Chương 2 Cân bằng pha và dung dịch A Cân bằng pha Mục tiêu 1 Định nghĩa pha, cân bằng pha, chất hợp phần, cấu tử, số bậc tự do 2 Trình bày được điều kiện cân bằng pha, quy tắc pha và cách thiết lập qu.Chương 2 Cân bằng pha và dung dịch A Cân bằng pha Mục tiêu 1 Định nghĩa pha, cân bằng pha, chất hợp phần, cấu tử, số bậc tự do 2 Trình bày được điều kiện cân bằng pha, quy tắc pha và cách thiết lập qu.
Chương 2: Cân pha dung dịch A Cân pha Mục tiêu: Định nghĩa pha, cân pha, chất hợp phần, cấu tử, số bậc tự Trình bày điều kiện cân pha, quy tắc pha cách thiết lập quy tắc pha Phân tích giản đồ cấu tử, cấu tử, cấu tử Ý nghĩa ngành Dược Các khái niệm Pha: - Định nghĩa: Pha tập hợp phần đồng thể giống hệ, giới hạn với phần khác bề mặt phân cách, qua bề mặt tính chất hệ biến đổi đột ngột - Mọi điểm pha có tính chất nhiệt động, tính chất vật lý, hóa học thành phần Cân pha: - Là dạng cân có vận chuyển vật chất pha Chất hợp phần: - Là chất hóa học hệ, chất hợp phần tách riêng tồn độc lập ngồi hệ - Chú ý: Các ion khơng phải chất hợp phần dù tồn hệ Cấu tử số cấu tử - Cấu tử: số tối thiểu chất hợp phần đủ để xác định thành phần pha hệ - Số cấu tử = số chất hợp phần – số phương tình hóa học liên quan chất hợp phần Số bậc tự - Là số thông số tối đa tùy ý thay đổi (trong giới hạn) mà không làm thay đổi số pha hệ (không làm hệ pha cũ hay xuất hệ pha mới) Ví dụ minh họa: a b c - Một bình kín chứa: H2O H2O bình đun sơi Các pha hệ: pha gồm lỏng khí Chất hợp phần: H2O Cân pha: lỏng khí (hơi) Số cấu tử: Hỗn hợp làm lạnh gồm: nước đá, nước lỏng tinh thể NaCl Các pha hệ: pha rắn (nước đá, NaCl tinh thể), pha lỏng dung dịch NaCl Chất hợp phần: (H2O NaCl) NaCldd Cân pha: NaClr Số cấu tử: Bình kín chứa H2, I2, HI Hệ có pha: rắn (I2 tinh thể), khí (H2, I2, HI) I2 r ;H2 I2 2HI (phương trình hóa học) Cân pha: I2 tt - Số chất hợp phần: 3; Số cấu tử: Điều kiện cân pha quy tắc pha: - Điều kiện cân pha: Nhiệt độ tất pha phải Áp suất tất pha phải Hóa thể cấu tử tất pha - Điều kiện cân pha: 1A 2A ; 1B 2B Quy tắc pha Gibbs - Là quy tắc tính số bậc tự biết số cấu tử, số pha hệ : F f K, - Biểu thức quy tắc pha Gibbs: Khi hệ đạt trạng thái cân bằng: F K với: F: số bậc tự do; K: số cấu tử; : số pha Phân tích giản đồ pha Yêu cầu cần phân tích được: Đồ thị biểu diễn gì: Trục??? Đường Vùng Điểm đặc biệt Vận dụng quy tắc pha: Gibbs quy tắc đòn bẩy Ý nghĩa giản đồ pha ngành Dược (quan trọng) Phân tích giản đồ pha: Hệ cấu tử - Hệ gồm chất nguyên chất Cân pha hệ cân trạng thái tập hợp Giản đồ pha đường biểu diễn mối quan hệ áp suất P nhiệt độ T Cụ tỉ (cụ thể tỉ mỉ ): Ví dụ hình 2.1 SGT-Tr 42 Chúc bạn học tập ôn thi thật tốt !!! - Đồ thị biểu diễn gì: Biểu diễn trạng thái nước thay đổi theo nhiệt độ áp suất Trục: nhiệt độ T áp suất P Đường: OA tập hợp điểm biểu diễn trạng thái cân bằng: rắn thăng hoa OB tập hợp điểm biểu diễn trạng thái cân bằng: lỏng sôi OC tập hợp điểm biểu diễn trạng thái cân bằng: rắn lỏng nóng chảy OA’ thuộc đường OB kéo dài đường chậm đông (chậm kết tinh) Vùng: AOB: nước BOC: nước lỏng COA: nước rắn Điểm đặc biệt: O: điểm Tại điểm hệ tồn pha rắn – lỏng – T TB 3740 C B: điểm tới hạn Nước điểm B nước siêu tới hạn có: P PB 218atm Nước lúc nằm pha trung gian lỏng – hơi, có tính chất H2O pha lỏng (độ nhớt cao) pha (khả khuếch tán mạnh hòa tan tốt) Tính chất: khuếch tán sâu, hịa tan tốt dược chất Vận dụng quy tắc pha Gibbs: F K Tính số bặc tự trong: Trong vùng: F 1 hệ nhị biến (tùy ý thay đổi thông số mà không làm thay đổi số pha hệ) Trên đường: F hệ biến (thay đổi thông số hệ thơng số cịn lại phải thay đổi theo) Tại O: F hệ bất biến (không phép thay đổi thông số nào) Ý nghĩa ngành Dược: Đường OA: ứng dụng tỏng công nghệ đông khô Rắn Hơi Ưu điểm: độ ổn định cao; bột mịn, xốp, dễ hòa tan; giữ màu sắc, mùi vị nguyên liệu Nhược điểm: dễ hút ẩm, dễ bị oxy hóa; suất sản xuất thấp; giá thành cao Q trình đơng khơ dùng tỏng lĩnh vực: ngành Dược sản xuất vaccin, thuốc tiêm; thực phẩm: hoa sấy…bla bla bla Giản đồ pha hệ cấu tử CO2: - Tính chất CO2 siêu tới hạn giống chất lỏng giống chất khí (khả hịa tan tốt) Ứng dụng: chiết suất, kết tinh, chế tạo tiểu phân nano … bla bla bla Phân tích giản đồ pha: Hệ cấu tử a Giản đồ pha chất lỏng: Ví dụ Phenol – nước (hịa tan có hạn vào nhau) - Đồ thị: biểu diễn độ tan phenol nước thay đổi theo nhiệt độ tỉ lệ thành phần Trục: trục tung nhiệt độ, trục hoành tỉ lệ thành phần (từ trái sang phải tỷ lệ phenol tăng dần) Đường: biểu diễn nồng độ bão hòa phenol nước nồng độ bão hòa nước phenol Vùng: vùng Phía đường cong: vùng đồng thể (phenol nước hịa tan hồn tồn vào nhau) Phía đường cong: vùng dị thể pha: phenol bão hòa nước; nước bão hòa phenol Điểm đặc biệt: Tại điểm h: điểm tới hạn t h 66,80 C , điểm phenol nước hịa tan hồn tồn theo tỷ - lệ Điểm a: 100% H2O Đường ab: pha đồng thể phenol hòa tan nước - - Điểm b: đồng thể phenol tan bão hòa tỏng nước nhiệt độ T Đường bc: hệ dị thể: phenol bão hòa nước, nước bão hòa phenol Điểm c: đồng thể nước bão hòa phenol Đường ce: hệ đồng thể nước bão hòa phenol Điểm e: 100% phenol Vận dụng quy tắc đoàn bẩy: Ý nghĩa: Tính tỷ lệ pha hệ dị thể trạng thái cân Phát biểu: Khối lượng pha tỷ lệ nghịch với khoảng cách từ điểm biểu diễn pha đến điểm biểu diễn hệ Cơng thức: b c: có pha: phenol bão hòa nước PL1 (điểm bắt đầu pha điểm b), nước bão hòa phenol PL2 (điểm đầu pha điểm c) m cd Xét hệ điểm d ta có: PL1 m PL2 bd Ý nghĩa ngành Dược: - Tách, tinh chế chất Ví dụ: Có hỗn hợp phenol tạp chất Trình bày cách tinh chế phenol tinh khiết nước? Hướng dẫn: Điều chỉnh nhiệt độ t 66,80 C thêm H2O: phenol nước hịa tan hồn tồn theo tỷ lệ Loại bỏ tạp chất Sau hạ nhiệt đỗ thấp xuống: phenol bão hịa nước(giàu nước), nước bão hòa phenol(giàu phenol)…… Tạo dung dịch pha tiêm: Dược chất, tá dược, dung môi Lựa chọn tỷ lệ thích hợp Hệ đồng thể b Giản đồ pha hệ chất rắn: Hỗn hợp eutecti - Hệ Thymol – Salon hệ cấu tử khơng phản ứng với nhau, hịa tan vào trạng thái lỏng, trạng thái rắn không tạo thành dung dịch (dung dịch rắn) - - Đồ thị: biểu diễn trạng thái chất thay đổi theo nhiệt độ tỷ lệ thành phần độ tan chất rắn thay đổi tỷ lệ thành phần nhiệt độ Trục: tỷ lệ thành phần A B(từ A B: tỷ lệ chất B tăng dần), trục nhiệt độ(TA, TB: nhiệt độ nóng chảy A B nguyên chất Đường: Đường cong T0AE: tập hợp điểm biểu thị nhiệt độ bắt đầu kết tinh A từ dung dịch lỏng AB Đường cong T0BE: tập hợp điểm biểu thị nhiệt độ bắt đầu kết tinh B từ dung dịch lỏng AB Đường thẳng MN: Đường thẳng song song với trục hoành, qua E: Đường rắn Các điểm nằm đường biểu thị hệ có pha: chất tồn dạng rắn Vùng: có vùng Vùng I: phía đường cong T0AET0B: Vùng đồng thể: Dung dịch lỏng AB gồm cấu tử A B Vùng II: tam giác cong T0AME: Vùng dị thể, tồn pha: A rắn nguyên chất dung dịch lỏng AB (A bão hòa) Vùng III: tam giác cong T0BNE: Vùng dị thể, tồn pha: B rắn nguyên chất dung dịch lỏng AB (B bão hịa) Vùng IV: hình chữ nhật ABNM: Gồm A rắn B rắn Điểm: Điểm eutecti E: tỷ lệ thành phần gióng xuống trục thành phần Tính chất: tính chất: + Có nhiệt độ nóng chảy thấp + Tinh thể hỗn hợp eutecti: mịn, đều, đẹp + Ứng dụng: tinh thể mịn, đều, đẹp tăng độ hòa tan thuốc tăng khả hấp thu thuốc tăng sinh khả dụng thuốc Ngoài dạng tinh thể cịn làm tăng độ ổn định dược chất Hình 2: Điểm M a b c giữ nguyên thành phần hạ nhiệt độ + Điểm M: AL + BL: LAB (nóng chảy) + M a: LAB (nóng chảy) + a: chất A bắt đầu kết tinh, LAB(A bão hòa) + a b c: A rắn + LAB (A bão hòa) + c: chất B bắt đầu kết tinh; Co: A rắn + LAB; C1: A rắn + B rắn + LAB; C2: A rắn + B rắn - Vận dụng quy tắc địn bẩy: Là quy tắc để tính tỷ lệ pha hệ dị thể trạng thái cân Phát biểu: khối lượng pha tỷ lệ nghịch với khoảng cách từ điểm biểu diễn pha tới điểm biểu diễn hệ Ví dụ xét điểm C hình 1(hỗn hợp eutecti), C ta có: mrắn A cb = mlỏng AB ac - Ý nghĩa giản đồ: Xác định từ giản đồ pha, chế tạo hỗn hợp eutecti Ưu điểm: tăng khả hòa tan dược chất tăng hấp thu dược chất khó tan; tăng độ ổn định dược chất B Dung Dịch Mục tiêu: - - Trình bày vấn đề dung dịch rắn: định nghĩa dung dịch rắn, điều kiện hình thành dung dịch rắn, yếu tố làm tăng độ hòa tan, tăng độ hòa tan dược chất từ dung dịch rắn hệ phân tán rắn Trình bày vấn đề dung dịch lỏng: thuộc tính tập hợp dung dịch, áp suất thẩm thấu dung dịch, dung dịch ưu, nhược, đẳng trương cách pha chế dung dịch đặc trương I Dung dịch rắn, hệ phân tán rắn - Dung dịch rắn hệ phân tán, tiểu phân rắn phân tán dạng phân tử, nguyên tử ion Khi có tượng kết tinh, mạng lưới tinh thể chứa phân tử khác loại (tinh thể hỗn hợp) - Hệ phân tán rắn khái niệm chung hệ gồm hỗn hợp chất rắn dạng bột vơ định hình tinh thể; loại chất (trong mạng lưới tinh thể chứa phân tử loại) kích cỡ tiểu phân khác nhau, chứa phần hệ dung dịch rắn, hỗn hợp eutecti tiểu phân chứa nhiều chất - Điều kiện hình thành dung dịch rắn (tinh thể hỗn hợp) + Hai chất có cơng thức hóa học tương tự nhau, có đặc điểm liên kết phân tử + Hai chất có đặc điểm vật lý tương tự nhau: đồng hình, kiểu cấu trúc tinh thể, tỷ lệ tương đối đơn vị cấu trúc nguyên tử, ion phải gần Phương pháp bào chế dung dịch rắn - Phương pháp đun chảy: - Phương pháp: bốc dung môi Chú ý: - Chỉ tạo dung dịch rắn với tỷ lệ định - Hệ tạo gọi hệ phân tán rắn bao gồm: dung dịch rắn, hỗn hợp eutecti, hỗn hợp vật lý chất rắn * Ứng dụng dung dịch rắn hệ phân tán rắn: - Tăng độ hòa tan dược chất khó tan tăng khả hấp thu tăng sinh khả dụng thuốc - Các yếu tố làm tăng độ tan, tốc độ hòa tan dược chất chế tạo dạng dung dịch rắn: + Dược chất dạng tiểu phân rắn có kích thước nhỏ 1nm + Khơng có tập hợp, kết tụ tiểu phân + Tăng tính thấm ướt tiểu phân dược chất nhờ chất mang thân nước + Chất mang tạo lớp khuếch tán bề mặt tiểu phân dược chất có tác dụng trợ tan II Các thuộc tính tập hợp dung dịch - Là tính chất phụ thuộc chủ yếu vào số lượng tiểu phân chất tan dung dịch (phân tử, ion) gần không phụ thuộc đặc tính tiểu phân chất tan (kích thước, điện tích…) - Bốn thuộc tính tập hợp phụ thuộc nồng độ molan dung dịch (mB): + Độ hạ băng điểm: ΔTb = Kb.mB với Kb số nghiệm lạnh + Độ tăng điểm sôi: ΔTs = Ks.mB với Ks số nghiệm sôi + Độ hạ tương đối áp suất bão hòa dung môi dung dịch (PA) so với áp suất bão hịa dung mơi dung mơi ngun chất (P0A) với MA phân tử lượng dung môi giai đoạn : trương nở nhờ vào khuếch tán chiều cuả phân tử dung mơi vào pha polyme trương nở hồn tồn khi lượng dung môi đủ lớn làm đứt liên kết giũa phân tử polyme Giai đoạn : Hòa tan polyme tạo dung dịch.các phân tử polyme tồn trạng thái tự do,linh động pha đồng thể dung dịch thật ( thường xảy với polyme khơng có liên kết cầu nối) Với polyme có liên kết cầu nối xảy đến giai đoạn III TÍNH CHẤT DUNG DỊCH POLYME Độ nhớt Áp suất thẩm thấu dung dịch polyme phần thấy cô bảo tự học cô nhấn mạnh phần sol gel thơi phải!!!:)) Sự tán xạ ánh sáng Chuyển thể sol – gel hạ nhiệt độ tăng nhiệt độ Thể sol : phân tử tự dung môi Thể gel : phân tử liên kết với tạo mạng lưới không gian Các yếu tố ảnh hưởng: Sựu bất đối xứng phân tử polyme có nhiều nhóm chức tạo điều kiện liên kết mạng lưới tạo gel Nông độ polyme dung dịch cần đủ lớn nhiệt độ đủ thấp để có hể tọ gel Nồng độ polyme cao, khối lượng polyme lớn nhiệt độ thấp dung dịch polyme dễ tạo gel Chất điện li ảnh hưởng tới q trình tạo gel : ví dụ gluten 5% tạo gel 50 phút, có mặt SO42- tạo gel 25 phút Gel mềm tạo từ polyme dài, linh động keratin, agar, thể tích biến đổi nhiều trương nở sấy khơ Gel rắn tích thay đổi rương nở sấy khô IV ỨNG DỤNG TRONG NGÀNH DƯỢC Bao màng mỏng Màng mỏng polyme có vai trò bảo vệ ( tăng độ ổn định, tránh tương tác)vai trị kiểm sốt tốc độ giải phóng thuốc theo chế khuếch tán, thẩm thấu Tạo cốt chứa dược chất Các polyme tan rong nước dùng tạo cốt thân nước, nước thấm vào cốt hình thành gel sánh nhớt Dược chất cốt giải phóng có kiểm sốt nhờ chế khuếch tán chậm qua gel polyme Dùng polyme tạo vỏ vi nang Vi nang tiểu phân nhỏ có hay nhiều nhân bao bọc lớp vỏ Tạo tiểu phân hệ nano Hệ tiểu phân nano hệ điều trị gồm tiểu phân siêu nhỏ kích thước cỡ nm mộ dạng huốc tác dụng đích có khả thấm nội bào tốt hệ tiểu phân micro Gồm nanocapsul ( siêu vi nang) nanosphere( siêu vi cầu) - nanocapsul: tạo thành nhờ polyme hóa micell - nanosphere : Siêu vi cầu tiểu phân dạng cốt mang dược chất, kích thước cỡ 200-500 nm sử dụng điều chế thuốc tiêm tĩnh mạch Chương VIII: Hấp phụ chất hoạt động bề mặt Mục tiêu: Trình bày đặc điểm hấp phụ chất tan từ dung dịch lên bề mặt rắn yếu tố ảnh hưởng Viết biểu thức phương trình Gibbs hấp phụ bề mặt lỏng, nhận xét ý nghĩa Trình bày đặc điểm cấu trúc phân tử, mối quan hệ với hoạt tính bề mặt chất diện hoạt, số HLB công thức tính Giải thích chế làm tăng độ tan chế nhũ hóa chất hoạt động bề mặt I Trình bày đặc điểm hấp phụ chất tan từ dung dịch lên bề mặt rắn yếu tố ảnh hưởng Đặc điểm hấp phụ chất tan từ dung dịch lên bề mặt rắn: - Tuân theo quy luật phương trình Langmuir, Freundlich, BET - Chất tan: trạng thái phân tử ion - Sự hấp phụ: hấp phụ hóa học hấp phụ vật lý - Tốc độ chậm hấp phụ chất khí / chất thể lên bề mặt rắn cần khuấy trộn để tăng tốc độ khuếch tán, cần thời gian để đạt cân - Trong dung dịch có hấp phụ cạnh tranh dung môi chất tan lên bề mặt rắn Các phương trình: - Phương trình Langmuir: + Dạng đường cong: 𝑞 = 𝐾1 𝐶 1+𝐾2 𝐶 K2 q K1 + Dạng đường thẳng: = + K1 ( ) C (trong đó: q lượng ctan hấp phụ đơn vị khối lượng chất hấp phụ, C: nồng độ chất tan thời điểm HP đạt đến cân bằng) - Phương trình Freundlich: 𝑞 = 𝐾 𝐶 𝑛 (trong đó: K biểu thị gần dung lượng HP, ≤ 𝑛 ≤ ) Các yếu tố ảnh hưởng: a) Dung mơi: - Trong dung dịch có HP cạnh tranh dung môi chất tan lên bề mặt rắn - Nếu sức căng liên bề mặt rắn – dung môi lớn, nhiệt thấm ướt bề mặt dung môi bé lực dung môi với bề mặt rắn yếu chất tan dễ HP b) Chất hấp phụ (chất rắn): - Chất HP có nhiều lỗ xốp mao quản, đường kính mao quản nhỏ, HP lớn - Sự HP xảy theo quy tắc Rebinder: chất HP lên bề mặt phân cách pha làm giảm chênh lệch độ phân cực pha Gọi 𝜀 số điện môi đặc trưng cho độ phân cực quy tắc viết sau: Hoặc: + 𝜀𝑏ề 𝑚ặ𝑡 > 𝜀𝑐ℎấ𝑡 𝑡𝑎𝑛 > 𝜀𝑑𝑢𝑛𝑔 𝑚ô𝑖 + 𝜀𝑏ề 𝑚ặ𝑡 < 𝜀𝑐ℎấ𝑡 𝑡𝑎𝑛 < 𝜀𝑑𝑢𝑛𝑔 𝑚ô𝑖 c) Chất bị hấp phụ (chất tan): - Quy tắc Laudelius: dung dịch chất tan có độ tan lớn HP lên bề mặt rắn yếu - Ctan phân cực dung môi phân cực HP mạnh bề mặt phân cực - Chất tan không phân cực dung môi phân cực HP mạnh bề mặt phân cực - Phân tử chất tan có kích thước lớn dễ bị HP - Ion có điện tích lớn dễ bị HP - Ion có điện tích, bán kính ion lớn dễ bị HP - Bề mặt rắn ưu tiên HP ion có thành phần cấu tạo nên bề mặt, sau HP ion trái dấu với điện tích tạo bmặt d) pH dung dịch: - Ảnh hưởng gián tiếp đến HP - Thông qua ảnh hưởng đến độ tan & độ phân ly chất tan (Chất tan phân ly nước HP yếu.) - Chất tan lưỡng tính có độ hấp phụ cực đại điểm đẳng điện độ tan thấp e) Nhiệt độ: - Thể qua phương trình: 𝑞1 ∆𝐻 𝑇2 − 𝑇1 lg ( ) = ( ) 𝑞2 𝑅 𝑇2 𝑇1 + HP vật lý thường có: ∆𝐻ℎ𝑝 > ( hấp phụ tỏa nhiệt) HP giảm nhiệt độ tăng + HP hóa học thường có: ∆𝐻ℎ𝑝 < ( hấp phụ thu nhiệt) HP tăng nhiệt độ tăng - Sự HP dung dịch nước thường có ∆𝐻 nhỏ nên thay đổi nhỏ nhiệt độ không ảnh hưởng nhiều đến HP II Viết biểu thức phương trình Gibbs hấp phụ bề mặt lỏng, nhận xét ý nghĩa Biểu thức phương trình Gibbs: 𝐶𝑆 = − 𝐶 𝑑𝜎 𝑅𝑇 𝑑𝐶 Trong đó: 𝐶 𝑆 : nồng độ dư thừa chất tan bề mặt dung dịch C S = Cbề mặt − Cdung dịch 𝐶 : nồng độ chất tan dung dịch 𝑑𝜎 𝑑𝐶 : hoạt tính bề mặt chất tan, biểu thị khả thay đổi sức căng bề mặt dung dịch có mặt chất tan Ý nghĩa phương trình Gibbs: + 𝑑𝜎 𝑑𝐶 > => 𝐶 𝑆 < , nghĩa tăng nồng độ chất tan dung dịch Cbề mặt < Cdung dịch => SCBM tăng, HP âm, làm hệ bền => chất khơng có hoạt tính bề mặt + 𝑑𝜎 𝑑𝐶 = => 𝜎 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡, nghĩa tăng nồng độ chất tan dung dịch không ảnh hưởng đến độ bền hệ + 𝑑𝜎 𝑑𝐶 < => 𝐶 𝑆 > , nghĩa tăng nồng độ chất tan dung dịch Cbề mặt > Cdung dịch => chất tan HP lên bề mặt, SCBM giảm, hệ bền => chất tan có hoạt tính bề mặt, gọi chất diện hoạt III Trình bày đặc điểm cấu trúc phân tử, mối quan hệ với hoạt tính bề mặt chất diện hoạt, số HLB cơng thức tính Đặc điểm cấu trúc phân tử: - Cấu trúc lưỡng thân: phần thân dầu phần thân nước + Phần thân dầu: gốc hydrocarbon (mạch thẳng, vòng nhân thơm) + Phần thân nước: nhóm phân cực: -OH (alcol, phenol), -COOH, -NH … Mối quan hệ với hoạt tính bề mặt: - Gốc hydrocarbon dài hoạt tính bề mặt mạnh Nhưng để có độ tan hợp lý để chất diện hoạt tập trung lên bề mặt tiếp xúc pha, gốc R cần vào khoảng 10 – 18 C - Với gốc R nhau, phần thân nước phân cực mạnh hoạt tính bề mặt mạnh: -SO3H > -COOH > -OHphenol > -OHalcol Chỉ số HLB cơng thức tính: - Chỉ số HLB: biểu thị tương quan phần thân nước phần thân dầu chất diện hoạt - Cơng thức tính HLB chất diện hoạt: HLB = å số nhóm thân nước - å số nhóm thân dầu +7 - Tính HLB hỗn hợp a gam chất diện hoạt A b gam chất diện hoạt B: 𝐻𝐿𝐵ℎỗ𝑛 ℎợ𝑝 = 𝑎𝐻𝐿𝐵𝐴 + 𝑏𝐻𝐿𝐵𝐵 𝑎+𝑏 IV Giải thích chế làm tăng độ tan chế nhũ hóa chất hoạt động bề mặt Cơ chế nhũ hóa: - Nhũ hóa phân tán pha dầu nước vào thành hệ phân tán có tiểu phân nhỏ, hệ trắng đục sữa (hệ gọi nhũ tương) - Chất diện hoạt tập trung lên liên bề mặt pha dầu nước, làm giảm SCBM tiếp xúc => từ dễ dàng phân tán pha vào - Chất diện hoạt thân với pha làm cho liên bề mặt pha bị kéo mạnh lõm phía pha Khi q trình đạt cân bằng, pha trở thành mơi trường phân tán, cịn pha lỏng thân với chất diện hoạt trở thành tiểu phân phân tán hình cầu - Liên bề mặt dầu – nước bị bẻ cong để đảm bảo cân lực tương tác chất diện hoạt với pha thay đổi mật độ phần thân dầu phần thân nước bề mặt pha Cơ chế làm tăng độ tan: - Trong dung dịch chất diện hoạt nồng độ tăng lên tới mức bão hòa dung dịch bề mặt, tiếp tục hòa tan thêm phân tử chất tập hợp lại thành tiểu phân gọi micell - Nồng độ tối thiểu từ bắt đầu hình thành micell gọi nồng độ micell tới hạn (cmc) - Khi sử dụng chất diện hoạt nồng độ cao cmc, phân tử chất diện hoạt tập hợp lại thành micell hình cầu hình ống - Trong trình tạo micell, phân tử tiểu phân chất tan phân tán vào cấu trúc micell - Nồng độ chất tan phân tán micell lớn nhiều lần so với nồng độ chất tan dung dịch độ tan chất khó tan tăng lên nhiều lần CHƯƠNG 9: CÁC HỆ PHÂN TÁN 1.Trình bày nguyên nhân bề mặt rắn tiểu phân keo tích điện, cấu tạo lớp điện kép, điện lớp điện kép mối quan hệ với bề dày lớp khuếch tán? a, Nguyên nhân bề mặt rắn tiểu phân tích điện Các bề mặt rắn tích điện tiếp xúc với dung môi phân cực, q trình sau: -Sự hịa tan ion từ bề mặt nhờ solvat hóa phân tử dung môi -Sự phân ly phân tử bề mặt rắn nhờ ảnh hưởng dung môi biến đổi hóa học phân tử bề mặt -Sự hấp phụ ion từ dung dịch lên bề mặt dư thừa lượng bề mặt, hấp phụ tự xảy làm giảm lượng hệ Các nguyên nhân làm cho bề mặt tiểu phân keo tích điện từ tạo lớp điện kép bề mặt tiểu phân keo b, Cấu tạo lớp điện kép bề mặt tiểu phân keo: Theo Stern ion đối dấu với điện tích bề mặt xếp tạo thành lớp điện kép gồm lớp hấp phụ lớp khuếch tán -Lớp hấp phụ (còn gọi lớp Stern) +Chỉ có lớp ion, nằm sát bề mặt chất rắn +Liên kết chặt với bề mặt chất rắn(do lực hấp phụ) +Khi nhân keo di chuyển lớp hấp phụ di chuyển theo +Chứa điện tích trung hịa phần điện tích bề mặt ion -Lớp khuếch tán: +Có bề dày lớn, chứa nhiều lớp ion, nằm sát với lớp hấp phụ +Liên kết với bề mặt rắn lỏng lẻo +Khi nhân keo di chuyển lớp khuếch tán khơng di chuyển theo +Chứa điện tích để trung hịa hồn tồn bề mặt, mật độ ion giảm dần từ -Bề mặt trượt: + Là bề mặt nằm lớp hấp phụ lớp khuếch tán + Là bề mặt lớp hấp phụ di chuyển trượt lên lớp khuếch tán nhân keo di chuyển c, Điện lớp kép: -Trên bề mặt có điện tích φ0 (được gọi điện bề mặt) Trong lớp hấp phụ điện giảm tuyến tính theo khoảng cách từ bề mặt đến tâm lớp hấp phụ -Tại tâm lớp hấp phụ có bề mặt Stern mang điện tích φd (điện Stern) Điện tích giảm đến bề mặt trượt có giá trị ζ nhỏ φd d, Quan hệ φ0, ζ bề dày lớp khuếch tán (d): Thông thường φ0 ζ dấu lớp hấp phụ chưa trung hịa hồn tồn lớp bề mặt, Một số ion đặc biệt (như chất diện hoạt, chất điện ly hóa trị cao) hấp phụ nằm bề mặt rắn lớp Stern, làm giảm tăng điện Stern φd Nếu ion dấu với điện bề mặt φ0 Trường hợp ion đặc biệt có điện tích trái dấu với φ0 làm cho φd ζ ngược dấu với φ0 2.Phân tích điều kiện bền vững hệ keo yếu tố ảnh hưởng Điều kiện bề vững hệ keo: Lực tương tác tiểu phân keo phụ thuộc vào Fh Fd, điều kiện hệ keo bền vững Fd > Fh - Điện ζ, φ0: Khi φ0, ζ đủ lớn → lực đẩy lớn lực hút Fd >Fh → ngăn cản tiểu phân không tiến lại gần để keo tụ, bảo vệ hệ keo bền vững - Kích thước tiểu phân: tiểu phân keo nhỏ → động tiểu phân nhỏ, không đủ lớn vượt qua hàng rào lượng→ Hệ keo bền - Bề dày lớp khuếch tán lớn → tiểu phân từ khoảng cách xa đẩy nhau, khoảng cách lực hút yếu→ tiểu phân không bị kết tụ Các yếu tố ảnh hưởng: -Sự nén lớp điện kép: Khi cho thêm chất tan(chất điện ly) với nồng độ cao chất khuếch tán di chuyển từ dung dịch vào bề mặt làm cho ion lớp khuếch tán bị di chuyển vào (bị nén) → Bề dày lớp khuếch tán giảm→ Cân lớp hấp phụ lớp khuếch tán thay đổi, số ion lớp khuếch tán tham gia vào lớp hấp phụ→ Điện Zeta bề dày lớp khuếch tán giảm→ Hệ keo bền vững - Ảnh hưởng chất điện ly trơ: chất điện ly trơ không phản ứng với chất hệ keo, không bị hấp phụ lên bề mặt rắn nhân keo, khơng làm thay đổi φ0, ảnh hưởng đến lớp khuếch tán điện động ζ + Lượng nhỏ chất điện ly trơ tác động tới độ bền vững hệ keo + Lượng lớn chất điện ly trơ → lớp khuếch tán bị nén → bề dày lớp khuếch tán giảm, cân lớp hấp phụ khuếch tán thay đổi→ làm giảm ζ -Ảnh hưởng chất điện ly không trơ: chất điện ly không trơ thâm nhập, liên kết với bề mặt keo, tác động vào lớp bề mặt, lớp hấp phụ lớp khuếch tán +Lượng nhỏ chất điện ly không trơ dấu → tăng φ0, ζ, bề dày lớp khuếch tán→ tăng đọ bền hệ +Lượng đủ lớn chất điện ly dấu với nhân keo→ lớp khuếch tán bị nén → làm giảm d ζ → làm giảm độ bền hệ keo +Lượng nhỏ chất điện ly ngược dấu với điện tích nhân keo→ làm giảm mạnh φ0, ζ gây keo tụ + Nếu tiếp tục thêm lượng chất điện ly ngược dấu tới mức làm đổi dấu điện tích tiểu phân keo→ hệ keo phân tán trở lại không trạng thái ban đầu -Sự cản trở khơng gian: hệ phấn tán có hấp phụ polyme lên bề mặt tiểu phân hệ có thêm lực đẩy tương tác không gian (Fk) làm tăng độ ổn định hệ keo +Lực đẩy cản trở không gian tạo chịu ảnh hưởng hai yếu tố: Kích thước cấu hình phân tử polyme hấp phụ bề mặt tiểu phân Sự tăng áp suất thẩm thấu nồng độ mạch polyme tăng lên vùng xen phủ giải phóng phân tử nước hydrat hóa vào môi trường phân tán -Yếu tố môi trường phân tán: + Dung mơi có độ phân cực nhỏ → giảm phân ly phân tử → giảm φ0→ hệ keo bền +Dung mơi có đọ nhớt thấp → giảm độ nhớt môi trường→các tiểu phân có động lớn→ dễ gây keo tụ +pH mơi trường ảnh hưởng gián tiếp lên làm thay đổi độ phân ly, làm tăng hay giảm nồng độ chất điện ly→ ảnh hưởng tới ζ -Yếu tố nhiệt độ: +Nhiệt độ tăng → tăng trình phản hấp phụ→ làm giảm điện φ0 +Nhiệt độ tăng → giảm độ nhớt môi trường, tăng tốc độ chuyển động tiểu phân→ giảm độ ổn định hệ keo -Sự hydrat hóa: Sự đan xen mạch polyme điểm va chạm gây biến đổi enthalpy entropy ΔG = ΔH – TΔS +Các mạch polyme bề mặt tiểu phân đan xen số phân tử H2O giải phóng→cần cung cấp lượng cho H2O → ΔH >0 Các mạch polyme đan xen → mức độ tự cấu hình giảm → ΔS