Hóa lý: Các hệ phân tán cao

HÓA KEO CẤU TẠO HẠT KEO TÍNH CHẤT QUANG HỌC CỦA HỆ KEO TÍNH CHẤT ĐỘNG HỌC CỦA HỆ KEO TÍNH CHẤT ĐiỆN HỌC CỦA HỆ KEO SỰ BỀN VỮNG CỦA HỆ KEO SỰ TẠO KẾT CẤU TRONG HỆ KEO 1657 : Glauber điều chế được dd của vàng dùng để chữa bệnh (Vàng tan trong nước???) 1830 : Berzelius điều chế được “dd của cách chất không tan” như dd FeS, dd AgCl, dd H2SiO3 … NaCl dạng bột mịn cho phân tán vào benzen thì được dd, bột kim loại cũng tạo được dd … Thomas Graham đặt tên cho các dd đó là DUNG DỊCH KEO Trong dd keo, vật chất ở TRẠNG THÁI KEO Dung dịch keo rất phổ biến trong đời sống nhiều ngành sản xuất Nông nghiệp: hạt keo trong đất giúp giữ ẩm, giữ chất dinh dưỡng cho cây trồng Dược phẩm: cần điều chế các loại thuốc chứa chất khó tan Thực phẩm: các thành phần trong sữa cần đồng đều, không kết tủa Thuốc nhuộm, giấy ảnh: cần phân bố đều, kết dính lớn các chất hòa tan Cao su, chất dẻo: cần cho các chất độn dạng bột Giấy, sơn, xà bông, mực viết, sx vật liệu XD , … Môi trường phân tán: LỎNG Pha phân tán: RẮN KEO ƯA LỎNG : hạt keo tương tác mạnh với môi trường lỏng, tạo thành lớp vỏ solvat hóa KEO KỴ LỎNG : hạt keo không tương tác với môi trường, không tạo thành lớp vỏ solvat hóa Ví dụ: keo Ag, keo oxyt kim loại, keo AgI … HYDROSOL : dd keo có dung môi là nước ALCOSOL : dd keo có dung môi là rượu

Chương 4

CÁC HỆ PHÂN TÁN CAO

Dung dịch keo - Trạng thái keo

• 1657 : Glauber i u ch đ ề ế đượ dd c a vàng c ủ dùng để ch a b nh! (Vàng tan trong n ữ ệ ướ c???)

• 1830 : Berzelius i u ch đ ề ế đượ c “ dd c a cách ch t không tan ủ ấ ” nh dd FeS, dd AgCl, dd H ư 2SiO3 …

• NaCl d ng b t m n cho phân tán vào benzen thì ạ ộ ị đượ c dd, b t kim lo i c ng t o ộ ạ ũ ạ đượ c dd …

 Thomas Graham đặ t tên cho các dd ó là DUNG D CH KEO đ Ị

 Trong dd keo, v t ch t TR NG THÁI KEO ậ ấ ở Ạ

Dung d ch keo r t ph bi n trong ị ấ ổ ế đờ ố i s ng & nhi u ngành s n xu t ề ả ấ

• Nông nghi p ệ : h t keo trong ạ đấ t giúp gi m, gi ch t dinh d ữ ẩ ữ ấ ưỡ ng cho cây tr ng ồ

• D ượ c ph m ẩ : c n i u ch các lo i thu c ch a ch t khó tan ầ đ ề ế ạ ố ứ ấ

• Th c ph m ự ẩ : các thành ph n trong s a c n ầ ữ ầ đồ ng đề u, không k t t a ế ủ

• Thu c nhu m, gi y nh ố ộ ấ ả : c n phân b ầ ố đề u, k t dính l n các ch t hòa tan ế ớ ấ

• Cao su, ch t d o: c n cho các ch t ấ ẻ ầ ấ độ n d ng b t ạ ộ

• Gi y, s n, xà bông, m c vi t, sx v t li u XD , … ấ ơ ự ế ậ ệ

Tác dụng tẩy rửa của xà bông

• T bào s ng luôn ch a dd keo ph c t p d ng gel, màng t bào là màng bán th m ế ố ứ ứ ạ ở ạ ế ấ

• Máu, b ch huy t, ch t nguyên sinh … là dd keo ạ ế ấ

• C th ơ ể độ ng v t (x ậ ươ ng, mô, c , b p…) là tr ng thái t o c u th c a h keo ơ ắ ạ ạ ấ ể ủ ệ

Ở đâu có sự sống, ở đó có dd keo!

I HÓA KEO

Hóa keo là hóa h c c a các v t th th c ọ ủ ậ ể ự

Hóa keo nghiên c u v ứ ề các h vi d th (các h phân tán ệ ị ể ệ ) trên c s các hi n t ơ ở ệ ượ ng b m t, c ng nh tính ch t lý hóa chung ch t c a các h p ch t ề ặ ũ ư ấ ấ ủ ợ ấ

cao phân t và dung d ch c a chúng ử ị ủ

HỆ PHÂN TÁN

là h g m 1 môi tr ệ ồ ườ ng liên t c và các ti u phân (các “h t”) có kích th ụ ể ạ ướ c nh ỏ đượ c phân tán đồ ng đề u trong môi tr ườ ng ó đ

Môi trường phân tán

`

Pha phân tán

PHÂN LOẠI HỆ PHÂN TÁN

Mù, Mây Khói, Bụi

LỎNG Bọt Nhũ tương Huyền phù, KEO (sol) RẮN Đá xốp, Mao quản xốp Nhũ tương rắn, Gel Keo rắn,

Hợp kim

ĐỘ PHÂN TÁN = 1/d

TÊN HỆ

KÍCH THƯỚC HẠT (LỖ XỐP)

Kích thước

hạt ↓

Tính chất thay đổi

TÍNH CHẤT CỦA HỆ KEO

• Trong su t nh dd th c, qua gi y l c d dàng ố ư ự ấ ọ ễ

• Không qua đượ c màng bán th m ấ

• Không b n : s b k t t a n u thêm ch t i n ly hay thay ề ẽ ị ế ủ ế ấ đ ệ đổ i nhi t ệ độ …

• Kích th ướ c h t c trung gian, làm cho: ạ ỡ

– Bề mặt dị thể cực đại ->tính chất khác biệt – Phân tán ánh sáng

Hình ảnh của dung dịch keo

DUNG DỊCH KEO

• Môi tr ườ ng phân tán: L NG - Ỏ Pha phân tán: R N Ắ

• KEO A L NG Ư Ỏ : h t keo t ạ ươ ng tác m nh v i môi tr ạ ớ ườ ng l ng, t o thành l p v solvat hóa ỏ ạ ớ ỏ

• KEO K L NG Ỵ Ỏ : h t keo không t ạ ươ ng tác v i môi tr ớ ườ ng, không t o thành l p v solvat hóa ạ ớ ỏ

Ví d : ụ keo Ag, keo oxyt kim lo i, keo AgI … ạ

II CẤU TẠO HẠT KEO

H T KEO = MIXEN Ạ

g m có: ồ

NHÂN :

- Ch t khó tan ấ /ít tan trong môi tr ườ ng

- Ion T o Th ạ ế b h p ph ch n l c trên ch t khó tan ị ấ ụ ọ ọ ấ

L P ION BAO QUANH Ớ : là các Ion đố i c a ion t o th ủ ạ ế

NHÂN

MIXEN

Keo dương – Keo âm: do ion tạo thế quyết định

• H t keo & Dung d ch keo trung hòa i n ạ ị đ ệ

C u t o c a h t keo quy t nh nhi u tính ch t quan tr ng c a h keo: tính ch t i n, kh n ng h p ph , tính b n ấ ạ ủ ạ ế đị ề ấ ọ ủ ệ ấ đ ệ ả ă ấ ụ ề

An electron microscope image of a "colloidosome," a water droplet coated in colloid (polystyrene) beads.

Stearate

Sodium

lauryl

sulfate

Mixen

Stearat

trong

nước

Tính chất quang học của hệ phân tán khác với của hệ phân tử  dựa vào tính chất này để khảo sát kích thước của hạt trong pha phân tán, hình dạng, cấu tạo pha phân tán.

• Chiếu 1 chùm sáng qua hệ keo thì ánh sáng có thể:

 Phản xạ : do dung dịch phân tử, hệ keo

 Khúc xạ : do dung dịch phân tử, hệ keo

 B nhiễu xạ ị : do hệ keo

 Truyền suốt

III TÍNH CHẤT QUANG HỌC

CỦA HỆ KEO

Hi n t ệ ượ ng ánh sáng giúp nghiên

Hiệu ứng Tyndall

Màu của dung dịch keo có thể thay

đổi tùy thuộc vào phương quan sát

HI N T Ệ ƯỢ NG PHÂN TÁN ÁNH SÁNG

• Khi chiếu ánh sáng qua hệ dị thể,

tia sáng gặp các hạt Tùy kích thước các hạt, độ dài sóng của

ánh sáng, thì:

 trong các hệ huyền phù thô,

nhũ tương, sương mù, bụi

 trong hệ keo có kích thước

1 – 100nm

n 1 , n 2 : chiết suất pha

phân tán và môi

V : thể tích một hạt : độ dài sóng

Tia đỏ không bị phân tán

-> truyền suốt Màu Đỏ được dùng làm màu của các tín hiệu nguy hiểm

Tia xanh & tím bị phân tán mạnh nhất

k’.C : hệ số hấp thụ giả do

phân tán ánh sáng.

k’ = f(r)

Định luật Lambert – Beer

Ánh sáng bị phân tán bởi những hạt keo, còn mỗi hạt keo trở thành điểm sáng thứ cấp

IV TÍNH CHẤT ĐỘNG HỌC

CỦA HỆ KEO

CHUY N Ể ĐỘ NG

BROWN

Là chuyển động khơng ng ng ừ của các hạt pha phân

tán trong h keo ệ

Các h t khơng va ch m nhau khi chuy n ạ ạ ể độ ng.

Tính chất

 Chuyển động Brown không yếu đi theo thời gian, không phụ thuộc nguồn năng lượng bên ngoài, tăng lên khi nhiệt độ tăng

 Chuyển động Brown phụ thuộc kích thước hạt:

–hạt nhỏ thì chuyển động nhanh & quãng

đường dài

–hạt càng lớn thì càng chuyển động chậm &

quãng đường ngắn

–hạt quá lớn thì chuyển động Brown tắt dần

Nguyên nhân của chuyển động Brown

• Do chuy n ể độ ng nhi t, các ệ phân t dung môi ử di chuy n theo các h ể ướ ng khác nhau & b i các l c khác nhau ở ự va đậ p v i các h t keo ớ ạ

• Trong 1 giây có hàng nghìn cú va đậ p t m i phía ừ ọ

-> nh ng va ữ đậ p không cân b ng nhau, xô ằ đẩ y h t keo không cho nó ạ đứ ng yên

SỰ KHUẾCH TÁN CỦA HỆ KEO

• R t ch m ch p!!! ấ ậ ạ Để di chuy n 1cm: ể

– hạt keo tốn 3 năm

– phân tử trong dd thường chỉ cần vài giờ

• Ch khu ch tán khi dd keo ti p xúc v i dung môi tinh khi t ỉ ế ế ớ ế

-> dung d ch keo không i qua màng bán th m (màng t bào) ị đ ấ ế

Phương pháp thẩm tách

Phương pháp thẩm tách dựa trên cơ sở tốc độ khuếch tán khác nhau của các ion & các hạt keo qua màng bán thấm

-> tách bỏ các chất điện ly có trong dd keo để làm sạch hệ keo

Màng bán thấm: colodion, xenlophan, giấy da cừu,

SỰ SA LẮNG

Các h t keo trong dung d ch ngoài CHUY N ạ ị Ể ĐỘ NG BROWN còn ch u tác ị độ ng c a TR NG L C ủ Ọ Ự

• Các h t keo nh ạ ỏ ch u l c h p d n nên r t b v ng, không b sa l ng ị ự ấ ẫ ấ ề ữ ị ắ

• Các h t keo l n ạ ớ có th b l c h p d n kéo xu ng, tách ra kh i môi tr ể ị ự ấ ẫ ố ỏ ườ ng phân tán = b sa l ng ị ắ

Độ bền của keo

• Ph thu c vào 2 y u t tác ụ ộ ế ố độ ng ng ượ c chi u nhau ề

• Sa lắng ->kéo hạt keo xuống phía dưới

• Khuếch tán -> san bằng nồng độ

• H keo b sa l ng: ệ ị ắ vsa l ng ắ > vkhu ch tán ế

• H keo cân b ng: ệ ằ vsa l ng ắ = vkhu ch tán ế

• H keo b n v ng: ệ ề ữ vsa l ng ắ < vkhu ch tán ế

ÁP SUẤT THẨM THẤU

• Số hạt trong dd keo giảm đi nhiều so với dd phân tử

  Áp suất thẩm thấu trong dd keo giảm đi nhiều so với dd phân tử

• & Không ổn định

ϕ : điện thế

d : bề dày lớp hấp phụ

(lớp Stern) (gồm ion tạo

thế & ion đối)

δ : bề dày lớp khuếch tán

Phân bố nồng độ ion

Phân bố điện thế ở lớp điện

tích kép

• Không đo được ϕ0, ϕ1.

• Đo được đi n thế tại vị trí mặt trượt = ệ Điện thế điện động ζ (zeta )

• Mặt trượt là chỗ đứt khi có sự chuyển dịch tương đối giữa pha rắn và pha lỏng, nằm trong pha lỏng (∆ >d)

Các hiện tượng điện động học

ỨNG DỤNG

• K t t a các h t t dd keo, huy n phù, nh t ế ủ ạ ừ ề ũ ươ ng t o l p ph b m t kim lo i b n & ạ ớ ủ ề ặ ạ ề đồ ng đề u

• Làm m t n ấ ướ ủ c c a các v t x p b ng cách ậ ố ằ đặ ậ ố t v t x p gi a các i n c c ữ đ ệ ự

• Dùng n ướ đẩ c y d u ra kh i gi ng d u ầ ỏ ế ầ

• N ướ c thiên nhiên ch y trong v trái ả ỏ đấ t qua l p nham th ch làm phát sinh i n th ch y -> th m dò khoáng s n ớ ạ đ ệ ế ả ă ả

• Máu ch y trong m ch máu làm s n sinh i n th ch y -> ph ả ạ ả đ ệ ế ả ươ ng pháp i n tâm đ ệ đồ

• Tính ch t i n h c c a dd keo s thay ấ đ ệ ọ ủ ẽ đổ ế i n u có tác độ ng làm thay đổ ớ đ ệ i l p i n tích kép

• thêm chất điện ly trơ (không hấp phụ lên

nhân)

• thêm chất điện ly không trơ (hấp phụ lên

nhân)

• pha loãng dd keo

• thay đổi nhiệt độ

• thay đổi môi trường phân cực

• -> th hi n s thay ể ệ ở ự đổ i ζ & ϕ0

Nguyên nhân của các hiện tượng điện động học:

LỚP ĐIỆN TÍCH KÉP

Ảnh hưởng của chất điện ly không trơ đối với ζ & ϕ 0

VI SỰ BỀN VỮNG CỦA HỆ KEO

Tính b n v ng c a h phân tán ề ữ ủ ệ đượ đặ c c tr ng b ng s b t bi n theo th i gian c a các thông s : ư ằ ự ấ ế ờ ủ ố

• Độ phân tán

• Sự phân bố cân bằng của pha phân tán

trong môi trường

•Tính b n v ng ề ữ ≠ Tính ông t đ ụ

•Keo a l ng ư ỏ : t phân tán & b n v ng ự ề ữ

•Keo k l ng ỵ ỏ : phân tán nh công bên ngoài & không b n v ng ờ ề ữ

Bông tụ - Keo tụ - Kết tụ

• S BÔNG T : Ự Ụ s t p h p l i c a các h t keo trong dd keo ự ậ ọ ạ ủ ạ

• S KEO T : Ự Ụ s tách dd keo thành 2 thành ph n: ph n r n (các h t) , ph n l ng (dung môi) ự ầ ầ ắ ạ ầ ỏ

• S K T T : Ự Ế Ụ s keo t mà các h t hoàn toàn dính ch p ự ụ ạ ậ

SA LẮNG

HỆ BỀN VỮNG ĐÔNG TỤ

Tế bào máu “khỏe mạnh”

(phân tán)

Tế bào máu

“bệnh”

(keo tụ)

ĐỂ LÀM GIẢM TÍNH BỀN

• Thêm ch t i n ly ấ đ ệ

• Thêm polymer

• Thêm keo trái d u ấ

• Thay th dung môi ế

• Thay đổ i nhi t ệ độ

• Đ ề i u ch nh pH c a môi tr ỉ ủ ườ ng

• Dùng dòng i n đ ệ

• D ướ i tác d ng c a dòng i n, h t keo b m t i n tích và keo t ụ ủ đ ệ ạ ị ấ đ ệ ụ

Thêm chất điện ly để hạt keo mất điện tích

• Thêm ch t làm b n ấ ề có kh n ng h p ph lên b m t keo, t ng tính ả ă ấ ụ ề ặ ă đồ ng nh t c a h keo ấ ủ ệ

• keo ưa lỏng

• chất hoạt động bề mặt

• dung môi thích hợp

• Ví d : ụ

• sơn, thuốc bôi, thuốc trừ sâu

• lớp tráng trên giấy ảnh/ phim

ĐỂ LÀM TĂNG TÍNH BỀN

VII SỰ TẠO

KẾT CẤU TRONG HỆ KEO

• KEO T C U TRÚC Ụ Ấ

• Khi t ng n ng ă ồ độ các h t keo: ạ

• Keo ưa lỏng

chuyển thành trạng thái GEL

• Keo kỵ lỏng bị

Keo tụ cấu trúc

• GEL: là tr ng thái l ng hóa r n, ạ ỏ ắ đượ ạ c t o thành t các h keo ho c dd cao phân t ừ ệ ặ ử

( đấ t sét, silicat …)

• TH CH: Ạ gel t o t dd cao phân t ạ ừ ử

(cao su, gelatin, h tinh b t …) ồ ộ

• Gel có c u trúc m ng không gian ch a ấ ạ ứ đự ng trong nó ph n còn l i c a ch t l ng sau khi hình thành m ng ầ ạ ủ ấ ỏ ạ

• Để ạ t o GEL: ph i có s b t ả ự ấ đố ứ i x ng, có ph n b solvat hóa m nh & y u ầ ị ạ ế

N +

Cetyl Trimethyl Ammonium Bromid

2 nm

Quy trình tổng hợp MCM-41

BÀI TẬP