chương 7 hóa keo dung dịch keo

Dung môi là môi trường phân tán... Nhân có cấu trúc tinh thể và không tan trong môi trường phân tán... CẤU TẠO CỦA HỆ KEOKhi pH>2 thường phân ly SiOH SiO- + H+ I:nhân có đi

Trang 1

7.1.MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

7.1.1.Hệ phân tán

7.1.2.Cấu tạo của hạt keo

7.1.3.Điều chế và làm sạch dung dịch keo

7.2.CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH KEO

7.2.1.Tính chất động học-phân tử của dung dịch keo 7.2.2.Tính chất quang học của dung dịch keo

7.2.3.Tính chất điện tích của dung dịch keo

7.2.4.Sự keo tụ của dung dịch keo

Trang 2

1.MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Hệ phân tán là hệ bao gồm môi trường liên tục và các tiểu phân có kích thước nhỏ phân tán trong môi trường đó

HỆ PHÂN TÁN

Môi trường

(Sương mù, Mây)

Sol khí

(Khói, bụi)

Lỏng Bọt Nhũ tương Huyền phù

và dung dịch keo

thuỷ tinh xốp

Thuỷ tinh màu

Trang 3

Đặc điểm quan trọng của hệ phân tán là độ phân tán (D) là đại

lượng nghịch đảo của kích thước hạt.

Nếu hạt hình cầu có đường kính d thì D = 1/d D tăng thì bề mặt

riêng của hệ tăng đáng kể.

T

phân tử, ion hay dung dịch thực

Pha phân tán lá các phân tử, ion Dung môi là môi trường phân tán Các hệ này tuân theo các định luật hoá lý, rất bền vững

Hệ keo Tính chất của hệ này tuân theo các

quy luật của hoá keo, tương đối bền vững

thô

Hệ huyền phù, nhũ tương, bọt, bụi Hệ này không bền vững

Trang 4

CẤU TẠO CỦA HỆ KEO

Bề mặt các hạt keo luôn luôn tích điện Một mixen bao gồm:

*Nhân: tạo bởi sự tổ hợp của m phân tử hay nguyên tử Nhân có cấu trúc tinh thể và không tan trong môi trường phân tán Trên bề

mặt nhân, có các ion trong dung dịch bị hấp phụ gọi là ion tạo thế

Xung quanh nhân có một chất lỏng của môi trường phân tán gọi

là lớp Stern gọi là bề mặt trượt Một số ion đối với ion tạo thế gọi

là thế khuyết tán và tạo nên điện thế zeta trên bề mặt trượt

-Nhân Lớp Stern

(hấp phụ) Lớp khuyếch tán

Trang 5

Khi pH>2 thường phân ly SiOH SiO- + H+

[(SiO2)m nO-(n-x)H+] X+ xH+

Nhân Lớp Stern (hấp phụ)

Lớp khuyếch tán

Cấu tạo mixen

Trang 6

Khi pH>2 thường phân ly SiOH SiO- + H+

I:nhân có điện tích bề mặt II:lớp Stern

III:lớp khuếch tán IV:dung dịch cân bằng ion

Ở bề mặt hạt keo luôn tồn tại một thế Tính chất bền vững của hệ keo tùy thuộc thế

ξ ξ

Trang 7

ĐIỀU CHẾ VÀ LÀM SẠCH DUNG DỊCH KEO

Dung dịch keo có độ phân tán nằm giữa hệ phân tán phân tử (dung dịch thật) và phân tán thô.

10 -7 m Hạt keo 10 -10 m

Phương pháp ngưng tụ: Phương pháp kết tinh từ dung dịch thực quá bão hoà thành những mầm tinh thể có kích thước tương ứng với kích thước của hạt keo.

Phương pháp phân tán: phân chia các hạt đến kích thước cực nhỏ

Trang 8

Dung dịch keo có độ phân tán nằm giữa hệ phân tán phân tử (dung dịch thật) và phân tán thô.

10 -7 m Hạt keo 10 -10 m

Phương pháp ngưng tụ : Phương pháp kết tinh từ dung dịch thực quá bão hoà thành những mầm tinh thể có kích thước tương ứng với kích thước của hạt keo.

Phương pháp phân tán : phân chia các hạt đến kích thước cực nhỏ

Trang 9

HẠT KEO

Từ trên xuống

Từ dưới lên

Trang 10

PHƯƠNG PHÁP PHẤN TÁN

Phương pháp cơ học: Nghiền (thường sử dụng ở dạng huyền phù thô Để giảm độ cứng vật liệu, thêm chất giảm độ cứng và chất ổn định.

Phương pháp sử dụng năng lượng điện: thực hiện phóng điện

qua hai điện cực được làm bằng chất phân tán, nhúng trong môi trường phân tán Thí dụ như điều chế sol vàng trong môi trường axit hoá.

Phương pháp siêu âm: thực hiện trong môi trường sóng siêu âm

có tần số 10 5 hoặc 10 6 Hz Phương pháp này cũng khá phổ biến để chế tạo hệ keo

1.DUNG DỊCH KEO

Trang 11

PHƯƠNG PHÁP PHẤN TÁN

[(Au)m nAuCl4- ] X- xH+

Nhân Lớp Stern (hấp phụ)

Lớp khuyếch tán

Cấu tạo mixen

Vàng kim loại bay hơi từ bề mặt điện cực ở dạng các nguyên tử vàng riêng rẽ, sau đó ngưng tụ thành hạt keo vàng Trên bề mặt các nhân keo hình thành các axit HAuCl 4

Làm sạch hệ keo bắng phương pháp màng bán thấm

Trang 12

Phương pháp nghiền

PP Sử dụng năng lượng điện PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÁN

Trang 13

PHƯƠNG PHÁP NGƯNG TỤ

* PP Ngưng tụ do phản ứng hoá học :

Dựa trên các phản ứng tạo ra các hợp chất khó tan Thí dụ như

chế tạo hạt keo AgI

* PP Ngưng tụ do hơi : Chế tạo các hệ sol hữu cơ –kim loại

* PP thay thế dung môi : thêm vào dung dịh thực một thể tích tương đối lớn của một chất lỏng khác Chất lỏng này là dung môi khó tan đối với chất tan và không tan đối với dung môi của dung dịch trên, hình thành một dung dịch quá bão hoà của chất tan trong

dung môi mới, chất tan bắt đầu ngưng tụ thành dung dịch keo.

Trang 14

PHƯƠNG PHÁP NGƯNG TỤ

Qúa trình kết tinh qua hai giai đoạn:

*Giai đoạn tạo mầm

*Giai đoạn phát triển mầm

v > v Số mầm tạo ra nhiều hơn và kích thước tinh

thể sẽ nhỏ hơn

v < v Số mầm tạo ra ít hơn và kích thước tinh thể sẽ

lớn hơn

Trang 18

Trang 20

2.CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH KEO

TÍNH CHẤT ĐỘNG HỌC - PHÂN TỬ CỦA HỆ KEO

Sự khuyếch tán và chuyển động Brown

Tốc độ chuyển động của các hệ keo trong sol ở trạng thái bền vững nhỏ hơn nhiều so với tốc độ chuyển động của các phân tử hay ion

trong dung dịch thực Phương trình Enstein

6 A

RT D

T:nhiệt độ K

η

Trang 21

Độ nhớt của dung dịch keo

Trang 22

Sự sa lắng của hệ keo:

Tốc độ sa lắng:

Nếu hệ keo có thể tích V, khối lượng riêng phân tán trong một chất lỏng có khối lượng riêng thì tốc độ sa lắng của hạt keo là:

ρ0

ρ

2

2( ).

9

o g

u ρ ρ r

η

−

= g: gia tốc trọng trườngr: bán kính hạt keo

:độ nhớt dung dịch

η

Trang 23

Độ bền của hệ keo:

Tuỳ thuộc vào tốc độ khuyếch tán và tốc độ sa lắng :

*Hệ keo bị sa lắng khi:

*Hệ keo cân bằng

*Hệ keo bền vững:

Trang 24

Phương trình phân bố hạt theo độ cao:

.

m g h

k T o

C C e = −

m: khối lượng hạt keo g: gia tốc trọng trường h: độ cao

Càng lên cao, nồng độ hạt keo càng giảm.

Muốn hạt phân bố đồng đều thì cần giảm khối lượng m của hạt nghĩa là tăng độ phân tán của hạt

Trang 25

Áp suất thẩm thấu của dung dịch vô cùng loãng:

.

C R T

C: Nồng độ chất tan R: Hằng số khí lý tưởng T: Nhiệt độ K

Áp suất thẩm thấu của dung dịch keo:

Áp suất thẩm thấu của dung dịch keo nhỏ hơn áp suất thẩm thấu của dung dịch thật vì số lượng hạt n’ của hệ keo nhỏ hơn rất nhiều so với dung dịch thật

Trang 26

TÍNH CHẤT QUANG CỦA HỆ KEO

Nếu kích thước của hệ keo lớn hơn nhiều so với bước sóng  của

ánh sáng tới thì xảy ra hiện tượng phản xạ ánh sáng Trong các hệ huyền phù, nhũ tương,… các hạt keo đều phản xạ ánh sáng Do tác động nhiệt các hạt keo chuyển động Brown nên ánh sáng phản xạ lan truyền đồng đều khắp mọi hướng, tạo ra ánh sáng tán xạ.

Nếu kích thước của hệ keo nhỏ bước sóng  của ánh sáng tới thì ánh sáng bị nhiễu xạ Các hạt keo có kích cỡ 10 -9 -10 -7 thoản mãn điều kiện nhiễu xạ Do đó, ánh sáng tán xạ của hệ keo chủ yếu là do nhiễu xạ của các hệ keo.

Trang 27

2 2

2 3

I:cường độ ánh sáng tán xạ x:khoảng cách từ hệ keo đến nguồn nhận

Io:cường độ ánh sáng tới n:chỉ số khúc xạ của pha phân tán

n’: số hạt keo trong một thể tích sol no:chỉ số khúc xạ của mt phân tán

V:thể tích của 1 hạt keo α :góc giữa hướng của ánh sáng tới và

:bước sóng của ánh sáng tới ánh sáng tán xạ

Phương trình Rayleigh (áp dụng cho hệ keo có kích thước 10 -9 -10 -7 m)

Trang 28

TÍNH CHẤT ĐIỆN TÍCH CỦA DUNG DỊCH KEO

*Đối với hệ keo xác định, độ dày X của lớp khuyếch tán càng lớn, thế

điện động càng lớn, lực tĩnh điện giữa các hạt keo càng lớn

*Khi lớp khuyếch tán bị ép lại, nghĩa là X giảm thì giảm, khi X=0, (hạt keo ở trạng thái tĩnh điện)

*Thế điện động ảnh hưởng đến sự bền vững của hạt keo cũng như sự chuyển dịch của nó trong quá trình điện cực

Trang 29

TÍNH CHẤT ĐIỆN TÍCH CỦA DUNG DỊCH KEO

Mô hình phân bố điện thế của hệ keo:

Trang 30

Các yếu tố ảnh hưởng đến thế điện động

***Ảnh hưởng chất điện ly lạ:”Chất điện ly lạ” là chất điện ly không có các ion tham gia vào lớp tạo thế

Khi tăng nồng độ chất điện ly lạ, X giảm, giảm

Khi điện tích của các chất điện ly lạ càng lớn thì X càng nhỏ, càng nhỏ.

***Ảnh hưởng của chất điện ly đồng loại: nghĩa là chất điện ly có ion có thể hấp phụ vào bề mặt pha rắn, do đó nó làm thay đổi giá trị của X và

Ion trong thành phần pha rắn và cùng dấu với ion tạo thế: đóng vai trò như chất điện ly lạ

Ion trong thành phần pha rắn và ngược dấu với ion tạo thế:giảm

Trang 31

SỰ KEO TỤ CỦA DUNG DỊCH KEO

Quá trình làm giảm độ phân tán của pha phân tán dưới tác động của các yếu tố khác nhau làm cho hệ keo bị tách thành hai pha được gọi là sự keo tụ.

Sự keo tụ xảy ra theo hai giai đoạn: keo tụ ẩn và keo tụ rõ.

CƠ CHẾ KEO TỤ BẰNG CHẤT ĐIỆN LY

Sự keo tụ nhanh và keo tụ chậm:

Tác động keo tụ của chất điện ly là làm giảm thế điện động, tạo điều kiện cho các hạt tiến đến gần nhau cho đến khi lực hút giữa các

phân tử thắng lực đẩy tĩnh điện

Cơ chế:1 Giảm thế điện động, biến đổi cấu trúc lớp kép

Trang 32