Báo cáo hóa lý dược: Bài 6 Độ bền vững và sự keo tụ

Báo cáo hóa lý dược: Bài 6 Độ bền vững và sự keo tụBáo cáo hóa lý dược: Bài 6 Độ bền vững và sự keo tụBáo cáo hóa lý dược: Bài 6 Độ bền vững và sự keo tụBáo cáo hóa lý dược: Bài 6 Độ bền vững và sự keo tụBáo cáo hóa lý dược: Bài 6 Độ bền vững và sự keo tụ

BÀI 6

ĐỘ BỀN VỮNG VÀ SỰ KEO TỤ

MỤC TIÊU HỌC TẬP

NỘI DUNG MỤC TIÊU HỌC TẬP

 Trình bày và giải thích được độ bền động học, độ bền

tập hợp của hệ keo.

 Nêu và giải thích được nguyên nhân gây keo tụ.

 Trình bày được ảnh hưởng của điện tích ion, bán kính

ion tới sự keo tụ.

 Giải thích được hiện tượng keo tụ đặc biệt.

NỘI DUNG

ĐỘ BỀN VỮNG CỦA HỆ KEO

SỰ KEO TỤ

1 ĐỘ BỀN VỮNG CỦA HỆ KEO

- Là sự ổn định và sự bền vững tạm thời của hệ keo trong

một điều kiện nào đó

- Xét về mặt nhiệt động học thì hệ keo không bền do hệ keo có bề mặt phân cách pha lớn và có năng lượng tự do bề

mặt cao.

- Sự keo tụ không phải xảy ra ngay một lúc, mà diễn ra theo quá trình lâu dài nghĩa là hệ keo vẫn tồn tại trong một thời gian nào đó, lúc này hệ được coi là tạm bền

1 ĐỘ BỀN VỮNG CỦA HỆ KEO

- Độ bền của hệ keo là do độ bền động học và độ bền tập hợp quyết định

- Trong hệ keo, các tiểu phân hạt keo luôn chuyển động hỗn độn theo chuyển động Brown, sự va chạm này tạo điều kiện cho các hạt tập hợp lại thành hạt lớn và lắng xuống Như vậy sự tập hợp là nguyên nhân trực tiếp dẫn đến phá vỡ

độ bền

1.2 Độ bền tập hợp

- Độ bền tập hợp là quá trình tập hợp các hạt bé thành hạt lớn tách ra khỏi hệ

- Các tiểu phân hạt keo muốn keo tụ cần di chuyển đến gần và va chạm để kết hợp lại với nhau

- Khi các hạt keo tiến lại gần nhau có hai lực tương tác xuất hiện: đó là lực hút phân tử và lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt.

1.2 Độ bền tập hợp

a) Lực hút phân tử

- Là lực hút do tác động giữa khối lượng phân tử của các tiểu phân hạt keo tạo nên, lực hút này tỉ lệ nghịch

với khoảng cách x giữa hai hạt keo

- Lực hút phân tử được tính theo công thức

3

x const

H 

1.2 Độ bền tập hợp

b) Lực đẩy tĩnh điện

- Chỉ xuất hiện ở khoảng cách gần, khi lớp khuếch tán của các hạt keo bắt đầu xen phủ vào nhau, lực đẩy điện giảm dần theo khoảng cách càng xa

- Lực đẩy tĩnh điện phụ thuộc cả vào thế nhiệt động  o

và thế điện động học  của hệ keo Lực đẩy tĩnh điện phụ thuộc vào khoảng cách x theo hàm số mũ.

1.2 Độ bền tập hợp

b) Lực đẩy tĩnh điện

Công thức lực đẩy tĩnh điện

Đ = k.e -B.x

- k, B là những hằng số phụ thuộc vào bản chất hệ keo.

- Trong vật lý qui ước:

+ Lực đẩy tạo ra do những ion cùng dấu

+ Lực hút tạo ra do những ion trái dấu

1.2 Độ bền tập hợp

b) Lực đẩy tĩnh điện

 Gọi U là năng lượng tương tác : U = Đ – H

• Nếu U > 0 lực đẩy > hơn lực hút, hạt đẩy nhau.

• Nếu U < 0 lực đẩy > lực hút, hạt hút

- Khi các hạt va đập mạnh U > U max xảy ra va chạm hiệu quả, các hạt nhập lại thành hạt lớn.

1.2 Độ bền tập hợp

b) Lực đẩy tĩnh điện

 Vậy muốn cho hệ keo bền vững thì va chạm nhỏ và năng lượng tương tác va chạm phải nhỏ hơn U max.

1.3 Phương pháp làm cho hệ keo bền

Muốn làm cho hệ keo bền vững, tăng lực đẩy điện, làm giảm xác suất va chạm có hiệu quả của các hạt keo, cụ thể:

- Tạo cho bề mặt các hệ keo hấp phụ điện tích để có thế

0 và  lớn.

- Giữ cho hệ keo có nồng độ hạt nhỏ.

- Tạo bề mặt hạt keo hấp phụ chất bảo vệ, khiến bề mặt thấm ướt tốt.

- Chất bảo vệ thường dùng để hệ keo bền là chất hoạt

động bề mặt, dung dịch chất cao phân tử.

2 Sự keo tụ

 Keo tụ là quá trình các hạt keo sát nhập lại với nhau thành hạt lớn lắng xuống Khi các hạt chuyển lại gần nhau, khoảng cách x giảm dần thì năng lượng hút H tăng

 Tương quan giữa năng lượng đẩy và hút quyết định giá trị năng lượng tương tác

2 Sự keo tụ

 Khi U = U max nghĩa là hạt keo va chạm với năng lượng đủ lớn vượt qua thế năng tương tác, lúc đó lực hút thắng lực đẩy, các hạt nhập lại thành hạt lớn sa lắng xuống, sự keo

tụ đã xảy ra.

 Như vậy, những yếu tố làm giảm giá trị  0 và  đều có khả

năng gây keo tụ: Nồng độ các tiểu phân hạt, nhiệt độ, tác

động cơ học, sự hiện diện chất điện ly đều có khả năng dẫn đến keo tụ quan trọng nhất là sự keo tụ do chất điện ly

2.1 Keo tụ do chất điện ly

a Keo tụ do sự trung hòa điện tích

Là trường hợp chất điện ly thêm vào có khả năng làm giảm điện tích của lớp ion tạo thế  các ion điện ly có điện tích trái dấu, hấp phụ vào hạt keo, trung hoà một phần điện tích, điều này làm giảm thế 

Kết quả U max giảm , có khi U max → 0; các hạt keo đến gần nhau, U < 0 lực hút mạnh hơn lực đẩy và keo tụ xảy ra.

2.1 Keo tụ do chất điện ly

b Keo tụ do nồng độ chất điện ly

Khi thêm chất điện ly trơ vào hệ, chiều dày của lớp

khuếch tán  giảm , làm thế  giảm , như thế hệ keo dễ bị keo

tụ

Khi nồng độ C tăng thì thế  giảm , dẫn đến lực đẩy điện giảm , hạt keo dễ nhập lại với nhau gây keo tụ.

C Z

const

.2





2.1 Keo tụ do chất điện ly

c Ngưỡng keo tụ của chất điện ly

Là nồng độ tối thiểu của chất điện ly đủ để gây ra hiện

tượng keo tụ rõ rệt ký hiệu ,  là mol/lit

C: Nồng độ của dung dịch điện ly (mol/l)

V: thể tích của dung dịch chất điện ly (ml)

: thể tích của dung dịch keo (ml)

1000





2.1 Keo tụ do chất điện ly

c Ngưỡng keo tụ của chất điện ly

 Qui tắc Sunze Hardi

 Chỉ những ion điện tích trái dấu với điện tích hạt keo

mới có khả năng gây keo tụ Điện tích của ion gây keo tụ càng lớn thì khả năng gây keo tụ càng mạnh và ngưỡng keo tụ nhỏ.

2.1 Keo tụ do chất điện ly

c Ngưỡng keo tụ của chất điện ly

 Qui tắc Sunze Hardi

a: Hệ số phụ thuộc mỗi hệ keo

Z : điện tích của ion gây keo tụ

2.1 Keo tụ do chất điện ly

c Ngưỡng keo tụ của chất điện ly

VD 1: Viết công thức và sơ đồ cấu tạo của mixen keo được tạo thành khi cho Na2SO4 tác dụng với BaCl2 trong hai trường hợp

a Cho một lượng dư Na2SO4

b Cho một lượng dư BaCl2

c Các chất điện ly dưới đây gây keo tụ như thế nào đối với các dung dịch keo nói trên : Al(OH)3; Na3PO4

Giải

Phương trình phản ứng:

Na2SO4 + BaCl2 = 2NaCl + BaSO4

a Nếu dư Na2SO4 thì mixen keo có dạng

{mBaSO4 nSO42- (2n-x)Na + }.xNa +

 Đây là keo âm

b Nếu dư BaCl2 thì mixen keo có dạng

tụ Ion Al 3+ có bậc cao hơn so với ion Na +

Với hạt keo {mBaSO4.nBa 2+ (2n-x)Cl - }.xCl - thì chất gây keo tụ tốt nhất là

Na3PO4 vì đây là keo dương nên ion trái dấu với nó sẽ quyết định khả năng keo tụ Ion PO43- có bậc cao hơn so với ion OH -

2.1 Keo tụ do chất điện ly

c Ngưỡng keo tụ của chất điện ly

Giải

VD 2 :Xác định ngưỡng keo tụ của dung dịch điện ly

K2Cr2O7 nồng độ 0,01M đối với keo nhôm Biết rằng để

keo tụ 1 lít keo đó phải thêm vào một lượng chất điện ly là

2.1 Keo tụ do chất điện ly

d Ảnh hưởng bán kính ion chất điện ly

Khi keo tụ các hệ keo âm trong nước bằng các cation cùng điện tích, cation có bán kính càng lớn thì ngưỡng keo tụ càng nhỏ  Hiện tượng này là do ion có bán kính lớn được hấp thụ mạnh hơn ion có

-2.2 Một số hiện tượng keo tụ khác

a Keo tụ do thay đổi nhiệt độ

 Tăng nhiệt độ: hệ keo sẽ chuyển động Brown tăng lên Lúc

đó lớp điện ly hấp phụ và lớp phân tử chất bảo vệ giảm, làm cho xác suất va chạm giữa các hạt tăng có hiệu quả, điều này giúp sự keo tụ dễ xảy ra.

 Giảm nhiệt độ: để hệ kết tinh, dung môi kết tinh trước  Nồng độ hạt keo và nồng độ chất điện ly tăng  dễ keo tụ.

2.2 Một số hiện tượng keo tụ khác

b Keo tụ do tác động cơ học

- Một số trường hợp khi khuấy trộn mạnh cũng có thể gây keo tụ hệ keo.

- Thực nghiệm cho thấy sự khuấy trộn mạnh có thể làm

giảm liên kết giữa lớp phân tử bảo vệ với bề mặt hạt keo , các hạt keo dễ tác động với nhau, trong chừng mực nào

đó dễ gây keo tụ.

2.2 Một số hiện tượng keo tụ khác

c Keo tụ do hỗn hợp chất điện ly

Hiện tượng keo tụ kết hợp

Khả năng gây keo tụ của ion muối trong hỗn hợp vẫn giữ nguyên như khi chúng tác dụng riêng rẽ

Ví dụ: Hỗn hợp KCl + KNO 3 gây keo tụ dương (K + ),

Hỗn hợp NaCl + KCl tạo keo tụ âm (Cl - )

2.2 Một số hiện tượng keo tụ khác

c Keo tụ do hỗn hợp chất điện ly

Hiện tượng keo tụ cản trở

Hỗn hợp các ion keo tụ lấy phải nhiều hơn số lượng gây keo tụ riêng lẻ

Ví dụ: Khi dùng MgCl 2 để gây keo tụ keo As 2 S 3 , nếu có mặt muối LiCl thì ngưỡng keo tụ của MgCl 2 tăng 2-3 lần so với bình thường.

Cơ chế những hiện tượng này rất phức tạp và phụ thuộc nhiều yếu tố.

2.2 Một số hiện tượng keo tụ khác

d Keo tụ tương hỗ hai hệ keo

Là sự keo tụ khi trộn hai hệ keo tích có điện trái dấu vào nhau để có thể gây ra keo tụ

Ví dụ: trong nước phù sa có keo silic mang điện tích âm, khi xử lý nước bằng phèn là tạo keo dương Al(OH) 3 để gây

sự keo tụ phù sa có trong nước, điều này giúp nước trở nên trong hơn.