Bài keo và nhũ tương – sự Đông vón keo

 Ống 2: CuSO4 10% là dung dịch thật, nhưng do sự tạo thành CuOH2 kếttủa trên bề mặt thạch làm cản trở sự khuếch tán của các ion nên khuếch tánchậm.. - Biện luận:  Keo xanh phổ là hệ ke

Sinh viên thực hiện: Nhóm: 3

BÀI: KEO VÀ NHŨ TƯƠNG – SỰ ĐÔNG VÓN KEO Câu 1:

a Hãy trình bày sự khác nhau của 2 loại nhũ tương N/D và D/N: khi sử dụng chất nhũ hóa và khi quan sát dưới kính hiển vi (minh họa bằng hình ảnh).

- Khi quan sát dưới kính hiển vi:

 Nhũ tương D/N: tướng nội là dầu (hình tròn màu nâu đỏ), tướng ngoại lànước (màu trắng) (Hình 1)

Hình 1: Nhũ tương D/N khi quan sát dưới kính hiển vi

 Nhũ tương N/D: tướng nội là nước (hình tròn có màu trắng), tướng ngoại là

dầu (màu nâu đỏ) (Hình 2).

Hình 2: Nhũ tương N/D khi quan sát dưới kính hiển vi

b Hãy cho biết vai trò của xà phòng natri trong quá trình tạo nhũ tương, giải thích ảnh hưởng của xà phòng natri đến cấu trúc nhũ tương.

Vai trò của xà phòng natri là chất nhũ hóa (chất hoạt động bề mặt), là chấtđóng vai trò quan trọng trong hình thành nhũ tương Xà phòng natri tạo ra cáclớp rào chắn bao lấy các giọt tiểu phân phân tán (dầu) để tránh hợp nhất các giọtphân tán do đó tránh tách pha, tránh phá vỡ cấu trúc nhũ tương, giúp nhũ tương

ổn định trạng thái phân tán Ngoài ra, xà phòng natri cũng đóng vai trò làmgiảm sức căng bề mặt phân cách hai pha do đó làm giảm năng lượng để phântán hai pha vào nhau, nhờ đó nhũ tương dễ được hình thành Xà phòng natri còntạo một điện tích đủ lớn trên bề mặt của các hạt từ đó xuất hiện các lực tương hỗgiữa các hạt giúp nhũ tương bền hơn Tăng độ nhớt cho môi trường duy trì nhũtương phân tán ổn định

c Dung dịch CaCl 2 có vai trò thế nào trong quá trình chuyển tướng nhũ tương Trình bày cơ chế tác động của chất diện hoạt trong trường hợp này.

Vai trò: kết hợp với xà phòng natri tạo thành xà phòng calci tạo thành chấtnhũ hóa nhũ tương N/D (chất nhũ hóa sơ dịch – xà phòng hóa trị II)

RCOONa + Ca2+ → (RCOO)2Ca

Cơ chế tác động được trình bày trong (Hình 3):

Hình 3: Cơ chế tác động của chất diện hoạt

Ta có: RCOO- với R là đầu thân dầu và COO- là đầu thân nước, lúc nàycác gốc sẽ bám vào giọt nước và đưa các đầu thân dầu ra bên ngoài làm giảmsức căng bề mặt giữa nước và dầu làm cho pha phân tán phân tán đều trong môitrường → tạo nhũ tương bền.

- Micelle keo xanh phổ: {mKFe[Fe(CN)6] nC2O42- (2n-x)H+}x- xH+

b Hãy mô tả các hiện tượng xảy ra trong quá trình điều chế keo xanh phổ Dựa vào lý thuyết điều chế keo hãy giải thích các bước tiến hành điều chế keo xanh phổ.

- Các hiện tượng xảy ra trong quá trình điều chế keo xanh phổ:

1 Khi thêm 2 mL dung dịch kali ferocyanid 10% vào ống nghiệm chứa 10

mL dung dịch FeCl3 thì xuất hiện kết tủa xanh đậm

2 Lọc và rửa tủa bằng nước cất nhiều lần, ban đầu nước rửa có màu xanh lụcnhạt sau đó thành không màu

3 Khi nhỏ từ từ lên tủa từng giọt acid oxalic 0.1 N thì thu được dung dịch cómàu xanh lam đậm

- Giải thích:

1 Cho ferocyanid 10% vào FeCl3 2% để tạo thành tủa keo xanh phổ

2 Do kết tủa hấp phụ các ion hóa trị cao hoặc có bán kính lớn nên lực liên kếthấp phụ khác mạnh Do vậy phải rửa tủa nhiều lần

3 Nhỏ oxalic acid 0.1 N để tạo lớp ion C2O42- hấp phụ trên bề mặt các hạtkeo, giúp các hạt keo tích điện cùng dấu nên các hạt keo sẽ tách nhau ra,giữ cho hệ keo được bền

c Hãy cho biết vai trò của acid oxalic và giải thích tác động của acid oxalic lên quá trình điều chế keo xanh phổ (minh họa bằng hình ảnh kết quả điều chế keo xanh phổ)

Oxalic acid có vai trò là chất pepti hóa C2O42- hấp phụ lên bề mặt hạt keo

→ hạt keo trở nên tích điện → đẩy nhau → các hạt keo tách ra khỏi tủa và di

chuyển qua giấy lọc hình thành hệ keo trở lại như lúc ban đầu (Hình 4).

Hình 4: Hình ảnh thí nghiệm minh họa

d Nếu keo điều chế được bị keo tụ ngay sau khi điều chế có thể do những lý

● Ống 1 (HCl 0.1 N): có dung dịch trong suốt, đoạn thạch trắng đục (1.2 cm),đoạn thạch hồng.

● Ống 2 (CuSO4 10%): có dung dịch xanh lam nhạt, đoạn thạch xanh nhạt (0.5cm), đoạn thạch hồng

● Ống 3 (keo xanh phổ): có dung dịch xanh đậm, đoạn thạch xanh đậm (0.2cm), đoạn thạch trắng đục (0.6 cm), đoạn thạch hồng

b Trình bày cách ghi nhận kết quả từ thí nghiệm khảo sát tính khuếch tán của các dung dịch.

Sau khi cho lần lượt các dung dịch vào 3 ống nghiệm, để yên khoảng 1giờ Quan sát sự khuếch tán của H+ trong ống 1, Cu2+ trong ống 2 và tiểu phânkeo xanh phổ trong ống 3 Đổ hết phần dung dịch ra

Đo đoạn khuếch tán của mỗi dung dịch trên gel thạch agar bằng thước có

độ chia nhỏ nhất là 1 mm, từ đó suy ra khả năng khuếch tán của từng chất (đoạn

càng dài khuếch tán càng nhanh) (Hình 6).

Hình 6: Kết quả thí nghiệm khảo sát tính khuếch tán của các dung dịch

● HCl 0.1 N: 1.2 cm

● CuSO4 10%: 0.5 cm

● Keo xanh phổ : 0.2 cm (đoạn xanh đậm)

c Dựa vào lý thuyết đã học so sánh về tính khuếch tán của hệ keo và hệ đồng thể Giải thích kết quả thu được từ thí nghiệm khảo sát tính khuếch tán của các dung dịch.

Để giải thích cho kết quả thí nghiệm ta dựa vào phương trình khuếch tán củaEinstein:

- Bán kính càng nhỏ khuếch tán càng nhanh và ngược lại Trong đó:

 Ống 1: HCl 0.1 N là dung dịch thật, r nhỏ nên khuếch tán nhanh nhất

 Ống 2: CuSO4 10% là dung dịch thật, nhưng do sự tạo thành Cu(OH)2 kếttủa trên bề mặt thạch làm cản trở sự khuếch tán của các ion nên khuếch tánchậm

 Ống 3: keo xanh phổ có kích thước lớn hơn, khuếch tán chậm hơn so vớicác dung dịch thật

rH+ < rCu2+ < rkeo => DH+ > DCu2+ > Dkeo

Câu 4:

a Trình bày kết quả thu được từ thí nghiệm khảo sát sự đông vón của dung dịch keo xanh phổ bằng ZnSO 4 Biện luận cho kết quả thu được.

- Cách tiến hành:

Lấy 5 mL dung dịch keo xanh phổ vừa điều chế pha với nước cất vừa đủ 100

mL rồi thực hiện các thí nghiệm sau (Hình 7):

● Ống nghiệm 1: 10 mL dung dịch keo xanh phổ + 0.1 mL dung dịch ZnSO40.05 M

● Ống nghiệm 2: 10 mL dung dịch keo xanh phổ + 0.1 mL dung dịch ZnSO40.02 M

● Ống nghiệm 3: 10 mL dung dịch keo xanh phổ + 0.1 mL dung dịch ZnSO40.01 M

Hình 7: Kết quả thí nghiệm khảo sát sự đông vón

- Kết quả:

● Ống 1: Sự đông vón xảy ra nhanh nhất (17 giây)

● Ống 2: Sự đông vón xảy ra chậm hơn (31 giây)

● Ống 3: Sự đông vón xảy ra chậm nhất (1 phút 28 giây)

- Biện luận:

 Keo xanh phổ là hệ keo sơ dịch, rất nhạy cảm với chất điện li và ZnSO4 làdung dịch chất điện li trơ khi cho vào keo xanh phổ sẽ trung hòa điện tíchtrên bề mặt keo → chiều dày lớp khuếch tán giảm → thế điện động ξ

giảm → hệ dễ bị keo tụ

 Do ξ tỉ lệ nghịch với nồng độ chất điện li → hạt keo ống 1 dễ nhập lại nhất

so với 2 ống còn lại vì có nồng độ ZnSO4 cao nhất tiếp đó là ống 2 và saucùng là 3

Nồng độ chất điện li càng cao, sự keo tụ càng nhanh

⇒ Nồng độ chất điện li càng cao, sự keo tụ càng nhanh

b Dựa vào lý thuyết đã học lý giải lý do keo xanh phổ bị keo tụ Hãy cho biết những yếu tố nào có thể tác động gây ra sự đông vón keo xanh phổ?

- Lý giải: sự keo tụ của keo xanh phổ là do sự trung hòa về điện trong hệ keo

Vì ZnSO4 là chất điện li trơ, khi thêm vào keo xanh phổ → làm giảm điệntích của lớp ion tạo thế Lúc này các ion điện li có điện tích trái dấu hấp phụvào bề mặt hạt keo và trung hòa 1 phần điện tích bề mặt → giảm ξ Kết quả,

độ lớn Umax giảm:

➔ Umax = 0 → các hạt keo tiến lại gần nhau

➔ U < 0 → xuất hiện hiện tượng keo tụ

- Các yếu tố tác động gây ra sự đông vón keo:

● Sự trung hòa điện tích: Chất điện li trái dấu làm giảm điện tích của hạt keothúc đẩy quá trình keo tụ

● Nồng độ chất điện li: Nồng độ chất điện li trơ trong dung dịch càng cao thìthế càng giảm → chiều dày lớp khuếch tán giảm → keo tụ

● Hạ ngưỡng keo tụ: Những ion có điện tích lớn và trái dấu với hệ keo cótrong dung dịch sẽ gây hạ ngưỡng keo tụ → keo tụ dễ dàng hơn

● Bán kính ion: Các ion trái dấu trong dung dịch keo có bán kính lớn (hấpphụ mạnh) thì ngưỡng keo tụ nhỏ và ngược lại.

● Tác động cơ học: Làm giảm liên kết giữa lớp phân tử bảo vệ hạt keo và keo

→ hạt keo dễ tác động với nhau → keo tụ

- Keo xanh phổ và keo lưu huỳnh.

- Keo Fe(OH) 3 và keo gelatin

- Keo AgNO 3 và keo thạch agar agar.

Hãy giải thích cho sự giống nhau và khác nhau đã nêu ở trên.

Giống

nhau

➢ Đều có pha phân tán và môi trường phân tán

➢ Đều là keo sơ dịch (tiểu phân khó phân tán, không có ái lựcvới môi trường phân tán, không thuận nghịch)

➢ Đều chịu ảnh hưởng của tác động cơ học

Khác

nhau

Kết luận: keo lưu huỳnh dễ bị đông vón hơn keo xanh phổ

Giống

nhau

● Đều có pha phân tán và môi trường phân tán

● Đều chịu tác động cơ học

● Chịu sự ảnh hưởng từ nhiệt độ và thời gian

➢ Không thuận nghịch

➢ Tính bền động học vànhiệt học kém hơn

➢ Keo thân dịch

➢ Tiểu phân dễ dàng phântán

➢ Có ái lực mạnh mẽ với MTphân tán

➢ Có tính thuận nghịch

➢ Tính bền động học vànhiệt học cao hơn

Kết luận: Keo Fe(OH)3 dễ bị đông vón hơn keo gelatin.

Giống

nhau

● Đều có pha phân tán và môi trường phân tán

● Đều chịu tác động cơ học

Keo AgNO 3 Keo thạch Agar

trong môi trường

● Không có ái lực mạnh

mẽ với MT phân tán

● Không thuận nghịch

● Tính bền động học vànhiệt học kém hơn

● Có ái lực mạnh mẽ với MTphân tán

● Có tính thuận nghịch

● Tính bền động học và nhiệthọc cao hơn

Kết luận: Keo AgNO3 dễ bị đông vón hơn keo thạch agar.

BÀI: SỰ HẤP PHỤ Câu 5:

a) Nêu các đặc điểm và cách điều chế than hoạt tính.

- Đặc điểm than hoạt tính:

 Có độ xốp cao, rất nhiều vết nứt, lỗ rỗng nhỏ đến kích thước phân tử

 Diện tích bề mặt rất lớn, từ đó dễ dàng hấp thụ và phản ứng với nhiều chấtkhác nhau

- Cách điều chế than hoạt tính:

Than hoạt tính có thể điều chế bằng phương pháp đốt Các nguồn nhiênliệu giàu carbon (gỗ, tre, than đá, gáo dừa) sẽ được đốt ở nhiệt độ cao từ 600℃ -

900℃ trong điều kiện yếm khí (Hình 8)

Hình 8: Quy trình điều chế than hoạt tính bằng gáo dừa (lò đứng)

b) Tại sao trong quá trình thực nghiệm phải giữ nhiệt độ ổn định và phải đảm bảo nhiệt độ các bình hấp phụ và nhiệt độ các dung dịch là như nhau ?

Trong quá trình thực nghiệm, phải giữ nhiệt độ ổn định và phải đảm bảo nhiệt

độ các bình hấp phụ và nhiệt độ các dung dịch là như nhau, vì: quá trình hấpphụ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ Do đó khi thực hiện cần cố định nhiệt độ đểtránh sai số kết quả

c) Trong thí nghiệm hấp phụ, than có hấp phụ nước không ?

Trong thí nghiệm hấp phụ, than hoạt tính có hấp phụ một phần nước nhưngkhông đáng kể do hấp phụ CH3COOH là quá trình hấp phụ phân tử và sức căng

bề mặt của dung môi (H2O) lớn nên độ hấp phụ H2O là không đáng kể Bêncạnh đó acetic acid có liên kết phân cực nhưng rất yếu và than hoạt là chấtkhông phân cực nên sẽ hấp phụ chất không phân cực tốt hơn và ngược lại→ ưutiên hấp phụ acetic acid

d) Tại sao trong quá trình thực nghiệm phải lắc các bình trong thời gian 5 phút và sau đó để yên 20 phút ở trạng thái tĩnh ?

Trong quá trình thực nghiệm, phải lắc các bình trong thời gian 5 phút và sau đó

để yên 20 phút ở trạng thái tĩnh vì sự hấp phụ của chất tan (CH3COOH) trongdung dịch lên bề mặt rắn (than hoạt tính) thường chậm hơn sự hấp phụ của khítrên bề mặt rắn, do đó quá trình cần được hỗ trợ bằng con đường khuếch tán Vìvậy:

 Lắc 5 phút: Giúp cho sự khuếch tán được nhanh hơn bằng cách làm tăngdiện tích tiếp xúc, làm tăng hiệu quả hấp phụ

 Để yên 20 phút: Để cân bằng của phản ứng hấp phụ được thiết lập

e) Vì sao hấp phụ acid acetic trên than hoạt tính là quá trình hấp phụ phân tử

và là hấp phụ đơn lớp?

Sự hấp phụ acid acetic là quá trình:

 Hấp phụ phân tử: do là sự hấp phụ của chất điện ly yếu lên bề mặt chất rắntrong dung dịch

 Hấp phụ đơn lớp: theo thuyết hấp phụ của Langmuir và Freundlich thì lựchấp phụ là lực tác dụng khối lượng có tác dụng trong phạm vi kích thướcphân tử nên lớp hấp phụ là đơn lớp phân tử Vì thí nghiệm trên là hấp phụphân tử nên tuân theo 2 định luật và là hấp phụ đơn lớp

f) Giải thích xem khi cho than vào dung dịch quá trình chuyển dịch chất tan acid acetic dẫn đến thay đổi sức căng bề mặt như thế nào ?

Do các gốc hidrocacbon kỵ nước có mặt trong dung dịch đã làm yếu tương tácgiữa các phân tử trong dung môi này Lúc này, chất tan thường tập trung và tích

tụ ở lớp bề mặt nhiều hơn trong lòng dung dịch Vì thế, sức căng bề mặt củadung dịch nhỏ hơn sức căng bề mặt của dung môi tinh khiết.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

4

3.48

2.52 1.81

1.36 1 0.62

 Kết luận: Đường đẳng nhiệt thu được có dạng đường Freundlich

b Nếu có dạng đường Freundlich, thì khối lượng axit bị hấp phụ được tính theo công thức sau:

C0: nồng độ ban đầu (mol/l)

C: nồng độ sau khi hấp phụ (mol/l)

V: thể tích dung dịch (ml)

Vậy y = C0 −C

1000.m V (mol/g)

c Xác định các hằng số k và 1/n trong phương trình trên.

0.6 0.54

0.4 0.26

0.13 0

-0.21

f(x) = 0.34 x + 0.64 R² = 1

d Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ trên.

- Diện tích tiếp xúc: khi diện tích tiếp xúc càng lớn khả năng hấp phụ càng cao

- Vật liệu hấp phụ

- Thời gian hấp phụ: khi thời gian càng lâu hiệu quả càng cao

- Thành phần và tính chất của chất bị hấp phụ

e Phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học Từ đó, xác định loại hấp phụ trong bài.

- Nhiệt hấp phụ:

 Nhiệt hấp phụ hóa học khá lớn, từ 40 ÷ 800 kJ/mol, nhiều khi gần bằng nhiệtcủa phản ứng hóa học

 Nhiệt hấp phụ lý học thường không lớn, gần bằng nhiệt hóa lỏng hay bay hơicủa chất bị hấp phụ ở điều kiện hấp phụ và thường nhỏ hơn 20 kJ/mol

- Lượng chất bị hấp phụ:

 Hấp phụ hóa học xảy ra rất ít, không hơn một lớp trên bề mặt xúc tác (đơnlớp)

 Hấp phụ lý học có thể tạo thành nhiều lớp (đa lớp)

- Sự chọn lọc hấp phụ:

 Hấp phụ hóa học có tính chất chọn lọc cao, phụ thuộc vào tính chất bề mặtchất rắn và tính chất của chất bị hấp phụ

 Hấp phụ lý học không có sự chọn lọc, tất cả các bề mặt chất rắn đều có tínhchất hấp phụ lý học

- Tính chất của các mối nối hấp phụ:

 Hấp phụ hóa học tạo thành mối nối bền vững và tính chất gần giống như mốinối hóa học Chúng có thể là mối nối hóa trị, ion, đồng hóa trị

 Hấp phụ lý học không hình thành mối nối Sự tương tác giữa phân tử bị hấpphụ với các electron của chất rắn rất yếu

- Năng lượng hoạt hóa hấp phụ:

 Hấp phụ hóa học tiến hành chậm và có năng lượng hoạt hóa khá lớn gầnbằng năng lượng hoạt hóa của phản ứng hóa học

 Hấp phụ lý học tiến hành rất nhanh và năng lượng hoạt hóa bằng không

- Trạng thái của chất bị hấp phụ:

 Hấp phụ vật lí: trạng thái và tính chất hóa lý của chất bị hấp phụ không thayđổi Lực giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ là lực Van der Waals

 Hấp phụ hóa học: trạng thái của chất bị hấp phụ thay đổi hoàn toàn

⇒ Quá trình hấp phụ trong bài là hấp phụ vật lí.

Thể

tích dung dịch NaOH 0.1 N (mL)

Nồng

độ ban đầu C 0

Dung dịch

Thể

tích dung dịch X (mL)

Thể

tích dung dịch NaOH 0.1N (mL)

Nồng

độ sau hấp phụ C

C (mol /l)

m

y (mmol/

0,225 0,300 0,375 0,450 0,525

Phương trình thực nghiệm Freundlich có dạng: y = k.C1/n (*)

Chuyển phương trình (*) về dạng logarit ta được: log y = 1nlog C + log K

⇒ Phương trình trên có dạng y = ax + b

Với a = 1n = 0.2028 và b = log K = 0.6321

Vậy phương trình thực nghiệm Freundlich là: y = 4.28C0.2028

c Từ trị số k và 1/n, hãy biện luận phương trình Freundlich thích hợp với khoảng nồng độ trung bình.

Phương trình thực nghiệm của Freundlich có dạng: y = k.C1/n

Với: C là nồng độ cân bằng của chất tan sau khi bị hấp phụ

K là hằng số, 1/n là hệ số thực nghiệm 0 < 1n < 1

Ở nhiệt độ không đổi, k không đổi còn 1n thay đổi theo nồng độ chất bị hấp phụ.+ Với C nhỏ: 1n = 1 => yn = kC1

+ Với C lớn: 1n = 0 => yl = kC0

+ Với C trung bình: Cn < Ctb < Cl => yn < ytb < yl => kC1 < ytb < kC0

Vậy ở miền nồng độ trung bình, độ hấp phụ tỉ lệ với nồng độ theo bậc nằm giữa

0 – 1 Theo kết quả thí nghiệm thì 1n = 0.2028 phù hợp với phương trình thựcnghiệm Freundlich

d Ta có thể thu hồi và tái sử dụng lại than hoạt tính đã qua sử dụng này không? Nếu được hãy liệt kê các phương pháp thích hợp.

Có thể thu hồi và tái sử dụng lại than hoạt tính đã qua sử dụng bằng cáchgiải hấp phụ

Phương pháp: mang than hoạt tính đã qua sử dụng phơi nắng hoặc táikích hoạt nhiệt độ trong các thiết bị chuyên dụng

e Giải thích những sai số nào có thể gặp trong quá trình thực nghiệm.