Spectres de diffusion et pression osmotique de suspensions colloïdales de particules de latex chargées

¹ Commissariat à l’énergie atomique, service de chimie moléculaire (DSM/DRECAM), 91191 Gif-sur-Yvette Cedex, France.
² Lehrstuhl für Physikalische Chemie II, Templergraben 59, 52056 Aachen, Allemagne.

Résumé

Nous mesurons la pression osmotique de solutions de particules de polystyrène bromé polydisperse en régime dilué (0,5-6,5 % en fraction volumique) correspondant à des distances moyennes entre particules de 150 à 400 nm.

La pression mesurée varie linéairement avec la concentration mais est environ 400 fois plus élevée que la pression gaz parfait due aux particules seules. Cela signifie que la principale contribution à la pression osmotique en absence de sel est due aux contre-ions (non condensés). Cette observation permet d'obtenir une définition expérimentale d'une charge effective.

Les pressions mesurées sont en accord avec les pressions théoriques déterminées par le modèle Poisson-Boltzmann Réseau (PBR).

Les facteurs de structure de ces solutions sont obtenus grâce aux techniques de diffusion de lumière et de rayons X aux petits angles et présentent un ordre liquide très marqué. Les courbes théoriques calculées à l'aide de l'équation intégrale de type HNC reproduisent très bien cet ordre à courte distance. On détermine ainsi une charge effective qui est du même ordre de grandeur que celle obtenue grâce aux résultats de pressions osmotiques mais systématiquement inférieure à celle que l'on peut déterminer par pH-métrie et conductimétrie.

Abstract

We measure the osmotic pressure of bromopolystyrene particles suspensions in the dilute sol regime (0.5-6.5% in volume fraction) i.e. for average distances between particles in the range between 150 to 400 nm.

The osmotic pressure varies linearly with the concentration and is about 400 times higher than the perfect gas pressure due to the particles alone. The explanation is that the main contribution to the osmotic pressure in the absence of salt is due to the (uncondensed) counter-ions. This observation allows an experimental definition of an effective charge.

The measured pressures are in agreement with theoretical values determined by the non linearized Poisson-Boltzmann Cell model.

Structure factors of these solutions are obtained by light and ultrasmall angle X-ray scattering (USAXS): a strong liquid order is observed. The theoretical curves calculated with the HNC integral equation fit very well this short range order.

The effective charge determined by fitting the shape of the observed structure factor is compatible with the value determined directly from the osmotic pressure. Both values are much lower than the effective charge determined by pH and conductivity measurements.