hiện tượng bề mặt, hấp phụ

HẤP PHỤ TRÊN BỀ MẶT RẮNPHÂN BIỆT 3 LOẠI HẤP PHỤ HẤP PHỤ VẬT LÝ HẤP PHỤ HOÁ HỌC • Lực hấp phụ: vật lý Lực hấp phụ: hoá học lực Van Der Waals lực liên kết hoá học • Nhiệt hấp phụ vài Kcal

HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT - HẤP PHỤ

• Hiện tượng bề mặt (phân cách giữa các pha)

• Hấp phụ (khác hấp thụ?)

• Bề mặt riêng

• Hệ phân tán

• Kích thước tiểu phân phân tán (phương pháp xác định: pp rây, pp kính hiển vi, pp sa lắng)

• Nồng độ pha phân tán (%KL/KL, n/V…)

• Sức căng bề mặt Năng lượng bề mặt

б = F/2l G = б.s

HẤP PHỤ TRÊN BỀ MẶT RẮN

PHÂN BIỆT 3 LOẠI HẤP PHỤ

HẤP PHỤ VẬT LÝ HẤP PHỤ HOÁ HỌC

• Lực hấp phụ: vật lý Lực hấp phụ: hoá học

(lực Van Der Waals) (lực liên kết hoá học)

• Nhiệt hấp phụ vài Kcal/mol Nhiệt phản ứng hoá học lớn

• HP có tính thuận nghịch HP không thuận nghịch

• Tốc độ hấp phụ nhanh Tốc độ hấp phụ chậm

• Nhiệt độ tăng, HP giảm Nhiệt độ tăng, HP tăng

• HP vật lý và HP hoá học luôn đi kèm nhau

HẤP PHỤ TRAO ĐỔI ION

• HP hoá học đồng thời với phản ứng trao đổi ion trên bề mặt rắn - lỏng

HẤP PHỤ TRAO ĐỔI ION

CHẤT HP TRAO ĐỔI ION: (đặc điểm, phân loại, dung lượng trao đổi ion)

• Chất hữu cơ gồm 2 phần:

Khung polyme không tan + Nhóm hoạt động gắn trên khung

Xốp, nhiều mao quản + Nhiều nhóm HĐ dung lượng TĐ ion lớn

• Phân loại: Cationit (acid mạnh -SO3H, acid yếu -COOH, -OH)

Anionit (base mạnh R4NOH, base yếu R3NHOH)

BẢN CHẤT HẤP PHỤ TRAO ĐỔI ION:

• HP hoá học (HP ion chất tan từ dung dịch lên bề mặt rắn, lực HP là lực liên kết hoá học)

• Phản ứng trao đổi ion trên bềmặt rắn - lỏng xảy ra đồng thời với sự HP ion

HẤP PHỤ TRAO ĐỔI ION

NGUYÊN LÝ HẤP PHỤ TRAO ĐỔI ION

R1H + Me+ R1Me + H+

(Na+, Ca++, Mg++,…)

R2OH + X - R2X + OH –

(Cl -, SO4 -2 ,…)

các ion (tạp chất, hoạt chất)

ỨNG DỤNG CỦA HẤP PHỤ TRAO ĐỔI ION

• Loại tạp ion trong điều chế nước khử khoáng, nước cất

• Điều chế, tinh chế hoạt chất từ dịch chiết

• Hấp phụ dược chất tạo thuốc tác dụng kéo dài

ĐẶC ĐIỂM HẤP PHỤ CHẤT KHÍ TRÊN BỀ MẶT RẮN

• Bản chất là hấp phụ vật lý hoặc hấp phụ hoá học

• Tốc độ hấp phụ nhanh

• Khí càng dễ hoá lỏng (hơi của chất lỏng có To sôi thấp) càng dễ hấp phụ

• To không đổi, áp suất tăng hấp phụ tăng

LÝ THUYẾT HẤP PHỤ KHÍ TRÊN BỀ MẶT RẮN

Hấp phụ trên bề mặt đồng nhất - phương trình Langmuir

• Bề mặt HP chỉ có một số trung tâm HP

• Mỗi trung tâm chỉ hấp phụ 1 tiểu phân (đơn lớp)

• Bề mặt hấp phụ đồng nhất

• Các tiểu phân bị HP không tương tác nhau

LÝ THUYẾT HẤP PHỤ KHÍ TRÊN BỀ MẶT RẮN

Hấp phụ trên bề mặt không đồng nhất - phương trình của Freundlich và phương trình Temkin

• Thực nghiệm cho thấy nhiệt HP giảm khi tăng độ che phủ bề mặt

• Do các phân tử bị HP có tương tác lẫn nhau

• Do bề mặt không đồng nhất (trung tâm HP mạnh, có nhiệt HP lớn sẽ HP trước)

Hấp phụ vật lý nhiều lớp - phương trình của BET

• Như giả thiết Langmuir: bề mặt hấp phụ đồng nhất

• Hấp phụ nhiều lớp (tiểu phân HP ở lớp trước trở thành trung tâm HP ở lớp tiếp theo)

• Từ lớp thứ 2 trở lên, nhiệt HP bằng nhau và bằng nhiệt hoá lỏng

• Số lớp HP trở nên vô cùng ở áp suất bão hoà

HẤP PHỤ CHẤT TAN TRONG DUNG DỊCH LÊN BỀ MẶT RẮN

Tốc độ hấp phụ chậm

Ảnh hưởng của dung môi

• Dung môi hấp phụ cạnh tranh với chất tan

• Dung môi có sức căng bề mặt càng lớn, chất tan càng dễ HP

• Dung môi có nhiệt thấm ướt (bề mặt rắn) càng bé, chất tan càng dễ HP

Ảnh hưởng của chất hấp phụ (chất rắn)

• Chất HP có nhiều lỗ xốp (mao quản) đường kính mao quản càng nhỏ, HP càng tăng

• HP xảy ra theo quy tắc Rebinder: Chất HP lên bề mặt phân cách 2 pha làm giảm sự chênh lệch độ phân cực giữa 2 pha

• εrắn > εchất tan > εdung môi

hoặc εdung môi > εchất tan > εrắn

HẤP PHỤ CHẤT TAN TRONG DUNG DỊCH LÊN BỀ MẶT RẮN

Ảnh hưởng của đặc điểm chất bị hấp phụ (chất tan)

• Chất tan phân cực dễ HP lên bề mặt phân cực

• Phân tử có kích thước lớn dễ bị HP hơn

• Ion có điện tích càng lớn càng dễ bị HP

• Ion có cùng điện tích, bán kính ion càng lớn càng dễ bị HP

Quan hệ giữa lượng chất bị hấp phụ và nồng độ

• Phương trình Freundlich

• Phương trình Langmuir

HẤP PHỤ TRÊN BỀ MẶT CHẤT LỎNG

• Phương trình Gibbs áp dụng cho sự HP chất tan lên bề mặt dung dịch

C dб

a = -

RT dC

• dб/ dC là hoạt tính bề mặt

• dб/ dC>0, a<0 hấp phụ âm, chất tan không hoạt động bề mặt

• dб/ dC<0, a>0 hấp phụ dương, chất tan hoạt động bề mặt

• Thiết lập phương trình Gibbs:

G hệ = G bề mặt + G trong hệ

= б.s + n1.μ1 + n2.μ2

(ở điều kiện cân bằng và dung dịch loãng)

CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT

Định nghĩa: Là chất

• Có khả năng tập tung trên bề mặt phân cách

• Làm giảm sức căng bề mặt phân cách

Đặc điểm cấu tạo: phân tử gồm 2 phần

• Phần thân dầu (gốc hydrocacbon R)

• Phần thân nước (các nhóm phân cực: -SO3H, -COOH, -OH, R-NH2)

Quan hệ giữa hoạt tính bề mặt và đặc điểm cấu tạo

• Gốc R tăng, hoạt tính bề mặt tăng (R ≈ 10 - 18C)

• Cùng R, độ phân cực tăng, hoạt tính bề mặt tăng

• (-SO3H > COOH > OH phenol > OH alcol)

• Tương quan giữa 2 phần thân dầu - thân nước biểu thị bằng chỉ số HLB

CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT

Công thức tính HLB:

• HLB = ∑(chỉ số nhóm thân nước)

- ∑(chỉ số nhóm thân dầu) + 7

Ý nghĩa của HLB: giúp chọn lĩnh vực sử dụng chất HĐBM

• Chống tạo bọt: HLB 1 - 3

• Nhũ hoá N/D: HLB 3 - 8

• Gây thấm: HLB 7 - 9

• Nhũ hoá D/N: HLB 8 - 16

• Tẩy rửa: HLB 13 - 16

• Tăng độ tan: HLB 16 - 30, 40