Hướng dẫn ôn tập HÓA KEO Biên soạn ThS Phạm Thị Giang Anh Hướng dẫn ôn tập HÓA KEO Biên soạn ThS Phạm Thị Giang Anh 1 CHƢƠNG 1 Một vài khái niệm cơ bản 1 a) Trình bày khái niệm, biểu thức của độ phân[.]
Hướng dẫn ơn tập HĨA KEO Biên soạn: ThS Phạm Thị Giang Anh CHƢƠNG Một vài khái niệm a) Trình bày khái niệm, biểu thức độ phân tán D, bề mặt riêng Sr b) Xác định bề mặt riêng, bề mặt tổng hạt độ phân tán hệ nghiền g lưu huỳnh thành hạt có dạng: - Khối lập phương với độ dài cạnh l = 10-5m - Khối cầu với đường kính d = 2.10-6m Biết: Khối lượng riêng lưu huỳnh ρ = 2,07.103 kg.m-3 a) Độ phân tán D -Hệ keo hệ dị thể có độ phân tán cao Độ phân tán đại lượng đặc trưng cho mức độ chia nhỏ chất phân tán môi trường phân tán nghịch đảo kích thước hạt phân tán (a) : D a + Nếu hạt có hình dạng lập phương, a cạnh hình lập phương, kí hiệu (l) + Nếu hạt có hình dạng cầu, a đường kính hình cầu, kí hiệu (d) + Những trường hợp khác, tùy trường hợp (hình trụ, hình hộp chữ nhật…) người ta sử dụng kích thước cho phù hợp Bề mặt riêng Sr Sr S1.2 V S1.2: Bề mặt phân cách pha V: Thể tích chất phân tán Vậy: Bề mặt riêng Sr bề mặt phân cách pha đơn vị thể tích phân tán S1.2 6l Sr V l l - Đối với hạt hình lập phương: - Đối với hạt hình cầu: Sr b) (m-1) *) Bề mặt riêng : Bề mặt tổng: St = Sr Vcác hạt = Độ phân tán: D= = m 1.103 5 0,29(m2 ) l 10 2,07.103 (m-1) (m-1) *) Bề mặt riêng : Bề mặt tổng: St = Sr Vcác hạt = Độ phân tán: D = S1.2 4r V 3r r d m 1.103 1,45(m2 ) 6 d 2.10 2,07.10 1 5.105 (m1 ) a 2.106 Hướng dẫn ôn tập HÓA KEO a) b) Biên soạn: ThS Phạm Thị Giang Anh Trình bày vắn tắt phương pháp điều chế hệ keo Bằng phương pháp siêu hiển vi, người ta đếm 53 tiểu phân dầu thể tích 1,5.10-11 m3 sol khí Biết nồng độ sol khí 2,1.10-5 kg.m-3; khối lượng riêng dầu ρ = 0,92.103 kg.m-3; cho hạt có dạng hình cầu, tính bán kính trung bình hạt a) • • - A) Phƣơng pháp vật lý - (0,25 đ) Các hệ keo gồm phần tử pha phân tán có kích thước trung gian phần tử hạt hệ phân tán thô dung dịch thực có phương pháp chủ yếu: • Chia nhỏ vật chất đến độ phân tán cần thiết( phương pháp phân tán) • Tập hợp phần tử, ion lại thành tập hợp có kích thước cỡ hạt keo (phương pháp ngưng tụ) - Hai phương pháp phải thỏa mãn điều kiện sau: Pha phân tán tan (hoặc không tan) môi trường phân tán Hệ phải có mặt chất có tác dụng làm bền hạt keo vừa hình thành *) Phƣơng pháp phân tán Phương pháp phân tán học: dùng thiết bị học nghiền chất phân tán kích thước hạt keo Phương pháp phân tán ngưng tụ: tập hợp hạt có kích thước nhỏ hạt keo để hạt có kích thước hạt keo Phương pháp keo tán: dùng cho hệ trước có chất hạt keo sau phân chia hạt keo kết dính lại với *) Phƣơng pháp ngƣng tụ *) Phƣơng pháp thay dung mơi B) Phƣơng pháp hóa học để điều chế dung dịch keo Phương pháp hóa học để điều chế dung dịch keo đa dạng dễ thực hiện, tốn so với phương pháp vật lý Nhóm phương pháp dựa nguyên tắc tạo pha cách ngưng tụ chất từ dung dịch bão hòa, song khác với phương pháp vật lý pha phân tán tách nhờ phản ứng hóa học Vậy, phản ứng làm phát sinh pha sử dụng để điều chế hệ keo - Phản ứng kết hợp - Phản ứng tạo kết tủa b) Cứ m3 khí có khối lượng là: 2,1.10-5 kg Vậy1,5.10-11m3 khí có khối lượng: m = C.V= 2,1.10-5 1,5.10-11 = 3,15.10-6 kg Do đó: Khối lượng tiểu phân (1 hạt) = (khối lượng khí) : (Số tiểu phân) = 3,15.1016 5,94.1018 (kg ) 53 Hướng dẫn ơn tập HĨA KEO Biên soạn: ThS Phạm Thị Giang Anh m1hat m1hat 5,94.1018 V1hat 6, 46.1021 ( m3 ) V1hat 0,92.10 3V V1hat r r 1hat 1,16.107 (m ) 4 Chương CÁC TÍNH CHẤT CỦA HỆ KEO a) b) Trình bày tính chất quang học hệ keo Viết biểu thức phương trình Rayleigh rút nhận xét phụ thuộc cường độ ánh sáng phân tán với thể tích hạt, bước sóng Nêu tượng điện động học hệ keo Nguyên nhân chủ yếu xuất hiện tượng nêu b) Tính độ cao h mà nồng độ oxi khí giảm lần so với mặt đất nhiệt độ 25oC Biết gia tốc trọng trường 980 cm.s-2 a) a) b) Trình bày tính chất động học phân tử hệ keo Tính độ dịch chuyển trung bình khói NH4Cl khơng khí 27oC Biết bán kính hạt 10-6 m Thời gian di chuyển giây độ nhớt khơng khí 1,47.10-4 N.s.m-2 Dung dịch late polistyren chiếu sáng ánh sáng đơn sắc với bước sóng λ1 = 530.10-9 m; λ2 = 680.10-9 m Hỏi trường hợp cường độ ánh sáng phân tán hệ nghiên cứu mạnh mạnh lần? b) Bằng phương pháp đo độ đục, người ta thấy rằng; cường độ ánh sáng phân tán dung dịch quan sát thị kính chiều cao cột dung dịch chuẩn chiếu sáng h1= 5.10-3 m, dung dịch nghiên cứu h2 = 19.10-3 m Biết bán kính trung bình hạt phân tán dung dịch chuẩn 120.10-9m, tính bán kính trung bình hạt phân tán dung dịch a) a) Trình bày tính chất quang học hệ keo - Tính chất quang học hệ keo khác với tính chất quang học dung dịch khả phân tán ánh sáng hệ keo Sự khác kích thước hạt keo độ dài sóng ánh sáng chiếu qua hệ + Nếu kích thước hạt lớn bước sóng λ => có tượng phản xạ ánh sáng + Nếu kích thước hạt nhỏ bước sóng λ => có tượng phân tán ánh sáng (nhiễu xạ) Các hệ keo có tượng phân tán ánh sáng khơng có tượng phản xạ ánh sáng Hiện tượng phản xạ ánh sáng xảy với hạt phân tán thơ (do kích thước lớn hơn) Hướng dẫn ơn tập HĨA KEO Biên soạn: ThS Phạm Thị Giang Anh - (0,25 đ) Hiện tượng phân tán hệ keo Monomoxop quan sát đầu tiên, sau Faraday đến Tyndall nghiên cứu kĩ hơn: cho ánh sáng qua lăng kính hội tụ chiếu vào hệ keo (toàn hệ keo đặt buồng tối) thấy tượng: ánh sáng sau qua hệ keo trở thành ánh sáng mờ đục có dạng hình nón => gọi hiệu ứng Tyndall hay phân tán ánh sáng mà nguyên nhân nhiễu xạ ánh sáng qua hệ vi dị thể b) Viết biểu thức phƣơng trình Rayleigh rút nhận xét phụ thuộc cƣờng độ ánh sáng phân tán với thể tích hạt, bƣớc sóng Khả phân tán ánh sáng hệ keo đặc trưng cường độ ánh sáng phân tán hệ tính phương trình Rayleigh v I pt K Trong đó: (II.1) n12 n02 K 24 I n n (II.2) Ipt: cường độ ánh sáng phân tán đơn vị thể tích d K : số : nồng độ hạt hệ (số hạt đơn vị thể tích) : thể tích hạt λ : bước sóng n1: chiết suất pha phân tán no : chiết suất môi trường phân tán Io : cường độ ánh sáng tới - Từ phương trình Rayleigh, ta có nhận xét sau: + Cường độ ánh sáng phân tán Ipt tỉ lệ thuận với bình phương thể tích hạt Vì hạt keo tích ko đáng kể, người ta ko quan sát thấy tượng phân tán ánh sáng ( Tuy nhiên tỉ lệ có giá trị kích thước giới hạn bé hạt : 2 r 0,3 r 104 106 cm Nếu r > λ => kích thước hạt lớn => chuyển từ phân tán ánh sáng thành phản xạ ánh sáng ) + Cường độ ánh sáng phân tán Ipt tỉ lệ nghịch với bước sóng λ4: chiếu ánh sáng trắng qua dung dịch keo phần phổ có bước sóng ngắn ( xanh tím) phân tán ánh sáng mạnh => hệ keo không màu, ánh sáng phân tán (hình nón Tyndall) có màu sáng xanh mờ đục a) Nêu tượng điện động học hệ keo Nguyên nhân chủ yếu xuất hiện tượng nêu b) Tính độ cao h mà nồng độ oxi khí giảm lần so với mặt đất nhiệt độ 25oC Biết gia tốc trọng trường 980 cm.s-2 a) Sự điện th m Hướng dẫn ôn tập HÓA KEO Biên soạn: ThS Phạm Thị Giang Anh Hiện tượng dịch chuyển chất lỏng tác dụng điện trường gọi điện th m Sự điện li Hiện tượng dịch chuyển hạt pha phân tán tác dụng điện trường gọi điện li Hiệu ứng ch y Quincke) hiệu ứng sa l ng Dorn) Quincke cho chất lỏng chảy qua màng xốp, bên màng có đặt điện cực thấy xuất điện điện cực gọi điện chảy tượng gọi hiệu ứng chảy Dorn cho thấy, cho hạt sa lắng nước điện cực xuất điện gọi sa lắng tượng gọi hiệu ứng sa lắng ( hiệu ứng Dorn) Kết luận: Bốn tượng gọi tượng điện động học : Các số liệu thực nghiệm cho thấy điện điện cực tốc độ chuyện động tương đối pha rắn - lỏng có mối quan hệ mật thiết Nguyên nhân chủ yếu việc xuất hiện tượng điện động tồn lớp điện tích kép bề mặt phân chia pha: Với tượng điện th m: khác biệt điện tích pha ( VD: pha cát – thạch anh pha dung dịch lỏng) điện trường đưa vào làm cho ion đối lớp điện kép chuyển động làm kéo theo môi trường phân tách ( nước) phía điện cực ngược dấu d n tới kết mực chất lỏng dâng lên Với tượng điện di : chứng tỏ lớp điện tích kép hình thành bề mặt phân chia hạt với dung dịch nước nguyên nhân gây điện di Các hạt đất sét tích điện (-) bị cực (+) h t, cịn ion đối lớp khuếch tán (phần nằm mặt trượt) chuyển dịch phía điện cực mang điện tích ngược dấu (cực âm) có kéo theo dung môi nên nhánh chất lỏng bị dâng lên Với hiệu ứng chảy: nhở tác dụng lực học bên ( áp lực ) phần điện tích dương bị dịng chất lỏng kéo phía bên phải màng xốp ion tập trung nhiều phía bên trái màng nên làm sản sinh chênh lệch điện Với hiệu ứng sa lắng : hạt keo tích điện sa lắng xuống đáy bình, phần ion lớp khuếch tán mang điện tích trái dấu cịn lưu lại dung dịch phần bên bình, tạo khác biệt điện phần phần đáy bình Đó điện sa lắng b) Tính độ cao h mà nồng độ oxi khí giảm lần so với mặt đất nhiệt độ 25oC Biết gia tốc trọng trường 980 cm.s-2 Theo Perin: Ch Co hmg kT kT Co 1,38.10 23( J / K ).298( K ) ln ln 32.103 kg mg Ch 2 2 980.10 m.s 6,023.1023 h 5, 47km h Hướng dẫn ơn tập HĨA KEO Biên soạn: ThS Phạm Thị Giang Anh a) Trình bày tính chất động học phân tử hệ keo Chuyển động Brown Những khái niệm chuyển động phân tử dung dịch áp dụng cho hệ keo Khi quan sát hệ keo ( phấn hoa nước) thấy hạt phấn hoa chuyển động: chuyển động nhiệt hạt chất phân tán hệ keo hạt vi dị thể gọi chuyển động Brown Chuyển động Brown chuyển động nhiệt không ngưỡng, hướng thuộc tính cố hữu vật chất Chuyển động Brown không phụ thuộc vào chất chất mà phụ tuộc vào: kích thước hạt, nhiệt độ, độ nhớt môi trường phân tán Đặc trưng cho chuyển động Brown hạt độ dịch chuyển bình phương trung bình: 12 22 n 1 , , … laø hình chiếu độ dịch chuyển hạt keo theo phương xác định n : số hình chiếu Theo Einstein & Smoluchowski độ dịch chuyển trung bình theo hướng ( hướng x chẳng hạn ), : x k T t 3 r x : độ dịch chuyển trung bình theo hướng ( hướng x ) k: số Boltzmann T: nhiệt độ tuyệt đối t: khoảng thời gian lần đo ( giây) : độ nhớt chất lỏng ( N.s.m-2) r: bán kính hạt ( m ) Sự khuếch tán hệ keo o Khuếch tán trình san nồng độ phân tử ion hạt keo tác dụng chuyển động nhiệt Hiện tượng khuếch tán bất thuận nghịch diễn nồng độ đồng khắp điểm hệ Mức độ không đồng hệ đặc trưng cho gradian nồng độ _ biến thiên nồng độ khoảng cách hoàn toàn định hướng tốc độ khuếch tán o Tốc độ khuếch tán dung dịch keo so với dung dịch thực vô chậm, nguyên nhân kích thước hạt keo lớn kích thước phân tử nhiều => tốc độ khuếch tán tỉ lệ nghịch với kích thước hạt dung dịch o Quy luật khuếch tán mô tả hoàn chỉnh định luật Fick: Đ ịnh luật thứ Fick (quá trình dừng ) Hướng dẫn ôn tập HÓA KEO Biên soạn: ThS Phạm Thị Giang Anh Lượng chất khuếch tán ni chuyển qua tiết diện S (đặt vuông góc với chiều khuếch tán) tỉ lệ thuận với S, khoảng thời gian khuếch tán (t), gradian nồng độ theo khoảng cách dni D.S dCi dt dx ni : lượng chất khuếch tán ( mol) D S : hệ số khuếch tán : tiết diện thẳng mà hạt khuếch tán qua dCi dx dt : gradian nồng độ theo khoảng cách (mol/cm) : thời gian Dấu - đặt vế phải phương trình khuếch tán xảy từ nơi có nồng độ cao sang nơi có nồng độ thấp dCi âm ( < ) nên phải có dấu – phía dx trước để dni >= Định luật thứ hai Fick (khơng có trạng thái dừng) dC d2 C D dt dx Biểu thức định luật Fick II dối với q trình khuyếch tán mơ tả trình khuyếch tán theo chiều x định luật Fick II áp dụng cho hệ khuyếch tán theo hướng chiều x,y,z , định luật Fick dạng tổng quát viết sau: dC D. C dt tốn tử Laplace d C d 2C d 2C Đây đạo hàm bậc hai theo hướng dx dy dz 2 Tóm lại định luật Fick II mô tả biến đổi nồng độ theo thời gian b) Tính độ dịch chuyển trung bình khói NH4Cl khơng khí 27oC Biết bán kính hạt 10-6 m Thời gian di chuyển giây độ nhớt khơng khí 1,47.10-4 N.s.m-2 Áp dụng: kT 1,38.1023 ( J K 1 ).300 K s 2, 44.106 m 3 r 3 1106 (m).1, 47.104 ( N s.m 2 ) a) Dung dịch late polistyren chiếu sáng ánh sáng đơn sắc với bước sóng λ1 = 530.10-9 m; λ2 = 680.10-9 m Hỏi trường hợp cường độ ánh sáng phân tán hệ nghiên cứu mạnh mạnh lần? Hướng dẫn ơn tập HĨA KEO (1 530.109 m) 9 (2 680.10 m) n no2 v I pt(1) 24 21 I o n n o 1 n n v I pt(2) 24 I o n 2n 2 2 o o Biên soạn: ThS Phạm Thị Giang Anh I pt(1) I pt(2) 24 680.109 2,71 I pt(2) 14 530.109 b) Bằng phương pháp đo độ đục, người ta thấy rằng; cường độ ánh sáng phân tán dung dịch quan sát thị kính chiều cao cột dung dịch chuẩn chiếu sáng h1= 5.10-3 m, dung dịch nghiên cứu h2 = 19.10-3 m Biết bán kính trung bình hạt phân tán dung dịch chuẩn 120.10-9m, tính bán kính trung bình hạt phân tán dd I pt(1) m1 m 3,8 V1 V2 r1 r1 3,8 m1 m2 nên r2 (120.109 )3 7,689.108 ( m) 3,8 Chương SỰ KEO TỤ CỦA HỆ KEO Trình bày keo tụ hệ keo: khái niệm keo tụ, ngƣỡng keo tụ, phƣơng trình biểu diễn phụ thuộc ngƣỡng keo tụ hóa trị ion gây keo tụ, nêu gi i thích qui t c Schulze-Hardy Các hệ keo hệ vi dị thể có bề mặt phân chia lớn, ch ng khơng bền vững nhiệt động Những trình tự diễn biến hệ keo nhằm làm giảm lượng tự bề mặt Một q trình keo tụ, tức hạt keo nhỏ liên kết với tạo thành hạt lớn hơn, tách khỏi môi trường phân tán (hiện tượng sa lắng hay kết tủa) Sự keo tụ xảy tác dụng số yếu tố khác nhau: thêm vào hệ chất điện ly, khuấy, trộn, làm nóng hay làm lạnh hệ… keo tụ hệ keo chất điện ly có ý nghĩa lớn mặt lý thuyết thực tiễn Để đánh giá khả gây keo tụ chất điện phân người ta đưa đại lượng gọi ngưỡng keo tụ : Đó số mili đương lượng gam chất điện ly cho vào lit dung dịch keo có nồng độ xác định, để gây nên keo tụ quan sát : C.V W C: Nồng độ mol l V:thể tích dung dịch chất điện ly cho vào W: thể tích dung dịch keo Hướng dẫn ơn tập HĨA KEO Biên soạn: ThS Phạm Thị Giang Anh Các nghiên cứu Schulze Hardy cho thấy ion âm gây keo tụ sol dương ngược lại ion có hoá trị cao gây keo tụ sol mạnh Deryagin đưa phương trình biểu diễn phụ thuộc ngưỡng keo tụ hoá trị ion gây keo tụ sau: C (kT )5 A2e6 Z phương trình phù hợp với qui tắc Schulze – Hardy C, A: số phụ thuộc vào chất hệ keo e: điện tích electron Z: hố trị ion đối Giải thích tượng chất điện phân thêm vào gây nên tượng keo tụ : Nếu ion dương gây keo tụ với sol âm ngược lại Đó thêm chất điện ly vào hệ ion ngược dấu với hạt keo nghĩa đồng dấu với ion nghịch làm cho nồng độ ion nghịch tăng lên khiến cho lớp điện kép bị nén lại giảm Khi giảm tới giá trị giới hạn hạt keo sát lại với gây tượng keo tụ a) Trình bày động học trình keo tụ nhanh theo Smoluchowski b) Trộn lẫn dung dịch Ca NO3)2 Na3PO4 dƣ Viết công thức cấu tạo mixen keo thu đƣợc.Chỉ rõ thành phần cấu trúc hạt keo Dùng dung dịch BaCl2 hay KNO3 gây keo tụ nhanh hơn? Vì sao? a) Theo Smohkhopski, trình keo tụ hạt keo xảy va chạm theo tốc độ keo tụ tỉ lệ với bình phương nồng độ hạt keo: keotu d 1 1 k 4 Dd k t t 0 dt đó: k: số keo tụ phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán D khoảng cách d tâm hạt keo t , : nồng độ hạt keo thời điểm t thời điểm đầu Theo phương trình Einstein: D Thay vào trên, ta có: kt d 2r 6 r 4rT k (m3 s 1 ) 3 N A Vậy, số hạt keo có hệ thời điểm t: t 0 k t b) Ca(NO3)2 + 2Na3PO4 → Ca3(PO4)2 + 6NaNO3 { m [Ca3(PO4)2], m PO43-, 3(m-x) Na+}(-3x) 3xNa+ Ca3(PO4)2: nhân keo m PO43-, 3(m-x) Na+: lớp hấp phụ Na+: lớp khuếch tán Keo âm, BaCl2 gây keo tụ nhanh (Ba2+: điện tích, bán kính lớn K+) Chương DUNG DỊCH CÁC CHẤT CAO PHÂN TỬ Hướng dẫn ơn tập HĨA KEO Biên soạn: ThS Phạm Thị Giang Anh Trình bày tính chất dung dịch cao a) b) c) d) e) phân tử Có độ phân tán phân tử: Tuy nhiên dung dịch ch ng tồn dạng khác nhau: tập hợp thành bó, cuộn - Thường chất cao phân tử mạch thẳng phân tử không lớn tan vào dung mơi tập hợp thành bó - Các chất cao phân tử có mạch nhánh có khả tạo mạch nhánh với dung mơi mạng khơng gian tan vào dung mơi tạo thành cuộn Do bền vững nhiệt động nên hệ cao phân tử không cần chất ổn định Tuy nhiên hệ cao phân tử chịu ảnh hưởng số yếu tố bên ngồi: nhiệt độ, dung mơi trơ, … hợp chất cao phân tử khả bền vững, biểu phân lớp Tính chất bền vững cịn bị ảnh hưởng muối vô cơ, muối hữu gây nên muối kết Quá trình tạo muối kết khác hẳn với trình keo tụ Các hệ cao phân tử không tuân theo qui tắc Schulze-Hardy Các chất dung dịch cao phân tử có độ nhớt lớn: Mạch thẳng: dung dịch có độ nhớt nhỏ, có tính chất chảy Mạch nhánh: dd có độ nhớt lớn, tính chất chảy chí hẳn tính chất để tạo cuộn Áp suất th m thấu: - Đối với hệ keo: có giá trị khơng định độ phân tán thay đổi hệ không bền vững - Đối với dung dịch cao phân tử: có giá trị định điều kiện xác định C R.T M Dung dịch loãng: C.R.T M Dung dịch đậm đặc: C.R.T Bc M f) Huyền phù chứa gam hemoglobin lít nước có áp suất th m thấu 25 oC 3,6.10-4 atm Xác định khối lượng hạt hemoglobin Áp suất th m thấu dung dịch keo có nồng độ hạt thấp (dung dịch loãng) tuân theo định luật Van’tHoff: RT NA NA RT 3,6.104 (atm).6,023.1023 (hat / mol ) 9.1018 (hat ) atm.l 0,082( ).298K K 18 Vậy, khối lượng hạt là: m hạt= 1,1.1019 ( g ) 9.1018 g) 10 Hướng dẫn ơn tập HĨA KEO (hat ) N A (hat / mol ) RT CM (mol / l ) RT Biên soạn: ThS Phạm Thị Giang Anh m mRT RT M MV V 453mmH 2O 253mmH 2O 112mmH 2O 19, 27( g )0,082(l.atm / Kmol ).(37 273)( K ) 111707( g / mol ) 453.0,96.105 (atm).0,1(l ) M 128187( g / mol ) M 136225( g / mol ) M1 Vậy: khối lượng mol trung bình -globulin: M M1 M M 111707 128187 136225 125373( g / mol ) 3 Chương CÁC TÍNH CHẤT CƠ HỌC CẤU THỂ CỦA HỆ KEO Các yếu tố ảnh hưởng đến trình tạo gel Các yếu tố nh hƣởng đến trình tạo gel - Nồng độ tướng phân tán nồng độ tướng phân tán cao số hạt tăng, khả tiếp x c hạt lớn, khả tạo keo cao( tốc độ gel tăng lên) - Kích thước hạt keo : 10-2 – 10-5 cm, khoảng hạt nhỏ khả tạo keo lớn bề mặt riêng lớn, lượng động học giản xuống - Hình dạng hạt ảnh hưởng đến trình tạo keo: hạt bất đối sứng khả tạo keo lớn hạt bất đối xứng phần đầu, cạnh, góc có lớp điện kép lớp vỏ solvat mỏng , điểm để hạt dễ liên kết với - Tướng thứ có mặt hệ ảnh hưởng đến q trình tạo keo: Nếu tướng thử dễ liên kết với hạt keo với hạt keo cho vào hệ keo có khả tạo keo VD: sol dầu hạt sơn dầu Hạt sơn hạt keo ưa nước, hạt sơn dầu phân tán tốt cho nước vào, hạt keo tạo lớp vỏ solvat (nghĩa nước bao quanh tạo màng cho hat)các màng liên kết với nhau, nều liên kết lớ tạo gel - Yếu tố nhiệt độ ảnh hưởng ảnh hưởng mãi Nếu nhiệt độ vừa phải chuyển sang hệ gel nhiệt độ cao trở hệ sol - Các yều tố học: khuấy nhẹ đặn hệ keo có cấu tạo hình que tạo gel nhanh tạo trình tự xếp Nếu khuấy mạnh hạt keo bị di chuyển đột ngột khơng thuận lợi cho q trình tạo gel sol nên có ứng dụng kĩ thuật, đặc biệt kĩ - Vì có tính thuận nghịch gel thuật khoan Vd: khoan từ km trở lên, bơm sol đặc biệt vào mũi khoan kim cương, sol đặc biệt hòa tan đất đá đưa lên - Ngồi tính thuận nghịch, cịn có đặc điểm teo hay gọi co thể tích: Ban đầu hệ trạng thái keo, hạt liên kết với tạo mạng không gian khoảng rỗng không gian phân tử dung mơi sau thời gian co lại thể tích nhỏ Đó sau thời gian,các phân tử dung mơi ra,các hạt liên kết với ngày Hiện tượng ày ngược lại với tượng trương phồng len.(hay gặp dung dịch keo cao phân tử) Lưu ý: 11 Hướng dẫn ơn tập HĨA KEO Biên soạn: ThS Phạm Thị Giang Anh Đối với hệ cấu thể ngưng tụ kết tinh tạo thành gel khơng có tính thuận nghịch Các liên kết hạt keo loại liên kết hóa học( liên kết hóa học liên kết vật lý), gel tạo thành khơng có tính dẻo mà ch ng liên kết vững thể tính dịn dễ vỡ VD: gel Silicat H2SiO3 Trình bày: a) Trình bày khái niệm, biểu thức, đơn vị độ nhớt chất lỏng b) Độ nhớt dung dịch keo: yếu tố phụ thuộc phương trình biểu diễn phụ thuộc a) ĐỘ NHỚT CỦA CHẤT LỎNG Có lớp chất lỏng cho lực F tác dụng lên bề mặt thoáng chất lỏng, khiến cho lớp trượt lên lớp Các lớp trượt với tốc độ khác nhau: u khác u2, khác u3 … lớp xuất gradian tốc độ: Theo Newton: f masat .S du dx du dx Trong đó: fms: trở lực ma sát : hệ số tỉ lệ, hệ số chảy (hệ số độ nhớt) S: tiết diện dòng chảy xét mà lực f tác dụng lên du : gradian tốc độ trượt chảy đơn vị diện tích dx x: khoảng cách lớp chất lỏng xét u: tốc độ chảy F 1 P P du du S du dx dx dx Vậy: Độ nhớt chất lỏng tỉ lệ thuận với lực tác dụng đơn vị diện tích tỉ lệ nghịch với tốc độ chảy Đơn vị độ nhớt: Poa (1 Poa:độ nhớt chất lỏng cần trì gradian tốc độ với cm s với lực dyn cm2 hay Poa đơn vị đo độ nhớt ứng với g.cm-1.giây1 , kí hiệu P, biết 1kG m2 = 9,81 Pas= 98,1P) gọi độ chảy chất lỏng b) ĐỘ NHỚT CỦA DUNG DỊCH KEO - Nhìn chung độ nhớt dung dịch keo cao dung mơi hệ keo có hạt bất đối xứng độ cao lớn Ví dụ: Chất lỏng chảy thành dịng chất keo chảy thành cuộn - Độ nhớt hệ keo phụ thuộc nhiều vào hình dạng kích thước hạt - Độ nhớt phụ thuộc vào nồng độ tướng phân tán Einstein tìm phương trình phụ thuộc độ nhớt vào tướng phân tán sau: +) Với hệ keo có tướng phân tán rắn, hạt hình cầu, nồng độ tướng phân tán khơng lớn lắm, hạt khơng có phân tán chảy chảy thành dịng, ta có: = o + (1 + 2,5.C) 12 Hướng dẫn ôn tập HÓA KEO Biên soạn: ThS Phạm Thị Giang Anh o: Độ nhớt dung môi C: nồng độ thể tích tướng phân tán tính cho cm3 dung dịch +) Trong trường hợp tổng quát, hệ keo, phương trình Einstein có dạng = o (1 + α C) o r C o α phụ thuộc vào chất hệ nghiên cứu +) Với hệ keo mà hạt có dạng hình que hình phương trình phụ thuộc độ nhớt vào nồng độ tuân theo phương trình Kun: r 2,5 1l 16 d C l , d : nửa trục lớn trục nhỏ tương ứng ellipsoid tròn xoe Bởi vì, theo Kun hạt hình que, hình chảy xoay tròn ellipsoid gây thể tích, thể tích hạt thể tích biểu kiến Với loại dung dịch keo này, độ nhớt lớn +) Với hệ keo có tích điện phương trình phụ thuộc độ nhớt vào nồng độ tuân theo phương trình phức tạp Smolukhopski thiết lập: r 2,5.C 1 o r 2 : Độ d n điện riêng dung dịch keo r, o: Độ nhớt riêng, độ nhớt dung mơi r: bán kính hạt : số điện môi : điện động học Ch ý: XEM THÊM LÝ THUYẾT HÓA KEO TRONG TÀI LIỆU THAM KHẢO THÊM MỘT SỐ BÀI TẬP DƯỚI ĐÂY BÀI TẬP HÓA KEO Xác định bề mặt riêng, bề mặt tổng hạt độ phân tán hệ nghiền g lƣu huỳnh thành hạt có dạng: a) Khối lập phƣơng với độ dài cạnh l = 10-5m b) Khối cầu với đƣờng kính d = 2.10-6m Biết: Khối lƣợng riêng lƣu huỳnh ρ = 2,07.103 kg.m-3 Giải (m-1) a)Bề mặt riêng : m 1.103 0,29(m2 ) Bề mặt tổng: St = Sr Vcác hạt = 5 l 10 2,07.10 Độ phân tán: D= = (m-1) (m-1) b)Bề mặt riêng : 13 Hướng dẫn ơn tập HĨA KEO Biên soạn: ThS Phạm Thị Giang Anh m 1.103 Bề mặt tổng: St = Sr Vcác hạt = 1,45(m2 ) 6 d 2.10 2,07.10 1 Độ phân tán: D = 5.105 (m1 ) 6 a 2.10 Xác định bề mặt riêng hạt sau: a) Có dạng khối lập phƣơng với cạnh 10-6 m b) Có dạng khối cầu với đƣờng kính 10-6 m c) Có dạng khối hình trụ với đƣờng cao bán kính đáy 10 -6 m Giải a) Bề mặt riêng : 6 6 6.106 (m 1 ) l 10 6 b) Sr 6 6.106 (m 1 ) d 10 S2 day S xq S12 2r 2h 2.106 2.106 c) S r 4.106 (m 1 ) 6 6 V Sday chiêucao r.h 10 10 a) Sr Ngƣời ta nghiền kg than củi thành hạt có đƣờng kính d = 0,8.10 -4m Khối lƣợng riêng than củi ρ = 1,8.102 kg.m-3 Tính bề mặt tổng than Giải S12 6 V d 0,8.104 m St Sr V 417(m ) 4 d 0,8.10 1,8.10 Sr Tính giá trị bề mặt riêng cao lanh khối lƣợng riêng cao lanh ρ = 2,5.10 kg.m-3) biết hạt cao lanh có dạng hình cầu với chiều dài đƣờng kính d = 0,8.10-5m Cho hệ đơn phân tán tính bề mặt riêng đơn vị m-1 m2.kg-1) Giải Sr S12 6 (m1 ) 4 V d 0,8.10 Sr' Sr V 7,5.105 300(m kg 1 ) 2,5.10 Huyền phù đất sét nƣớc gồm hạt có dạng hình cầu, 80% hạt có đƣờng kính 10-5m, phần cịn lại hạt có đƣờng kính 5.10-5m Tính bề mặt riêng độ phân tán hệ Giải 14 Hướng dẫn ôn tập HÓA KEO Biên soạn: ThS Phạm Thị Giang Anh Sr S12 6 6 Sr 80% 20% 0,8 5 0, 5,04.105 (m 1 ) 5 V d d1 d2 10 5.10 D 1 1 1 D 80% 20% 0,8 5 0, 8, 4.104 (m 1 ) 5 a d d1 d2 10 5.10 Dung dịch keo long não 1cm3 chứa 200 000 hạt dạng hình cầu có đƣờng kính 10-4cm Tính bề mặt tổng hạt long não 200 cm3 dung dịch keo nói Trong cm3 có 200 000 hạt hình cầu Vậy: 200 cm3 có 40 000 000 =4 107 hạt hình cầu m m 4 chatkeo (*) d 10 4 : m1hat V1hat r mchatkeo m1hat So.hat 4.107 r 3. 3 4.107 r 104 (*),(**) St 4 6.10 4.10 3,14 10 St Sr Vtong (**) St 12,56.105 (m ) Xác định số hạt tạo thành phân tán 0,2 g thủy ngân thành hạt khối cầu với đƣờng kính d =8.10-8 m Biết khối lƣợng riêng cu thủy ngân 13,54 g.cm-3 Giải 4 * Thể tích hạt: V1 r (4.108 )3 2,68.1022 (m3 ) * Thể tích 0,2 g thủy ngân: V2 * Số hạt: n m 0,2 0,015 (cm ) 0,015.10 6 (m ) 13,54 V2 0,015.10 6 5,6.1013 hat 22 V1 2,68.10 10 Khi nghiên cứu sol vàng kim loại nƣớc phƣơng pháp siêu hiển vi, ngƣời ta đếm đƣợc 50 tiểu phân thể tích dung dịch 1,2.10 -3 lít Nồng độ dung dịch keo 3.10-3 g.l-1 Khối lƣợng riêng vàng 19,3.103 kg.m-3 Tính bán kính trung bình hạt Giải Cứ lít dung dịch sol vàng có khối lượng là: 3.10-3 g Vậy, 1,2.10-3 lít dung dịch sol vàng có khối lượng: m = C.V=1,2.10-3 3.10-3 = 3,6.10-6 g 15 Hướng dẫn ơn tập HĨA KEO Biên soạn: ThS Phạm Thị Giang Anh m m 3,6.106 d Vsol 1,86.107 (cm3 ) Vsol d 19,3 Thể tích hạt = Thể tích sol : Số hạt = 1,86.107 3,72.109 (cm3 ) 50 Mặt khác: Thể tích hạt = r 3,72.109 r 0,96.104 m 11 Bằng phƣơng pháp siêu hiển vi, ngƣời ta đếm đƣợc thể tích 2.10-6 m3 khí lị sƣởi chứa 80 tiểu phân bụi Nồng độ sol khí 1.10-12 kg.m-3; khối lƣợng riêng tƣớng phân tán 2.103 kg.m-3; cho hạt có dạng khối lập phƣơng Tính kích thƣớc trung bình hạt Giải Cứ m3 khí có khối lượng là: 1.10-12 kg Vậy, 2.10-6 m3 khí có khối lượng: m = C.V=2.10-6 1.10-12 = 2.10-18 kg Do đó: Khối lượng tiểu phân (1 hạt) = khối lượng khí: Số tiểu phân = 2.1018 2,5.1020 (kg ) 80 m m 2,5.1020 1hat V1hat 1hat 1, 25.1023 (m3 ) V1hat 2.10 V1hat l l V1hat 1, 25.1023 2,32.108 (m) 12 Bằng phƣơng pháp siêu hiển vi, ngƣời ta đếm đƣợc 53 tiểu phân dầu thể tích 1,5.10-11 m3 sol khí Biết nồng độ sol khí 2,1.10-5 kg.m-3; khối lƣợng riêng dầu 0,92.103 kg.m-3 ; cho hạt có dang hình cầu Tính bán kính trung bình hạt Giải Cứ m khí có khối lượng là: 2,1.10-5 kg Vậy1,5.10-11m3 khí có khối lượng: m = C.V= 2,1.10-5 1,5.10-11 = 3,15.10-6 kg Do đó: Khối lượng tiểu phân (1 hạt) = khối lượng khí: Số tiểu phân = 3,15.1016 5,94.1018 (kg ) 53 m m 5,94.1018 1hat V1hat 1hat 6, 46.1021 (m3 ) V1hat 0,92.103 3V V1hat r r 1hat 1,16.107 (m) 4 16 Hướng dẫn ơn tập HĨA KEO Biên soạn: ThS Phạm Thị Giang Anh 13 Viết công thức sơ đồ cấu tạo mixen keo đƣợc tao thành cho Na 2SO4 tƣơng tác với BaCl2 trƣờng hợp: a) Cho lƣợng dƣ Na2SO4 b) Cho lƣợng dƣ BaCl2 c) Các chất điện phân sau gây keo tụ nhƣ dung dịch keo nói trên: Al(OH)3, Na3PO4 Giải Na2SO4 + BaCl2 → BaSO4 + 2NaCl a) Dư Na2SO4, Na2SO4 đóng vai trị chất làm bền: { m [ BaSO4], n SO42-, 2(n-x) Na+}(-2x) 2xNa+: sol âm b) Dư BaCl2, BaCl2 đóng vai trị chất làm bền: { m [BaSO4], nBa2+, 2(n-x)Cl-}(+2x) 2xCl-: sol dương 14 Viết công thức sơ đồ cấu tạo mixen kẽm sunfua đƣợc tạo thành cho ZnSO4 tƣơng tác với NH4)2S trƣờng hợp: a) Cho lƣợng dƣ ZnSO4 b) Cho lƣợng dƣ NH4)2S Giải ZnSO4 + (NH4)2S → ZnS + NH4)2SO4 a) Dư ZnSO4: { m [ ZnS ], n Zn2+, (n-x) SO42-}(+2x) x SO42-: sol dương b) Dư (NH4)2S: { m [ ZnS], n S2-, 2(n-x) NH4+}(-2x) 2x NH4+: sol âm 15 Để điều chế sol dƣơng bạc iodua, ngƣời ta dùng 80 cm3 dung dịch kaliiodua nồng độ 0,015 N Cần cm3 dung dịch bạc nitrat nồng độ 0,005 N để điều chế đƣợc sol dƣơng nói trên? Viết cơng thức mixen keo đƣợc tạo thành Giải nKI = 0,015 80.10-3 =1,2.10-3 mol Để điều chế sol dương số mol AgNO3 > số mol KI V n 1,2.103 0,24 (l ) C 0,005 Để tạo sol dương phải dùng 0,24 lit dung dịch AgNO3 0,005N { m[ AgI], n Ag+,(n-x) NO3-}(+x) x NO3- 17 Hướng dẫn ơn tập HĨA KEO Biên soạn: ThS Phạm Thị Giang Anh 16 Keo bạc iodua đƣợc điều chế từ ph n ứng trao đổi: KI +AgNO =AgI +KNO3 với lƣợng dƣ KI Tiếp theo ngƣời ta dùng dung dịch K2SO4 (CH3COO)2Ca để làm keo tụ dung dịch keo thu đƣợc Hỏi dung dịch hai dung dịch gây keo tụ mạnh hơn? Vì sao? Các dung nồng độ mol/l) Giải { m[ AgI], n I-, (n-x)K+](-x) x K+: sol âm Theo qui tắc Schuzle –Hardy: có ion dương gây keo tụ với sol âm ion có hóa trị cao gây keo tụ tốt Ta có ion dương: K+, Ca2+ Vậy : chọn Ca2+ ion có hóa trị cao gây keo tụ tốt 17 Viết công thức mixen keo Al OH)3 với chất ổn định AlCl3; keo Fe OH)3 với chất ổn định FeCl3 Dung dịch Na2SO4 chất keo tụ tốt keo ?Vì sao? Giải * AlCl3 +3H2O =Al(OH)3 + 3HCl { m[Al(OH)3], nAl3+, 3(n-x)Cl-}(+3x) 3xCl- : sol dương *FeCl3 +3 H2O = Fe(OH)3 + 3HCl { m[Fe(OH)3], nFe3+,3(n-x)Cl-}(+3x) 3xCl- : sol dương Cả sol sol dương, nên có ion âm SO42- gây keo tụ tốt chất keo tụ tốt keo Al(OH)3 Al2(SO4)3 tan so với Fe2(SO4)3 18 Keo s t III) hidroxit điều chế cách thủy phân khơng hồn tồn s t III) clorua, bị keo tụ dung dịch sau : Na2S, NaCl, BaCl2 Chất điện li có tác dung keo tụ mạnh ? Vì sao? Giải { m[Fe(OH)3], nFe3+, 3(n-x)Cl-}(+3x) 3xCl-: sol dương Ion âm: S2-, Cl- gây keo tụ với sol dương Chọn S2- hóa trị cao Cl- nên gây keo tụ tốt 17 So sánh cƣờng độ ánh sáng phân tán hai nhũ tƣơng có nồng độ kích thƣớc hạt: Benzen nƣớc; n-pentan nƣớc Biết chiết suất Bezen nƣớc : nB=1,5 n-pentan nƣớc : np=1,36 18 Hướng dẫn ơn tập HĨA KEO Biên soạn: ThS Phạm Thị Giang Anh nƣớc nguyên chất :no=1,33 273 K Giải n12 n02 2 I1 n1 2n0 I n22 n02 2 n2 2n0 1,52 1,332 1,5 2.1,33 5,55 1,36 1,332 2 1,36 2.1,33 Vậy: Cường độ phân tán ánh sáng benzen nước lớn n- pentan nước 5,55 lần 18 Dung dịch late polistyren đƣợc chiếu sáng lần lƣợt ánh sáng đơn s c với bƣớc sóng λ1 = 530.10-9 m; λ2 = 680.10-9 m Hỏi trƣờng hợp cƣờng độ ánh sáng phân tán hệ nghiên cứu mạnh mạnh lần? Giải I (1) pt (1 530.109 m) 9 (2 680.10 m) n12 no2 v 24 I o n1 2no 1 n n v I pt(2) 24 I o n 2n 2 2 I pt(1) I pt(2) o o I pt(1) I pt(2) 680.109 24 2,71 1 530.109 19 Bằng phương pháp đo độ đục, người ta thấy cường độ ánh sáng phân tán dung dịch quan sát thị kính chiều cao cột dung dịch chu n chiếu sáng h1= 5.10-3 m, dung dịch nghiên cứu h2 = 19.10-3 m Biết bán kính trung bình hạt phân tán dung dịch chu n 120.10 -9m, tính bán kính trung bình hạt phân tán dung dịch i Giải h 19.103 C2.h2 C1.h1 C1 C2 C2 3,8C2 h1 5.103 m1 m 3,8 (m1 m2 ) V1 V2 r1 r1 3 3,8 r2 (120.109 )3 7, 689.108 ( m) 3,8 19 Hướng dẫn ôn tập HÓA KEO Biên soạn: ThS Phạm Thị Giang Anh 20 Bán kính hạt tƣớng phân tán sol khí 10-8m; độ nhớt mơi trƣờng 1,9.10-7 N.s.m-2 nhiệt độ hệ 298K Tính độ dịch chuyển bình phƣơng trung bình hạt sol khí sau giây? Giải Đặc trưng cho chuyển động Brown hạt độ dịch chuyển bình phương trung bình Theo Einstein Smoluchowski, độ dịch chuyển bình phương trung bình theo hướng x là: kTt 1,38.1023 ( J / K ).298( K ).5( s ) J x2 1,148.106 ( m) 7 2 8 3 r 3.3,14.1,9.10 ( N s.m ).10 m N J kg m s 2 N kg m.s 2 x 1,148.106 (m) 21 Huyền phù chứa gam hemoglobin lít nước có áp suất th m thấu 25 oC 3,6.10-4 atm Xác định khối lượng hạt hemoglobin Giải Áp suất th m thấu dung dịch keo có nồng độ hạt thấp (dung dịch loãng) tuân theo định luật Van’tHoff: RT NA NA RT 3,6.104 (atm).6,023.1023 (hat / mol ) 9.1018 (hat ) atm.l 0,082( ).298K K 18 Vậy, khối lượng hạt là: m hạt= 1,1.1019 ( g ) 9.1018 22 Khi xác định áp suất th m thấu dung dịch -globulin dung dịch NaCl 0,15M 37oC thu đƣợc số liệu sau: Nồng độ -globulin (g/100 ml dd) Áp suất th m thấu, mmH2O 19,27 453 12,35 253 5,81 112 Xác định khối lƣợng mol -globulin Giải (hat ) m mRT RT CM (mol / l ) RT RT M N A (hat / mol ) MV V 453mmH 2O 253mmH 2O 112mmH 2O 19, 27( g )0,082(l.atm / Kmol ).(37 273)( K ) 111707( g / mol ) 453.0,96.105 (atm).0,1(l ) M 128187( g / mol ) M 136225( g / mol ) M1 Vậy: khối lượng mol trung bình -globulin: 20 ... ôn tập HÓA KEO Biên soạn: ThS Phạm Thị Giang Anh nƣớc nguyên chất :no=1,33 27 3 K Giải n 12 n 02 2 I1 n1 2n0 I n 22 n 02 2 n2 2n0 1, 52 1,3 32 1,5 2. 1,33... Na2SO4, Na2SO4 đóng vai trị chất làm bền: { m [ BaSO4], n SO 4 2- , 2( n-x) Na+} (-2 x) 2xNa+: sol âm b) Dư BaCl2, BaCl2 đóng vai trị chất làm bền: { m [BaSO4], nBa2+, 2( n-x)Cl-}(+2x) 2xCl-: sol dương... (NH4)2S → ZnS + NH4)2SO4 a) Dư ZnSO4: { m [ ZnS ], n Zn2+, (n-x) SO 4 2- }(+2x) x SO 4 2- : sol dương b) Dư (NH4)2S: { m [ ZnS], n S 2-, 2( n-x) NH4+} (-2 x) 2x NH4+: sol âm 15 Để điều chế sol dƣơng bạc iodua,