tÍNH CHẤT của hệ KEO tụ

TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA HỆ KEO I Các tượng điện động học II Cấu tạo Micelle keo III Cấu tạo lớp điện kép IV Các yếu tố ảnh hưởng đến điện động học V Xác đònh điện động học VI Ý nghóa thực tế tượng điện động học CHƯƠNG I Các tượng điện động học • Năm 1808 Reuss tiến hành thí nghiệm theo mô hình sau: • Hiện tượng chứng tỏ hạt keo sét tích điện, ảnh hưởng điện trường chuyển cực: Hiện tượng điện di • Môi trường di chuyển với di chuyển hạt keo gọi là: Hiện tượng điện thẫm • * Quincke (1859) cho chất lỏng chảy qua màng xốp, hai bên màng có đặt điện cực thấy xuất điện điện cực: gọi điện chảy tượng gọi hiệu ứng chảy • * Thí nghiệm Dorn (1878) cho thấy: hạt cát sa lắng nước điện cực xuất điện thế: gọi sa lắng tượng gọi hiệu ứng sa lắng hay hiệu ứng Dorn •Các tượng gọi tượng điện động học có mặt lớp điện kép bề mặt phân cách pha hệ phân tán II Cấu tạo Micelle keo • Cấu tạo hạt keo hay gọi Micelle keo bao gồm: • -Nhân keo thường có cấu tạo tinh thể lớp ion đònh hiệu điện • -Lớp ion nghòch hấp phụ • -Lớp ion nghòch khuyếch tán • Khi hạt keo chuyển động tương môi trường phân tán, có nhân hạt keo phần ion nghòch nằm bề mặt trượt dòch chuyển với Phần ion nghòch lại nằm lớp khuyếch tán không chuyển động • Tổng điện tích ion nghòch lớp hấp phụ khuyếch tán điện tích ion đònh hiệu điện ⇒ micelle keo trung hòa mặt điện tích • Người ta thường biểu diễn ký hiệu hạt keo dạng sơ đồ sau:   m[Fe(OH) ] nFeO + (n-x)Cl -           3 ion     QĐTH lớp hấp phu ï  nhân   x+ − Cl x lớp khuếch tán         nhân mixen (micelle)                     mixen (micelle) Ion đònh hiệu Cấu tạo hạt keo: Keo âm Ion nghịch mixen III Cấu tạo lớp điện kép Bề dày lớp kép bé so với bán kính hạt nên để đơn giản xem lớp kép phẳng Lớp kép gồm: -các ion dấu gắn tương đối chặt vào bề mặt tướng phân tán gọi ion đònh hiệu điện -1 lớp ion tương đương trái dấu với ion bề mặt tướng lỏng gần bề mặt phân cách gọi ion nghòch Có nhiều giả thuyết khác cấu tạo lớp kép như: thuyết Helmholtz, Gouy Chapman, Stern, Grahame,… 10 24 IV Các yếu tố ảnh hưởng đến điện động học IV.1/ Ảnh hưởng chất điện ly trơ Khi tăng nồng độ chất điện ly trơ ϕ o không đổi, ξ giảm (do lớp kép bò nén lại) IV.2/ Ảnh hưởng chất điện ly không trơ Chất điện ly không trơ có chứa ion có khả xây dựng mạng lưới tinh thể với tướng rắn Có trường hợp:  Ion không trơ có dấu điện với ion đònh hiệu điện thế: Khi thêm chất điện ly, lúc đầu ϕ o tăng ξø tăng Sau đó, tiếp tục tăng ξ giảm (do lớp khuyếch tán bò nén lại) 25 ϕ ϕo 2,3 ϕo1 ξ2 ξ3 ξ1 (1) (3) (2) x Sự ảnh hưởng chất điện ly không trơ có dấu điện với ion đònh hiệu điện (1): chưa có chất điện ly (2): thêm chất điện ly (3): thêm nhiều chất điện ly 26  Ion không trơ ngược dấu điện với ion đònh hiệu điện thế: Khi thêm chất điện ly có tượng đổi dấu điện (trường hợp này, đổi dấu điện xảy với ϕ o ξ) Ví dụ: Keo AgI, với ion đònh hiệu điện I - Khi thêm AgNO3 vào hệ, ion Ag+ làm điện tích hạt keo chuyển từ âm sang dương Ban đầu: mAgI nI- (n-x)K+ xK+ Khi thêm AgNO3: đổi dấu điện bề mặt hạt keo: mAgI nAg+ (n-x)NO3- xNO327 ϕ ϕo1 ϕo2 ξ1 ξ2 (1) x (2) Ảnh hưởng chất điện ly không trơ có chứa ion ngược dấu với ion đònh hiệu điện (1): chưa thêm chất điện ly (2): sau thêm chất điện ly 28 • IV.3/ Các yếu tố ảnh hưởng khác  Khi pha loãng hệ keo (nồng độ hạt ν giảm) điện động học ξ tăng Trong trường hợp có giải hấp phụ ion đònh hiệu điện ϕ ogiảm ⇒ ξ giảm theo Khi cô đặc hệ keo (ν tăng) có tác dụng ngược lại  Khi nhiệt độ tăng ξ tăng (lớp ion khuyếch tán tăng) Trong trường hợp có giải hấp phụ ion đònh hiệu điện tăng nhiệt độ ϕ ogiảm ⇒ ξ giảm theo  Các tượng điện động học tồn lớp kép có môi trường phân cực, ξ nhỏ độ phân cực môi trường nhỏ 29 30 31 V Xác đònh điện động học ξ • Phương trình Helmholtz - Smoluchowski liên hệ điện động ξ với vận tốc chuyên dòch u tượng điện di hay điện thẫm là: 4πη u ξ = εH • Trong đó: • H: cường độ điện trường xác đònh theo công thức: H = E / L (E: hiệu điện đo Volt, L: khoảng cách điện cực đo met) ∀ η: độ nhớt chất lỏng N.s/m2 ∀ ε: số điện môi tương đối chất lỏng 32 • Như vậy, có u xác đònh điện động zeta ξ • Vận tốc điện động học xác đònh từ thực nghiệm • Phương pháp đơn giản quan sát tốc độ chuyển dòch ranh giới dung dòch keo đục có màu môi trường không màu tác dụng điện trường • Đối với dung dòch keo không màu, ranh giới thấy nhờ chiếu sáng tia tử ngoại 33 34 VI Ý nghóa thực tế tượng điện động học • Các tượng điện động học có ý nghóa to lớn thực tiễn  Hiện tượng điện di áp dụng để tách thành phần hỗn hợp phức tạp tách protid tự nhiên, tách số oxid (oxid sắt) khỏi cao lanh kỹ nghệ gốm, sứ,…  Tạo lớp phủ bảo vệ bề mặt kim loại (phủ cao su lên bề mặt kim loại cần bảo vệ)  Người ta áp dụng tượng điện di để phá hủy keo khí 35  Hiện tượng điện thẫm áp dụng để làm khô vật liệu xốp để giảm ma sát  Lọc kết hợp tách nước kết tủa  Hiện tượng điện chảy sử dụng phương pháp đo điện tâm đồ  Các dụng cụ ghi chấn động (do động đất) thiết kế dựa nguyên tắc đo điện chảy 36 Điện thẩm tách 37 38 [...]... 20 21 22 ϕ ∆ δ A ϕo 1 ϕδ1 ξ1 x ξ2 ϕδ2 2 B Sơ đồ minh họa hiện tượng đổi dấu điện của hạt keo 23 24 IV Các yếu tố ảnh hưởng đến thế điện động học IV.1/ Ảnh hưởng của chất điện ly trơ Khi tăng nồng độ chất điện ly trơ thì ϕ o không đổi, trong khi ξ giảm (do lớp kép bò nén lại) IV.2/ Ảnh hưởng của chất điện ly không trơ Chất điện ly không trơ có chứa ion có khả năng xây dựng mạng lưới tinh thể với tướng... và ξ) Ví dụ: Keo AgI, với ion quyết đònh hiệu điện thế là I - Khi thêm AgNO3 vào hệ, ion Ag+ có thể làm điện tích của hạt keo chuyển từ âm sang dương Ban đầu: mAgI nI- (n-x)K+ xK+ Khi thêm AgNO3: đổi dấu điện trên bề mặt hạt keo: mAgI nAg+ (n-x)NO3- xNO327 ϕ ϕo1 ϕo2 ξ1 ξ2 (1) x (2) Ảnh hưởng của chất điện ly không trơ có chứa ion ngược dấu với ion quyết đònh hiệu điện thế (1): chưa thêm chất điện ly... bằng met) ∀ η: độ nhớt của chất lỏng N.s/m2 ∀ ε: hằng số điện môi tương đối của chất lỏng 32 • Như vậy, khi có u sẽ xác đònh được thế điện động zeta ξ • Vận tốc điện động học có thể xác đònh từ thực nghiệm • Phương pháp đơn giản là quan sát tốc độ chuyển dòch của ranh giới giữa dung dòch keo đục hoặc có màu và môi trường không màu dưới tác dụng của điện trường • Đối với dung dòch keo không màu, ranh giới... nguyên nhân xuất hiện của thế điện động học + Nồng độ chất điện ly cao lớp kép bò nén lại (thế ξ giảm) + thuyết cho phép tính được bề dày của lớp khuyếch tán, mật độ điện tích, điện dung ϕ C1 > C2 ∆ A ϕo ξ C1 B C2 x -Khuyết điểm: + Bỏ qua kích thước của ion ⇒ điện dung tính được rất lớn so với thực tế + Không giải thích được hiện tượng đổi dấu điện trên bề mặt 17 III.3/ Thuyết của Stern (1924) Kết hợp... thêm chất điện ly, lúc đầu ϕ o tăng và ξø tăng Sau đó, nếu tiếp tục tăng thì ξ giảm (do lớp khuyếch tán bò nén lại) 25 ϕ ϕo 2,3 ϕo1 ξ2 ξ3 ξ1 (1) (3) (2) x Sự ảnh hưởng của chất điện ly không trơ có cùng dấu điện với ion quyết đònh hiệu điện thế (1): chưa có chất điện ly (2): mới thêm chất điện ly (3): thêm nhiều chất điện ly 26  Ion không trơ ngược dấu điện với ion quyết đònh hiệu điện thế: Khi thêm chất. .. (E, tp dd, Cđly, nđộ, ….) ??? E C Thực nghiệm 1M 0,001 M E 12 III.2/ Thuyết của Gouy và Chapman (1910 – 1913) • Cả thế đặt vào (E) và nồng độ đều ảnh hưởng đến điện dung lk (C) Lớp kép khơng nén chặt: + các ion cùng dấu đẩy nhau; + c/đ nhiệt của ion lớp kép mang tính khuếch tán, bề dày thay đổi tùy theo nồng độ chất đly Cách tính tốn có nhiều điểm chung với lý thuyết tĩnh điện Debye – Hückel: td pt... như 1 hệ gồm 2 tụ điện mắc nối tiếp Ct - điện dung tổng của lớp kép C1 - điện dung của lớp H C2 - điện dung của lớp khuếch tán (lớp G-C) 1 1 1 = + Ct C1 C2 C1.C2 Ct = C1 + C2 18 ϕ ∆ A ϕo ϕδ ξ B qM q1 q2 x 19 • Khi pha loãng dung dòch, q1 giảm nhanh hơn q2: cấu tạo lớp kép sẽ giống như mô hình Gouy và Chapman • Khi dung dòch đậm đặc, q1 tăng nhanh hơn q2: cấu tạo lớp kép tương tự như mô hình của Helmholtz... ngược dấu với ion quyết đònh hiệu điện thế (1): chưa thêm chất điện ly (2): sau khi thêm chất điện ly 28 • IV.3/ Các yếu tố ảnh hưởng khác  Khi pha loãng hệ keo (nồng độ hạt ν giảm) thì thế điện động học ξ tăng Trong trường hợp có sự giải hấp phụ ion quyết đònh hiệu điện thế thì ϕ ogiảm ⇒ ξ giảm theo Khi cô đặc hệ keo (ν tăng) thì sẽ có tác dụng ngược lại  Khi nhiệt độ tăng thì ξ tăng (lớp ion khuyếch... Debye-Huckel: 15 Gouy và Chapman đã tính được biến thiên của dϕ/dx: Trong đó: 8π RTC∞ dϕ =− dx ε − FZ  2FZ  RT 2 RT −e e ÷   x: khoảng cách từ bề mặt rắn tích điện đi sâu vào dung dòch C∞: nồng độ chất điện ly trơ Z: hóa trò ion Trong trường hợp C∞ nhỏ thì: Với: H =− ϕ = ϕo e 8π F 2 Z 2C∞ ε RT − Hx 16 -Đường biểu diễn của ϕ theo x là 1 đường cong -Khi C∞ và z càng lớn thì độ dốc của đường biểu diễn càng... đònh hiệu điện thế khi tăng nhiệt độ thì ϕ ogiảm ⇒ ξ giảm theo  Các hiện tượng điện động học và sự tồn tại của lớp kép chỉ có trong môi trường phân cực, thế ξ càng nhỏ khi độ phân cực của môi trường càng nhỏ 29 30 31 V Xác đònh thế điện động học ξ • Phương trình Helmholtz - Smoluchowski liên hệ thế điện động ξ với vận tốc chuyên dòch u trong hiện tượng điện di hay điện thẫm là: 4πη u ξ = εH • Trong