Phần 2 của tài liệu Tìm hiểu về hóa keo, hóa lý các hệ vi dị thể và hiện tượng bề mặt cung cấp cho bạn đọc những nội dung về: tính chất điện học của các hệ phân tán; điều chế và làm sạch dung dịch keo; sự bền vững của các hệ phân tán; các tính chất cơ học cấu thể của các hệ phân tán; dung dịch hợp chất cao phân tử;... Mời các bạn cùng tham khảo!
Chương TÍNH CHẤT ĐIỆN HỌC CỦA CÁC HỆ• PHÂN TÁN Song song với tổn lực phân tử, lực tương tác tĩnh điện phần tử mang điện {tồn dung dịch nước dung mơi có độ phân cực lởn) có vai trị rấ t định đơ'i với tính chất hệ phân tán Các phần tử mang điện hệ phân tán tập trung bề m ặt hạt keo hay màng giọt nhũ tương làm hình thành trậ t tự phân bô" đặc biệt bề mặt phân chia pha Các iớp cấu trúc đặc biệt gọi lớp điện tích kép (LĐTK) Chính lớp điện tích kép ảnh hưởng1 lđn đến tính chất bền vững cùa hệ phân tán (đặc biệt keo kim loại) Cũng cần phải thấy rằng, riêng với hệ phàn tán mà với nhiều hệ khác lởp điện tích kép bề m ặt phân chia pha nói chung đóng vai trị quan trọng phương diện lý thuyết thực tế Ví dụ hấp phụ trao đổi ion, trình điện cực, tượng phân cực v.v Vậy, tượng điện bề mặt' không liên quan đến hệ phân tán mà với nhiều lĩnh vực khoa học khác, khơng có đáng' nghi ngờ nói: nghiên cứu LĐTK hệ tồn LĐTK phải xem đối tượng khơng thể bỏ qua mơn Hóa lý hệ phân tán tượng bề mặt Để đơn giản, xem bề mặt phân chia pha mà hình thành lớp điện tích kép phẳng Thực tế, hệ keo có kích thưđc nhỏ, song điều chấp nhận được, độ dày lớp điện tích kép thường nhỏ bán kính m ặt cong hạt, bán kính mao quản rấ t nhilu 8.1 CẤU TẠO LỚP ĐIỆN TÍCH KÉP Điện tích bề mặt phân chia pha hình thành theo hai phương thức sau: ' ' Hiộn tượng diện bề m ặt - thuật ngữ xuất hiện, người ta dùng dể tượng có liên quan dến nguyên nhân tần cùa lớp điộn tích kép - Ion hóa bề mặt châ't rắn Bề mặt phân chia pha lúc dầu trung hòa diện, nguyên nhàn chuyển sơ' lượng ion vào dung dịch tích điện ngược dấu (với ion đó) Ví dụ, tích điện điện cực pin điện hóa, hạt keo Như, keo vàng có câu trúc ion nên dung dịch phân ly thành ion: A ^ a + ỉr hạt keo tích điện âm - Hâ'p phụ ion bể mặt pha rắn Khi chưa xảy hấp phụ, dung dịch trung hòa diện (tổng sò điện tích ĨOII dương âm nhau) Do nguyên nhân (xem phần 5.2) có loại ion bị hấp phụ trèn bể mật pha rắn tich điện Ví dụ, dung dịch CuSC>4 ion Cu2+ hấp phụ kết đồng tích điện dương cịn dung dịch mang diện tích âm Do ion hóa hay hấp phụ toại ion bám bề m ặt chât rấn gọi ion tạo thế, loại ion ngược dâu chuyến vào dung dịch hay tồn dung dịch dược gọi ion đối Trong dung dịch có cá ion khác, chúng phân ]y từ phân tử trung hịa, nên tỏng điện tích ion dương âm phân tử trung hịa điện phàn ly Nói chung, hệ gồm hạt keo dung dịch t rên tổng trung hòa diện, riêng bề mặt chất rắn (hạt keo) dung dịch có tống giá trị điện t ích nhirtig ngược dấu Ngồi tương tác tĩnh điện điện tích bề mặt phân chia pha rán ion đốì dung dịch đồng thời bị ảnh hướng nhiều yếu tố khác nên ion phân bố có qui luật bề mặt phân cách hai pha Vùng gọi lớp điện tích kép Ngay từ năm 1879, mà người ta chưa biết tồn cúa ion dung dịch, Helmholtz đưa lý thuyết LĐTK Ông xem LĐTK ỉà tụ điện phắng Qua nhiều năm Gouy, Chapman Stern cùttg nhiều người khác hoàn thiện phương diện lý thuyết kiểm chứng phương diện thực nghiệm quan điểm lớp điện tích kép nhìn nhận lớp điện tích kép trèn quan điểm đại với việc sử dụng khía cạnh đáng tin cậy thuyết Helmholtz Perrin, Gouy, Chapman Stern Theo quan điểm đại, phần bô' ion không gian tồn hai pha xác định sơ hai xu hướng trái ngược nhau: - Tương tác với lực tĩnh diện lực phàn tử (hấp phụ) Với tương tác có tác dụng giữ ion đối gần bề mặt phân chia pha Stern '1ưa trẽn quan điếm lớp diện tích kép ciia Gouy Chapman bổ sung thém lực háp phụ 90 - Chuyến động hỗn loạn ion (do chuyến động nhiệt), xu chuyên động có tác dụng san nồng độ ion lớp bề mặt cà thể tich dung địch, khuếch tán Khí phán bơ đạt cân (theo hai xu hướng có trậ t tự 0, th ì Ci > Coi! Cồn anion Zị < 0, ngược lại Ci < Coi (theo phương trình 8.2) Mật độ điện tích th ể tich phụ thuộc vào Ci biểu diễn theo phương trình: P = £ ziFC> (8.3) Phương trình Poisson biểu dí in mối thế, đại lượng diện tích như: 4jip v 2=- q u a il hệ dại lượng diện (8.4) đó: £ - số diện mơi —2 V 0) Thế hấp phụ ion , ỉà dạng th ế bổ sung, với th ế điện trường có vai trị định phân bô' ion dổi lớp điện tích kép Vậy theo qui luật phản bơ” Boltzmann mơ tả phân bố ion lớp điện tích kép chịu tác dụng trường lực hâp phụ c+ =Coe- ^ W R T c (8 10) Theo điều kiện trung hòa điện, giá trị tuyệt dò"i T|0trê n bề m ặt pha rắn tổng điện tích bề mặt ion lớp phẳng ste rn (n ^v điện tích phần khuếch tán ( TÌ2 )> nghĩa - 11o = 1l l +Tl2 (8 1 ) Stern sử dụng phương pháp thiết lập phương trìn h hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir để tính T|-J Nếu gọi tD+, t|>_ th ế hấp phụ đặc biệt ion + - , tổng quát ion (xem công vận chuyển moi ion từ tích dung dịch lên bề m ặt vật hấp phụ) tổng đại số hãp phụ +, _ th ế điện trường FZjtpj.: với ion dương cị)+ +Z 0F(pt đơì với ion âm *ỉ>_ “ Z0F5 1(T4 -1 Q'J Khói ZnO 6.1ÍV6 2- Các q u i lu ậ t rhuyèn dộng củ a cac h t dưiti tác d ụ n g c ù a ngoại lực Trony trưrrii* hưp kicli rhuưc hạt ỉớn (so với phân tử khí mơi trưừnrj phàn U m ap íuai đủ lớn đế kích thước hạt lớn quảng đưùng tự du uung bình phân tử /{ r> l) qui luật chuyển động mang dặc trưng thủy dộng học (hay nói cách xác - Khí dộng học) Mốì tương quan vật chuyển động mâì trường tuán theo định luật St.oks: f = 7tr| ru Khi r nhỏ áp suất thấp r , thỉ p —>PD (giông giọt khơng tích điện) Với giọt nhỏ r ■ “» p -> (trong giọt khơng mang điện p - » « Vậy giọt rấ t nhỏ có tích điện khơng bị tiêu biên mà ngược lại Mn lên nhờ ngưng tụ diễn (áp suất bão hịa 171 thấp mơi trường bao quanh) Hì nh 14.1 Sự phụ thuộc áp suất hai bão hịa trcn giọt chất lỏng tích điện (q) khơng tích điện (q = 0) vào kích thước cứa giọt lỏng Nếu áp suất bão hòa áp suất ứng với điểm cực đại Pni;ix, giọt chất ìịng tự lớn lên vùng từ r = đến r = qưá trình ngưng tạ, bới giá trị r có pr < p môi trường xung quanh Vậy, ion hóa khơug khí (có tác dụng tạo mầm tăng thêm mầm châ't lỏng) xem tien đề xu hướng gây mưa nhân tạo Phá keo khí m?it nhiệm vụ quan trọng dể chơng khói, bụi bẩn hình thành tron^ q trình sản xuất công nghiệp Trong sô biện pháp chống bụi khói CÌÍU1ÍĨ sử dụng rộng rãi phải kể đến phương pháp điện, phương pháp KoHi*rJ Trong lọc diện Kottrel, người ta sử dụng điện th ế 70 - 100 KV, Các hạt keo kỉií hấp phụ ion khơng khí bị ion hóa (thường tích điện âm) nẽn mang diên Dưới tác dụng điện trường mạnh ion mang điện điện di bám vào điện cực đàv chúng dược thu lại biện pháp khác Vậy, việc nghiên cứu trình phát sinh, chuyển động phá keo khỉ có ý nghĩa thực tế sản xuất dờí sơng 172 TÀI LIỆl) THAM KHẢO w Physical Chemistry Wiley - Interscience New York, 1990 Anderson Atkins P w Physical Chemistry Oxford university Press 1997 Voyutsky s Colloid Chemistry Mir Publ M 1978 Mai Hữư Khiêm Giáo trình Hóa Keo ĐH chức TPHCM 1985 Đinh Vãn Hoan ĐHBK Hà Nội Giáo trình hâp phụ of surfaces hóa keo 173 HĨA KEO Mai Hữu Khiêm NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP H CHÍ MINH KP 6, P Linh Trung, Q Thủ Đức, TPHCM Sô" Công trường Quốc tế, Q.3, TPHCM ĐT: 38239172, 38239170 Fax: 38239172; Email: vnuhp@vnuhcm.edu.vn Chịu trách nhiệm xuất TS HUỲNH BÁ LÂN TỔ chức thảo chịu trách nhiệm tác quyền TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐIIQG TPHCM Biên tập PHẠM VẢN THỊNH PHẠM THỊ ANH TÚ Sửa in TRẦN VẨN THẮNG Trình bày bìa TRƯƠNG NGỌC TUẤN In tái 500 cuốn, khổ 16 X 24 cm Sô' dông ký KHXB: 84-2011/CXB/169-04/ĐHQG-TPHCM Quyết định xuất số: 638/QĐ-ĐHQG-TPHCM/TB 03/12/2011 Nhà xuất ĐHQG TPHCM In Xưởng in Đại học Bách khoa - ĐHQG TP.HCM Nộp lưu chiểu tháng 01 năm 2012 ... thành hệ rấ t bền, chí khơng khác so với dung dịch protit CPT ( } Các hệ keo loại có nhiều điểm khác vổi keo điển hình 1 32 Chương 1 CÁC TÍNH CHẤT c HỌC CẤU THỂ CỦA CÁC HỆ PHÂN TÁN 11.1 CÁC HỆ KẾT... Các dặc tính làm cho hệ lyophil hóa gần bền vững giơng hệ lyophil Các chất (chất hoạt động bề m ặt cao phàn tử) tạo trở lực học cấu thể keo kỵ lỏng gọi chất làm Các chất, làm bền bị hấp phụ bề. .. AgCl: Na2S 04 +BaCỊị AgNOg + NaCl BaS04 + 2NaCZ AgCỈ + NaNOg Ở điều kiện xác định có th ể thu đung dịch keo, hệ có mặt chết làm bền hệ keo ( Na2S hệ đầu, NaC/ dối với hệ thứ hai) Vậy, để thu hệ keo