot tartalmazó kapillárisban!

hρg=2γ/r ahol r a hengeres kapilláris belső sugara, γ a foly. felületi feszültsége

Hogyan függ az egyensúlyi gőznyomás a folyadékfelszín görbültségétől (Kelvin- egyenlet)?

RTln(P_r/P₀)=CγV_m
Ahol Pr és P0 a görbült és sík foly.felszín feletti gőznyomás, C a kapilláris konstans (1/r1+1/r2), γ és V_m a folyadék felületi feszültsége illetve moltérfogata.

Mit nevezünk izoterm átdesztillálásnak, ill. izoterm átkristályosodásnak?

A folyadékfelszín görbültsége befolyásolja a foly. es-i gőznyomásának nagyságát, így ha üvegpohárban lévő folyadék fölött a pohár belső falán uabból a foly-ból kisebb cseppeket képzünk, majd a rendszert lezárjuk, egy idő múlva a cseppek eltűnnek, mert domború és sík foly. felszín fölött eltér a tenzió értéke, a domború felszín fölött nagyobb

Fejezze ki az adhéziós, a kohéziós munkát és a szétterülési együtthatót a (határ)felületi feszültségekkel!

Adhéziós munka: egys. felületen érintkező különnemű fázisok szétválasztásához szüks. munka, azaz Wa=γ_2G+γ_1G-γ₁₂
γ_{2G és} γ_1G az érintkező tiszta foly-ok felületi fesz-e, γ₁₂ pedig a határfelületi fesz.

Kohéziós munka: egységnyi felületen érintkező azonos fázisok szétválasztásához szüks. munka, azaz W_k2=2γ_2G

Vezesse le a szétterülési együtthatót az adhéziós, illetve a kohéziós munkára vonatkozó összefüggésekből!

Spontán szétterülés feltétele: W_a>W_k2 azaz S₂₁≥γ_1G-γ_2G-γ₁₂≥0 ahol S₂₁ a 2-es foly. 1-es foly-ra vonatkozó szétterülési eh-ja

Döntse el az adatok alapján (azaz számítsa ki), hogy terül-e a benzol víz felszínén, ha elhanyagoljuk, illetve figyelembe vesszük a benzol vízoldhatóságát! (A benzol-levegő határfelületen a víz elhanyagolható mértékben adszorbeálódik.)
γ_víz/lev = 0,072 J/m²;
γ_{víz(benzol)/lev} = 0,062 J/m²;
γ_benzol/lev = 0,029 J/m²;
γ_víz/benzol = 0,035 J/m²

Oldhatóság nélkül: S=γ_víz/lev - γ_benzol/lev - γ_víz/benzol ha ez poz. akkor terül, ha neg. akkor nem
Oldhatósággal: γ_víz/lev helyett γ_{víz(benzol)/lev}

Csoportosítsa a nedvesedési jelenségeket.

Film-/tökéletes nedvesedés: foly.csepp szilárd felszínen szétterül
Kontakt/részleges: foly.csepp szilárd felszínen vmilyen szöggel (illeszkedési szög, θ) illeszkedik ahhoz

Mi a peremszög (kontaktszög)?

Az a szög, amellyel a szilárd felszínre helyezett folyadékcsepp a felszínhez illeszkedik, jele θ

Hogyan tudja befolyásolni a nedvesedő/nedvesítő képességet?

Megfelelő anyagok feloldásával lehet növelni vagy csökkenteni a szilárd felület nedvesedőképességét ill. a folyadék nedvesítőképességét

Mi a kritikus felületi feszültség? Hogyan határozható meg?

Annak a hipotetikus foly-nak a felületi fesz-e, amelynél kisebb felületi fesz-ű foly. már tökéletesen nedvesíti az adott felületet.
Meghatározásához először meghatározzák a foly. peremszögét a vizsgált felszínen, a cosθ=f(γ_FG) kísérleti fv-t extrapolálják 0-ra (cosθ=1), majd megkeresik a metszéspontnak megfelelő felületi fesz. értéket, ez lesz a kritikus felületi fesz.

Definiálja a haladó és hátráló peremszögeket!

Megdöntött síklapon ülő, megfelelő méretű csepp legördülés irányába eső oldalán nagyobb peremszög alakul ki, ez a haladó peremszög (θ_A), az ellentétes oldalon lévő pedig a hátráló peremszög (θ_R)

Mit ért peremszöghiszterézis alatt?

A haladó és hátráló peremszögek különbsége: H_θ=θ_A - θ_R

Mik azok a szuperhidrofób felületek? Mi a feltétele a szuperhidrofób viselkedésnek?

Olyan felület, amelyen a vízperemszög nagyobb, mint 160° (lehet kisebb is, ha nincs számottevő peremszög-hiszterézis). Ilyen felületek esetén ált. minimális a peremszög-hiszterézis.

Írja fel az i-edik komponens határfelületi többletének elvi definícióját!

n_i^σ = n_i^s – n^sx_i
Ahol n_i^σ az i-edik komp. határfelületi többlete [mol], n_i^s az i-edik komp., n^s sz összes komp. menny-e a határrétegben, x_i az i-edik komp. es-i moltörtje a tömbfázis belsejében

Definiálja a relatív felületi többletkoncentrációt!

Г₂⁽¹⁾ = - (c₂/RT) (dγ/dc₂)
Ahol Γ₂⁽¹⁾ a 2 oldott anyagnak az (1) osz-re vonatkoztatott rel. felületi többletkoncentrációja.

Mit értünk pozitív, ill. negatív adszorpción? Víz-levegő határfelületen mely anyagokra jellemző, és miben nyilvánul meg?

Pozitív adszorpcióról akkor beszélhetünk, ha egy elegy határrétege nagyobb töménységben tartalmazza az adott komponenst mint ami a bemérésnek megfelel. Negatív adszorpció ennek a fordítottja

Mi alapján különbözteti meg egymástól a kapilláraktív és kapillárinaktív anyagokat?

Kapilláraktív anyagok jelentősen csökkentik az oldat felületi feszültségét, inaktívak pedig kismértékben növelik azt. A rájuk jell. γ-c fv. differenciálja kapillárinaktív anyagok esetében poz., kapilláraktívak esetében neg.

Adja meg vizes oldatok felületi feszültségének megváltozását az oldott anyag töménységének függvényében!

γ = γ₀ - A×ln(1+B_Tc)
dγ/dc = -AB/(1+B_Tc)