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<!DOCTYPE html>

<title>Zeta-Potential</title>

</head>

<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading"><span class="mw-page-title-main">Zeta-Potential</span></h1>

</header>

</div>

<p>Das <b>Zeta-Potential</b> (auch <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \zeta }">

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \zeta }</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/d5c3916703cae7938143d38865f78f27faadd4ae.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:1.095ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle \zeta }" loading="lazy"></span><b>-Potential</b>, <b>Elektrokinetisches Potential</b> oder <b>Potentialdifferenz der diffusen Schicht</b> genannt) ist das <a href="Elektrisches_Potential" title="Elektrisches Potential">elektrische Potential</a> an der <a href="Abscherung_(Statik)" title="Abscherung (Statik)">Abscher</a>schicht eines bewegten Partikels in einer <a href="Suspension_(Chemie)" title="Suspension (Chemie)">Suspension</a> oder <a href="Emulsion" title="Emulsion">Emulsion</a>.

</p><p>Das elektrische Potential beschreibt die Fähigkeit eines (von einer <a href="Elektrische_Ladung" title="Elektrische Ladung">Ladung</a> hervorgerufenen) <a href="Elektrisches_Feld" title="Elektrisches Feld">Feldes</a>, <a href="Kraft" title="Kraft">Kraft</a> auf andere Ladungen auszuüben; die Differenz des elektrischen Potentials an zwei Orten ist die <a href="Elektrische_Spannung" title="Elektrische Spannung">elektrische Spannung</a>.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Ursache">Ursache</h2></div>

<p>Befinden sich geladene Partikel in Suspension, so lagern sich auf der Partikeloberfläche <a href="Ion" title="Ion">Ionen</a> des Suspensionsmediums in einer fest gebundenen <a href="Helmholtz-Doppelschicht" class="mw-redirect" title="Helmholtz-Doppelschicht">Helmholtz-Doppelschicht</a> an. Weitere Ionen lagern sich eher locker gebunden in einer diffusen, d. h. ungeordneten, Schicht an. Damit erscheint das Partikel aus großer Entfernung <a href="Elektrisch_neutral" class="mw-redirect" title="Elektrisch neutral">elektrisch neutral</a>, weil alle Ladungen bzw. Potentiale des Partikels durch Ionen des Suspensionsmediums kompensiert werden.

</p><p>Bewegt sich ein Partikel, so wird durch <a href="Reibung" title="Reibung">Reibung</a> ein Teil der locker gebundenen diffusen Schicht abgeschert, und das Partikel erscheint nicht mehr elektrisch neutral, sondern besitzt wieder ein Potential. Dieses Potential an der Abschergrenze wird als Zeta-Potential bezeichnet. Damit ist es bei gleichem Medium eine relative <a href="Messgr%C3%B6%C3%9Fe" title="Messgröße">Messgröße</a> für das Oberflächenpotential und somit für die Ladung des Partikels. Gemessen werden kann das Zeta-Potential, indem das geladene Partikel durch ein angelegtes elektrisches Feld bewegt wird. Die resultierende <a href="Geschwindigkeit" title="Geschwindigkeit">Geschwindigkeit</a> ist dann ein Maß für das Zeta-Potential.

</p><p>Mit Hilfe des Zeta-Potentials lässt sich die <a href="Elektrophorese" title="Elektrophorese">elektrophoretische</a> <a href="Beweglichkeit_(Physik)" title="Beweglichkeit (Physik)">Mobilität</a> <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle U_{e}}">

<msub>

</mrow>

</msub>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle U_{e}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/e82b758ddad8d8d1ff96696823b51ab14f7d1e05.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:2.586ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle U_{e}}" loading="lazy"></span> berechnen:

</p>

<msub>

</mrow>

</msub>

<mfrac>

</mfrac>

</mrow>

<mfrac>

<mrow>

</mrow>

</mfrac>

</mrow>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle U_{e}={\frac {2}{3}}\cdot {\frac {\varepsilon \cdot \zeta \cdot f(k\cdot a)}{\eta }}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/2602e7c5ef1f1b88975b05f2cf0a393ef0466de3.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -2.338ex; width:22.943ex; height:6.176ex;" alt="{\displaystyle U_{e}={\frac {2}{3}}\cdot {\frac {\varepsilon \cdot \zeta \cdot f(k\cdot a)}{\eta }}}" loading="lazy"></span></dd></dl>

<p>mit

</p>

<ul><li>der <a href="Dielektrizit%C3%A4tskonstante" class="mw-redirect" title="Dielektrizitätskonstante">Dielektrizitätskonstante</a> <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \varepsilon }">

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \varepsilon }</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/a30c89172e5b88edbd45d3e2772c7f5e562e5173.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.338ex; width:1.083ex; height:1.676ex;" alt="{\displaystyle \varepsilon }" loading="lazy"></span> der Probe</li>

<li>der Henry-Funktion <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle f(k\cdot a)}">

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle f(k\cdot a)}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/ed76c6412d23ca341261a2566399eb5f8f4f16b1.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.838ex; width:7.208ex; height:2.843ex;" alt="{\displaystyle f(k\cdot a)}" loading="lazy"></span> (Hückel- und Smoluchowski-Näherung); sie nimmt Werte an zwischen:

<ul><li>1 (<a href="H%C3%BCckel-N%C3%A4herung" title="Hückel-Näherung">Hückel-Näherung</a>, unpolares <a href="L%C3%B6sungsmittel" title="Lösungsmittel">Lösungsmittel</a>) und</li>

<li>1,5 (Smoluchowski, polares Lösungsmittel)</li>

<li>der <a href="Debye-L%C3%A4nge" title="Debye-Länge">Debye-Länge</a> 1/k</li>

<li>dem Partikel-Radius a</li></ul></li>

<li>der dynamischen <a href="Viskosit%C3%A4t" title="Viskosität">Viskosität</a> <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \eta }">

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \eta }</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/e4d701857cf5fbec133eebaf94deadf722537f64.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.838ex; width:1.169ex; height:2.176ex;" alt="{\displaystyle \eta }" loading="lazy"></span> der Flüssigkeit.</li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Zusammenhänge"><span id="Zusammenh.C3.A4nge"></span>Zusammenhänge</h2></div>

<ul><li>Eine Ausbildung elektrischer Ladungen an <a href="Grenzfl%C3%A4che" title="Grenzfläche">Grenzflächen</a> kann auch durch Reibung oder <a href="Thermische_Bewegung" class="mw-redirect" title="Thermische Bewegung">thermische Bewegung</a> erfolgen</li>

<li><a href="Kationen" class="mw-redirect" title="Kationen">Positiv geladene Ionen</a> (Gegenionen) werden angezogen (äußere Helmholtz-Schicht), und es entstehen elektrische Doppelschichten</li>

<li>Weitere Ionen weisen eine lockere Anordnung auf, die in die <a href="Fl%C3%BCssigkeit" title="Flüssigkeit">flüssige Phase</a> hineinreicht (diffuse Schicht). Durch Molekular- oder <a href="Brownsche_Molekularbewegung" class="mw-redirect" title="Brownsche Molekularbewegung">Wärmebewegung</a> liegt eine diffuse Verteilung positiver und <a href="Anion" title="Anion">negativer Ionen</a> vor, wobei sich Ionen gleichsinniger Ladung gegenseitig abstoßen. Die Gesamtladung ist hierbei ausgeglichen.</li>

<li>Die bei Bewegung der Partikel in der Flüssigkeit auftretenden <a href="Scherkraft" class="mw-redirect" title="Scherkraft">Scherkräfte</a> beeinflussen die fest an der Oberfläche gebundene Ionenschicht <i>nicht</i> (Scherebene). Da die <a href="Elektrostatische_Anziehung" class="mw-redirect" title="Elektrostatische Anziehung">elektrostatische Anziehung</a> zwischen der geladenen Oberfläche und der diffusen Schicht mit zunehmender Distanz abnimmt, verringert sich die <a href="Konzentration_(Chemie)" title="Konzentration (Chemie)">Konzentration</a> der zunächst noch überwiegend vorhandenen Gegenionen mit der Entfernung, und schließlich liegen in der Neutralzone negative und positive Ionen gleichmäßig vor.</li>

<li>Die wahre Ladung der Teilchen ist gekennzeichnet durch die Differenz der Potentiale an der Teilchenoberfläche (<a href="Nernst-Gleichung" title="Nernst-Gleichung">Nernst-Potential</a> <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \psi _{0}}">

<msub>

</mrow>

</msub>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \psi _{0}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/4c19f54af262a4d4e5e0ef69e81aa65f1b5f6801.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:2.567ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle \psi _{0}}" loading="lazy"></span>) und in der Neutralzone und daher experimentell <i>nicht</i> bestimmbar.</li></ul>

</p>

<ul><li>Das Zeta-Potential charakterisiert die Abstoßungsenergie zwischen den Teilchen, abhängig vom Produkt aus Entfernung und dem <a href="Kehrwert" title="Kehrwert">Reziproken</a> des effektiven Radius der elektrischen Doppelschicht.</li>

<li>Eine Erhöhung des Zeta-Potentials bewirkt eine Verstärkung der interpartikulären Abstoßungskräfte, so dass <a href="Aggregation_(Chemie)" title="Aggregation (Chemie)">Aggregationen</a> verringert oder sogar verhindert werden.</li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Messtechnik">Messtechnik</h2></div>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Elektroakustik">Elektroakustik</h3></div>

<p>Ein elektrisches Wechselfeld wird zwischen zwei Elektroden an die Dispersion angelegt. Es erzeugt eine Schallwelle gleicher Frequenz, ähnlich wie bei dem piezoelektrischen Effekt von Kristallen. Gemessen wird die elektrokinetische Schallamplitude (<i>electrokinetic sound amplitude</i>, ESA).<sup id="cite_ref-1" class="reference"><a href="#cite_note-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p><p>Die ESA-Methode zur Charakterisierung der Ladungsstabilität von Partikeln in einer Dispersion ist eine elektroakustische Messtechnik. Eine oszillierende Spannung wird an eine Suspension, Dispersion oder Emulsion angelegt, welche von einer Wechselstromquelle erzeugt wird. Geladene Partikel in der Dispersion schwingen mit der Frequenz des von außen angelegten elektrischen Feldes. Es lassen sich eine oder mehrere Frequenzen anlegen. Die Oszillation der Partikel bei diesen Frequenzen erzeugt Schallwellen. Die Amplituden dieser Schallwellen werden als Elektrokinetische-Schall-Amplitude (ESA) gemessen. Dieses ESA-Signal verhält sich proportional zu der dynamischen Mobilität der Partikel und diese wiederum zum Zeta-Potential der in der Dispersion vorliegenden Teilchen. Voraussetzung zur Nutzung dieses Effekts ist eine gewisse Dichtedifferenz zwischen Dispersionsmedium und Partikel. Zur Erzeugung auswertbarer Signale muss diese Dichtedifferenz mindestens 0,2 g/cm³ betragen.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Strömungspotential"><span id="Str.C3.B6mungspotential"></span>Strömungspotential</h3></div>

<p>Grundsätzlich laufen Strömungspotentialmessungen so ab, dass die Festkörperteilchen zu einem Diaphragma verdichtet werden, in welchem dann eine mit einer konstanten Geschwindigkeit strömende Flüssigkeit einen Druckabfall erfährt. Die Flüssigkeitsbewegung führt zum Abscheren eines Teils der elektrochemischen Doppelschicht, wodurch eine Potentialdifferenz erzeugt wird, die über Messelektroden abgegriffen wird.<sup id="cite_ref-2" class="reference"><a href="#cite_note-2"><span class="cite-bracket">[</span>2<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

Diese Spannung, die an beiden Elektroden abgegriffen wird, ist proportional zum Zeta-Potential der Partikel. Nach einer Kalibrierung mit Standardmaterialien wird das Messsignal als Strömungspotential oder <i>Zeta-Potential</i> ausgegeben.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Elektrophorese">Elektrophorese</h3></div>

<p>Die <a href="Elektrophorese" title="Elektrophorese">elektrophoretische Mobilität</a> der Partikel in einer Dispersion lässt Rückschluss auf das Zeta-Potential der Partikel in einer Dispersion zu. Eine geeignete Methode, um dies zu messen, ist die des Laser-Doppler-Effektes. Um das Zeta-Potential von Partikeln zu messen, nutzt man die Laser-Doppler-Anemometrie. Es gibt Messgeräte, die sowohl die Photokorrelationenspektroskopie PCS als auch die <a href="Laser-Doppler-Anemometrie" title="Laser-Doppler-Anemometrie">Laser-Doppler-Anemometrie</a> (LDA) verwenden. Damit lassen sich die Partikelgrößen und das Zeta-Potential in einer Dispersion bestimmen.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Weblinks">Weblinks</h2></div>

<ul><li><a rel="nofollow" class="external text" href="https://analytik.news/fachartikel/2016/37.html">Fachartikel zur elektroakustischen Messung der elektrostatischen Stabilität von unterschiedlichen TiO2-Dispersionen im Labor</a></li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Literatur">Literatur</h2></div>

<ul><li>Robert J. Hunter: <i>Zeta potential in colloid science: principles and applications.</i> Academic Press, London 1981, ISBN 0-12-361960-2.</li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Einzelnachweise">Einzelnachweise</h2></div>

<li id="cite_note-1"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-1">↑</a></span> <span class="reference-text">Gerhard Lagaly, Oliver Schulz, Ralf Zimehl: <cite style="font-style:italic">Dispersionen und Emulsionen: Eine Einführung in die Kolloidik feinverteilter Stoffe einschließlich der Tonminerale</cite>. Hrsg.: Klaus Beneke. Steinkopff, Heidelberg 1997, ISBN 3-642-59248-1, <a href="Uniform_Resource_Name" title="Uniform Resource Name">urn</a>:<a rel="nofollow" class="external text" href="https://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:1111-201109214107">nbn:de:1111-201109214107</a>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Zeta-Potential&rft.au=Gerhard+Lagaly%2C+Oliver+Schulz%2C+Ralf+Zimehl&rft.btitle=Dispersionen+und+Emulsionen%3A+Eine+Einf%C3%BChrung+in+die+Kolloidik+feinverteilter+Stoffe+einschlie%C3%9Flich+der+Tonminerale&rft.date=1997&rft.genre=book&rft.isbn=3642592481&rft.place=Heidelberg&rft.pub=Steinkopff" style="display:none"> </span></span>

</li>

<li id="cite_note-2"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-2">↑</a></span> <span class="reference-text">Volker Ender: <i>Praktikum Physikalische Chemie.</i> Springer Verlag, ISBN 978-3-662-45470-1 (E-Book).</span>

</li>

</ol>

<div>

Normdaten (Sachbegriff): <a href="Gemeinsame_Normdatei" title="Gemeinsame Normdatei">GND</a>: <span class="-print"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://d-nb.info/gnd/4190765-6">4190765-6</a></span> | <a href="Library_of_Congress_Control_Number" title="Library of Congress Control Number">LCCN</a>: <span class="-print"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://id.loc.gov/authorities/sh85149765">sh85149765</a></span> | <a href="Web_NDL_Authorities" title="Web NDL Authorities">NDL</a>: <span class="-print"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://id.ndl.go.jp/auth/ndlsh/00576521">00576521</a></span> </div>

</div></div></div><div><div class="zim-footer">

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</div>

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</main>

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