Hai thành phần chủ yếu của hạt keo là nhân keo và lớp điện kép.
Hình IV:1: Sơ đồ cấu tạo hạt keo dương AgI
mAgI mAgI + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + tầng khuếch tán tầng hấp phụ ion quyết định thế nhân keo
Nhân keo
Nhân keo do rất nhiều phân tử, nguyên tử hoặc ion đơn giản tập hợp lại, cũng có trường hợp do sự chia nhỏ của hạt lớn hơn. Nhân keo có thể có cấu tạo tinh thể hoặc vơ định hình, nhưng là phần vật chất ổn định, hầu như không có biến đổi trong các q trình biến động của hệ phân tán.
Lớp điện kép.
Lớp điện kép gồm hai lớp tích điện ngược dấu nhau, nhưng cấu tạo phức tạp và luôn luôn biến đổi dưới tác động bên ngồi (mơi trường, pH, lực ion, nhiệt độ….). Lớp điện kép
được hình thành chủ yếu do sự hấp phụ.
Ví dụ 1. Bằng phản ứng trong dung dịch của AgNO3 với KI khi cho dư lượng của một trong hai chất, chúng ta sẽ nhận được các hệ keo dương AgI và keo âm AgI.
Phản ứng trao đổi:
AgNO3 + KI KNO3 + AgI
Tạo ra chất khó tan AgI, những phân tử này tập hợp với nhau thành nhiều hạt nhỏ AgI. Nếu dư AgNO3 thì các hạt keo dương AgI được tạo thành - xem hình IV.1 cơng thức cấu tạo như sau:
Hạt nhỏ AgI là nhân keo, hấp phụ chọn lọc đối với các ion Ag+, một số ion đối (I-) kéo theo, tạo thành ion keo. Lớp ion đổi xung quanh ion keo được gọi là tầng khuếch tán. Tầng hấp phụ và tầng khuếch tán tích điện ngược dấu nhau hợp thành lớp điện kép ở bề mặt hạt
keo. Ion Ag+ được gọi là ion quyết định thế, ion keo mang điện(+) nên gọi là hạt keo dương. Nếu dư KI thì các hạt nhỏ AgI hấp phụ chọn lọc đối với ion I- tạo ra hạt keo âm AgI, công thức cấu tạo như sau:
⌠{[mAgI] nI- (n-x) K+ }x-⌡xK+ Trường hợp này ion I- được gọi là ion quyết định thế.
Nếu số mol AgNO3 và KI vừa đủ phản ứng với nhau thì trong hệ chỉ có rất nhiều hạt nhỏ AgI ( có kích thước của hạt keo), chúng sẽ kết dính với nhau thành các hạt lớn hơn và sa lắng. Vì thế người ta gọi ion Ag+ hoặc AgNO3 và ion I- hoặc KI là những chất làm bền cho các hệ keo AgI.
Tác dụng làm bền cho hệ phân tán có thể là chất vơ cơ, chất hữu cơ, cũng có thể là dung mơi hoặc các điều kiện về pH, về nhiệt độ… của hệ. Người ta hay làm bền keo ghét lưu có độ phân tán cao bằng chất prôtit như: gelatin, albumin…
Tầng hấp phụ có cấu tạo dày đặc tương đối ổn định ít khi bị biến đổi bởi ngoại cảnh. Trong tầng hấp phụ các ion quyết định thế gắn chặt với bề mặt nhân keo, có một số ion đối
nhân keo
tầng hấp
phụ tầng khuếch tán ion keo
hạt keo hoặc mi xen keo
[ ]
{[mFe(OH )3]nFeO +(n− x)Cl −}x+ xCl −
liên kết với bề mặt rắn bằng lực tĩnh điện và có thể cả lực hấp phụ (lực tương tác phân tử), có thể cịn có các phân tử dung mơi do tính sonvát của các ion. Tầng khuếch tán có cấu tạo gồm những ion ngược dấu với ion keo, phân bố xung quanh ion keo và chỉ tương tác tĩnh điện với ion ấy. Tầng khuếch tán rất linh động ln biến đổi theo tính chất mơi trường của hệ.
Ví dụ 2:
Nhỏ từng giọt FeCl3 vào nước sơi, thì FeCl3 thủy phân:
Phản ứng trên khơng tạo ra Fe(OH)3 kết tủa mà điều chế được keo dương Fe(OH)3
mầu đỏ, công thức cấu tạo hạt keo đó như sau:
Ion FeO+là ionquyết định thế, do FeOCl được tạo ra trong quá trình phản ứng.
Qua hai ví dụ trên chúng ta nhận thấy rằng ion quyết định thế phải là ion giống với
thành phần của nhân keo hoặc ion tương tự. Dấu điện tích của ion quyết định thế cũng là dấu
điện tích ion keo. Nếu là keo âm thì tầng khuếch tán gồm những cation, keo dương thì tầng
khuếch tán gồm các anion, nếu là keo lưỡng tính thì tầng khuếch tán bao gồm cả cation và anion.
Ví dụ: keo Al(OH)3 là một keo vơ cơ lưỡng tính. Trong dung dịch nước phân tử Al(OH)3 có trạng thái cân bằng axit – bazơ:
công thức hạt keo như sau:
[ ] { mAl OH xAl OH } zA O OH yAl ) ( 2 2 ) ( ) ( 3 + −
Khi x > y thì ion Al(OH)+2 là ion quyết định thế, có hạt keo dương Al(OH)3, trong
tầng khuếch tán gồm z ion A trong đó đa số là anion. Khi y > x thì ion Al(OH)2O- là ion quyết
định thế, có hạt keo âm Al(OH)3, trong tầng khuếch tán đa số là cation.
Do trạng thái cân bằng (*) phụ thuộc pH môi trường nên dấu điện tích hat keo
Al(OH)3 sẽ thay đổi khi pH mơi trường biến đổi.
Ngồi ngun nhân do hấp phụ ion nhưng cũng có trường hợp hạt phân tán mang điện do bề mặt có nhóm chức có khả năng điện ly, do bề mặt hấp phụ những phân tử chứa các nhóm chức có khả năng ion hố. Ở những trường hợp ấy sự phân chia nhân keo với lớp điện kép không rõ ràng.
Keo đất có thành phần phức tạp, bao gồm keo dương, keo âm, keo lưỡng tính. Nhưng keo đất phần lớn là keo âm, vì bề mặt hạt thường có hiện tượng điện ly ra ion H+