hóa học hệ phân tán đhsp

Phân loại theo tương tác hạt – môi trường Keo ưa lỏng: chất phân tán tương tác mạnh với dung môi: xà phòng, mũ cao su,… Keo kị lỏng: chất phân tán tương tác yếu với dung môi: sol bạc, so

4

Phân loại hệ phân tán theo kích thước

Hệ phân tán Kích thước hạt Đặc điểm

Dung dịch thực (a) d < 10 -7 cm Hệ đồng thể, bền

Dung dịch keo (b) 10 -7 cm < d < 10 -5 cm Hệ dị thể, không bền

Hệ phân tán thô (c) d > 10 -5 cm Hệ dị thể, không bền

Độ phân tán

Nghịch đảo của kích thước hạt (a):

Hệ có cùng kích thước hạt: đơn phân tán

Hệ có nhiều kích thước hạt: đa phân tán

Hạt kích thước phân tử

Keo (Colloid) = Hạt phân tán + môi trường + chất ổn định

Keo lỏng: hệ có môi trường phân tán là lỏng.

Phân loại theo tương tác hạt – môi trường

Keo ưa lỏng: chất phân tán tương tác mạnh với dung môi: xà

phòng, mũ cao su,…

Keo kị lỏng: chất phân tán tương tác yếu với dung môi: sol bạc,

sol vàng,…

16

Keo thuận nghịch: kết tủa khô (khi làm bay hơi dung môi) có thể

hòa tan tạo keo trở lại: geltalin-nước, cao su-benzene,…

Keo bất thuận nghịch: máu,sữa,…

Phân loại theo tương giữa các hạt

Hệ phân tán tự do:

- Các hạt tương tác với nhau rất yếu, chuyển động hỗn loạn

- Sol khí, sollỏng, huyền phù, nhũ tương rất loãng

18

Hệ phân tán liên kết:

- Các hạt liên kết tạo mạng lưới

- Gel: kem

Vai trò hệ phân tán trong đời sống

19

Phù sa Keo tụ hình thành châu thổ sông hồng

Đất là hệ keo phức tạp Đất sét

20

Thuốc dạng huyền phù Máu là hệ keo

Thuốc dạng nhũ tương Thuốc dạng gel

21

Áp dụng: Xác định độ phân tán của hê có hạt phân tán:

a có dạng khối lập phương với cạnh 10 -6 m

b có dạng khối cầu với đường kinh 10 -7 m

Áp dụng: Người ta nghiền 1kg than củi thành hạt có đường kính 0,8.10-4 m Khối

lượng riêng của than củi là 1,8.10 2 kg.m -3 Tính bề mặt tổng của than này ? (ĐS:

416,6 m 2 )

Áp dụng: Xác định số hạt được tạo thành khi phân tán 0,2 g thủy ngân thành các

hạt dạng khối cầu có đường kinh 8.10 -8 m Biết khối lượng riêng của thủy ngân

bằng 13,54 g.cm -3 (ĐS: 55.10 11 hạt)

22

Áp dụng: Bằng phương pháp siêu hiển vi trong thể tích 13,3.10-12 m 3 một keo khí

người ta đếm được 50 điểm nhấp nháy, mỗi điểm ứng với một hạt dầu Biết keo

có nồng độ khối lượng C = 25.10 -3 g/m 3 ; khối lượng riêng của dầu là 0,9.10 6 g/m3.

Hãy xác định bán kính trung bình của hạt dầu.

23

Tính chất động học hệ phân tán

24

Tương tác vật lý của chất phân tán trong dung môi

Các phân tử dung môi va chạm liên tục với hạt keo gây ra chuyển

động hỗn loạn của hạt keo

Nếu hạt tương đối lớn (5.10-6 m) thì chuyển động Brown sẽ biến

mất

27

Sự khuếch tán

Do chuyển động Brown các hạt keo sẽ khuếch tán ngẫu nhiên trong

dung dịch Kết quả sau một thời gian nồng độ hạt keo sẽ giống nhau

tại mọi điểm

28

Một số hiện tượng khuếch tán trong dược học

Mất khoảng 10 phút để dược chất thấm qua da

Khí: 10 cm/phút

Lỏng: 0,05 cm/phút

Rắn: 10-4 cm/phút

Sự sa lắng

Hạt có kích thước < 5.10-7 cm có trọng lượng nhỏ và do chuyển động

Brawn nên phân bố đồng đều trong toàn hệ

Hệ phân tán có kích thước > 5.10-5 cm không bền vững sa lắng

B B.u;

.v.g d

 d d  g 9η

x

x 9ηηl

0 1 2

B.u;

.x v.ω d

.x

Hạt thạch anh 10-5 cm sa lắng 1 cm mất 86 h

Trong máy ly tâm gia tốc 105g mất 3 s

Áp suất thẩm thấu của hệ keo

Thí nghiệm: dung dịch và dung môi nguyên chất được ngăn cách

với nhau qua màng bán thấm

34

 = C M RT

Do áp suất thẩm thấu các phân tử dung môi có xu hướng chuyển

từ dung dịch có nồng độ loãng sang dung dịch có nồng độ đặc

35

Do áp suất thẩm thấu chỉ phụ thuộc vào số lượng hạt (ở nhiệt độ

không đổi) nên áp suất thẩm thấu dung dịch keo rất nhỏ

 = CMRT

CM: số mol hạt keo/L

R: 0,082 atm.L.mol-1.K-1

36

Áp dụng: Huyền phù chứa 1 gam hemoglobin trong 1 lit nước có áp

suất thẩm thấu ở 250C bằng 3,6.10-4 atm Xác định khối lượng của

hạt hemoglobin? (ĐS: 1.10-19gam)

Áp dụng: Để xác định khối lượng phân tử của protein chống đông từ

một loài cá ở bắc cực, tiến hành đo áp suất thẩm thấu của dung dịch

chứa 13,2 mg protein/ml tại 10 0C, áp suất thẩm thấu đo được có giá

trị 21,2 mmHg Xác định khối lượng phân tử của protein? Biết 1 atm =

760 mmHg (M = 10981)

37

Tính chất quang học của hệ keo

38

Khi chiếu sáng, các hạt keo sẽ phân tán và hấp thụ ánh sáng.

Chỉ xét các hiệu ứng quang học do môi trường phân tán gây ra

39

Sự phân tán ánh sáng

Hiệu ứng Tyndall

Khi chiếu ánh sáng qua hệ keo thấy xuất hiện hình nón mờ đục

Ví dụ đèn pha công suất lớn chiếu lên bầu trời, tia nắng qua khe hẹp

vào trong phòng tối

40

Tia sáng khigặp những hạt phân tán xảy ra các hiệu ứng vật lý:

+ Kích thước của hạt > độ dài song: ánh sáng phản xạ trên bề mặt

hạt keo Nên các hệ phân tán thô luôn bị mờ đục

+ Kích thước hạt < độ dài sóng: nhiễu xạ, tia sáng bị lệch khỏi

phương truyền Hệ phân tán cao cho cảm giác trong, không đục

41

Phương trình Rayleigh về sự phân tán ánh sáng (1871):

Ipt: cường độ ánh sáng phân tán trong đơn vị thể tích

n1, n0: chiết suất của pha phân tán và môi trường phân tán

2 2

2 0

2 1

2 0

2 1 3

λ

C.ν 2n n

n n 24π

Do sự tán xạ của chất tan nên lớp nước sâu có màu xanh:

45

Ipttỉ lệ nghịch với bình phương thể tích hạt:

Dung dịch thực không có sự phân tán ánh sáng, nên trong suốt

Dung keo do sự phân tán ánh sáng nên có màu

Dung dịch phân tán thô xảy ra hiện tượng phản xạ nên hệ bị đục

46

Tính chất điện học của hệ keo

47

Hiện tượng điện di

Sự dịch chuyển hạt keo trong điện trường

48

Hiện tượng điện thẩm

Sự dịch chuyển của môi trường trong điện trường

50

Điện thế sa lắng

Thế xuất hiện khi hạt bị sa lắng

Điện thế chảy

Thế xuất hiện khi dung dịch keo chảy qua màng xốp

Điện di gel sử dụng trong phân tích DNA, protein, tìm vi sinh,

52

Một đặc tính quan trọng của hệ keo, là các hạt keo thường tích điện

Tùy theo dấu điện tích của hạt mà có 2 loại keo âm và keo dương

+ + + + +

+ + +

+ + + +

53

Nguyên nhân hạt keo bị tích điện

Trong dung môi phân cực hạt keo thường bị tích điện do sự hấp

phụ cạnh tranh các ion lên bề mặt

54Hạt keo dương

+ +

+

+

+ +

-

Cấu tạo lớp điện kép

55

Cấu tạo lớp điện kép

(a) mô hình Helmholtz, (b) mô hình Gouy-Chapman, và (c) mô hình

Stern

56

Mô hình Gouy-Chapman-Stern

57

Cấu tạo của mixen keo

Cấu tạo của keo AgI khi cho AgNO3(loãng) tácdụng KI dư

Nhân keo thường có cấu trúc tinh thể, không tan

AgI - - - -

-

- - - -

+ + + + +

+

+

+ +

+ +

Nhấn mixen lớp hấp phụ lớp khuếch tán

Ion keo

58

Áp dụng Viết công thức cấu tạo của các keo thu được dưới đây:

a CuCl2 tác dụng NaOH dư

b CuCl2dư tác dụng NaOH

c. Đun nóng dung dịch FeCl3

d BaCl2 tác dụng Na2SO4 dư

59

Áp dụng Trong 1 lít keo bạc có chứa 0,120 gam Ag Giả sử hạt keo có

dạng cầu với đường kính 5.10 -6 cm Khối lượng riêng của Ag là 1,05

gam.cm -3 Tính:

a Số hạt keo và nồng độ mol hạt của hệ

b Tổng diện tích bề mặt của hạt keo

60

Thế  và thế 

Từ tâm ra, điện tích giảm dần Ngay tại lớp khuếch tán gọi là thế

Zeta Khi và  thấp hạt keo sẽ dễ bị keo tụ

Bề dày của lớp kép cũng ảnh hưởng mạnh đến sự keo tụ 61

Các yếu tố ảnh hưởng đến thế điện động của hạt keo

Ảnh hưởng của chất điện li

62

Ảnh hưởng của chất điện li trơ

Chất điện li trơ: không chứa ion cấu tạo nhân keo

Làm giảm thế : trung hòa ion tạo thế, giảm chiều dày lớp khuếch tán,

ion điện tích càng lớn thế  giảm càng mạnh

-

- - - -

+ + + + +

+

+

+ +

+ +

Nhân Ion QĐTH Lớp hấp phụ Lớp khuếch tán

I

-K +

+

-Ảnh hưởng của pha loãng

Thông thường làm lớp khuếch tán dãn ra, làm  tăng

Nếu xảy ra sự phản hấp phụ ion QĐT, làm  giảm

65

AgI

- - -

- - - -

+ + + + +

+

+

+ +

+ +

Nhân Ion QĐTH Lớp hấp phụ Lớp khuếch tán

I

-K +

+

-Ảnh hưởng của nhiệt độ

Thông thường làm lớp khuếch tán dãn ra, làm  tăng

Nếu xảy ra sự phản hấp phụ ion QĐT, làm  giảm

66

AgI - - - -

-

- - - -

+ + + + +

+

+

+ +

+ +

Nhân Ion QĐTH Lớp hấp phụ Lớp khuếch tán

I

-K +

+

-Ảnh hưởng của môi trường phân tán

Độ phân cực của môi trường càng lớn thì  càng lớn

67

AgI - - - -

-

- - - -

+ + + + +

+

+

+ +

+ +

Nhân Ion QĐTH Lớp hấp phụ Lớp khuếch tán

I

-K +

+

-Điều chế và tinh chế keo

68

Nguyên tắt chung

Pha phân tán tan không đáng kể trong môi trường phân tán

Cómặt chất làm bền để các hạt keo không liên kết lại

Colloid

69

Phương pháp phân tán

Phân tán bằng cơ học, sóng siêu âm, hồ quang điện

Môi trường phân tán chứa chất

làm bền

70

Phương pháp phân tán bằng keo tán

Bằng cách rửa kết tủa: khi rửa kết tủa, một phần kế tủa có thể

Bằng chất hoạt động bề mặt: chất HĐBM hấp phụ lên hạt keo tạo

điện tích hay tạo lớp vỏ solvat hóa bền vững ngăn keo tụ

72

Phương pháp ngưng tụ

Các phân tử, nguyên tử hay ion ngưng tụ thành các hạt keo

Dùng dung dịch quá bão hòa và giữ cho hạt ngưng tụ không vượt

quá kíchthước giới hạn

Dung dịch phân tử

73

Lý thuyết ngưng tụ tạo keo

Giai đoạn tạo mầm:

Tốc độ tạo mầm tỉ lệ với nồng độ quá bão hòa

Càng quá bão hòa, hạt keo thu được có kích thước càng nhỏ

b

b q

CCk

74

• Quá trình tạo mầm chỉ hiệu quả trong dung dịch rất bão hòa

• Nhân kết tinh thường là các hạt bụi cực nhỏ, hay vết xước của

 : chiều dày từ Cbở bề mặt đến Cqtrong dung dịch

Để thu được hạt keo nhỏ, đơn phân tán thì V1phải lớn và V2phải nhỏ

Điều khiển quá trình kết tinh bằng cách đưa mầm từ bên ngoài hoặc dùng chất ức chế

) C (C δ

D.S

V2  q  b

76

Ngưng tụ trực tiếp

Cho phahơi đi vào môi trường lạnh đột ngột có chứa chất ổn định

Sol Hg, Se, Te khi cho hơi các nguyên tố này vào nước lạnh

Dùng hồ quang điều chế sol Cu, Ag, Au, Pt trong môi trường nước,

rượu,…

Pha hơi

Môi trường lạnh Sol

78

Thay thế dung môi

Dựa vào độ tan khác nhau của chất tan trong các dung môi

Colofan hoặc lưu huỳnh là những chất tan trong rượu nhưng không tan

trong nước Nếu lấy một ít dung dịch các chất trên ở trong rượu cho vào

một lượng lớn nước, do tính không tan trong nước colofan hoặc lưu huỳnh

sẽ ngưng tụ lại thành các hạt sol.

79

Dùng phản ứng hóa học

Phản ứng hóa học tạo ra kết tủa dưới dạng hạt keo khi đáp ứng điều

kiện: nồng độ, thứ tự trộn lẫn, nhiệt độ và chất ổn định keo

Dung dịch A Dung dịch B Kết tủa dạng keo

80

Phản ứng trao đổi: thường điều chế sol sunfua, iodua, asen sunfua,

2H3AsO3 + 3H2S As2S3+ 6H2OPhản ứng khử: điều chế sol vàng,

2HAuCl4 + H2O2 2Au + 8HCl + 3O2Phản ứng thủy phân: sol Fe(OH)3,

FeCl3+ 3H2O  Fe(OH)3 + 3HClCác keo ghét lưu dễ keo tụ Tăng độ bền vững của sol bằng cách

thêm chất bảo vệ hạt keo, thường là chất điện li

81

Keo bạc Keo vàng Keo Fe(OH)3

82

Tinh chế dung dịch keo

Dung dịch keo thường lẫn các chất phân tử lượng thấp

Thẩm tích

Dung dịch keo bọc trong màng bán thấm được nhúng vào dung môi

Các chất phân tử có phân tử lượng thấp sẽ đi qua màng bán thấm

83

Quá trình lọc máu bằng thẩm tích

84

Hệ thống lọc nước biển thành nước ngọt Máy lọc nước gia đình

87

Áp dụng: Hệ keo AgI sau khi điều chế có nồng độ KNO3là 5.10 -2 mol/L Quá trình làm

sạch bằng thẩm tích thường cứ mỗi giờ loại bỏ được bình quân 5.10 -4 mol/L còn điện

thẩm tích mỗi giờ loại bỏ được 2,5.10 -2 mol/L Tính thời gian cần thiết để loại bỏ được

95% lượng KNO3 có trong 1 lít dung dịch keo bằng hai phương pháp và so sánh hiệu

quả giữa hai phương pháp.

88

Độ bền vững và sự keo tụ

89

Hệ keo càng bền khi duy trì được sự phân tán lâu theo thời gian

Hệ keo có diện tích bề mặt lớn nên không bền, các hạt có xu hướng

kết tụ lại và bị sa lắng

Sự sa lắng

+ + + + +

+ +

+ + + + +

+ +

+ +

P

F đẩy

F AC

Các hạt keo chuyển động Brown và liên tục va chạm.

Những va chạm có năng lượng đủ lớn mới kết dính các hạt lại

Chất ổn định hấp phụ lên bề mặt làm giảm khả năng kết dính

Để làm bền hệ keo: tăng , , giữ cho nồng độ keo luôn thấp, hấp

phụ chất bảo vệ lên bề mặt hạt keo,

+ + +

+ +

+ +

+ + + + +

+ +

91

92

Keo tụ bằng chất điện li

Chất điện li làm giảm 

Ion gây keo tụ có điện tích ngược dấu với hạt keo

Ion hóa trị càng cao gây keo tụ càng mạnh

93

Ngưỡng keo tụ (mmol/l)

Nồng độ tối thiểu làm sol keo tụ với tốc độ nhất định

Phương trình Deryagin – Landau:

6 6

6 2

5

Z

const Z

.e A

Ngưỡng keo tụ nhũ tương polystyrene bởi chất điện ly

95

Ngưỡng keo tụ, mol/l 0,47 8,8.10-3 6.10-4

Áp dụng: Ngưỡng keo tụ của dung dịch Al2(SO4)3đối với keo As2S3là  = 96.10 -6 mol/L.

Cần bao nhiêu ml dung dịch Al2(SO4)3 0,01 mol/L để gây keo tụ 0,1 m 3 dung dịch keo

As2S3? (ĐS: 969,3 ml)

Áp dụng: Keo sắt Fe(OH)3 được điều chế bằng cách thủy phân không hoàn toàn FeCl3.

Các chất điện li (cùng nồng độ) dưới đây có tác dụng keo tụ keo Fe(OH)3mạnh nhất ?

Keo tụ bằng các yếu tố vật lý

Keo tụ tự phát: theo thời gian hệ keo có thể tự keo tụ

Keo tụ do tác đông cơ học: khuấy trộn, rung động mạnh,

Keo tụ do cô đặc, làm lạnh

97

98

Các hiện tượng bề mặt

Các hiện tượng bề mặt

Các phân tử trên bề mặt không được bão hòa liên kết, có những

tính chất vật lý khác với các phân tử dưới bề mặt

100

Sức căng bề mặt

Các phân tử ở bề mặt bị các phân tử bên trong kéo vào trong

Do sức căng bề mặt nên ở trạng thái rơi giọt chất lỏng có dạng cầu

Do sức căng bề mặt chất lỏng có xu hướng giảm diện tích mặt ngoài

Chất HĐBM làm giảm mạnh SCBM của nước, vì vậy xà phòng làm

nước dễ ngấm vào bên trong sợi vải hơn

102SCBMphụ thuộc mạnh vào nhiệt độ

Nước nóng làm sợi vải nhanh thấm nước hơn

Hiện tượng dính ướt

Nếu lực tương tác chất lỏng – chất lỏng lớn hơn chất lỏng – chất

rắn, chất lỏng không bị thấm ướt Ngược lại chất lỏng bị thấm ướt

104

Bề mặt tự làm sạch

Bề mặt tự làm sạch

106

Hiện tượng mao dẫn

Kết quả của sự tương tác giữa lực bám dính và lực liên kết liên phân

tử

Chất hoạt động bề mặt

Có độ tan nhỏ, có khả năng tích tụ lại trên bề mặt làm giảm sức

căng bề mặt của dung dịch

108 chemmvb@gmail.com

Các dạng micelle của chất HĐBM trong dung dịch

Tùy theo nồng độ, chất HĐBM sẽ kết tụ thành các dạng micelle

khác nhau trong dung dịch

110 Chất HĐBM được sử dụng làm chất định hướng cấu trúc

Cơ chế tẩy rửa của chất HĐBM

113

114

Độ hoạt động bề mặt – Qui tắc Traube

Độ hoạt động bề mặt tang từ 3-3,5 lần khi tang thêm 1 nhóm CH2

Được ứng dụng để tổng hợp chất HĐBM

Hấp phụ trên bề mặt chất rắn

116

Hấp phụ (adsorption)

Quá trình tập trung các phân tử chất rắn, lỏng, khí, chất hòa tan lên

bề mặt phân chia pha

Hệ keo có bề mặt riêng lớn, nên có khả năng hấp thu rất mạnh

118

Hấp phụ vật lý

 Lực Van Der Waals

 Thuận nghịch, nhiệt hấp phụ nhỏ (2-10 kcal/mol)

 Xảy ra ở nhiệt độ thấp

VDhấp phụ của than hoạt tính, chất có diện tích bề mặt lớn

Hấp phụ hóa học

 Lực hóa học

 Bất thuận nghịch, nhiệt hấp phụ lớn (10-200 kcal/mol)

 Xảy ra ở nhiệt độ cao

k.p x/m

cb

k.C x/m

AD. Độ hấp phụ của axit acetic trong dung dịch lên bề mặt than hoạt

tính ở 250C phụ thuộc vào nồng độ axit cân bằng như sau:

Xác định phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich

121

C eq , mol/l 0,10 0,5 1,0 1,5

q, g/g 0,06 0,12 0,16 0,19

122

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir (1916)

-Tiểu phân bị hấp phụ trên bề mặt tại các trung tâm xác định

-Mỗi trung tâm chỉ hấp phụ 1 tiểu phân

-Bề mặt hấp phụ là đồng nhất, đơn lớp và có cân bằng

A + S  SA

max eq

eq.qK.P1

K.Pq





eq max q).P(q

q[S][A]

eq

.qK.P

Hấp phụ chất khí:

max eq

eq.vK.P

eq.qK.C

Tính diện tích bề mặt riêng chất hấp phụ

.vv

1b.v

1v

P

max max

Am: tiết diện chiếm bởi 1 phân tử

AD. Thể tích khí H2 hấp phụ trên bột Cu kim loại ở 250C phụ thuộc

vào áp suất như sau:

Chứng minh quá trình hấp phụ tuân theo phương trình hấp phụ

Langmuir

126

V, cm 3 0,163 0,221 0,321 0,411

AD. Thể tích CO hấp phụ trên mica ở 90K phụ thuộc áp suất như

p C V

1

C C V

1 p)

m

p CV

1

C.CV

1p)

132

Xác định diện tích bề mặt riêng từ phương trình BET

0 m

m

p CV

1

C.CV

1p)

n  m

Am: tiết diện chiếm bởi 1 phân tử

AD. Thể tích hơi butane bị hấp phụ trên 1,876 gam xúc tác rắn phụ

thuộc áp suất butan như sau:

P là áp suất của butane, V là thể tích của butane bị hấp phụ (qui về

00C và 760mmHg)

Biết áp suất hơi bão hòa của butane ở 00C là 774,4 mmHg và diện

tích tiết diện của một phân tử butane là 44,6A2 Tính diện tích bề mặt

riêng của xúc tác theo phương pháp BET

134

P, mmHg 56,39 89,47 125,22 156,61 179,30 187,4

6

V, ml 17,09 20,62 23,74 26,09 27,77 28,30