Hóa học đại cương là môn học tổng hợp kiến thức về cấu tạo chất, kiến thức về cơ sở lý thuyết các quá trình hóa học. Thực hành hóa học đại cương là một module trong học phần Hóa học đại cương, được giảng dạy cho sinh viên năm thứ nhất. Phần thực hành củng cố cho người học nội dung kiến thức, đồng thời phát triển các kỹ năng thực nghiệm trong phòng thí nghiệm, các kỹ năng sử dụng thiết bị, dụng cụ, các kỹ năng bố trí thí nghiệm và những hiểu biết về thiết bị, máy móc…
TS VŨ HUY ĐỊNH ThS LÊ KHÁNH TOÀN, ThS ĐẶNG TH ANH THựC HàNH HóA HọC ĐạI CƯƠNG TRNG I HỌC LÂM NGHIỆP - 2019 TS VŨ HUY ĐỊNH, ThS LÊ KHÁNH TOÀN, ThS ĐẶNG THẾ ANH BÀI GIẢNG THỰC HÀNH HÓA HỌC ĐẠI CƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - 2019 MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC BẢNG…………………………………………………………….iv LỜI NÓI ĐẦU Bài KỸ THUẬT SỬ DỤNG DỤNG CỤ VÀ HĨA CHẤT TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM 1.1 An tồn phịng thí nghiệm 1.2 Kỹ thuật an tồn sử dụng hóa chất 1.3 Sử dụng dụng cụ thủy tinh phịng thí nghiệm 1.3.1 Ống nghiệm 1.3.2 Bình nón (Bình tam giác, bình elen) 10 1.3.3 Bình cầu 11 1.3.4 Các loại phễu 11 1.3.5 Cốc thủy tinh 12 1.3.6 Ống đong 12 1.3.7 Bình định mức 12 1.3.8 Pipet 13 1.3.9 Buret 14 1.3.10 Nhiệt kế 15 1.3.11 Bình hút ẩm 15 1.3.12 Ống sinh hàn 16 1.4 Kỹ thuật sử dụng dụng cụ sứ, gỗ v2 kim loại 16 4.1.1 Chày, cối sứ 17 4.1.2 Bát sứ 17 4.1.3 Chén sứ 17 4.1.4 Kẹp sắt, kẹp gỗ 17 1.5 Kỹ thuật rửa làm khô dụng cụ thủy tinh 17 1.5.1 Rửa dụng cụ 17 1.5.2 Làm khô dụng cụ 18 Bài PHƢƠNG PHÁP TRỌNG LƢỢNG 19 2.1 Giới thiệu chung phương pháp 19 2.2 Cân cách sử dụng cân 21 i 2.3 Xác định hàm lượng theo phương pháp trọng lượng 23 2.3.1 Xác định hàm lượng nước kết tinh 23 2.3.2 Xác định hàm lượng nguyên tố hợp chất 24 Bài NHIỆT ĐỘNG HỌC 28 3.1 Cơ sở lý thuyết 28 3.2 Xác định hiệu ứng nhiệt phản ứng 33 Bài TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HÓA HỌC VÀ YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG 38 4.1 Cơ sở lý thuyết 38 4.2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng 40 Bài CÂN BẰNG HÓA HỌC 44 5.1 Cơ sở lý thuyết 44 5.1.1 Hằng số cân bằng, yếu tố ảnh hưởng đến cân 44 5.1.2 Cân thị axit–bazơ 45 5.1.3 Cân tan 47 5.2 Thí nghiệm 48 Bài TÍNH CHẤT AXIT – BAZƠ CỦA DUNG DỊCH 52 6.1 Cơ sở lý thuyết 52 6.2 Thí nghiệm 57 Bài NỒNG ĐỘ DUNG DỊCH, CHUẨN ĐỘ DUNG DỊCH 59 7.1 Nồng độ dung dịch 59 7.2 Pha chế hóa chất 61 7.2.1 Pha chế từ hóa chất rắn 61 7.2.2 Pha chế từ dung dịch đậm đặc (C%, d) 61 7.2.3 Pha chế dung dịch chuẩn 62 7.2.4 Pha loãng dung dịch, pha trộn dung dịch 63 7.3 Chuẩn độ dung dịch 64 7.4 Thí nghiệm 68 Bài PHẢN ỨNG OXI HÓA – KHỬ 70 8.1 Cơ sở lý thuyết 70 8.2 Thí nghiệm 73 Bài ĐIỆN HÓA 76 9.1 Pin điện hóa 76 9.2 Sức điện động pin 77 9.3 Sự điện phân 78 ii 9.4 Thí nghiệm 80 Bài 10 HỆ KEO 84 10.1 Định nghĩa, phân loại 84 10.2 Tính chất chung sol gel 85 10.3 Nhũ tương 87 Bài 11 ĐỘ TAN 89 11.1 Cơ sở lý thuyết 89 11.1.1 Khái niệm độ tan 89 11.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan 89 11.2 Thí nghiệm 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 iii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Các báo bình chứa hóa chất thương mại Bảng 1.2 Biện pháp an tồn làm việc với hóa chất Bảng 3.1 Nhiệt dung riêng số chất 298 K 31 Bảng 3.2 Khối lượng riêng số chất 298 K 31 Bảng 3.3 Các giai đoạn trình hịa tan chất tan dung mơi điều kiện đẳng áp, đẳng nhiệt 32 Bảng 3.4 Entanpy hòa tan số chất điện ly 298K 32 Bảng 5.1 Một số thị axit–bazơ 46 Bảng 5.2 Tích số tan số chất 298K 47 Bảng 6.1 Giá trị pH số dung dịch nước phổ biến 53 Bảng 6.2 Một số dung dịch đệm phổ biến 56 Bảng 6.3 Một số dung dịch đệm dùng sinh học 56 Bảng 7.1 Các loại nồng độ dung dịch 59 Bảng 8.1 Thế khử chuẩn 298 K 72 Bảng 11.1 Phân loại khả tan chất tan dung môi 89 Bảng 11.2 Độ tan chất (g/100 ml nước) nhiệt độ khác 90 Bảng 11.3 Hằng số Henry (k) số nhiệt độ 92 iv LỜI NĨI ĐẦU Hóa học đại cương mơn học tổng hợp kiến thức cấu tạo chất, kiến thức sở lý thuyết q trình hóa học Thực hành hóa học đại cương module học phần Hóa học đại cương, giảng dạy cho sinh viên năm thứ Phần thực hành củng cố cho người học nội dung kiến thức, đồng thời phát triển kỹ thực nghiệm phịng thí nghiệm, kỹ sử dụng thiết bị, dụng cụ, kỹ bố trí thí nghiệm hiểu biết thiết bị, máy móc… Trên sở kiến thức, kỹ kỹ thuật thu thực hành, người học tiếp cận với giới nghiên cứu khoa học thực nghiệm; đồng thời tạo tảng kỹ cho người học tiếp tục học môn sở ngành, chun ngành cơng việc có liên quan đến phịng thí nghiệm q trình học tập, trình làm việc Xuất phát từ nhu cầu thực tế đào tạo đại học cho nhóm ngành sinh học, khoa học mơi trường, quản lý tài nguyên, lâm nghiệp, lâm học, bảo vệ thực vật, thú y… sinh viên Trường Đại học Lâm nghiệp, soạn thảo Bài giảng thực hành Hóa học đại cương, với mong muốn có tài liệu phục vụ giảng dạy nhóm ngành khơng chun sâu hóa học Nhóm biên tập chân thành cảm ơn Thầy Bộ mơn Hố học góp ý, bổ sung hồn thiện giảng Nhóm tác giả Bài KỸ THUẬT SỬ DỤNG DỤNG CỤ VÀ HĨA CHẤT TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM 1.1 An tồn phịng thí nghiệm Người học tập lao động cần biết vận dụng kỹ thuật an toàn sử dụng hóa chất phịng thí nghiệm đời sống, biết quy tắc an toàn lao động phịng thí nghiệm, biết sử dụng cách dụng cụ biết sử dụng kỹ thuật thí nghiệm, thực hành Việc đảm bảo an tồn phịng thí nghiệm hóa học cơng tác cần đặc biệt trọng Để tránh trường hợp đáng tiếc xảy ra, người làm việc phòng thí nghiệm cần tuân thủ số quy tắc an tồn sau: – Khơng ăn, uống hay hút thuốc phịng thí nghiệm Khơng nếm hóa chất nào, không ngửi trực tiếp khí Thơng báo cho cán hướng dẫn xảy tai nạn; – Đặc biệt cẩn thận sử dụng hóa chất, sử dụng hướng dẫn Không tự ý thực thí nghiệm chưa có hướng dẫn Sau kết thúc thí nghiệm cần thu gom hóa chất thừa vào nơi quy định Mặc áo bảo hộ, đeo kính bảo hộ làm việc phịng thí nghiệm Thực phản ứng pha chế hóa chất cần thực tủ hút độc trường hợp hóa chất nguy hiểm, có mùi, sinh chất độc gây kích ứng da, mắt Rửa dụng cụ thí nghiệm sau sử dụng Khơng để hóa chất dễ cháy, nổ nơi có nhiệt độ cao gần lửa; – Biết vị trí cách sử dụng thiết bị an tồn sơ cứu có tình nguy hiểm xảy ra, đặc biệt thiết bị chữa cháy Đám cháy chia thành loại A, B, C, D, E; với A đám cháy bắt nguồn từ vật rắn như: gỗ, giấy, lụa, nhựa… B đám cháy chất lỏng cồn, xăng, dầu… C đám cháy liên quan đến chất khí khí ga, metan… D đám cháy bắt nguồn từ kim loại K, Na, Mg… E đám cháy liên quan đến thiết bị điện Trong trường hợp đám cháy nhỏ, sử dụng bình cứu hỏa dạng bột (thường NaHCO3, tỉ lệ 80%) bình cứu hỏa dạng khí (CO2) có sẵn phịng thí nghiệm để dập tắt Tùy theo kí hiệu vỏ bình mà dùng cho loại đám cháy tương ứng Tuy nhiên, bình khí CO2 khơng dùng cho nơi có khơng gian hẹp không dùng để dập đám cháy than hay kim loại nóng đỏ, dùng cho đám cháy A, B, C, E Bình dạng bột dùng cho loại đám cháy khác (ABC, BC, AB) Trường hợp đám cháy loại D dùng bình bột dập cháy Để kích hoạt bình chữa cháy, kéo chốt khỏi tay cầm, sau hướng vịi phun phía chân lửa ấn cị bóp Bình khí CO2 giúp dập tắt lửa làm nguội nhanh chất dễ cháy Khi mở van bình, có chênh lệch áp suất, CO2 lỏng bình ngồi qua hệ thống ống dẫn loa phun chuyển thành dạng tuyết, lạnh tới – 78,9oC, điều gây bỏng lạnh cho người dùng Khi phun vào đám cháy, CO2 có tác dụng làm lỗng nồng độ hỗn hợp khí cháy, đồng thời làm lạnh vùng cháy dẫn tới triệt tiêu đám cháy Ngay sau sử dụng, trả lại bình chữa cháy kho để nạp lại Đối với bình bột, mở van bột khơ bình phun ngồi nhờ lực đẩy khí nén (nén trực tiếp với bột chai riêng) qua hệ thống ống dẫn Khi phun vào đám cháy bột có tác dụng kìm hãm phản ứng cháy cách ly chất cháy với oxi khơng khí, mặt khác ngăn cản khí cháy tiến vào vùng cháy dẫn đến đám cháy bị dập tắt Trong trường hợp bình cứu hỏa khơng thể dập tắt đám cháy, cần sơ tán người khỏi phịng thí nghiệm gọi cho đội cứu hỏa Hình 1.1 Đồ bảo hộ lao động thiết bị chữa cháy 1.2 Kỹ thuật an toàn sử dụng hóa chất Việc sử dụng hóa chất phịng thí nghiệm ln kèm theo nguy an tồn Nếu khơng nắm vững tn thủ nghiêm ngặt nguyên tắc kỹ thuật an toàn hay dẫn dẫn đến hậu đáng tiếc cho người, tài sản môi trường Trên hộp, lọ đựng hóa chất thường có biểu tượng cảnh báo nguy hiểm Những biểu tượng báo nguy hiểm nhằm cảnh báo hóa chất, vật thể nguy hiểm, gây hại như: dịng diện, chất độc, chất phóng xạ Sử dụng kí hiệu cần tuân thủ theo quy định, thống tồn giới Các biểu tượng xuất với màu, nền, đường viền khác để phân loại mức độ nguy hiểm đôi khí có bổ sung thêm thơng tin Biểu tượng cảnh báo đặt chỗ dễ nhận hiểu giống cho dù viết ngôn ngữ khác Bảng 1.1 Các báo bình chứa hóa chất thƣơng mại Chỉ báo Biểu tƣợng Độ nguy hiểm Ví dụ Hóa chất độc hại gây ảnh hưởng đe dọa tính mạng dù với lượng nhỏ thời gian phơi nhiễm ngắn Không để Độc (T), chất tiếp xúc với da, mắt; không Rất độc nếm hít Chất thâm (T+) nhập qua đường thở, tiêu hóa, (Đầu lâu, xương chéo) qua da với lượng gây tử vong có tác dụng cấp tính mãn tính (T+): Xianhidric, cacbon monooxit, P trắng, nicotine (T): Axit sunfuric đặc, TNT, metanol, amoniac, metanal, hidrosunfua, benzen, cacbondisunfua, nitroglyxerin Có hại (Xn), gây kích thích (Ni) Với lượng gây cảm giác khó chịu kích thích tiếp xúc qua da đường thở; gây kích thích mắt Xn: Butan, axetandehit, kali đicromat Ni: Axeton, etanol, nhựa thông, nước Javel Hóa chất cháy dễ dàng tiếp xúc với nguồn lửa, nguồn nhiệt, nguồn đánh lửa Tránh nguồn gây cháy, giữ khoảng cách, quần áo bảo hộ (F+): Hidro, axetylen, propan, butan, dietyl ete, cacbondisulfua, axetandehit (F): Etanol, hexamin, axeton, xăng, metanol (Có hại) Dễ cháy (F), Rất dễ cháy (F+) (Cháy) Khí nén (Khí nén) Ảnh hưởng lâu dài đến sức khỏe Chứa khí nén Khí lạnh bay hơi, thùng chứa Bình gas, bình chứa nổ làm nóng Khơng làm axetylen, bình nitơ lỏng, nóng, tránh tiếp xúc với da loại bình xịt khí mắt Sản phẩm gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe Có thể gây ảnh hưởng sức khỏe không Cacbontetraclorua, ete, thể phục hồi tiếp xúc benzen (Nguy ảnh ngắn Không thở, ăn tiếp hưởng sức xúc với da mắt khỏe) 9.4 Thí nghiệm Các ý kỹ thuật: – Các kim loại cần làm lớp oxit giấy nhám trước sử dụng; – Khi tiến hành thí nghiệm xác định sức điện động pin, ý chọn thang đo phù hợp Khi kim sức điện động giá trị âm, thay đổi cực nối với Vơn kế; – Khi tiến hành thí nghiệm điện phân, không để cực tiếp xúc với nhau, gây tượng đoản mạch, làm cháy dây dẫn hỏng nguồn điện; – Ngay sau đo, cần rửa sạch, lau khơ điện cực Thí nghiệm 1: Đo sức điện động số pin điện hóa Ghép nửa pin từ cặp điện cực sau để thiết lập thành pin điện hóa, đo suất điện động vôn kế: Zn2+/Zn, Fe2+/ Fe, Cu2+/Cu, Ni2+/Ni Sức điện động pin: Esđđ = Ethang (V) (9.8) Trong đó: Ethang giá trị điện lớn thiết lập để đo Vơn kế có nhiều thang đo khác nhau, cần chọn thang đo phải lớn gần giá trị suất điện động pin cần đo tốt Hóa chất, dụng cụ: – Dung dịch CuSO4 0,1 M; dung dịch ZnSO4 0,1 M; dung dịch FeSO4; dung dịch NiSO4 0,1 M; dung dịch CuSO4 0,001 M; – Thanh Cu, Zn, Fe, Ni, cầu muối KNO3 thạch aga; – Cốc thủy tinh 100 ml, điện kế, giấy nhám Cách tiến hành: a) Chuẩn bị cốc thủy tinh 100 ml có ghi nhãn dán, cốc chứa 40 ml dung dịch CuSO4 0,1 M; dung dịch ZnSO4 0,1 M; dung dịch FeSO4; dung dịch NiSO4 0,1 M – Sử dụng giấy nhám đánh bề mặt kim loại nhúng chúng vào dung dịch muối – Ghép nửa pin cầu muối, kim loại nối với hai cực điện kế (sơ đồ thí nghiệm Hình 9.2) – Chọn thang đo phù hợp tiến hành đo suất điện động pin điện 80 hóa vừa thiết lập Viết sơ đồ pin b) Thiết lập pin nồng độ: Cu|CuSO4 0,001M||CuSO4 1M|Cu Đo suất điện động pin Thí nghiệm 2: Xác định điện cực Ghép nửa pin cần xác định điện cực (E) làm catot, với điện cực calomen (Ecal) làm anot Đo sức điện động pin tạo thành điện kế Sức điện động pin tính theo (9.8): Esđđ = Ethang Mặt khác: Esđđ = E – Ecal (9.9) Thế điện cực nửa pin: E = Esđđ + Ecalomen (9.10) Hóa chất, dụng cụ: – Dung dịch CuSO4 M, dung dịch ZnSO4 M, điện cực calomen; – Cầu muối KNO3 bão hòa, đồng, kẽm; – Điện kế, giấy nhám, cốc thủy tinh 100 ml Cách tiến hành: a) Thế điện cực đồng E Cu: Dùng đồng nhúng vào 40 ml dung dịch CuSO4 M đựng cốc thủy tinh Nhúng điện cực calomen vào dung dịch CuSO4 Nối điện cực dây cắm vào máy đo điện thế, cực dương với đồng, cực âm với calomen Tính E Cu b) Thế điện cực kẽm E Zn: Bố trí thí nghiệm xác định điện cực đồng, dùng kẽm thay cho đồng dung dịch ZnSO4 M thay cho dung dịch CuSO4 M Tính E Zn Thí nghiệm 3: Điện phân dung dịch Sử dụng nguồn điện chiều điện phân dung dịch điện cực phù hợp Quan sát tượng, giải thích phản ứng xảy bề mặt điện cực dựa vào khử chuẩn cung cấp Bảng 8.1 Hóa chất, dụng cụ: – Dung dịch H2SO4 20%, dung dịch Na2SO4 M, dung dịch CuSO4 M, dung dịch KI M; – Dây platin, đồng, cacbon graphit; – Bình điện phân, nguồn điện – V, dây dẫn 81 Cách tiến hành: a) Điện phân dung dịch H2SO4: Nhúng vào cốc đựng dung dịch H2SO4 20% hai dây platin làm anot catot Nối hai cực vào nguồn điện chiều Mơ tả giải thích tượng quan sát trình điện phân; b) Điện phân dung dịch Na2SO4: Nhúng vào cốc đựng dung dịch Na2SO4 1M hai đồng làm anot catot Nối hai cực vào nguồn điện chiều vòng 10 phút Mơ tả giải thích tượng quan sát trình điện phân c) Điện phân dung dịch CuSO4: Nhúng vào cốc đựng dung dịch CuSO4 M hai đồng làm anot catot làm bề mặt Nối hai cực vào nguồn điện chiều vịng 10 phút Mơ tả giải thích tượng quan sát q trình điện phân Hiện tượng dương cực tan ứng dụng thực tế; d) Điện phân dung dịch KI: Lấy khoảng 50 ml dung dịch KI M vào bình điện phân, sau lắp điện cực platin Nối cực platin với nguồn chiều để bắt đầu điện phân Sau vài phút, thêm giọt dung dịch phenol phtalein vào bên cực âm bình điện phân Quan sát tượng giải thích; e) Thực lại thí nghiệm thay đồng, platin than Quan sát tượng cho biết khác biệt Thí nghiệm 4: Ăn mòn kim loại Ăn mòn kim loại tượng phá huỷ kim loại tác động tác nhân xâm thực có mặt mơi trường gây Các tác nhân xâm thực oxi, nước khí quyển, nước biển… Có nhiều loại ăn mịn kim loại ăn mịn hóa học, ăn mịn điện hố… ăn mịn điện hố phổ biến thiên nhiên Ăn mịn điện hố q trình phá huỷ kim loại bị tác động môi trường chất điện ly Cơ chế ăn mịn điện hố chế hoạt động pin đoản mạch Hai kim loại tiếp xúc với nhau, kim loại có tính khử mạnh bị ăn mịn trước; mơi trường điện ly, oxi hố diễn phần kim loại mạnh, khử diễn phần kim loại yếu, hai cực vi pin 82 Hóa chất, dụng cụ: – Dung dịch CuSO4 M, dung dịch H2SO4 M; – Đinh sắt, dây đồng, viên kẽm Cách tiến hành: a) Chuẩn bị hai ống nghiệm, cho vào ống ml dung dịch H2SO4 M Thêm vào ống vài giọt CuSO4 M, cho vào hai ống nghiệm ống viên kẽm Quan sát tốc độ khí hiđro hai ống nghiệm Muối đồng có vai trị phản ứng khí hiđro? b) Lấy đinh sắt cạo sạch, cho nhẹ nhàng vào ống nghiệm, sau cho dung dịch CuSO4 M vào gần ngập đinh sắt để nguyên giá ống nghiệm Cho biết tượng sau phút, sau 15 phút cuối buổi thí nghiệm giải thích tượng đó? 83 Bài 10 HỆ KEO 10.1 Định nghĩa, phân loại Hệ keo đa dạng phổ biến rộng rãi tự nhiên như: sữa, máu, lòng trắng trứng, mây, sương mù khí quyển, khói Trong lĩnh vực khống sản có ngọc bích, mã não Trong xi măng số chất kết dính khác qua trạng thái keo q trình đơng đặc Hệ keo (hệ phân tán keo, dung dịch keo) hệ phân tán kích thước hạt dao động từ 10–9 đến 10–7 m Do đó, hệ keo có kích thước hạt hệ phân tán thô hệ phân tán phân tử (dung dịch thực, chất tan dạng phân tử, ion nguyên tử riêng biệt) Hệ keo hệ siêu vi dị thể hạt pha phân tán tạo thành pha độc lập, có bề mặt lớn phân tách với môi trường phân tán Bề mặt phân tách pha lớn (hàng chục, hàng trăm hàng nghìn mét vng gam pha phân tán) Bề mặt hạt keo có tầm quan trọng lớn, điều giải thích đặc tính cụ thể hệ keo dung lượng hấp phụ cao Các hạt kích thước keo qua lọc giấy, giữ lại màng lọc gel polymer Các tính chất động học tính chất điện hệ keo có liên quan đến diện tích bề mặt: chuyển động Brown, sa lắng, tán xạ ánh sáng, điện di Các hệ keo quan trọng thường gặp sol, gel nhũ tương Sol hệ keo lỏng, nơi môi trường phân tán chất lỏng pha phân tán rắn Hầu hết loại sol có khả gel Trong số điều kiện sol chuyển thành khối gelatin, gọi gel, dạng chất lỏng phân tán chất rắn Nhũ tương hệ keo mơi trường phân tán pha phân tán trạng thái lỏng, chất lỏng không tan vào Tùy thuộc vào thành phần hệ phân tán, môi trường phân tán cấu trúc sol mà có: – Sol ưa dung mơi, pha phân tán có lực môi trường phân tán Pha phân tán tạo thành vỏ solvat hóa (ví dụ hiđrat hóa), tạo yếu tố đảm bảo ổn định hệ keo Ví dụ: Chất phân tán tinh bột nước nóng, cao su, polyme dung môi hữu cơ; – Sol ghét lưu (khơng ưa dung mơi), khơng có lực môi trường phân tán; ổn định hệ keo đảm bảo điện tích bề mặt hạt phân tán Ví dụ: Các hạt kết tủa Fe(OH)3 nước, hạt đất sét nước 84 Các hạt phân tán thu cách phân tán chất rắn kỹ thuật phân tán, phương pháp vật lý hóa học Sol tạo thành từ phương pháp đồng ngưng tụ (hóa học) nghiền hạt phân tán thô đến cỡ hạt phân tán keo (vật lý) Sol đặc trưng thuộc tính như: qua giấy lọc, giữ lại lọc siêu lọc (màng lọc), quan sát kính hiển vi thơng thường tượng mờ đục tán xạ ánh sáng 10.2 Tính chất chung sol gel Hệ keo phân biệt rõ ràng nhờ ổn định chúng Độ ổn định động học đặc tính sol để chống lại sa lắng hạt phân tán Sự ổn định tập hợp thể khả trì mức độ phân tán Sự ổn định tồn điện tích bề mặt sol (sol không ưu dung môi) lớp vỏ solvat hóa (trường hợp sol ưu dung mơi) Chúng ta thấy khác biệt hai trường hợp phương pháp điện di: tác động điện trường không đổi, hạt pha phân tán di chuyển đến điện cực Chuyển động Brown: Là chuyển động hỗn loạn hạt phân tán, chuyển động quan sát siêu âm, hướng quan sát vng góc với chùm ánh sáng qua hệ keo điểm nghiên cứu Trong trường thị giác siêu âm, đen, quan sát vị trí hạt keo điểm sáng, chúng chuyển động liên tục hỗn loạn Tán xạ ánh sáng: Là tính chất sol, gây tượng mờ đục chiếu ánh sáng qua dung dịch keo Ánh sáng bị nhiễu xạ, tán xạ thành màu khác Khoảng cách hạt keo tạo thành khe nhiễu xạ Sự di chuyển ion qua khe rỗng gel: Trong trình biến đổi sol thành gel, Mixen tạo thành liên kết tạo thành cấu trúc xốp với xếp có trật tự so với sol Do tồn lỗ xốp mà ion di chuyển qua, người ta theo dõi di chuyển ion có màu Ví dụ: Thực di chuyển ion Ag+ qua lỗ gel; người ta hòa tan kali dicromat vào gel, ion Ag+ qua để lại dấu vết màu đỏ tạo bạc đicromat (Ag2Cr2O7) Sự kết tủa đỏ Ag2Cr2O7 đọng lại gel theo trật tự, thể xếp mixen gel Tiến hành thí nghiệm – Thí nghiệm 1: Chế tạo sol Rosin (nhựa thông) cách ngưng tụ vật lý Phương pháp sử dụng thí nghiệm phương pháp ngưng tụ vật lý, cách thay dung môi Chuẩn bị sol Rosin cách đổ vài giọt 85 dung dịch cồn Rosin vào nước Rosin loại nhựa tự nhiên, thu dạng cặn chưng cất nhựa thông Rosin hịa tan rượu, khơng hịa tan nước, nước tạo thành sol kị nước Cho 0,1 g rosin hòa tan 10 ml ancol etylic Lấy ml dung dịch này, nhỏ giọt vào ống nghiệm chứa 39 ml nước cất Chúng ta hẹ keo kị nước nhựa thông, hạt keo không mang điện – Thí nghiệm 2: Chế tạo sol AgI cách ngưng tụ hóa học Bằng phương pháp ngưng tụ hóa học: Thực phản ứng hóa học (trao đổi, thủy phân, oxi hóa – khử) tạo hợp chất khơng hịa tan nước Để khơng thu kết tủa kích thước nhìn thấy mà kích thước keo cần cho dư thuốc thử Các ion từ thuốc thử dư thừa hấp thụ bề mặt hạt AgI hình thành, ngăn chặn tập hợp lại thành kết tủa mà ổn định chúng kích thước keo Một đơn vị cấu trúc gọi Mixen (micelle) Các nhân keo AgI hấp thụ bề mặt chúng, ưu tiên ion có mặt hạt keo, ion dư mơi trường phân tán, ion mà nhân keo có lực mạnh Lớp hấp phụ đầu tiên, hấp phụ chọn lọc loại có nhân keo Hạt keo tạo thành nhân keo hấp phụ ion bề mặt nó, hạt keo loại có điện tích, nhiên Mixen trung hòa điện Sự ổn định sol đảm bảo điện tích Mixen trường hợp dư ion I– AgNO3 + KI → AgI↓ + KNO3 [(AgI)m, nI–, (n – x) K+ ]x– xK+ Hình 10.1 Sơ đồ cấu trúc mixen keo Lớp hấp phụ; Lớp ion đối ion; Lớp ion khuếch tán 86 Trong ống nghiệm chứa ml dung dịch KI 0,01 N, lắc liên tục cho thêm giọt ml dung dịch AgNO3 0,01 N buret Trong ống nghiệm chứa ml dung dịch AgNO3 0,01 N, lắc liên tục, cho thêm giọt ml dung dịch KI 0,01N buret – Thí nghiệm 3: Chế tạo sol Fe(OH)3 cách ngưng tụ hóa học Tương tự, thu Mixen kị nước sol sắt (III) hidroxit Quá trình thủy phân FeCl3 dẫn đến hình thành sắt oxit clorua (FeOCl), phân ly thành ion FeO+ Các ion FeO+ ưu tiên hấp thụ nhân keo gồm phân tử Fe(OH)3 FeCl3 + 3H2O ⇄ Fe (OH)3 + 3HCl FeOCl ⇄ FeO+ + Cl– Mixen biểu diễn công thức sau: [(Fe(OH)3)n, nFeO+, (n – x)Cl–]x+ xCl– Sự tồn điện tích dương hạt keo chứng minh phương pháp điện di Dưới tác động liên tục điện trường, hạt keo mang điện tích di chuyển phía điện cực ngược dấu với điện tích Tại điện cực mà hạt keo di chuyển tới, hạt bị trung hịa điện nên tính ổn định kết tủa tạo thành Trong cốc có mỏ, 45 ml nước cất đun nóng sơi, sau thêm vào giọt 7,5 ml dung dịch FeCl3 2% Sau vài phút sôi, thu sol đỏ Fe(OH)3 Sol đổ vào ống điện di thủy tinh cắm điện cực đồng; nối cực đồng với nguồn điện 30 V 20 phút Hình 10.2 Sự di chuyển hạt keo điện trƣờng (điện di) 10.3 Nhũ tƣơng Nhũ tương hệ phân tán hai chất lỏng khơng hồ tan vào Hệ phân tán thu phương tiện học, điện siêu âm Nhũ 87 tương có loại, loại dầu/nước loại nước/dầu Nhũ tương loại dầu/nước (o/w, organic/water), chất lỏng dạng dầu phân tán nước; nhũ tương loại nước/dầu (w/o, water/organic), nước phân tán chất lỏng dạng dầu Nhũ tương ổn định chất nhũ hóa; chất nhũ hố hồ tan mơi trường phân tán Chất nhũ hóa sử dụng là: xà phịng, chất tẩy rửa, gelatin, casein… Hình 10.3 Ổn định xà phòng loại dầu nhũ tƣơng nƣớc Đối với nhũ tương ổn định, chất nhũ hóa thêm vào trình chuẩn bị, thay đổi đặc tính bề mặt, từ kị nước đến ưa nước ngược lại; trường hợp trên, nhũ tương benzen nước, thay đổi kị nước thành ưa nước, Hình 10.3 Chất nhũ hoá chất hoạt động bề mặt (xà phịng) biểu thị ~~~●, ● phần ưa nước, ~~~ phần kị nước Tiến hành thí nghiệm: Lấy ml nước ml benzen vào ống nghiệm Lắc mạnh để tạo thành nhũ tương Nhũ tương hình thành khơng ổn định, pha tách rời Thêm 1ml dung dịch xà phòng lắc kỹ, ta hệ nhũ tương ổn định 88 Bài 11 ĐỘ TAN 11.1 Cơ sở lý thuyết 11.1.1 Khái niệm độ tan Ở nhiệt độ định, độ tan chất dung môi xác định lượng chất dung dịch bão hịa chất Độ tan thường tính số gam chất tan 100 g dung môi (xem Bảng 11.3) Khi dung dịch có nồng độ nhỏ độ tan, ta có dung dịch chưa bão hịa Khi dung dịch có nồng độ lớn độ tan nhiệt độ ta có dung dịch q bão hịa Dung dịch q bão hịa khơng bền, theo thời gian trở trạng thái bão hòa Từ độ tan phân loại khả tan chất tan dung môi Sự phân loại thể Bảng 11.1 Bảng 11.1 Phân loại khả tan chất tan dung môi Khả tan Phần khối lƣợng dung mơi để hịa tan phần khối lƣợng chất tan Rất dễ tan