Quellung: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 1. Mai 2021, 11:42 Uhr

Video zur Quellung eines Superabsorbers in Wasser (18 Sekunden)

Als Quellung, Aufquellen oder Quellen wird ein physikalischer Vorgang bezeichnet, bei dem ein Stoff (meist eine Flüssigkeit, aber auch Gase oder Dämpfe) in einen Festkörper eindringt und eine Volumenvergrößerung des Letzteren bewirkt. Typische Stoffe, die zum Quellen neigen, sind Polymere, Holz, ungebrannte Tone, Bentonit, Pappe, oder mit natürlichen Fasern hergestellte Verbundwerkstoffe.

Bei hydrophilen Polymeren wie Proteinen (etwa Gelatine) oder Kohlenhydraten (etwa Stärke oder Cellulosederivaten) oder Polyacrylaten (Superabsorbern) ist es gewöhnlich Wasser, das als Quellmittel wirkt. Die Wassermoleküle werden über Wasserstoffbrückenbindungen an polare Gruppen gebunden, wodurch die Polymerketten ihren Abstand zueinander vergrößern. Die Quellung kann entweder zu einer Lösung des Polymers führen (etwa bei Gelatine in warmem Wasser) oder, wenn das Polymer vernetzt ist, zu einem sogenannten Hydrogel.

Aus dem anorganischen Bereich bekannt ist zum Beispiel die Quellung von Schichtsilikaten (Ton) durch Wasser.

Hydrophobe Polymere, wie etwa Gummi werden durch Wasser kaum, stärker dagegen durch organische Lösungsmittel angequollen und verlieren dadurch ihre Festigkeit, unter Umständen – wenn die auftretenden Zugspannungen die Festigkeit des Materials überschreiten – bis zur Zerstörung der Struktur. Der Grad der Quellung wird ermittelt durch Messung von:^[1]

Massenänderung
Volumenänderung
Abmessungsänderung

Quellvorgänge sind meist endotherm, aber exergonisch. Dies lässt sich leicht anhand der Quellung von Stärke in Wasser zeigen, die schon bei Raumtemperatur freiwillig abläuft, aber bei Temperaturerhöhung (Energiezufuhr) zunimmt.

Außerdem sind sie reversibel, soweit das Quellmittel wieder aus dem Festkörper entweichen (etwa durch Verdampfen) kann.

Siehe auch

Swelling (irreversible Falten- und Wellenbildung in Flachfolienmaterial)
Verzug (Mechanik)

Literatur

Michael Kischel: Quellung von Polyethylenoxid-Gelen unter besonderer Berücksichtigung des Phasenübergangs des Lösungsmittels. Doktorarbeit Universität Duisburg-Essen 2003 (PDF: 1,2 MB, 160 Seiten auf d-nb.info).

Weblinks

Wiktionary: quellen – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

↑ Fritz Röthemeyer, Franz Sommer: Kautschuktechnologie. 2. Auflage. Hanser, München u. a. 2006, ISBN 978-3-446-40480-9, S. 527–528.

[Röthemeyer-1] Fritz Röthemeyer, Franz Sommer: Kautschuktechnologie. 2. Auflage. Hanser, München u. a. 2006, ISBN 978-3-446-40480-9, S. 527–528.

[1]

@@ Zeile 1: / Zeile 1: @@
-Als '''Quellung''', '''Aufquellen''' oder '''Quellen''' wird ein physikalischer Vorgang bezeichnet, bei dem ein Stoff (meist eine [[Flüssigkeit]], aber auch Gase oder Dämpfe) in einen [[Festkörper]] eindringt und eine [[Volumen]]vergrößerung des Letzteren bewirkt.
+[[Datei:SAP swelling.ogv|mini|Video zur Quellung eines Super&shy;absorbers in Wasser (18&nbsp;Sekunden)]]
-Typische Stoffe, die zum Quellen neigen, sind [[Polymer]]e, [[Holz]], ungebrannte [[Ton (Bodenart)|Tone]], [[Bentonit]], [[Pappe]], oder mit natürlichen [[Faserstoffe|Fasern]] hergestellte [[Verbundwerkstoff]]e.
+Als '''Quellung''', '''Aufquellen''' oder '''Quellen''' wird ein physikalischer Vorgang bezeichnet, bei dem ein Stoff (meist eine [[Flüssigkeit]], aber auch Gase oder Dämpfe) in einen [[Festkörper]] eindringt und eine [[Volumen]]<nowiki />vergrößerung des Letzteren bewirkt. Typische Stoffe, die zum Quellen neigen, sind [[Polymer]]e, [[Holz]], ungebrannte [[Ton (Bodenart)|Tone]], [[Bentonit]], [[Pappe]], oder mit natürlichen [[Faserstoff (Papierherstellung)|Fasern]] hergestellte [[Verbundwerkstoff]]e.
-[[Datei:SAP swelling.ogv|thumb|Dieses Video zeigt die Quellung eines Superabsorbers in Wasser]]
+Bei [[Hydrophilie|hydrophilen]] Polymeren wie [[Protein]]en (etwa [[Gelatine]]) oder [[Polysaccharide|Kohlenhydraten]] (etwa [[Stärke]] oder [[Cellulose]]derivaten) oder [[Polyacrylate]]n ([[Superabsorber]]n) ist es gewöhnlich Wasser, das als Quellmittel wirkt. Die Wassermoleküle werden über [[Wasserstoffbrückenbindung]]en an [[Polarität (Chemie)|polare]] Gruppen gebunden, wodurch die Polymerketten ihren Abstand zueinander vergrößern. Die Quellung kann entweder zu einer Lösung des Polymers führen (etwa bei Gelatine in warmem Wasser) oder, wenn das Polymer [[Polymernetzwerk|vernetzt]] ist, zu einem sogenannten [[Hydrogel]].
-Bei [[Hydrophilie|hydrophilen]] Polymeren wie [[Proteine]]n (z. B. [[Gelatine]]) oder [[Polysaccharide|Kohlenhydraten]] (z. B. [[Stärke]] oder [[Cellulose]]derivaten) oder [[Polyacrylat]]en ([[Superabsorber]]n) ist es gewöhnlich Wasser, das als Quellmittel wirkt. Die Wassermoleküle werden über [[Wasserstoffbrückenbindung]]en an [[Polarität (Chemie)|polare]] Gruppen gebunden, wodurch die Polymerketten ihren Abstand zueinander vergrößern. Die Quellung kann entweder zu einer Lösung des Polymers führen (etwa bei Gelatine in warmem Wasser) oder, wenn das Polymer [[Polymernetzwerk|vernetzt]] ist, zu einem sogenannten [[Hydrogel]].
 Aus dem anorganischen Bereich bekannt ist zum Beispiel die Quellung von [[Schichtsilikate]]n ([[Ton (Bodenart)|Ton]]) durch Wasser.
-[[Hydrophobie|Hydrophobe]] Polymere, wie etwa [[Gummi]] werden durch Wasser kaum, stärker dagegen durch organische [[Lösungsmittel]] angequollen und verlieren dadurch ihre Festigkeit, ggf.  – wenn die auftretenden [[Spannung (Mechanik)|Zugspannungen]] die Festigkeit des Materials überschreiten – bis zur Zerstörung der Struktur. Den Grad der Quellung ermittelt man durch Messung<ref name=Röthemeyer>Fritz Röthemeyer, Franz Sommer: ''Kautschuktechnologie'', Carl Hanser Verlag München Wien, 2. Auflage, 2006, S.&nbsp;527–528, ISBN 978-3-446-40480-9.</ref> der
+[[Hydrophobie|Hydrophobe]] Polymere, wie etwa [[Gummi]] werden durch Wasser kaum, stärker dagegen durch organische [[Lösungsmittel]] angequollen und verlieren dadurch ihre Festigkeit, unter Umständen&nbsp;– wenn die auftretenden [[Mechanische Spannung|Zugspannungen]] die Festigkeit des Materials überschreiten&nbsp;– bis zur Zerstörung der Struktur. Der Grad der Quellung wird ermittelt durch Messung von:<ref name="Röthemeyer">Fritz Röthemeyer, Franz Sommer: ''Kautschuktechnologie.'' 2. Auflage. Hanser, München u.&nbsp;a. 2006, ISBN 978-3-446-40480-9, S.&nbsp;527–528.</ref>
-*Massenänderung
+* Massenänderung
-*Volumenänderung
+* Volumenänderung
-*Abmessungsänderung
+* Abmessungsänderung
 Quellvorgänge sind meist [[Endotherme Reaktion|endotherm]], aber [[Exergone und endergone Reaktion|exergonisch]]. Dies lässt sich leicht anhand der Quellung von Stärke in Wasser zeigen, die schon bei Raumtemperatur freiwillig abläuft, aber bei Temperaturerhöhung  (Energiezufuhr) ''zunimmt''.
-Außerdem sind sie reversibel, soweit das Quellmittel wieder aus dem Festkörper entweichen (z. B. durch Verdampfen) kann.
+Außerdem sind sie reversibel, soweit das Quellmittel wieder aus dem Festkörper entweichen (etwa durch Verdampfen) kann.
 == Siehe auch ==
-* [[Swelling]], eine irreversible Falten- und Wellenbildung in Flachfolienmaterial
+* [[Swelling]] (irreversible Falten- und Wellenbildung in Flachfolienmaterial)
 * [[Verzug (Mechanik)]]
+== Literatur ==
+* Michael Kischel: ''Quellung von Polyethylenoxid-Gelen unter besonderer Berücksichtigung des Phasenübergangs des Lösungsmittels.'' Doktorarbeit Universität Duisburg-Essen 2003 ([https://d-nb.info/967969409/34 PDF: 1,2&nbsp;MB, 160&nbsp;Seiten] auf d-nb.info).
 == Weblinks ==
-*[http://d-nb.info/967969409/34 Michael Kischel: ''Quellung von Polyethylenoxid-Gelen unter besonderer Berücksichtigung des Phasenübergangs des Lösungsmittels'' (Dissertation Universität Duisburg – Essen)]
+{{Wiktionary|quellen}}
 == Einzelnachweise ==