khái niệm cơ bản về hợp chất keo

- Các hệ keo có tính chất khuếch tán chậm hơn các tiểu phân phân tử, ion trong dung dịch thực.. * Molecular scale : nguyên tử + phân tửgiúp con người hiểu những thuộc tính cơ bản của vậ

CHƯƠNG 1

HỆ PHÂN TÁN VÀ ĐỐI TƯỢNG HÓA

HỌC CHẤT KEO

I Đặc điểm của các hệ phân tán

II Đối tượng của hóa học chất keo

III Độ phân tán

IV Phân loại các hệ phân tán

V Ý nghĩa của các hệ keo trong tự nhiên và

kỹ thuật

DUNG DỊCH KEO LÀ GÌ?

Giữa thế kỷ 19, Francesco Selmi (1817-1881) đã phát hiện

một số dung dịch có những tính chất đặc biệt như:

– Selmi đã gọi các dung dịch có những đặc tính kể trên là

các dung dịch giả Sau này được gọi là các dung dịch

keo.

Tyndall Effect (Hiệu ứng Tyndall về tán xạ ánh sáng của các dung

dịch keo)

Dung dịch keo Ag 10nm

Thomas Graham (1805–1869) trong quá trình nghiên cứu tính chất của những chất như gelatin, gôm arabic đưa ra thuật ngữ chất keo (Colloid).

Người ta nhận thấy một số tính chất chung của chúng như sau:

- Có khả năng phân tán mạng ánh sáng.

- Các hệ keo có tính chất khuếch tán chậm hơn các tiểu

phân (phân tử, ion) trong dung dịch thực

- Không bền vững, dễ kết tụ khi có sự thay đổi môi trường

- Có thể tách được bằng màng bán thẩm

- Có hiệu ứng điện di (các hạt phân tán di chuyển trong điện trường)

Cách chế tạo một số dung dịch keo:

Show D.J., Introduction to colloid and surface chemistry ISBN 0 7506 1182 0, p11.

I Đặc điểm của các hệ phân tán

* Molecular scale : nguyên tử + phân tử

giúp con người hiểu những thuộc tính cơ bản của vật chất  hóa học tổng quát

(hữu cơ, vô cơ…), Hóa học lượng tử, cơ học lượng tử …

* Micro, Meso, Macro scale : trạng thái

cụm, mảng, khối…  Vật lý chất rắn, cơ học Newton

* Nano scale :

Vật liệu ở cấp độ nano có những tính chất quang khác biệt so với vật liệu khối

Ví dụ về vật liệu quantum dots:

Hiệu ứng huỳnh quang của CdTe/ZnS quantum dots

Phương pháp chế tạo CdTe:

Phương trình phản ứng:

Quá trình chế tạo vật liệu:

Tính chất quang của vật liệu

II Đối tượng của hóa keo

Hóa keo nghiên cứu các hệ phân tán dị thể, nghĩa là các hệ cấu tạo từ 2 tướng trở lên và một trong hai tướng ở trạng thái chia nhỏ

-Tướng phân tán có bề mặt riêng lớn, các quá trình hoá học và vật lý xảy ra trên bề mặt của hạt keo ⇒ quyết định tính chất của hệ keo

-Hệ keo có năng lượng tự do bề mặt lớn (∆Gs>0) nên không bền vững về mặt nhiệt động học ⇒ các hạt của tướng phân

tán kết dính lại với nhau để bề mặt phân chia của tướng giảm (∆Gs<0) Trong quá trình biến đổi như vậy, thành phần hóa

học của hệ thống không đổi mà chỉ biến đổi về mặt năng

lượng

• Gọi G là năng lượng bề mặt

• G = σ S

• S: diện tích bề mặt

∀ σ: sức căng bề mặt

∀ ⇒ dG = σ dS + Sd σ

• * Nếu σ = const ⇒ d σ = 0

• dG = σ dS

• Quá trình xảy ra tự nhiên khi dG < 0 ⇒ dS < 0

• Hiện tượng keo tụ (tiến đến trạng thái bền)

Cấu tạo của các hạt tinh thể nano trong dung dịch:

-Về mặt động học, độ bền vững tập hợp của hệ phân tán được xác định bởi mối tương quan giữa lực hút và lực đẩy (độ lớn của hàng rào năng lượng ngăn cản sự tiến lại gần nhau của các hạt)

-Khi lực hút > lực đẩy ⇒ các hạt liên kết gây nên hiện tượng keo tụ (phá hủy hệ phân tán)

-Tóm lại, hóa keo là khoa học về các quá trình hình thành và phá hủy các hệ phân tán ⇒ tên gọi đầy đủ của môn học :”Hóa lý học các hệ phân tán vi dị thể”

III Độ phân tán

-Độ phân tán D được định nghĩa:

Với S12: diện tích bề mặt phân cách giữa tướng 1 và 2

V1: thể tích tướng phân tán

*Hạt hình cầu: * Hạt hình lập phương:

π π

= = = Sr 6 l32 6

a (cm) Số hạt

(N) Thể tích một hạt

(cm3)

S bề mặt một hạt(cm2)

Thay đổi bề mặt riêng Sr khi chia nhỏ một hạt lập phương 1cm3

thành N hạt lập phương đều nhau độ dài cạnh a

-Hệ đơn phân tán và đa phân tán

V n

S

n S

i

i i r

1

∑

∑

=

IV PHÂN LỌAI CÁC HỆ PHÂN TÁN

1 Phân lọai theo độ phân tán:

2 Phân lọai theo trạng thái tập hợp

Theo Ostwald, căn cứ vào trạng thái tập hợp của vật chất , hệ keo có thể phân chia thành những hệ trong bảng sau:

3 Phân lọai theo tương tác giữa tướng phân tán và môi trường phân tán

• Keo ưa lỏng (Lyophylles): tương tác giữa tướng và môi trường phân tán khá lớn , tạo thành lớp solvat hóa (thường

là keo thuận nghịch)

VD: xà phòng, đất sét hòa tan trong nước, các hợp chất cao phân tử hòa tan trong dung môi thích hợp,…

• Keo kỵ lỏng (Lyophobes): tương tác giữa 2 tướng yếu

(thường là keo bất thuận nghịch)

VD: các sol kim lọai

Cách phân lọai này chỉ dùng được cho những hệ có môi trường phân tán lỏng mà thôi

4 Phân lọai theo tương tác giữa các hạt

• Hệ phân tán tự do: Các hạt độc lập với

nhau, nồng độ loãng nên sự tương tác giữa các hạt yếu.

• VD: nhũ tương, các dung dịch sol…

• Hệ phân tán liên kết: Các hạt tương tác với nhau bằng tương tác phân tử tạo thành

mạng lưới

VD: Gel, huyền phù, nhũ tương đậm đặc

V Ý NGHĨA CỦA HỆ KEO TRONG TỰ NHIÊN VÀ

TRONG KỸ THUẬT

Magnetic separation in vitro

Magnetic separation in vitro

Magnetic separation in vitro

Magnetic separation in vitro

optical, electrical and magnetic properties

optical wires for communications, magnetic particles, magnetic liquids

What can do so extra? Practical usage of

as a source of light radiation

Example: Light emitted diodes LED and other LE structures, wires lasers

information storage

Example: Light induced charge transfer, storge informations on molecular level, molecular computer chips

interaction with other structures and groups of molecules

plasmon detectors for biological molecules

usage in medicine and biology

Example: Necrotizing of tumor using magnetic nanoparticles as an electromagnetic

valve, fighting against viruses f.e HIV in vitro or in vivo (in the body), Beating pathogens in vitro, transport of medicals in bio systems, drug delivery

new nanomatriales

nanotools, nanoinstruments, nanorobots and other applications

What can do so

extra?

Appearing big potential for medicine Appearing big potential for medicine

Magnetic nanoparticles close blood capilary

to nekrotizing tumor

What can do so

extra?

Magnetic separation in vitro

What can do so

extra?