Hóa lý 2 hấp thụ, hóa keo

HẤP PHỤ - HÓA KEO Chương I CÁC HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT I Lớp phân tử bề mặt Sức căng bề mặt Lớp bề mặt tồn lượng dư, lượng dư nhiệt động đẳng nhiệt Gs =  S c om đẳng áp kí hiệu Gs, tồn bề mặt có lượng tự bề mặt tỉ lệ thuận với diện tích bề mặt S → tồn bề mặt gây sức nén, muốn cho phân tử pha lỏng lên bề mặt ta cần tiêu tốn để thắng lực kéo vào đơn vị cơng A Gs ng Giả sử có bề mặt S1 đẳng áp đẳng nhiệt Gs1: Gs1 =  S1 , bề mặt S2 : co Gs =  S2 Gs − A = S S th an Gs = Gs − Gs1 =  ( S2 − S1 ) hay Gs =  S →  = ng Định nghĩa: Sức căng bề mặt công cần thiết để tạo đơn vị bề mặt du o Như σ đẳng nhiệt đẳng áp đơn vị diện tích bề mặt lượng tự bền mặt ứng với đơn vị bề mặt Thứ nguyên (đơn vị): [σ] dyn/cm N/m J/m2 erg/cm2 cu u Mối liên hệ đơn vị: J = 107 erg N = 105 dyn N/m = 103 (dyn/cm) Nhận xét: - Giá trị sức căng bề mặt phụ thuộc vào chất pha tiếp xúc, thường hay đo σ hai pha lỏng – khí Sức căng bề mặt chất T, P xác định xác định bề mặt tiếp xúc với chất chân khơng Nếu T tăng tương tác phân tử yếu → SCBM giảm - Lực tương tác phân tử lớn sức bề mặt lớn - Khi đo sức căng bề mặt σ hai pha lỏng không tan lẫn:  L1 −L2 =  L1 −K −  L2 −K - CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Các trình bề mặt tự xảy Gs  mà Gs =  S + S  Nếu σ = const  = → Gs = S.  → S  , q trình xảy làm giảm diện tích bề S Nếu S = const S = → Gs =  S  →   , q trình xảy làm giảm sức căng bề mặt σ cách hợp thu chất khác lên bề mặt Các phương pháp xác định sức căng bề mặt: c om a, Phương pháp đếm giọt: Cho chất lỏng chảy từ từ mao quản sau đếm số giọt P = F = 2.π.σ.r ng r: bán kính mao quản co Sử dụng dung dịch chuẩn biết sức căng bề mặt σo an P0 = 2.π.σo.r P  (I-1) = Po  o th  ng Lấy thể tích chung V (m3) cho vào mao quản, đếm số giọt du o Gọi n số giọt dung dịch cần đo scbm no số giọt dung dịch chuẩn cu u ρ, ρo tỷ khối dung dịch cần đo dung dịch chuẩn (kg/m3) n.P = V  g  P  no  → = (I-2) no Po = V o g  Po o n Từ (I-1) (I-2):  .no   n = o → = o  o o n n.o CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt b Phương pháp dâng mao quản Khi cân P = F = 2.  r → m.g =  r h..g = 2.  r Sức căng bề mặt dung dịch cần đo:  = r.h. g ( I − 3) Sức căng bề mặt dung dịch chuẩn:  o = r.ho  o g (I – 4)  h.  h. =  = o  o ho o ho o ng c Phương pháp lớn tạo bọt khí c om r: bán kính mao quản co Pkk − Phe = h, h = k  th an Bằng phương pháp đo độ chênh lệch chiều cao h dung dịch cần đô chiều cao ho dung dịch chuẩn biết sức căng bề mặt du o d Phương pháp tách vòng ng  h h =   =  o  o ho ho cu u Lấy vịng mỏng kim loại sau nhúng vào dung dịch cần đo, kéo lên mặt thoáng Khi đáy vịng vừa nâng lên mặt thống, khơng bị bứt khỏi chất lỏng: màng chất lỏng xuất hiện, bám quanh chu vi chu vi vịng, có khuynh hướng kéo vịng vào chất lỏng Do vịng chất lỏng bị dính ướt hồn tồn, nên kéo lên khỏi mặt thống có màng chất lỏng căng đáy vịng mặt thống, lực căng f có phương chiều với trọng lực P vòng Giá trị lực F đo lực kế tổng hai lực này: F = P+ f f = 4.  R = R: bán kính vịng F −P , P = mg 4. R Nhược điểm: độ xác chưa cao CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt II Chất hoạt động bề mặt Định nghĩa: Khi hòa tan chất tan vào dung dịch => chất tan có ảnh hưởng đến sức căng bề mặt dung dịch • Nếu chất tan làm giảm scbm σ dung dịch => chất hoạt động bề mặt VD: chất hữu rượu, axid muối axit hữu Nếu cho chất tan vào làm tăng sức căng bề mặt => chất gọi chất không hoạt động bề mặt .c om • VD: axit, bazơ muối vô Các chất hydrat hóa mạnh => khơng hoạt động bề mặt • Nếu hịa tàn vào dung mơi khơng làm thay đổi scbm ( hay scbm dung dịch xấp xỉ ng scbm dung môi ban đầu) Phần phân cực: bao gồm gốc rượu (-OH), nhóm chức axit hữu (-COOH), nhóm chức muối axit hữu (-COONa, -COOK, …) nhóm thế: -Cl, - ng • th - Cấu tạo gồm phần: an Cấu tạo chất hoạt động bề mặt co Đ/n: Chất hoạt động bề mặt chất hòa tan vào dung dịch làm giảm scbm σ dung dịch • du o SO3H, -NH2, -NHR, -NR2 Phần khơng phân cực: gốc hydrocacbon no cu • u Đặc điểm chất hoạt động bề mặt Gốc R thường kị nước ưa dầu (nó khơng phân cực hịa tan tốt dung mơi phân cực dầu, hịa tan dung mơi phân cực nước) • Nhóm phân cực ngược lại ưa nước, kị dầu Trong dung dịch có chứa dung mơi thường nước: gốc R chất hoạt động bề mặt thường dài (mạch carbon dài) => tương tác gốc R với lớn tương tác R dung môi => chất hoạt động bề mặt có xu hướng đẩy lên Mặt khác tương tác phân tử dung môi với lớn R => đẩy chất hoạt động bề mặt lên bề mặt gốc R thường hướng môi trường (dung môi) không phân cực CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt VD: hòa tan acid béo C17H35COOH vào nước tương tác gốc – C17H35 với phân tử nước với lớn tương tác gốc với nước nên chúng đẩy nhau, chất hđbm bị đẩy lên trên, phần phân cực (COOH) nằm nước, phần hydrocacbon (C17H35) hướng => tạo thành lớp phân tử bao phủ bề mặt => giảm lực hút => giảm scbm σ Chất hoạt động bề mặt thường có σ nhỏ σ dung mơi có độ tan tương đối nhỏ Lực tương tác chất hoạt động bề mặt với nhỏ dung môi với III Các yếu tố ảnh hưởng đến sức căng bề mặt dung dịch .c om Ảnh hưởng nhiệt độ - Khi tăng nhiệt độ => lực tương tác phân tử giảm => giảm σ d dT 2 T2 1 T1 an Khi tăng nhiệt độ T a giảm scbm σ giảm co a=− ng Gọi a hệ số nhiệt độ ng  T =  T − a(T2 − T1 ) du o  th  d =  −adT , khoảng nhiệt độ nhỏ a = const Ảnh hưởng chất hoạt động bề mặt u a, Ảnh hưởng cấu tạo chất hoạt động bề mặt hay ảnh hưởng độ dài gốc hydrocarbon (R) cu Trau-be tìm ảnh hưởng độ dài gốc R đến sức căng bề mặt Khi tăng độ dài lên nhóm -CH2 => hoạt tăng bề mặt tăng 3-3,5 lần Trong dãy đồng đẳng axit béo hoạt tính bề mặt tănng từ 3-3,5 lần tăng nhóm CH2 Lưu ý: Quy tắc cho trường hợp dung môi nước b, Ảnh hưởng nồng độ chất hoạt động bề mặt – Phương trình Shiscovsky  c =  − a ln(1 + bC ) σC: sức căng bề mặt dung dịch có nồng độ chất hoạt động bề mặt C (mol/L) σ0 : sức căng bề mặt dung môi nguyên chất ( chưa có chất hoạt động bề mặt) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt a, b: hệ số đặc trưng cho chất chất hoạt động bề mặt dung môi Khi C tăng => σC giảm VD: Xác định sức căng bề mặt dung dịch rượu butylic C = mol/L biết scbm dung môi điều kiện 72,53.10-3 (N/m) Cho a = 14,4.10-3, b = 6,6 (đáp số σC = 43,3.10-3) IV Áp suất hạt có kích thước nhỏ Phương trình Kelvin-Thompson Bằng thực nghiệm thiết lập phương trình: P = P0 e 2. V R.T r c om • Trong đó: P0: áp suất bão hòa mặt phẳng chất lỏng (r →∞) M  , M khối lượng, ρ khối lượng riêng co V: thể tích mol chất V = ng P: áp suất bão hịa mặt phẳng giọt chất lỏng có bán kính r an σ sức căng bề mặt pha lỏng, r: bán kính giọt chất lỏng r nhỏ P lớn (giọt nhỏ áp suất lớn) ng - th Nhận xét: Áp suất bão hòa P tỉ lệ nghịch với bán kính giọt lỏng r nhiệt độ T du o Với bề mặt khum lồi (r > 0): Pkhum lồi > P0 Với bề mặt khum lõm (r < 0): Pkhum lõm < P0 • cu u Vậy: Pkhum lồi > Pmặt phẳng > Pkhum lõm Xét áp suất mao quản vật xốp tiếp xúc với pha lỏng Nếu không thấm ướt => mao quản tạo mặt khum lồi Pkhum lồi > Pmp Nếu mao quản thấm ướt => mao quản tạo mặt khum lõm Pmp > Pkhum lõm V Sự thấm ướt ứng dụng Khái niệm thấm ướt góc thấm ướt a Sự thấm ướt • Nhỏ giọt chất lỏng lên bề mặt vật rắn xảy trường hợp sau: - Giọt chất lỏng loang toàn bề mặt → chất lỏng thấm ướt tốt chất rắn CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - Giọt lỏng co thành giọt → chất lỏng không thấm ướt chất rắn Giọt lỏng loang thành hình bán cầu → chất lỏng thấm ướt có giới hạn →Thấm ướt bám dính chất lỏng lên bề mặt rắn Nguyên nhân: Do lực tương tác L-L (fL-L), L-R (fL-R) Nếu fL-R >> fL-L xuất lực kéo giọt lỏng lên bề mặt chất rắn gây thấm ướt tốt chất rắn • Nếu fL-R chất lỏng thấm ướt chất rắn an  = => chất lỏng thấm ướt hoàn toàn chất rắn co    180o ng Định nghĩa: góc tạo bề mặt rắn tiếp xúc với giọt chất lỏng tiếp tuyến mặt cong giọt chất lỏng tới điểm tiếp xúc pha rắn lỏng khí th  > 90o => chất lỏng không thấm ướt chất rắn du o Hoặc dùng giá trị cos ng  = 180o => chất lỏng hồn tồn khơng thấm ướt chất rắn cos  => chất lỏng thấm ướt chất rắn cu u cos  => chất lỏng không thấm ướt chất rắn cos lớn độ thấm ướt chất lỏng lên chất rắn tốt Nhận xét: • Những chất lỏng có sức căng bề mặt bé dễ thấm ướt Vì lực tương tác fL-L nhỏ • Quá trình thấm ướt xảy lượng tự hệ giảm xuống Gs giảm nhiều thấm ướt tốt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Mối quan hệ khả thấm ướt sức căng bề mặt chất Phân tử A chịu tác dụng lực: σR-K, σL-K, σR-L F =  R − K = cos   L− K +  R − L  cos  =  R− K −  R−L ( Phương trình Young)  L− K  R − K   R − L  cos   : chất lỏng thấm ướt chất rắn  R − K   R − L  cos   : chất lỏng không thấm ướt chất rắn co Muốn tăng khả thấm ướt, điều chỉnh cho cos  ( điều chỉnh  R − L  L − K ) - Giảm  R − L : giảm sức căng bề mặt R-L dùng chất hấp phụ lên bề an • ng  R − K =  R − L  cos  = : Giới hạn thấm ướt .c om Nhận xét: Giảm  L − K : chọn chất có sức căng bề măt nhỏ → khả thấm ướt cao ng - th mặt rắn – lỏng du o Ứng dụng tượng thấm ướt: nhuộm, giặt, cơng nghiệp tuyển khống cu u Quặng nghiền nhỏ trộn với nước tạo thành huyền phù kích thước 10-6 →10-7 (m) Sau thổi khí từ lên tạo bọt Các hạt quặng thấm ướt bong bóng khí dâng lên bề mặt => thu góp bề mặt Các dạng thấm ướt tốt, tạp chất => lắng xuống tạo thành bùn nhão tách • Điều kiện để hạt quảng nổi: + Khối lượng hạt nhỏ (tán mịn) + Bề mặt quặng phải kị nước tức  lớn hay cos nhỏ  Cho thêm chất hoạt động bề mặt để tăng tính kị nước CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... = (I -2) no Po = V o g  Po o n Từ (I-1) (I -2) :  .no   n = o → = o  o o n n.o CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt b Phương pháp dâng mao quản Khi cân P = F = 2.  ... lực tương tác phân tử giảm => giảm σ d dT ? ?2 T2 1 T1 an Khi tăng nhiệt độ T a giảm scbm σ giảm co a=− ng Gọi a hệ số nhiệt độ ng  T =  T − a(T2 − T1 ) du o  th  d =  −adT , khoảng nhiệt... Chất hoạt động bề mặt chất hòa tan vào dung dịch làm giảm scbm σ dung dịch • du o SO3H, -NH2, -NHR, -NR2 Phần khơng phân cực: gốc hydrocacbon no cu • u Đặc điểm chất hoạt động bề mặt Gốc R thường