Bai giang chuong 3 trang thai phan tan cao

Hệ phân tán, hệ phân tán silicat Các tượng hóa keo hệ đất sét- nước Các tính chất lý hệ phân tán Các tượng hóa keo đóng rắn chất kết dính Bột màu (pigment) Hệ phân tán  Định nghĩa: hệ gồm chất (chất phân tán) phân bố vào chất khác (môi trường phân tán: R, L, K) dạng hạt có kích thước nhỏ  Phân loại hệ phân tán:  Theo trạng thái tập hợp pha hệ  Theo đặc tính tương tác pha phân tán mơi trường hệ  Theo kích thước hạt phân tán Phân loại hệ phân tán  Theo trạng thái tập hợp pha Chất phân tán Khí Khí Mơi Lỏng trường phân tán Rắn Lỏng Rắn Khơng có: tất khí hịa tan Aerosol lỏng (khí dung), Thí dụ: Sương mù Aerosol rắn, Thí dụ: Bụi, Khói xe Bọt, Thí dụ: Kem sữa đánh đặc Nhũ tương, Thí dụ: Sữa, máu Sol (Dung dịch keo), Thí dụ: Sơn, mực Bọt rắn, Thí dụ: Polystyrene, đá bọt Gel, Thí dụ: Gelatin, mứt, phó mát, ngọc mắt mèo Sol rắn (Dung dịch keo rắn), Thí dụ: Thủy tinh Ruby  Với hệ silicat, môi trường phân tán thường lỏng rắn VDH  Theo đặc tính tương tác pha phân tán môi trường hệ  Kỵ nước (hydrophobic): đặc trưng tương tác yếu chất phân tán môi trường phân tán, lượng bề mặt lớn Đây dạng hệ keo phổ biến  Ưa nước (hydrophylic): đặc trưng tương tác mạnh chất phân tán môi trường phân tán, làm giảm lượng bề mặt Phân loại hệ phân tán Theo kích thước hạt phân tán:  Phân tán thơ (d~100 µm),  trung bình (cỡ 10 µm),  phân tán cao (hệ keo) (d~0,1 - 10 µm)  nano (20 - 100 nm) Vai trò : huyền phù đất sét – nước, biến đổi sol – gel hydrát hóa, tạo khống thủy lực XMP, hệ thủy tinh màu… Nghiên cứu phát triển : phương pháp nghiền hóa Độ phân tán D: D  d Phân loại hệ phân tán  Các hạt rắn phân tán pha lỏng phân thành: 1- Dung dịch thực: hạt rắn phân tử ion riêng biệt 2- Sol: Chùm phân tử, chùm vi tinh thể với kích thước d < µm (Hệ keo phân tán, hay sol) 3- Gel: q trình sol – gel (gel hóa) tạo khối liên kết có tính dẻo Các hạt vi mơ tinh thể (đất sét), vơ định hình (gel SiO2.nH2O, Al(OH)3…) polymer (như sol gelatin) liên kết với trình tạo gel + - - + - - + + - + + - - + Các dạng cấu trúc gel Đất sét Là tên chung nguyên liệu  - Gồm khoáng Alumo-silicat ngậm nước có cấu trúc lớp với độ phân tán cao,  - Khi trộn nước có tính dẻo, (??? Giải thích)  - Khi nung kết khối rắn  Trong đất sét có nhiều khống, gọi chung khoáng sét, cung cấp đồng thời SiO2 Al2O3  Có thể phân loại, gọi tên đất theo khống có thành phần Đất sét  Đất sét có tên gọi riêng:  Cao lanh (khống kaolinite),  Bentonite smectite (khống montmorillonite) Ảnh SEM đất sét bentonite (hạt dạng vảy, kích thước hạt từ 1-5 micron, lỗ xốp hạt) Ví dụ tác nhân chống polyoxocation Al:  tạo thành cách thuỷ phân dung dịch AlCl3 NaOH Al13 điều chế cách dễ dàng trao đổi cation tốt với Montmorillonite có điện tích lớn Kích thước lớn Al13 tạo khoảng cách lớn lớp đưa vào cấu trúc Montmorillonite Al13 dễ chuyển sang dạng oxit bền vững xử lý nhiệt cột oxit tạo nên liên kết tốt với lớp cấu trúc Montmorillonite Cấu trúc ion Al13 Al13 [AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+ 3.4 CÁC HIỆN TƯNG HÓA KEO KHI ĐÓNG RẮN CHẤT KẾT DÍNH      Xi măng Pooc lăng: Các tính chất hệ keo định: Bột XMP d~30 – 80 mm Khi trộn nước, bột XM phân tán tạo huyền phù keo (sol) Phản ứng hydrát hóa tạo gel (khung chất rắn chứa nước trong) Nước gel tiếp tục phản ứng với khoáng XM, phần bay để lại lỗ xốp nhỏ đá XM Phản ứng nước gel lâu dài (hàng chục năm) Cường độ đá XM liên tục tăng Sản phẩm q trình thủy hóa đóng rắn (tạo cường độ) C3S hydro silicát canxi Ca(OH)2 Tương tự vậy, sản phẩm đóng rắn b-C2S hydro silicát canxi dạng gel tobemorite với lượng Ca(OH)2 nhỏ, chí coi khơng đáng kể Quá trình chậm, vậy, cường độ b-C2S tăng chậm so với C3S Các gel tobemorite chứa lượng nước đáng kể, trình thủy hóa kéo dài, cường độ đá xi măng tăng dần thời gian dài (10 – 20 năm) cường độ đá xi măng từ b-C2S sau thời gian định xấp xỉ cường độ đá xi măng từ C3S 3.4 CÁC HIỆN TƯNG HÓA KEO KHI ĐÓNG RẮN CHẤT KẾT DÍNH Các chất kết dính mà sản phẩm hồn tồn hợp chất dạng tinh thể: Xi măng manhezi, thạch cao xây dựng:  Mặc dù q trình đóng rắn có giai đoạn hình thành hạt kích thước hệ keo chất kết dính hịa tan phần nước kết tinh lại, nhiên, sản phẩm cuối tinh thể với kích thước tương đối lớn Các chất kết dính, mà tác dụng kết dính vừa tinh thể, vừa hạt keo định  Xi măng xỉ sunfát: Quá trình phát triển cường độ (hay thời gian đóng rắn) loại giai đoạn đầu phụ thuộc vào tinh thể ettringite Nhưng giai đoạn sau, trình biến đổi sol – gel hydro silicát canxi dạng keo sản phẩm định tính chất  Với xi măng alumin, khống CA, C12A7 CA2 Trong điều kiện thường, đủ nước sản phẩm q trình đóng rắn xi măng alumin tinh thể CAH10 C2AH8 Bảng 3.2 Đặc trưng kích thước hạt số chất kết dính Chất kết dính Hệ keo d1mm Xi măng Poóc Hydro silicát canxi Các pha Ca(OH)2 lăng C1,7SHx Ca(OH)2 Ca(OH)2 Al3+, Fe3+, SO42Vật liệu thủy nhiệt Xi măng alumin Tobermorite kết tinh kém, Tobermorite Al(OH)3 CAH10, CaAl2(OH)3.6H2O, Ca5(Si3O9H).4H2O C2AH8 XM xỉ sunfát Hydro silicát canxi Ettringhite, Ca6Al2(OH)12(SO4)3.26H2O Thạch cao CaSO4.2H2O Xi măng manhezi Mg2(OH)3Cl.4H2O , Mg(OH)2 3.5 BỘT MÀU (PIGMENT) TRONG CÔNG NGHỆ SILICÁT  Bột màu (pigment) dùng trang trí sản phẩm silicát  Bột màu chế tạo từ oxit màu thuộc nhóm kim loại chuyển tiếp nhóm oxit đất  Để màu bền nhiệt độ cao, oxit màu thường chế tạo thành hợp chất hóa học có cấu trúc khoáng bền vững, chuyển vào dung dịch rắn với khống bền nhiệt độ cao, thích hợp với yêu cầu công nghệ  Để tiết kiệm lượng vật liệu, tăng độ che phủ màu cách nghiền mịn nhằm giảm kích thước hạt bột màu tới kích thước hệ keo 3.5.1 Bột màu cấu trúc tinh thể  Spinel loại X2+Y3+O4 : - X2+: Mg2+, Zn2+ Co2+, Ni2+, Fe2+, Mn2+, Ca2+, Cu2+ - Y3+ : Al3+, Fe3+, Cr3+, V3+, Mo3+, W 3+  Spinel bền nhiệt độ cao, nhiệt độ tổng hợp cao (từ 1300 – 13500C trở lên) Ví dụ : -Xanh nikel: NiO.Al2O3 - Xanh spinel : FeO Al2O3; NiO.Al2O3; CdO.Cr2O3 - Đen spinel: FeO.V2O3; MgO.V2O3; ZnO.V2 - Nâu spinel: FeO.Cr2O3; MgO.Fe2O3; NiO.Fe2O3; ZnO.Fe2O3; MnO.Al2O3 - Xanh spinel: FeO.Al2O3; CoO.Cr2O3; MgO.Cr2O3; NiO.Cr2O3; ZnO.Cr2O3 - Trắng spinel: ZnO.Al2O3; MgO.Al2O3 3.5.1 Bột màu cấu trúc tinh thể  Spinel loại hai : X2+Y4+O4, : - Y4+ Ti4+ Sn4+, - X2+ tương tự spinel loại  spinel loại hai bền so với spinel loại (tổng hợp 1000 – 12000C) Ví dụ: - Trắng: 2ZnO.TiO2 - Da cam: 2MnO.TiO2 - Nâu: 2FeO.TiO2; 2MnO.TiO2 - Xanh Cobal: 2CoO.TiO2; 2CoO.SnO2 3.5.1 Bột màu cấu trúc tinh thể  Nhóm granat 3XO.Y2O3.3ZO2,  - X2+ Y3+ tương tự (nhóm màu spinel),  - Z4+ : Si4+, Sn4+, Zr4+ nhóm PO43 Nhiệt độ tổng hợp thấp (1100-12000C)  Nhóm zircon (ZrO2.SiO2) baddeleid (ZrO2) chủ yếu tạo màu với V2O5  Bền nhiệt độ cao, đóng vai trị chất mang màu, tạo d.d rắn với V2O5, Cr2O3.Al2O3, Cr2O3.SnO2,     MnO.Al2O3 Các hệ màu sau: - Xanh sáng ZrO2-SiO2-V2O5, nâu ZrO2-SiO2-MnO - Xanh sẫm ZrO2-SiO2-Cr2O3, vàng ZrO2- SiO2-PrO - Hồng ZrO2-Al2O3-MnO-Fe2O3-Cr2O3 3.5.2 Bột màu tổng hợp phương pháp sol – gel  Để giảm d: nghiền học (d~1 – 10 mm), nghiền hóa (phản ứng phân hủy, kết tủa, sol – gel)  Sol – gel: Tiền chất muối vô , hợp chất kim dạng sol  Gia nhiệt (800 – 12000C): Xảy phản ứng hóa học, hình thành gel tạo bột màu cỡ hạt mịn (~20 – 100 nm)  Ưu thế: tổng hợp nhiệt độ thấp, hạt siêu mịn  Ví dụ: xanh coban CoAl2O4 (màu spinel) loại một: tiền chất Co(NO3)2.6H2O Al(NO3)3.9H2O tạo sol [71];  rezinate Al rezinate Co (cơng thức rezinate (RCOO)nMe, R gốc hữu cơ, Me – Al Co) Khi gia nhiệt 800 – 10000C , bột màu CoAl2O4 cấu trúc spinel hình thành với kích thước 20 – 40 nm 3.5.3 Màu hệ keo thủy tinh  Au, Cu, Se, Sb, Ag nấu tan thủy tinh (hoặc men) dạng ion Khi gia nhiệt thích hợp mơi trường khử (từ khí CO SnO, FeO…), tạo hạt kim loại kích thước hệ keo tạo màu Phổ biến: hồng, huyết dụ vàng, đỏ đồng, đỏ, cam selen, vàng bạc, đỏ antimoan  D lớn, l hấp thụ dài có tán xạ Au hấp thụ sóng ngắn từ xanh lam trở xuống cho màu đỏ huyết dụ Khi hạt có kích thước lớn hơn, màu chuyển phía vàng xanh  Màu keo đặc biệt nhạy với thành phần phối liệu chế độ gia nhiệt Trong thành phần thủy tinh có chất oxy hóa – khử Ví dụ SnO:  Me2O + SnO = 2Me + SnO2 (Me: Cu, Ag, Au)  Sn2+ chất khử Sn4+ chất ổn định (làm bền keo) 3.5.3 Màu hệ keo thủy tinh  Tương tự FeO Fe2O3:  FeO + Me2O = 2Me + Fe2O3  CdS, FeS, Sb2S3, CdSe, AgSe tạo dạng keo thủy tinh hệ SiO2, B2O3, ZnO, Na2O, K2O Oxit kẽm ZnO (6 – 15%) có vai trị đặc biệt phản ứng:  ZnO + FeS = ZnS + FeO  ZnO + FeSe = ZnSe + FeO  Màu sắc phụ thuộc kích thước phân tử FeS FeSe Vì vậy, màu dễ biến đổi thay đổi điều kiện phản ứng