GIÁO TRÌNH HÓA LÝ 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG GIÁO TRÌNH HĨA LÝ ThS Đỗ Đặng Thuận Tháng 08/2017 MỤC LỤC Phần I: ĐỘNG HÓA HỌC Chương 1: NHỮNG KHÁI NIỆM, ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA ĐỘNG HÓA HỌC 1.1 Khái niệm đối tượng động hóa học 1.2 Tốc độ phản ứng hóa học 1.2.1 Một số khái niệm liên quan tới phản ứng hóa học 1.2.2 Tốc độ phản ứng hóa học 1.2.3 Cơ chế phản ứng 1.3 Định luật động hóa học định luật tác dụng khối lượng Chương 2: ÁP DỤNG ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA ĐỘNG HỌC CHO CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN 2.1 Phản ứng bậc 11 2.2 Phản ứng bậc hai 12 2.3 Phản ứng bậc ba 15 2.4 Các phương pháp đo tốc độ phản ứng xác định bậc phản ứng 17 2.4.1 Đo tốc độ phản ứng 17 2.4.2 Xác định bậc phản ứng 17 Chương 3: ÁP DỤNG ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA ĐỘNG HỌC CHO PHẢN ỨNG PHỨC TẠP 3.1 Phản ứng thuận nghịch 20 3.2 Phản ứng song song 22 3.3 Phản ứng nối tiếp 25 Chương 4: ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG NĂNG LƯỢNG HOẠT ĐỘNG HOÁ 4.1 Quy tắc kinh nghiệm ảnh hưởng nhiệt độ đến tốc độ phản ứng 42 4.2 Phương trình Arrhenius 42 4.3 Phương pháp xác định lượng hoạt động hóa 43 4.4 Ý nghĩa lượng hoạt động hoá 45 4.5 Các thuyết động học phản ứng đồng thể 46 4.5.1 Thuyết va chạm hoạt động 46 4.5.2 Thuyết hợp chất trung gian 47 4.6 Phản ứng quang hoá 52 4.7 Phản ứng dây chuyền 56 Chương 5: ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN ỨNG DỊ THỂ 5.1 Giới thiệu khái quát phản ứng dị thể 61 5.2 Các trình phản ứng dị thể 61 5.2.1 Sự khuếch tán 61 5.2.2 Định luật Fick thứ 61 5.2.3 Định luật Fick 62 5.3 Động học số phản ứng dị thể thường gặp 62 5.3.1 Động học phản ứng bề mặt 62 5.3.2 Các miền phản ứng 63 5.4 Động học phản ứng xúc tác 63 5.4.1 Động học phản ứng xúc tác khí - rắn 63 5.4.2 Phản ứng xúc tác lỏng – rắn 65 5.4.3 Động học q trình hồ tan 66 5.4.4 Động học trình kết tinh 67 Chương 6: PHẢN ỨNG XÚC TÁC 6.1 Các khái niệm bản, phân loại trình xúc tác 70 6.2 Đặc tính chung tác dụng xúc tác 70 6.2.1 Sự tương tác chất xúc tác với chất phản ứng làm giảm lượng hoạt động hóa phản ứng 70 6.2.2 Tính chất chọn lọc xúc tác 71 6.2.3 Quan hệ xúc tác cân nhiệt động học 72 6.2.4 Ảnh hưởng điều kiện bên lên xúc tác 72 6.3 Phản ứng xúc tác đồng thể 72 6.3.1 Nét đặc trưng phản ứng xúc tác đồng thể 73 6.3.2 Xúc tác acid, base dung dịch nước 74 6.3.3 Hàm số độ acid 78 6.4 Xúc tác dị thể 80 6.4.1 Chất xúc tác tính chất 80 6.4.2 Sự khuếch tán 81 6.4.3 Sự hấp phụ hoạt hóa 83 6.4.4 Tốc độ phản ứng xúc tác dị thể Định luật tác dụng bề mặt 84 6.4.5 Năng lượng hoạt hóa phản ứng xúc tác dị thể 86 6.5 Các thuyết phản ứng xúc tác dị thể 88 6.5.1 Các trung tâm hoạt động xúc tác dị thể 88 6.5.2 Thuyết đa vị Balandin 90 6.5.3 Thuyết tập đoàn hoạt động Kobozev 93 6.5.4 Thuyết điện tử 94 6.6 Các chất xúc tác rắn sử dụng công nghiệp 95 6.6.1 Các axit mạnh 95 6.6.2 Xúc tác zeolit 96 Phần II: ĐIỆN HÓA HỌC Chương 7: DUNG DỊCH ĐIỆN LY 7.1 Tính chất dẫn điện dung dịch chất điện ly 98 7.1.1 Các loại dây dẫn 98 7.1.2 Độ dẫn điện dung dịch điện ly 99 7.1.3 Chất điện ly 108 7.2 Linh độ ion - vận chuyển Ion 102 7.2.1 Định luật chuyển động độc lập ion Kohlraush 102 7.2.2 Số chuyển vận ion 103 7.2.3 Dung dịch chất điện ly mạnh 104 Chương 8: ĐIỆN CỰC VÀ PIN 8.1 Điện cực 106 8.1.1 Cơ chế xuất điện điện cực 106 8.1.2 Phân loại điện cực 107 8.1.3 Điện cực oxy hóa khử 108 8.1.4 Sự phụ thuộc điện cực vào nồng độ dung dịch 108 8.1.5 Áp dụng phương trình NERST ứng dụng cho điện cực 108 8.2 Pin hóa học 110 8.2.1 Sức điện động pin 111 8.2.2 Tính chất nhiệt động hệ pin 111 8.3 Pin nồng độ 112 8.4 Các nguồn điện hóa khác 113 8.4.1 Ắc quy 113 8.4.2 Pin nhiên liệu 114 Chương 9: ĐỘNG HỌC CÁC QUÁ TRÌNH ĐIỆN CỰC 9.1 Động học phản ứng điện hoá 116 9.1.1 Các định nghĩa 116 9.1.2 Tốc độ phản ứng điện hóa 117 9.2 Quá - phân cực 118 9.2.1 Quá chuyển pha 119 9.2.2 Quá diện hóa 119 9.3 Một số ứng dụng vế động học trình điện cực 120 9.3.1 Điện phân 120 9.3.2 Ăn mòn điện hoá 120 Phần III: HÓA KEO Chương 10: HÓA KEO - DUNG DỊCH KEO 10.1 Một số khái niệm 123 10.1.1 Hệ phân tán 123 10.1.2 Cấu tạo hạt keo 124 10.1.3 Điều chế làm dung dịch keo 125 10.2 Các tính chất dung dịch keo 128 10.2.1 Tính chất động học-phân tử dung dịch keo 128 10.2.2 Tính chất quang học dung dịch keo 128 10.2.3 Tính chất điện tích dung dịch keo 129 10.2.4 Sự keo tụ dung dịch keo 130 Chương 11: HOÁ KEO CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT 11.1 Chất hoạt động bề mặt 131 11.1.1 Giới thiệu chất hoạt động bề mặt 131 11.1 Phân loại chất hoạt động bề mặt – Một số chất hoạt động bề mặt dạng polymer133 11.1.3.Một số ứng dụng chất hoạt động bề mặt 134 11.2 Các tính chất chất hoạt động bề mặt 134 11.3 Ứng dụng chất hoạt động bề mặt 134 Phần I: ĐỘNG HÓA HỌC Chương 1: NHỮNG KHÁI NIỆM, ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA ĐỘNG HÓA HỌC KHÁI NIỆM VÀ ĐỐI TƯỢNG CỦA ĐỘNG HĨA HỌC 1.1 Động hóa học ngành Hoá lý chuyên nghiên cứu tốc chế phản ứng yếu tố có ảnh hưởng đến tốc độ chế phản ứng Khác với nhiệt động hóa học nghiên cứu hệ phản ứng trang thái đầu trang thái cuối q trình cịn động hóa học sâu nghiên cứu chế tốc độ q trình phản ứng hố học Động hóa học có giá trị lớn phương diện lý thuyết lẫn thực tiễn Động hóa học ngày sâu nghiên cứu chế quy luật đặc trưng phản ứng hóa học Tóm lại, động hóa học phân thành hai phận: - Mơ tả tốn học hình thức tốc độ phản ứng dựa vào định luật sở động hóa học, khơng tính đến chế tương tác Bộ phận gọi động học hình thức hay qui luật sở động hóa học - Động học phân tử nghiên cứu chuyển biến hóa học sở số liệu phân tử, tức học thuyết chế tương tác hóa học Ngồi ra, phần khảo sát để tìm hiểu chất q trình hóa học với có mặt chất xúc tác Điều cho phép tính tốn chế độ làm việc tối ưu trình sản xuất sáng tạo công nghệ với suất chất lượng sản phẩm tốt 1.2 TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HÓA HỌC 1.2.1 Một số khái niệm liên quan tới phản ứng hóa học Hệ số tỷ lượng phản ứng hóa học: số số nguyên tử, phân tử ion chất tham gia tương tác ghi phương trình phản ứng hóa học Ví dụ: 2KClO3  3O2 + 2KCl Hệ số tỷ lượng: KClO3, O2, KCl tương ứng 2, 3, Phản ứng đơn giản: phản ứng xảy giai đoạn Phản ứng phức tạp: phản ứng xảy qua nhiều giai đoạn Ví dụ: 2N2O5 = 4NO2 + O2 phản ứng phức tạp phản ứng diễn gồm giai đoạn nối tiếp nhau: N2O5 = N2O3 + O2 N2O5 + N2O3 = 4NO2 Mỗi giai đoạn gọi phản ứng sơ cấp hay gọi tác dụng phản ứng hoá học Tập hợp phản ứng sơ cấp xảy phản ứng phức tạp cho biết cách thức diễn phản ứng gọi chế phản ứng hoá học Đa số phản ứng diễn theo chế phức tạp Phản ứng phức tạp gồm nhiều giai đoạn nối tiếp nhau, tốc độ phản ứng xác định dựa vào giai đoạn chậm Giai đoạn gọi tác dụng định tốc độ phản ứng hoá học Phân tử số: số phân tử tham gia vào phản ứng sơ cấp Người ta phân biệt phản ứng đơn phân tử, lưỡng phân tử tam phân tử Phản ứng đơn phân tử: phản ứng q trình biến hóa phân tử Ví dụ: Phản ứng phân huỷ I2 N2O: I2 = 2I N2O = N2 + O Phản ứng lưỡng phân tử: phản ứng mà q trình thực nhờ va chạm hai phân tử (cùng loại khác loại) Ví dụ: Phản ứng phân huỷ HI thành I2 H2 : 2HI = I2 + H2 Hay NO + O3 = NO2 + O2 Trong thục tế phản ứng có phân tử số lớn gặp xác xuất va chạm đồng thời nhiều tiểu phân tử vô bé Bậc phản ứng tổng số mũ nồng độ chất tham gia phản ứng ghi biểu thức tốc độ phản ứng Nếu tổng số mũ người ta nói phản ứng bậc một, hai người ta nói phản ứng bậc … - Đối với phản ứng xảy giai đoạn bậc phản ứng phân tử số hệ số hợp thức chất tham gia phản ứng - Bậc phản ứng thay đổi tuỳ theo điều kiện phản ứng phân tử số khơng thay đổi - Các phản ứng nhiệt phân, phân huỷ phóng xạ, phản ứng chuyển vị đồng phân, nhiều phản ứng hai phân tử diễn điều kiện nồng độ hai chất giữ không đổi cho phản ứng bậc - Đối với phản ứng phức tạp nhiều giai đoạn nối tiếp nhau, bậc phản ứng định giai đoạn chậm nhất, nên bậc phản ứng không trùng với phân tử số Phản ứng đồng thể, phản ứng dị thể, đồng pha, dị pha Phản ứng đồng thể: phản ứng diễn tồn thể tích pha Phản ứng dị thể: phản ứng diễn bề mặt phân chia pha khơng diễn tồn thể tích pha hệ dị thể Phản ứng đồng thể diễn pha khí, pha lỏng khơng diễn pha rắn Cũng có trường hợp phản ứng phức tạp đồng thể giai đoạn dị thể giai đoạn khác phản ứng gọi đồng thể – dị thể Ví dụ: Trộn ion Cl- với dung dịch AgNO3, phản ứng thực tế chiều: Cl- + Ag+ = AgCl (khó tan) Tuy hệ dị thể, đầu 1pha, sau pha, phản ứng đồng thể, diễn dung dịch không diễn bề mặt phân chia, người ta gọi phản ứng loại phản ứng đồng pha, dị thể Phản ứng Ba2+ với SO42- phản ứng khí NH3 với khí HCl thuộc loại phản ứng đồng pha dị thể Phản ứng Zn với dung dịch axit HCl giải phóng H2 phản ứng dị thể, dị pha Phản ứng tổng hợp khí HI từ H2 khí I2 hay phản ứng trung hoà dung dịch axit dung dịch bazơ tạo thành nước muối tan thuộc loại phản ứng đồng thể đồng pha 1.2.2 Tốc độ phản ứng hóa học Tốc độ phản ứng hóa học hỗn hợp khí dung dịch xác định biến thiên lượng chất (chất phản ứng sản phẩm) đơn vị thể tích sau đơn vị thời gian Biến thiên lượng chất hệ đơn vị thời gian biểu diễn dNi , dt Ni số mol chất i; t thời gian Nếu gọi thể tích hệ V tốc độ tức thời(*) biểu thị quan hệ sau: W= ±  dNi V dt (1.4) dấu “+” i sản phẩm phản ứng, dấu “-” i chất tham gia N phản ứng Nếu điều kiện V = const i = Ci , W biểu diễn sau: V  dCi  (1.5) W=±  dt   V  Phương trình (1.5) hồn tồn phản ứng dung dịch, cịn phản ứng có tham gia chất khí sử dụng điều kiện quan hệ đóng (khơng phải dịng chảy) Trường hợp chung, với thể tích khơng đổi sử dụng phương trình tổng (*) Để phân biệt với tốc độ trung bình   quát: W=±   dCi  (1.6)   dt    Công thức (1.4) (1.5) khơng hồn tồn đơn trị biến thiên nồng độ chất khác khác nhau, tùy thuộc vào hệ số tỷ lượng Ví dụ phản ứng: N2 + 3H2 → 2NH3 biến thiên nồng độ H2 gấp lần biến thiên nồng độ N2 gấp 1,5 lần biến thiên nồng độ NH3 Sự khơng đơn trị nói loại trừ, biểu thức tính tốc độ phản ứng biến thiên nồng độ chia cho hệ số tỉ lượng tương ứng, cụ thể sau: dCN2 dCH2 dCNH3 W=== dt dt dt Tổng qt, phản ứng hóa học mơ tả phương trình tỉ lượng: ν1A1 + ν2A2 = ν'1A1' + ν'2A' Vậy biểu thức quan hệ tốc độ phản ứng có dạng sau: dCA1 ν1 dCA2 ν1 dCA1 ν1 dCA' W=== = ν2 dt dt ν1' dt ν2 (1.7) dt Biểu thức (1.7) khác (1.5) (1.6) thừa số cố định ν1 νi νk , Trong thực tế người ta dùng rộng rãi biểu thức (1.6) 1.2.3 Cơ chế phản ứng Thơng thường phản ứng hóa học khơng xảy theo đường tương tác đơn giản phân tử chất tham gia phản ứng chuyển trực tiếp thành phân tử sản phẩm Đa số phản ứng diễn theo số giai đoạn Ví dụ: Phản ứng oxy hóa ion sắt II (Fe2+) phân tử oxy dung dịch axit Phương trình hợp thức (hay cịn gọi phương trình tỉ lượng) phản ứng mơ tả dạng sau: 4Fe2+ + 4H+ + O2  4Fe3+ + 2H2O Nhưng q trình khơng thể diễn đường tác dụng trực tiếp ion Fe2+, ion H+ phân tử O2 Lý trước hết có khả để phần tử va chạm đồng thời Kê đến hầu hết phân tử mang điện tích dương đẩy nên khó tiến gần đến Ngày người ta hình dung q trình diễn theo loạt giai đoạn: Fe2+ + O2  Fe3+ + O21 Chương 10: HÓA KEO - DUNG DỊCH KEO 10.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 10.1.1 Hệ phân tán Hệ phân tán hệ bao gồm môi trường liên tục tiểu phân có kích thước nhỏ phân tán mơi trường Mơi trường phân tán Pha phân tán Khí Khí Lỏng Lỏng Sol khí (Sương mù, Mây) Bọt Nhũ tương Rắn Sol khí (Khói, bụi) Huyền phù dung dịch keo Rắn Đá xốp, thuỷ tinh Thuỷ tinh màu xốp Bảng 10.1 Các hệ phân tán Đặc điểm quan trọng hệ phân tán độ phân tán (D) đại lượng nghịch đảo kích thước hạt Nếu hạt hình cầu có đường kính d D = 1/d D tăng bề mặt riêng hệ tăng đáng kể Bảng 10.2 Bảng đặc điểm hệ phân tán 116 10.1.2 Cấu tạo hệ keo Bề mặt hạt keo luôn tích điện Một mixen bao gồm: - Nhân: tạo tổ hợp m phân tử hay nguyên tử Nhân có cấu trúc tinh thể khơng tan mơi trường phân tán Trên bề mặt nhân, có ion dung dịch bị hấp phụ gọi ion tạo - Xung quanh nhân có chất lỏng môi trường phân tán gọi lớp Stern gọi bề mặt trượt - Một số ion ion tạo gọi khuyết tán tạo nên điện zeta bề mặt trượt Các hệ keo SiO2, nước hình thành nhóm bề mặt SiOH Khi pH > 2, thường phân ly: SiOH  SiO- + H+ I: Nhân có điện tích bề mặt II: lớp Stern III: Lớp khuếch tán IV: Dung dịch cân ion Ở bề mặt hạt keo ln tồn  Tính chất bền vững hệ keo tùy thuộc  Hình 10.1 Cấu tạo hệ keo 117 10.1.3 Điều chế làm dung dịch keo Dung dịch keo có độ phân tán nằm hệ phân tán phân tử (dung dịch thật) phân tán thô Phương pháp ngưng tụ: Phương pháp kết tinh từ dung dịch thực bão hoà thành mầm tinh thể có kích thước tương ứng với kích thước hạt keo Phương pháp phân tán: phân chia hạt đến kích thước cực nhỏ Dung dịch keo có độ phân tán nằm hệ phân tán phân tử (dung dịch thật) phân tán thô Hình 10.2 Các phương pháp điều chế dung dịch keo 118 10.1.3.1 Phương pháp phân tán - Phương pháp học: Nghiền (thường sử dụng dạng huyền phù thô) Để giảm độ cứng vật liệu, thêm chất giảm độ cứng chất ổn định Hình 10.3 Chế tạo hạt keo phương pháp phân tán [2] - Phương pháp sử dụng lượng điện: thực phóng điện qua hai điện cực làm chất phân tán, nhúng mơi trường phân tán Thí dụ điều chế sol vàng mơi trường axit hố Hình 10.4 Chế tạo hạt keo phương pháp sử dụng lượng điện [2] - Phương pháp siêu âm: thực mơi trường sóng siêu âm có tần số 105 106 Hz Phương pháp phổ biến để chế tạo hệ keo Ví dụ: Vàng kim loại bay từ bề mặt điện cực dạng nguyên tử vàng riêng rẽ, sau ngưng tụ thành hạt keo vàng Trên bề mặt nhân keo hình thành axit HAuCl Hệ keo làm phương pháp màng bán thấm 119 10.1.3.2 Phương pháp ngưng tụ * Phương pháp ngưng tụ phản ứng hoá học: Dựa phản ứng tạo hợp chất khó tan Ví dụ chế tạo hạt keo AgI * Phương pháp ngưng tụ hơi: Chế tạo hệ sol hữu - kim loại * Phương pháp thay dung môi: thêm vào dung dịch thực thể tích tương đối lớn chất lỏng khác Chất lỏng dung mơi khó tan chất tan không tan dung môi dung dịch trên, hình thành dung dịch bão hồ chất tan dung mơi mới, chất tan bắt đầu ngưng tụ thành dung dịch keo 10.2 CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA HỆ KEO 10.2.1 Tính chất động học - phân tử hệ keo - Sự khuyếch tán chuyển động Brown Tốc độ chuyển động hệ keo sol trạng thái bền vững nhỏ nhiều so với tốc độ chuyển động phân tử hay ion dung dịch thực Phương trình Enstein: - Độ nhớt dung dịch keo - Sự sa lắng hệ keo: Tốc độ sa lắng: Nếu hệ keo tích V, khối lượng riêng p phân tán chất lỏng có khối lượng riêng p0 tốc độ sa lắng hạt keo là: 120 - Độ bền hệ keo: Tuỳ thuộc vào tốc độ khuyếch tán kt tốc độ sa lắng vsl * Hệ keo bị sa lắng khi: vsl > kt * Hệ keo cân bằng: vsl = kt * Hệ keo bền vững: vsl < kt Càng lên cao, nồng độ hạt keo giảm Muốn hạt phân bố đồng cần giảm khối lượng m hạt nghĩa tăng độ phân tán hạt - Áp suất thẩm thấu dung dịch 10.2.2 Tính chất quang hệ keo Nếu kích thước hệ keo lớn nhiều so với bước sóng  ánh sáng tới xảy tượng phản xạ ánh sáng Trong hệ huyền phù, nhũ tương, hạt keo phản xạ ánh sáng Do tác động nhiệt hạt keo chuyển động Brown nên ánh sáng phản xạ lan truyền đồng khắp hướng, tạo ánh sáng tán xạ Nếu kích thước hệ keo nhỏ bước sóng  ánh sáng tới ánh sáng bị nhiễu xạ Các hạt keo có kích cỡ 10'9-10'7 thoản mãn điều kiện nhiễu xạ Do đó, ánh sáng tán xạ hệ keo chủ yếu nhiễu xạ hệ keo Phương trình Rayleigh (áp dụng cho hệ keo có kích thước 10-9-10-7m) (10.7) 121 I: Cường độ ánh sáng tán xạ Io: Cường độ ánh sáng tới n’: Số hạt keo thể tích sol n’: Số hạt keo thể tích sol V: Thể tích hạt keo : Bước sóng ánh sáng tới x: Khoảng cách từ hệ keo đến nguồn nhận n: Chỉ số khúc xạ pha phân tán no: Chỉ số khúc xạ mt phân tán a: góc hướng ánh sáng tới ánh sáng tán xạ 10.2.3 Tính chất điện tích dung dịch keo 10.2.3.1 Thế điện động  * Đối với hệ keo xác định, độ dày X lớp khuyếch tán lớn, điện động  lớn, lực tĩnh điện hạt keo lớn * Khi lớp khuyếch tán bị ép lại, nghĩa X giảm  giảm, X = 0,  = (hạt keo trạng thái tĩnh điện) * Thế điện động  ảnh hưởng đến bền vững hạt keo chuyển dịch q trình điện cực 10.2.3.2 Tính chất điện tích hệ keo Hình 10.5 Mơ hình phân bố điện hệ keo 122 10.2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến điện động  - Ảnh hưởng chất điện ly lạ: Chất điện ly lạ chất điện ly khơng có ion tham gia vào lớp tạo + Khi tăng nồng độ chất điện ly lạ, X giảm,  giảm + Khi điện tích chất điện ly lạ lớn X nhỏ,  nhỏ - Ảnh hưởng chất điện ly đồng loại: nghĩa chất điện ly có ion hấp phụ vào bề mặt pha rắn, làm thay đổi giá trị X  Ion thành phần pha rắn dấu với ion tạo thế: đóng vai trị chất điện ly lạ Ion thành phần pha rắn ngược dấu với ion tạo thế: giảm  10.2.4 Sự keo tụ dung dịch keo Quá trình làm giảm độ phân tán pha phân tán tác động yếu tố khác làm cho hệ keo bị tách thành hai pha gọi keo tụ Sự keo tụ xảy theo hai giai đoạn: keo tụ ẩn keo tụ rõ 10.2.4.1 Cơ chế keo tụ chất điện ly - Sự keo tụ nhanh keo tụ chậm: Tác động keo tụ chất điện ly làm giảm điện động, tạo điều kiện cho hạt tiến đến gần lực hút phân tử thắng lực đẩy tĩnh điện Cơ chế: Giảm điện động, biến đổi cấu trúc lớp kép Quá trình làm giảm độ phân tán pha phân tán tác động yếu tố khác làm cho hệ keo bị tách thành hai pha gọi keo tụ Sự keo tụ xảy theo hai giai đoạn: keo tụ ẩn keo tụ rõ - Keo tụ ẩn: mắt thường, quan sát bên ngồi khơng nhận thấy được, thực tế có kết hợp hạt keo với - Keo tụ rõ: thấy rõ biến đổi màu sắc, chuyển sang trạng thái mờ, kết tủa bị gel hóa Đối với dung dịch keo keo tụ ẩn xảy nhanh chóng chuyển thành keo tụ rõ Câu hỏi thảo luận: Phân biệt theo độ phân tán hệ phân tử, ion (dung dịch thực), hệ phân tán keo Phân biệt khái niệm:mù sương, khói, nhũ tương, huyền phù, sol Trình bày cấu tạo mixen hạt keo? Trình bày chế keo tụ dung dịch keo? 123 Tài liệu tham khảo [1] Mai Hữu Khiêm, Dương Thành Trung, Hóa lý tập III - Điện Hóa học, NXB Đại học Quốc Gia TPHCM, 2005 [2] Nguyễn Thị Phương Phong, Bài giảng Hóa lý 2, Đại học Lạc Hồng, 2010 124 Chương 11: HOÁ KEO CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT 11.1 CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT 11.1.1 Giới thiệu chất hoạt động bề mặt 11.1.1.1 Sức căng bề mặt Các phân tử phía phân tử lòng chất lỏng Phần lượng lớn gọi lượng bề mặt chất lỏng Muốn làm tăng bề mặt cần đưa phân tử lòng chất lỏng đến bề mặt tức tạo công chống lại lực tương tác phân tử Công điều kiện đẳng nhiệt thuận nghịch độ tăng lượng dư bề mặt có lượng lớn Sức căng bề mặt lượng tạo đơn vị bề mặt: Hình 11.1 Chất hoạt động bề mặt Sức căng bề mặt lượng tạo đơn vị bề mặt: Hình 11.2 Chất làm giảm sức căng bề mặt 125 Bảng 11.1 Bảng giá trị   11.1.1.2 Cấu tạo chất hoạt động bề mặt Một chất tẩy rửa có khả làm hiệu chứa nhiều chất hoạt động bề mặt Chất hoạt động bề mặt phân tử gồm có phần: - Phần kị nước (khơng tan nước): thông thường mạch hydrocarbon dài - Phần ưa nước (tan nước): thông thường nhóm ion non-ionic Hình 11.2 Cấu tạo chất hoạt động bề mặt 126 PHÂN LOẠI CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT 11.1.2.1 Chất hoạt động bề mặt Anionic Chất hoạt động bề mặt anionic cho vào nước phân ly thành ion âm, chúng có khả hoạt động bề mặt mạnh nhất, khả lấy dầu cao, tạo bọt to bền Các chất hoạt động bề mặt bị thụ động hố mơi trường nước cứng (Ca2+, Mg2+) ion kim loại nặng (Al, Fe).Đây loại chất hoạt động bề mặt sử dụng rộng rãi phổ biến giặt giũ, nước rửa chén, chất tẩy rửa gia dụng - SDS : Sodium dodecyl sulfate - LES : Ammonium lauryl sulfate - SLS : Sodium Laureth Sulfate - SLES : Sodium Lauryl Ether Sulfate - LABS : Linear Alkyl Benzene Sulfonate 11.1.2.2 Chất hoạt động bề mặt Cationic Chất hoạt động bề mặt Cationic có nhóm phân cực bị phân ly thành ion dương dung dịch, chúng thường dẫn xuất muối amoni bậc 4, có khả làm bền bọt, tạo nhũ tốt, lấy dầu nên êm dịu với da, chủ yếu dùng làm mềm, xốp xơ sợi triệt tiêu tĩnh điện - CTAB: Cetyl trimethylammonium bromide - CPC: Cetylpyridinium chloride - POEA: Polyethoxylated tallow amine - BAC: Benzalkonium chloride - BZT: Benzethonium chloride 11.1.2.3 Chất hoạt động bề mặt non-ionic Chất hoạt động bề mặt non-ionic có nhóm phân cực khơng bị ion hố dung dịch nước Phần ưa nước chứa nguyên tử oxy, nitơ lưu huỳnh khơng ion hố, hồ tan cấu tạo liên kết hydro phân tử nước số chức phần phân cực bao gồm nhóm alcohol ester Phần kỵ nước mạch hydrocarbon dài.Chất hoạt động bề mặt non-ionic không bị ion hố nên khơng tích điện, bị ảnh hưởng nước cứng pH môi trường nhiên có khả tạo phức với ion kim loại nặng, êm dịu với da, lấy dầu ít, tạo bọt kém, thường dùng chất tẩy rửa cho máy rửa chén giặt giũ - Alkyl polyglucosides - Octyl glucoside- Decyl maltoside - Cetyl alcohol- Oleyl alcohol - Cocamide MEA, cocamide DEA, cocamide TEA 127 11.1.2.4 Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính có tính lưỡng cực, có khả chuyển thành anionic, cationic non-ionic dung dịch phụ thuộc vào pH (acid hay kiềm) nước Chúng thích hợp cho da nhờ đặc tính lấy dầu nhẹ, ổn định, thường dùng sản phẩm chăm sóc cá nhân số sản phẩm làm gia dụng Imidazoline betain chất hoạt động bề mặt lưỡng tính chiếm đa số Một số loại chất hoạt động bề mặt lưỡng tính: - Alkyl amido propyl betain - Alkyl amido propyl sulfobetain - Sulfonat betain - Betain etoxy hoá - Dodecyl betaine - Dodecyl dimethylamine oxide - Cocamidopropyl betaine 11.2 CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT 11.2.1 Tính chất thấm ướt 11.2.2 Tính chất tẩy rửa 11.2.3 Tính chất tạo nhũ thương - vi nhũ 11.3 ỨNG DỤNG CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT 11.3.1 Nhũ tương dầu nước, nhũ tương nước dầu 11.3.2 Chất thấm ướt 11.3.3 Chất phân tán 11.3.4 Chất tạo bọt 11.3.5 Chất tẩy rửa 11.3.6 Sử dụng dung dịch khoan 11.3.7 Sử dụng tăng cường thu hồi cao 11.3.8 Phá nhũ nước dầu 11.3.9 Ức chế ăn mòn đường ống Câu hỏi thảo luận Thế chất HĐBM? Có loại chất HĐBM? Cho ví dụ? Định nghĩa nồng độ mixen tới hạn (CMC)? Nêu ứng dụng chất hoạt động bề mặt? 128 Tài liệu tham khảo: [1 ] Mai Hữu Khiêm, “Giáo Trình Hóa Keo”, 2002, NXB ĐHQG TPHCM [2] Nguyễn Thị Phương Phong, Bài giảng Hóa lý 2, Đại học Lạc Hồng, 2010 [3] Nguyễn Hữu Phú, Hóa Lý Và Hóa Keo, 2006, Nhà xuất KHKT [4] Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế, HÓA LÝ, Tập 1&2, 2007, Nhà xuất Giáo dục [5] Peter Atkins, Julio de Paule, Physical Chemistry, Eighth edtion (2006), Oxford University Press 129 ... loạt giai đoạn: Fe2+ + O2  Fe3+ + O21 - O • + H+  H O2 • • Fe2+ + H O2  Fe3+ + H O2 HO? ?2 + H+  H2O2 • H2O2 + Fe2+  Fe3+ + OH- + OH • Fe2+ + O H  Fe3+ + OHOH- + H+  H2O Có nhiều khả phản... bậc hình (2. 2 ), (2. 3 ), (2. 4 ) Nếu đồ thị dựng đường thẳng bậc giả thiết bậc phản c) Phương pháp chu kỳ bán hủy dC Phương trình động học có dạng:  i  kCn dt ứng (2. 2 9) i Tích phân n  (2. 2 1): ... thức (3 .22 ) Biết Tỉ số k '2/ k2 (3 .24 )  k '2/ k2 k '2/ k2 Giá trị xác định thực lấy tích phân (3 .24 ) xác định biết nồng độ đầu cuối chất Chia (3 .20 a) cho (3 .20 b): dCD dCE Nếu ban đầu  k2  CB