Giáo trình hóa keo phần 2 nguyễn tuyên

Chirons Đ ộ BỀN VÀ S ự KEO TỤ CỦA HỆ KEO 4.1 Khái niệm độ bền Trone phan điều che \ tinh chè chúns ta nêu lên điều kiện cần thièt đè cỏ hệ keo ben là; - Chàt phàn tán khơne hịa tan hịa tan rât mơi trưịng phàn tán - Kích thước hạt chàt phàn tán phái đạt kích thước hạt keo điên hình - Cần phái có chất ổn hỏa Trons chưcmg hấp phụ ta củna đă nêu lên dung dịch keo có lượna tự bề mặt lòn hệ có xu hướng tiến đến trạng thái bền \ãin2 nhát, tức ứng năns lượns tự bề mặt thấp Hấp phụ trinh làm giám lượng tự bề mặt đây, xét giảm lượng tự bề mặt giảm diện tích bề mặt Sự giảm diện tích bề mặt xav hạt keo nhó liên kết lại với đề tạo thành hạt có kích thước lớn hom Quá trinh nàv gọi trinh keo tụ Keo tụ trình tư diễn biên, dẫn tới phả huy hệ keo Trong hệ keo có hệ bên \Tjmg tồn đến hàng năm lâu hon Ví dụ dung dịch keo vàng, dung dịch keo A gl , có hệ khơng bên vững chi tơn thời gian ngăn hệ keo đât Từ đến khái niệm vê độ bền hệ keo: Độ bền cùa hệ keo kha nãnp siữ phân bó đêu cùa pha phán tán môi trường phân tủn 95 Nãm 1920, Beckhoff nêu khái niệm độ bền hệ keo, bao gồm độ bền động học độ bền tập hợp Độ bền động học liên quan đến hai yếu tố: lực hút trọng trường chuyển động Brown Nhờ có chuyển động Brown mà hạt pha phân tán phân bố pha phân tán Ngược lại, lực hút ừọng trường có tác dụng kéo hạt lẳng xuống đáy Dưới tác dụng hai lực ngược chiều mà hạt keo phân bố đồng theo định luật Smolukhovsky Brena: In c M.g.h c„" KT ( 1) Hệ keo mà sa lắng hạt keo tác dụng trọng trường khơng đáng kể bỏ qua, gọi hệ có độ bền động học Độ bền động học hệ keo phụ thuộc vào kích thước hạt Kích thước hạt nhỏ độ bền tăng Ngoài ra, độ bền hệ keo phụ thuộc vào tỷ trọng pha phân tán môi trường phân tán, phụ thuộc vào độ nhớt nhiệt độ Độ bền tập hợp đặc trưng cho khả bảo tồn kích thước hạt pha phân tán Hệ có độ bền tập hợp nghĩa hạt keo hệ không tập hợp lại với Những nguyên nhân làm cho hệ có độ bền tập hợp gọi yếu tố bền tập hợp Những yếu tố bền là; - Lớp solvat hóa: Sự có mặt chất điện giải vai trị ổn hóa có tác dụng định đến độ bền tập hợp cùa hệ keo Nhưng ion chất điện giải có hai tác dụng: thứ nhất, bị hấp phụ lên bề mặt hạt keo làm giảm sức bề mặt lượng tự bề mặt hệ Thứ hai, tạo quanh hạt keo lớp solvat hóa (hay lớp hydrat hóa) Q trình sonvat hóa xảy hệ keo gần tưong tự trinh xảy dung dịch thật Đó định hướng phân tử dung môi quanh hạt keo 96 Đối với hệ keo íơ dịch, lớp solvat hóa có tác dụng càn trở tác dụng hạt keo - Càu trúc học: Ràt nhiều chất cao phàn từ tự nhiên, cao phân tử nhân tạo nhiều chàt khác cho \ ’ào dunu dịch keo chúng bị hấp phụ lên bè mật hạt keo \ tạo thành mànc móns bao quanh hạt keo khơng cho chúns liên kèt lại \’ới Tronc trườnu hợp này, yếu tố bền dựa sớ tính chất học cúa nhừne cấu trúc tạo thành gọi độ bền càu tạo học - Điện tích: \ ’ì bè mặt hạt keo ln manu điện tích hạt mang điện tích cimu dâu xa chúng tiến đến gần làm cho hệ cỏ độ ben tập hợp - Sự khuếch tán: Do có khuếch tán mà hạt keo có xu hướng phân bố ữonc tồn thể tích dune dịch keo Hệ keo bị phá vỡ hạt keo nhó dinh lại \ ới tạo thành tũa láne xuốne đáy Khả keo tụ đặc trưne cua hệ keo sơ dịch điên hình Sự keo tụ hệ keo có thè xàv nhiêu yêu tố; - Tác dụng cùa chất điện eiài - Sự thay đôi nhiệt độ - Tác dụng học: khuả% lác - Tác dụng cua árứi sáne siêu âm Cơ chế cùa trinh keo tụ eẩn liền với phá hủy yếu tố đặc trưne cho độ bên cùa hệ keo 97 4.2 Sự keo tụ chất điện giải Quy tắc Schulze - Hardi Có nhiều yếu tố dần đến keo tụ dung dịch keo như: cấu tạo cùa hệ nồng độ cùa pha phân tán, nhiệt độ tác dụng học, tác dụng cùa ánh sáng Nhưng yếu tố quan trọng khác có ý nghĩa mặt lí thuyết thực nehiệm ảnh hưỏng chất điện giải đến keo tụ Những hệ keo sơ dịch nhạy chất điện giải Hiện tưọmg keo tụ cùa hệ keo tác dụng chất điện giải Semi, Grem Borxov phát nghiên cứu Các tác già xác định ràng, tất cà chất điện aiái kè cà chàt ơn hóa có khả gây keo tụ, nồng độ chúng đủ lớn đê chúng có thề nén lớp điện tích kép, làm giảm ngưỡng lượng ngăn cách khơng cho hạt kết dính lại với Thi nghiệm: loạt ong nghiệm có chứa lưọTig định loại sol đó, ví dụ sol hydroxyt sắt, cho vào ống lượng chất điện giải Na2SƠ4 với nồng độ tăng dần, đến nồng độ duna dịch keo bất dầu keo tụ thê thay đồi màu sắc, độ vẩn đục Rõ ràng trình keo tụ chi xày nồng độ chất điện giải đạt đên giá trị gọi ngưỡng keo tụ - kí hiệu y Nông độ nho nhát CIUI chã! điện giai can thiết đê gáy nên keo tụ gọi ngirỡng keo tụ ỵ, linh (mol/ì) Deriagin đưa cơna thức đề tính naưỡng keo tụ theo lý thuyết: y = c e \ ( K T ) ’ A ^e^z'’ ( 2) dó: e - hàng số điện môi; C- nồng dộ chất điện giải; T- nhiệt độ (K); A- hăna số; e- điện tích electron; Z- hóa trị; K- hàng số Boltzmann Deriagin cho rang giá trị ngưỡng keo tụ y ti lệ nghịch \ới lũy thừa bậc sáu cùa hóa trị (l/z^) Ngưỡng keo tụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: 98 + Nồng độ sol + Bàn chất, thành phần chất điện giãi Ngưỡng keo tụ đại lượng xác định, thước đo tương đòi độ bền hệ keo đối \ ới chàt điện giải Dưới đày bảng số liệu giá ưị ngưỡng keo tụ sol AS2S3 (mang điện tích àm): C hắt C H 3C O O K ’/2 K2 SO điện giài Y (mmol/l) 110 65,5 LiC I 58 N aC I 51 BaCb 0,69 ZnCl2 0,68 SnCl2 0,64 A IC I 0,093 A I(N )3 0,084 Năm 1900, Hardi xác định rằng, tất ion chất điện giài có khả gây keo tụ mà keo tụ gây ion ngược dấu với điện tích cùa hạt keo Tuy thế, cần phải ý ràng bàn chất ion dấu với điện tích hạt keo có ảnh hưởng đến đến keo tụ Năm 1882, Schulze xác định ràng hóa trị cùa ion lớn thi khả gây keo tụ mạnh (giá trị ngưỡng keo tụ bé) Quy tắc sau xác minh gọi quy tẳc Schulze - Hardi Quv tãc Schulze - Hardi chi tương đối khả keo tụ khơng chi phụ thuộc vào hóa trị mà cịn phụ thuộc vào cấu tạo, bàn chất ion Ví dụ khả keo tụ ion hữu hóa trị lớn khả keo tụ ion vơ có hóa trị khác, chí cịn lớn khả keo tụ cùa ion vơ hóa tri Điều giãi thích độ phân cực cùa lớn, cấu tạo cồng kềnh khà hấp phụ chúng 99 Đối với ion hóa trị, khả gây keo tụ tăng bán kính ion tăng (do khả hyđrat hóa ion giảm) Ví dụ so sánh ion sau đây: Li"^ < Na"^ < K'^ < NH - Khả keo tụ: - Khà hyđrat hố: - Bán kính ion, Â: > NH4 > Na^ > 0,78 < 0,98 < 1,33 < Cần lưu ý ràng bán kính ion bé khả hiđrat hố lớn Hoặc Ba^^ > Sr^^ > Ca^’' > Mg^^ Anion cr < Br' 0) Đường 3: Năng lượng tơng cộng 102 Nhìn vào đường cona biểu diễn ưèn hình 4.1 ta thấy, khoảng cách lớn, đưỊTia cong nàm ưục hồnh, có nghĩa lực hút lón lực đẩy, khoitna cách truna bình ứng với độ dày lớp ion (khoảng 10'^ cm hay 100 đưịng cong nằm trục hồnh có nghĩa lực đẩy lớn hon lực hút Neu khoáng cách chủng khống 1(.im, lực hút lại lớn lực dày Theo Rebinder khống cách nhó Ipm lại xuất lực đẩy lớn \ ’iệc xưat lực liên quan dến tồn cùa lóp hấp phụ đơn phàn tứ ion cùa chàt diện giái hàp phụ bề mặt nhân hạt keo tạo thành Chính \'ậy, đè hạn chè tồn lực muốn cho hạt ứèp xúc với lực hút chúng phải lớn Trong keo tụ hệ keo thường có phân biệt keo nồng độ keo trung hòa: - Keo tụ nồng độ xảy lóp phân tán bị nén q trình xảy chất diện giải gày keo tụ chất điện giãi ừơ chất trình nà> ion chất điện giãi có tác dụng nén lóp khuếch tán - Keo tụ trung hịa xảy giám điện tích hạt Điện tích hạt giám hấp phụ cùa ion lạo giảm Điện tích giảm nên lực đẩy hạt giâm, %a chạm chúng dễ dàng dính lại với tạo thàiứi tụ keo Keo tụ trung hòa thường ion keo tụ có hóa trị cao gây (hóa trị 3) hóa trị cao giám mạnh 4.4 Tính chất học, cấu trúc hệ keo tụ Do keo tụ hạt keo liên kết \ới thành mạng lưới khơng gian, làm cho hệ có tính bền học định \'ề mặt cấu trúc, người ta chia hệ keo tụ thành hai loại: loại cấu trúc keo tụ loại cấu trúc ngưng tụ kết tinh 103 cấu in k keo tụ hình thành hạt keo liên kết với sô điểm tạo thành mạng lưới không gian bao lấy môi trường phân tán Câu trúc gọi gel, biểu diễn hình 4.2 Hình 4.2 Cấu trúc gel 1- hạt pha phân tán; 2- điểm tiếp xúc: 3- lớp vỏ bảo vệ; 4- môi trường phàn tắn Sự tạo gel xảy nhanh nếu: - Nồng độ hạt cao; - Kích thước hạt bé - Hình dạng hạt bất đối xứng Hạt có nhiều góc cạnh dễ tạo gel chỗ có lớp điện kép lớp solvat phát triển nên bảo vệ Hạt hình que hình dễ tạo gel hạt hình cầu Đặc điểm cấu trúc keo tụ chuyển biến soỉ - g e l thuận nghịch, khả gel sau bị phá vỡ (vi nguyên nhân học đó) tự phục hồi sau thời gian Q trình solgel xảy liên kết hạt keo liên kết yếu ứng với cực tiểu Ui hình 4.1 (tương tác xa) 104 phản ứng với nhóm cacboyl tạo thành muối dễ phân ly dung dịch protein mang điện tích âm: CH, H O -IỊX NH CĨ CO CH, CH, NH NH CH, co C H , COONa Tạo muối Phân ly hạn chế -NaOH CH, H O -H 5X XH CO CO CH, CH, NH NH CO CH, C H , C O O N a Những tiều phân keo mang điện tích dấu đẩy nhau, điện tích yếu tố bền duna dịch keo Cũng theo thuyết phân tử, ưona dung dịch phân tử hay hợp họp chất cao phân tử tồn dạna solvat hóa Điều nói lên tưong tác mạnh mẽ cùa phân tử hợp chất cao phân từ với phân tử dung môi Như nêu trên, tượng hydrat hóa phân tử protein chất đặc trimg protein định Trong phân từ protein có số lớn mối liên kết peptit rứiư lứióm amin nhóm cacboxyl, nhóm phân cực Vì bàn chất cùa nhóm khác nên tượng hydrat hóa chi xảy quanh nhóm phân cực khác trị số hydrat hóa khác Ví dụ nhóm pqjtit (-CO-NH-) liên kết trực tiếp với phân tử nước băng liên kết hydro, cịn nhóm amin nhóm cacboxyl sau phân ly thành ion liên kết với nước tạo thành lớp hydrat hóa định hướng phân từ nước phân cực Đối với mạch polypeptit q trình hydrat hóa chi xảy quanh phân phân cực (những trung tâm hydrat hóa) 143 COO COO' CH, (CH:); I CO ĩ ^ x - CH I NH / CH XH / \_ CO CH / CO \ XH / CK XH \ CO / \ I (CHJ3 CHj I CH, / CH, < CH ■ I CH: I CH CH - COOĩ CH3 / \ I CH3 CH3 NH-, Tri so hydrat hóa cùa số nhóm phân cực Nhóm Trị số hydrat hóa -OH -COOH -CO -NH -NH Q trình hydrat hóa xảy kèm theo tịa nhiệt Năng lượng hydrat hóa xác định dựa vào hiệu ứng nhiệt A Dumanski số tác giả cho ràng độ dày cùa lóp hvdrat hóa khơng vượt độ dày lớp đơn phân từ Deriagin sổ tác giả khác, xác định tính chất học cùa những lóp chất lịng mịng cho thấy trung tâm hydrat hỏa có phạm vi tác dụng rộng lớn (khoảng từ 1000 - 3000 Ẳ ) lớp hydrat hóa có thê lóp đa phân từ khơng hạn chế lóp đơn phân từ Nhưng lượng hydrat hóa lóp xa khơng đáng kể so với lượng hydrat hóa Hiện tượng tạo thành lớp hydrat hóa quanh tiểu phân keo tạo nên yếu tố bền \’ững hệ keo nhữna lóp hvdrat hóa có tính đàn hôi, càn trờ tiếp xúc tiểu phân keo Dung dịch họp chất cao phân tử hệ thuận nghịch tuân theo quy tác pha Gibbs, V A Cargin đồng nghiệp nghiên cứu mối liên 144 hệ việc vận dụng quy tấc pha cho dung dịch hợp chất cao phân tử với độ động học khả nâng thuận nơhịch cùa hợp chât cao phân từ Một ưong cịng trình nghiên cứu dung dịch axetat xenluloza dung môi khác (clorotbrm, dicloetan, cồn metylic ) cho thày giàn đồ trạng thái dung dịch axetat xenluloza dung mịi hồn tồn giống giàn đồ trạng thái cùa hệ phenol - nước (hình vẽ), lứiiệt độ thấp hon 55”c dung dịch tách thành lớp với nồng độ xác định ttong lớp, nồng độ đạt bang cách đun nóng làm lạnh, nhiệt độ lón 60''c cấu từ trộn lẫn hoàn toàn vào Nhiêu tác già khác nghiên cứu nhiều dung dịch cao phân tử khác thu kết tương tự Ví dụ dung dịch axetyl xenluloza axetat etyl toluen dung dịch poly\'inylclorua axeton, Nhiệt độ (C) Tất cà kết phân tích nói lên ràng họp chât cao phân từ khác điều kiện xác định tạo thành dung dịch thật cân bền vững Tuy nhiên, phái lưu ý dung dịch họp chât cao phản từ đạt cân bàng thường chậm, có phái đề hàng ngày, hàng tuần lâu Vi \ iệc thay đồi phân bố tương hỗ mạch phân từ dài khơng thê xay cách nhanh chóng dược Hơn nĩra tác dụng cùa mạch phân từ dài có thề làm thav dổi hình thành số mối liên kết chúng Ngoài hợp chất cao phân từ dê 145 hình thành mối liên kết yếu, tạm thời phân tử dân đen liên hợp Nói tóm lại, dung dịch hợp chất cao phân từ khác dung dịch keo ghét dịch, kích thước phân tử phân tử lượng hợp chât cao phân tử lớn nên dung dịch họfp chất cao phân tử có sơ tính chât giống dung dịch keo sơ dịch Chẳng hạn dung dịch cao phân tử, phân tử không qua màng bán thấm, tốc độ khuếch tán chậm, áp suất thẩm thấu bé bị tủa tác dụng chất điện giải 6.7 Phá võ' độ bền dung dịch hợp chất cao phân tử trạng thái cân bằng, dung dịch hợp chất cao phân tử có độ bền tập họp cao Dung dịch họp chất cao phân tử bền điều kiện khơng có chất ổn hóa Nhưng tác dụng chất điện giải, tác dụng pH, nhiệt độ, hợp chất cao phân từ từ chỗ hòa tan hồn tồn chuyển sang hịa tan hạn chế khơng hịa tan, kết độ bền cùa họp chất cao phân tử bị phá vỡ Dựa vào tượng người ta tiến hành tách protein khỏi dung dịch cách thêm vào dung dịch protein lượng Na2SƠ4 dung dịch (NH4)2S04 đậm đặc Quá trình gọi trình tủa muối Quá trình tùa muối khác trình keo tụ cùa dung dịch keo ghét dịch đề gây keo tụ dung dịch keo ghét dịch cần lượng nhỏ chất điện giải thưịng q trình khơng thuận nghịch Đề tủa muối cần lượng lớn chât điện giải dung dịch có nơng độ cao Q trình khơng tn theo quy tắc Schulze-Hardi thường q trình thuận nghịch, có nghĩa sau thu kết tủa bàng cách lọc rửa, họp chất cao phân tử lại có hịa tan trở lại vào dung mơi tương ứng Ngồi chế q trình tủa mi keo tụ khác Quá trình keo tụ diễn nén lớp điện tích kép, làm giảm hồn tồn điện tích hạt keo, cịn tủa muối diễn giảm độ hòa tan hợp chất cao phân tử tác dụng chất điện giải Theo Debye, q trình tùa muối có tượng tách phân tử hòa tan khòi điện trường cùa ion có liên kết mạnh với phân từ phàn cưc dung môi Như mặt nguyên tấc q trình tủa muối khơng khác 146 tượng giải phóng hợp chất cao phân từ tác dụng cùa chất khơng phải dung mơi cùa Những ion khác có gây tủa muối khác chúng xèp thành dãy gọi “dãy biên dung mơi” Những ion có hóa trị xếp thành dãy theo thứ tự giảm dần sau: Đối với cation: Li”^> Na^ > K* > Rb* > Cs^ Đối với anion: S04‘‘ > c r > N03‘ > Br ■> r > CNS' Rõ ràng là, ion có khả nàng liên kết với dung mơi mạnh làm giảm hịa tan dung mơi mạnh nhiêu Berkmann Pubert giải thích tác dụng “dây biến dung môi” ừẻn sờ ảnh hường ion đến cấu tạo dung môi (H2O) Những ion có khả gây tủa muối (S04' ‘, làm tăng cường xếp có trật tự phân tử dung mơi (H2O), điều tương ứng với giám nhiệt độ dung môi (nước) Như vậy, ta có liên hệ “dãy biến dung mơi” với thay đổi lứiiệt độ dung môi Hiện tượng tủa muối dung dịch cao phân tử ứng dụng đê tách hợp chất cao phân từ thành phần có phân tử lượng khác Ví dụ gây tủa muối dung dịch protein dung dịch muối đậm đặc để tách hồn hợp protein thành albumin globulin Q trình tủa muối cịn xảy tác dụng rượu làm lạnh kết hợp cà yếu to: tác dụng chất điện giải, rượu giảm nhiệt độ đến -5*^C tách huyết cùa máu thành 12 loại protein Như biết, độ tan cùa protein phụ thuộc rât nhiêu vào pH Muốn gây tủa muối protein ta phải tạo giữ pH gần điểm đẳng điện Ngoài ra, hòa tan protein điều kiện tách protein khỏi dung dịch tác dụng cùa chất điện giải phụ thuộc vào trọng lượng phân từ cùa chúng i47 Nói chung điều kiện để tách cao phân tử khỏi dung dịch phụ thuọc vào bàn chất hóa học trọng luọng phân tử chúng Ngoài tượng tủa muối ta cịn thấy có tượng tụ giọt- Đó tưọTig xảy dung dịch hợp chất cao phân tử tách thành pha tác dụng chất điện giải, pH nhiệt độ Trong pha đó, có pha dung dịch hợp chất cao phân tử dung môi, pha thứ dung dịch cùa dung môi hợp chất cao phân tử, pha giàu hợp chât cao phân từ thường tạo thành giọt nhỏ Nếu dung mơi chât phân cực nước giọt mang điện tích (thể tượng điện di), điện tích làm cho hệ không cân nhiệt động, với độ bền định người ta gọi hệ hệ tụ giọt, có vai trị quan trọng thể động vật Nếu giọt độ bền tập hợp chúng liên kết với thành tủa lơ lửng sa lắng xuống đáy Quá trinh xảy pha giàu hợp chất cao phân tử, có độ nhớt tương đối cao Như vậy, trình tụ giọt q trình chuyển từ trạng thái hịa tan hồn tồn sang trạng thái hịa tan hạn chế, tức q trình làm giảm hịa tan họp chất cao phân tử Ví dụ q trình tụ giọt dung dịch gelatin rưọTi trình tụ giọt rưọoi prolamin nước Quá trình tụ giọt dung dịch hợp chất cao phân tử tác dụng cùa chất điện giải gọi trình tụ giọt đơn giản Cịn q trình tụ giọt xảy tác dụng dung dịch cao phân tử gọi tụ giọt phức tạp Tất trường hợp dẫn đến sụ hòa tan hạn chế họp chất cao phân tử Độ phân lóp cùa họp chất cao phân tử trình tụ giọt lớn Ví dụ gây tụ giọt dung dịch gelatin 1% có tới 93% khối lưọmg gelatin chuyển vào lóp tụ giọt Nếu dung dịch gelatin có nồng độ nhỏ khả tụ giọt cịn lớn Do lưọng chất cao phân tử hai lớp khác Tính chât hóa lý cùa lớp tụ giọt có nhiều điểm giơng tính chất cùa nguyên sinh chất chúng nhiều nhà sinh vật học ý 148 ^ Cân Donan Ta biêt ion phân tử dung dịch chất điện giải có phàn tử lượng bé có khả di chuyển qua màng bán thẩm, tiêu phân keo không qua màng bán thẩm Do đó, có dung dịch chàt điện giãi đó, nồng độ phía màng khác nhau, có khuêch tán dẫn đến cân nồng độ phía màng Và đạt đến cân băng nơng độ ion phía màng Cũng có cân tưcmg tự nêu dùng màng bán thâm để ngăn dung dịch chất điện giải khác Nhưng trường hợp phía màng có ion khơng qua màng bán thâm, ta có phân bố khơng cân bàng nồng độ phía màng, ví dụ dung dịch keo protein protein tác dụng với axit hay kiềm tạo thành muối dề phân h' thành ion Sự phân bố không cân bàng nồng độ ion chất điện giải phía màng àiứi hưởng chất điện giải keo gọi cân bàng Donan (do Donan Beillia tìm năm 1911) Có sai lệch q trình khch tán tác dụng lực tĩnh điện ion mang điện tích ưái dấu Đe hiểu rõ vấn đề xét số ví dụ sau: Dùng màng bán thâm colodion để ngăn đôi bình, nửa binh phía trái chứa dung dịch chất điện giải keo ví dụ natri proteinat phân ly thành ion; RNa ^ R- + Na* lon keo R' khơng qua màng bán thẩm, cịn ion Na^ có khả qua màng bán thẩm, trường hợp ion Na^ không khuếch tán tự qua màng bán thẩm R' Na^ có lực hút tĩnh điện Nừa bình bên phải dung dịch chất điện giải NaCl có nồng độ ion Na* Nêu tất ion có khả nâng qua màng bán thẩm thí sau đạt tới cân bàng nồng độ ion phía màng sê Nhưng ion keo R' khơng qua màng bán thẩm nên phân bố ion khác Sự phân bô dựa sở nguyên lý nhiệt động Donan Theo Donan, cation, anion từ ngăn bên phải khuếch tán qua màng bán thẩm sang ngăn bên trái đôi lực tác dụng tĩnh điện Tốc độ xuyên qua 149 màng ion Na^, c r xác định bòd tần số va chạm cùa lon tren với màng Theo định luật tác dụng khối lượng, tần số va chạm ti lẹ VOI tích số nồng độ ion Do ta có: V, = k ,.C i.C Dịng ngược xảy với tôc độ: V2 = k2- Ci C2 Khi đạt tới cân tốc độ qua màng cặp ion theo hai chiêu nhau, tức là: Vi = V2 ki Ci- C2 = k2- C] C2 => ki = k2 tích số nồng độ ion hai phía màng Từ ta thấy phân bố ion Na^ c r phái màng là: [Na^ ] ,[C l- ],= [Na"]p [ c r ]p Sau đạt tới trạng thái cân bàng, nồng độ [ Na^ ]p = [ c r ]p Còn nồng độ ion Na^, c r hai phía khác nồng độ ion Na^ phía trái bao gồm nồng độ Na^ khuếch tán từ bên phải sang cộng với nồng độ Na^ RNa phân ly Do nồng độ ion Nấ^ khuếch tán từ bên phải sang trái lớn hay nhỏ tùy thuộc vào tương quan nồng độ ban đầu cùa NaCl, RNa Các trường hợp sau xảy ra: - Nồng độ ban đầu cùa RNa NaCl bàng nhau: Neu kí hiệu nồng độ ban đầu chất a Ta có: Bên trái 150 Bên phải (R-) = a (Na"^) = a (Na^^) = a (c r) = a Nêu gọi X nồng độ ion khuếch tán từ phải sang trái, sau đạt đên ừạng thái cân bằng, ta có: Bên trái Bên phải [ Na^ ] = a + X [ Na^ ] = a - [Cl] = x [ C 1‘ ] = a - x X Dựa vào phưona trình cân bàna ta có: [Na" ], [ Cr ] , = [N a']p [Cl-]p (a + x) X = (a - x)‘ ax + x^ = a^ + x’ - 2ax 3ax = a^ Suy X = a/3 NTtư vậy, trườna hợp nà}' có 1/3 lượng chất tan đầu khuếch tán từ phải sang trái - Nồng độ ban đầu NaCl RNa khác nhau: Chăng hạn RNa = a, NaCl = c Các ion Na", càn bàna ta có: cr khuếch tán qua màng với nồng độ X, sau đạt tới Bên trái Bên phải [ Na" ] = a + X [ Na" ] = c - [ Cl' ] = [ X X cr ] = c - X Phưcmg trình cân bàne trường hợp là: (a + x) X = (c - x) ( 1) a + 2c ( 2) Rõ ràng trường hợp phân bố Na", cr phía màng xác định tưcmg quan nồng độ ban đầu RNa, NaCl I5I Phương trình chi nói lên phân bố ion chưa nói lên tương quan cụ thể nồng độ NaCl phía màng sau đạt cân Ta thấy rõ ràng là; [NaCl]p [cr [NaCllt [C f]t c-x X (3) Thay X từ (2) vào phương trình (3), ta có: [NaCl] P =, [NaCllt c a+c — -— a + 2c a+2c — 1+ a c — (4) Từ phương trìrứi ta thấy nồng độ muối NaCl phái trái luôn nhỏ nồng độ muối NaCl phía phải Đồng thời phương trình xác định phụ thuộc nồng độ ban đầu RNa NaCl Thật vậy, nồng độ ion keo RNa (a) rứiỏ nồng độ muối NaCl lón biểu thức (4) tiến dần đến (1), tức muối NaCl phân bố đồng phía màng Như tăng nồng độ chất điện giải có khả phân ly khuếch tán mạnh qua màng bán thẩm, khác phân bố Donan phân bổ động học phân tử khơng cịn Do nồng độ chất điện giải lớn, cân Donan khơng cịn giá trị Trong trường hợp nồng độ ion keo (a) lớn, nồng độ muối NaCl (c) nhỏ chi có lượng nhỏ muối NaCl khuếch tán từ phải sang trái Trong trường hợp cân Donan có ý nghĩa thực tế lớn vi tạo phân bố khơng cân bang ion hai phía màng Vừa xét cân bàng Donan trường hợp ngav từ đầu chất điện giải keo dung dịch muối có khả khuếch tán ngăn cách màng bán thấm Chúng ta thu kết tương tự thêm dung dịch muối NaCl vào dung dịch chất điện giải keo thay dung 152 dịch NaCl dung dịch muối khác ion chung với chất điện giải keo muối KCl chảng hạn Trong trưcmg hợp ta thấy ion sau khuếch tán vào dung dịch chất điện giải keo đẩy ion Na^ tạo thành muối RK Kết ion đuợc eiữ lại ion c r bị đẩy Ngoài chúna ta có hình ảnh tương tự ion keo mang điện tích dương (RC1) Càn bàng Donan đóng vai ưị quan trọng sinh học ta biết protein tế bào tế bào mang điện tích, màng đóng vai trị màng bán thâm chất tan Do ảnh hưỏng cùa ion keo dẫn tới phân bô không cân chất điện giải phía màng tạo khác \’ề áp suất thẩm thấu Sự khác \'ề áp suất thẩm thấu biểu thị biểu thức càn (1) Nhìn vào biểu thức ta thấy vế trái cùa đẳng thức tích sị thừa số khơng giống ta xem điện tích hình chữ nhật có cạnh X , cạnh (a + x); vế phải đăng thức tích thừa số giống nhau, ta xem diện tích hình \ương có cạnh (c - x) Áp suất thẩm thấu xác định bời tổng nồng độ ion Như vậy, áp suất thâm thâu phía bên trái màng (a + x) + X , cịn áp suất thâm thấu phía bên phải màng (c - x) + (c - x) Neu so sánh ta thấy tổng cạnh hình chữ nhật ln ln lớn tồng cạnh hình vaiơng có diện tích, tức (a + x) + X > (c - x) + (c - x) Do cân bàng Donan thiết lập, áp suất thẩm thấu phía bên trái màng bán thẩm lớn áp suất thẩm thấu phía bên phải màng bán thẩm Tất nhiên, khác áp suât thâm thấu phụ thuộc vào nồng độ ban đầu dung dịch muối dễ khuếch tán hay nói cách khác phụ thuộc vào độ tương quan nồng độ chất điện giải keo muối có cà ion dễ dàng khuếch tán qua màng bán thâm Nồng độ muối lón, khác áp suất thẩm thấu phía màng nhỏ Đối với thể, cân bàng Donan có ý nghĩa lớn phân bố chât điện giải máu bạch huyết 153 Ngoài phân bố khơng cân bàng ion phía màng hay giưa gel dung dịch dẫn tới xuất hiệu, thê màng CÂU HỎI Trình bày khái niệm hợp chất cao phân tử? Đặc điểm cấu tạo phân loại hợp chất cao phân từ? Các phưcmg pháp xác định khối lượng phân tử họp chât cao phân từ? Tại nói q trình hịa tan hợp chất cao phân tử trình tự diên biến? Phân tích khác tính chất dung dịch hợp chất cao phân tử dung dịch keo sơ dịch? Khái niệm trương giải thích trìrứi trương họp chât họp chất cao phân tử? Giải thích ảnh hưởng pH đến độ trương hợp chất cao phân tử? Nêu đặc điểm cấu tạo mạch polyme; điểm đảng điện, giá trị pH nam điểm đẳng điện? Vì độ nhớt dung dịch họp chất cao phân tử lớn nhiều so với dung dịch thực? 10 Giải thích yếu tố ảnh hường đến độ nhớt? Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Hữu Phú, Hóa lý - Hóa keo, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nọi (2007) [2] Bùi Chương, Hỏa lýpolime, NXB Bách Khoa Hà Nội (2006) 154 [3] Thái Doãn Tĩnh, Cơ sở hóa học hữu cơ, Tập 3, NXB Khoa học K thuật, Hà Nội (2003) [4] Drew Myers, Surfactant science and technology, Wiley - Interscienc publishers (2006) [5] F Darnels, R Alberty, Hỏa lý (dịch từ bàn tiếng Nga), Tập II, Nhà bàn Đại học Trung học chuyên nghiệp Hà Nội (1972) XUÍ 15 \ NGUYẺN TUYÊN (C hủ biên) NGUYỀN T H Ị VƯOfNG HOÀN (Đồng chủ biên), NGUN PH I HÙNG GIẢO TRÌNH HĨA KEO {Tài liệu dùng cho sinh viên ngành Hóa học, Sinh K ỹ thuật nông nghiệp, ) C h ịu trá c h n h iệm x u ấ t b ả n : PHẠM NGỌC KHÔI B iên tậ p sử a b ả n in: TS NGUYÊN HUY TIÊN T rìn h b y b ìa : XUÂN DŨNG NHÀ XUÃT BẢN KHOA HỌC VÀ KỶ THUẬT 70 Trần Hưng Đạo - Hoàn Kiếm - Hà Nội ĐT: 04 3942 2443 Fax: 04 3822 0658 Website: http://www.nxbkhkt.com.vn Email: nxbkhkt@hn.vnn.vn CHI NHÁNH NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỶ THUẬT 28 Đồng Khởi - Quận - TP Hồ Chí Minh ĐT: 08 3822 5062 In 300 bản, khổ 16 X 24cm, tạ i Xí nghiệp In NXB Văn hóa Dân tộc Số ĐKXB: 1455 - 2014/CXB/2 - 93^HKT Quyết định XB số; 219/QĐXB - NXBKHKT, ngày 26/12/2014 In xong nộp lưu chiểu Quý I năm 2015