Giáo trình hóa lý 1 hay

MƠN HỌC HĨA LÝ (physical chemistry 1) ThS NGUYỄN HỮU SƠN NỘI DUNG 30 tiết Chương Nhiệt hóa học Chương Chiều giới hạn q trình Chương Cân hóa học Chương Lý thuyết cân pha Chương Cân pha hệ cấu tử Chương Dung dịch, cân lỏng - Chương Cân lỏng – rắn Chương Hóa keo CHƯƠNG NHIỆT HĨA HỌC CHEMICAL THERMODYNAMICS MỤC TIÊU CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC • Nghiên cứu quy luật biến chuyển tương hỗ hóa dạng lượng khác q trình hóa học • Nghiên cứu điều kiện tự diễn biến (phản ứng hóa học) điều kiện bền vững (trạng thái cân bằng) hệ hóa học MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN • Systems and Surroundings (Hệ thống mơi trường) • System (Hệ): part of the universe we are interested in • Surroundings(mơi trường ): the rest of the universe MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN a Hệ: lượng định hay nhiều chất điều kiện nhiệt độ, áp suất nồng độ định - Hệ mở - hệ kín - hệ lập - hệ đoạn nhiệt - Hệ đồng thể, dị thể, MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN b Trạng thái tập hợp tất tính chất vĩ mơ hệ - Thơng số trạng thái: T, P, V, m, C, d, Cp,… - Thơng số cường độ: T, P, C, d, - Thơng số dung độ: V, m, U, - Hàm trạng thái U = f(T,P,n,…) MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN c Q trình Con đường mà hệ chuyển từ TT sang TT khác - Q trình mở - Q trình kín (chu trình) - Q trình có V, P, T, q = const - Hàm q trình d Pha tập hợp phần đồng thể hệ có tính chất lý hóa NHIỆT VÀ CƠNG Năng lượng thước đo độ vận động vật chất ứng với hình thái vận động khác vật chất có hình thái lượng khác năng, động năng, nội năng… Hai dạng thể lượng hóa học là: NHIỆT (Q) CƠNG (W) Lưu ý: khơng có giá trị lượng tuyệt đối mà có lượng ứng với hệ quy chiếu chuẩn Nhiệt Nhiệt (q) thước đo chuyển động hỗn loạn (chuyển động nhiệt) tiểu phân tạo nên chất hay hệ Cơng Cơng (w) thước đo chuyển động có trật tự có hướng tiểu phân theo hướng trường lực Nội (U) Nội (U) lượng có sẵn, ẩn dấu bên hệ 10 MỘT SỐ KHÁI NiỆM 1.2 Phân loại hệ phân tán c Phân loại dựa trạng thái tập hợp pha • Hệ phân tán thơ: > 10-5 cm • Hệ keo:10-5đến 10-7 cm • Dung dịch: < 10-7 cm d Phân loại theo đồng • Hệ đơn phân tán: đồng • Hệ đa phân tán: khơng đồng HỆ KEO 2.1 Khái niệm  Các hạt có kích thước lớn phân tử ion khơng đủ lớn để quan sát kính hiển vi quang học gọi hạt keo  Hạt keo hệ phức tạp tạo nên số lượng lớn khoảng từ 103 đến 105 ngun tử, có khối lượng khoảng 104-109 đvC  Một hệ keo ln ln bao gồm hạt keo gọi chất phân tán chất làm mơi trường phân tán HỆ KEO 2.2 Phân loại hệ keo  Dựa trạng thái vật lý hạt keo mơi trường phân tán Hệ  Loại hệ Sương mù Mơi trường phân tán Khí Chất phân tán Lỏng aerosol lỏng Khói Khí Rắn aerosol rắn Sữa Lỏng Lỏng Nhũ tương Sơn Lỏng Rắn Dung dịch keo Hợp kim Rắn Rắn Dung dịch keo rắn Kem Lỏng Khí Bọt Dựa vào hình dạng hạt keo: dạng khơng gian chiều giống bóng, dạng khơng gian hai chiều giống phim, dạng khơng gian chiều sợi chỉ… HỆ KEO 2.3 Cấu tạo hạt keo  Nhân keo: tinh thể ion nhỏ, nhóm phân tử, phân tử kích thước lớn  Lớp ion tạo thế: lớp ion hấp phụ nhân keo  Lớp ion hấp phụ: lớp ion nghịch  Lớp ion khuếch tán HỆ KEO 2.3 Cấu tạo hạt keo m (1) (2) (3) (4) (1): nhân (2): lớp ion đònh hiệu (3): lớp ion nghòch hấp phụ (4): lớp ion nghòch khuếch tán HỆ KEO 2.3 Cấu tạo hạt keo Khảo sát q trình hình thành keo AgI cách người ta cho từ từ KI vào dung dịch AgNO3: AgNO3 + KI → KNO3 + Ag I  Khi thiếu KI: Lúc hạt keo tích điện dương HỆ KEO 2.3 Cấu tạo hạt keo  Khi thừa KI: Lúc hạt keo tích điện âm K+ I m (1) (2) (3) - K+ (4) (1): nhân (2): lớp ion đònh hiệu (3): lớp ion nghòch hấp phụ (4): lớp ion nghòch khuếch tán PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ HỆ KEO Điều kiện hình thành hệ keo: - Chất phân tán mơi trường phân tán khơng tan vào hay tan - Hạt keo phải có lớp hấp phụ có chất ổn định để giữ cho hệ keo khơng bị tách pha gây nên keo tụ Chất ổn định thường sử dụng chất hoạt động bề mặt hay phản ứng hóa học để tạo chất ổn định Các phương pháp điều chế: • Phương pháp phân tán • Phương pháp ngưng tụ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ HỆ KEO 3.1 Phương pháp phân tán Phương pháp học Phương pháp siêu âm: Người dùng bước sóng cực ngắn có tần số 20.000 → 50.000 Hz để bắn bể hạt to thành hạt nhỏ Phương pháp hồ quang: Dùng dòng điện có hiệu điện lớn để hóa chất phân tán Phương pháp keo tán: Đây q trình ngược với q trình keo tụ, tức người ta dùng nhân tố để phân tán khối keo tụ trở lại mơi trường phân tán • Biện pháp rữa giải • Bằng chất điện ly PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ HỆ KEO 3.2 Phương pháp ngưng tụ Là q trình ngưng tụ hệ keo q trình kết tinh từ dung dịch q bão hòa Q trình gồm giai đoạn: - Giai đoạn tạo mầm tinh thể - Giai đoạn phát triển mầm V1 = k1x Cq − Cb Cb DS = V2 (Cq − C b ) δ Nếu V1 > V2: Hệ đơn phân tán Nếu V1 < V2 : Hệ đa phân tán PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ HỆ KEO 3.2 Phương pháp ngưng tụ a Phương pháp vật lý - Ngưng tụ trực tiếp: thay đổi thơng số trạng thái hệ - Sự thay dung mơi: Cũng thay đổi thơng số trạng thái b Phương pháp hóa học Nhóm phương pháp hóa học dựa ngun tắc tạo tướng cách ngưng tụ chất từ dung dịch q bão hòa AgNO3 + KI → AgI + KNO3 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ HỆ KEO 3.3 Tinh chế hệ keo a Phương pháp thẩm tích b Phương pháp điện thẩm tích Phương pháp điện thẩm tích dùng phương tiện để thúc đẩy q trình trao đổi chất nhanh điện trường c Phương pháp siêu lọc SỰ KEO TỤ 4.1 Keo tụ yếu tố vật lý Tác động học Sự thay đổi nhiệt độ 4.2 Keo tụ chất điện ly -Ngưỡng keo tụ: nồng độ tối thiểu chất điện ly cần thiết để gây keo tụ với tốc độ ổn định, đơn vị mMol/l - Ion chất điện ly gây keo tụ ion trái dấu với ion quy định hiệu - Trong điện tích ion có bán kính lớn tiết diện bề mặt cao tương tác với ion quy định hiệu mạnh TÍNH CHẤT HỆ KEO 5.1 Tính chất điện học Tính chất điện di Tính điện thẩm Tính sa lắng Tính chảy 5.2 Tính chất quang học a Tính phân tán ánh sáng Trường hợp phản xạ ánh sáng Trường hợp tán xạ ánh sáng b Tính hấp thụ ánh sáng IL=I0.e-kd TÍNH CHẤT HỆ KEO 5.3 Tính chất động học Tính chuyển động nhiệt Tính khuếch tán Tính thẩm thấu [...]... Q - A 12 NHIỆT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ QUÁ TRÌNH a Quá trình đẳng tích V= hằng số, dV=0 QV = ΔU b Quá trình đẳng áp P = hằng số, dP=0 Qp = ΔH Nếu hệ là khí lý tưởng thì pV=nRT Wp = nRΔT ΔUp = Qp – nRΔT 13 NHIỆT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ QUÁ TRÌNH c Quá trình giản nở đẳng nhiệt KLT Định luật Joule: nội năng của khí lý tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ ΔUT = 0 14 4 ĐỊNH LUẬT HESS Nội dung ịnh luật Hess đ Trong quá trình. .. 0 11 3 NGUYÊN LÝ I – NHIỆT ĐỘNG HỌC BIỂU THỨC TOÁN HỌC Nếu qi và wi là nhiệt và công trao đổi giữa hệ với môi trường ngoài theo đường quá trình i thì qi và wi riêng rẽ thay đổi theo đường quá trình nhưng tổng số qi + wi luôn luôn là một hằng số không tùy thuộc đường quá trình mà chỉ tùy thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối của hệ mà thôi ∆U = Q+ A Do quy ýớc về dấu nên biểu thức nguyên lý 1. .. ∆HT2 = ∆H1 + ∆Cp(T2 – T1) 21 CHƯƠNG 2 NGUYÊN LÝ II CHIỀU VÀ GIỚI HẠN CỦA QUÁ TRÌNH 1 Nguyen Huu Son 1 Sự biến đổi tự nhiên (spontaneous change)  Là một biến đổi xảy ra được một cách tự nhiên mà không cần tác động của yếu tố bên ngoài  Một biến đổi tự nhiên không nhất thiết phải xảy ra nhanh  Chiều của biến đổi tự nhiên có thể phụ thuộc vào nhiệt độ  Xét về mặt năng lượng các quá trình hóa học có... So(O2) < So(O3) 11 Nguyen Huu Son Một số quy tắc để dánh giá sự biến thiên của entropy S trong các quá trình hóa học: So giảm ở chất rắn mạng liên kết cộng hóa trị, So tăng khi liên kết có một phần tính kim loại Ví dụ: So C(diamond) < So C(graphite) So tăng tỷ lệ với độ yếu và độ mềm của liên kết giữa các nguyên tử So tăng theo độ phức tạp của phân tử 12 Nguyen Huu Son 3 Nguyên lý II Nguyên lý II Không... crystalline substance at absolute zero is 0) 10 Nguyen Huu Son Một số quy tắc để dánh giá sự biến thiên của entropy S trong các quá trình hóa học: So tăng (∆So>0) khi các chất chuyển từ trạng thái rắn sang lỏng hay khí Ví dụ: H2O (r) → H2O (l) ∆So>0 So tăng (∆So>0) khi một chất rắn hay lỏng hòa tan vào nước hay dung môi So giảm (∆So 0 → Quá trình tự xảy ra dS = 0 → Quá trình đạt cân bằng Nếu xét chiều hệ không cô lập, ta có thể cô lập hệ bằng cách ghép thêm môi trường vào hệ ∆Stc = ∆Shệ + ∆Smôi trường 14 Nguyen Huu Son 3 Nguyên lý II Entropy hệ cô lập – chiều hướng của quá trình Hệ cô lập = hệ khảo sát + nguồn nhiệt bên ngoài ∆Shệ cô lập = (∆Shệ khảo sát + ∆Snguồn nhiệt) ≥ 0 Nếu quá trình diễn ra là thuận nghịch