II. Hệ bán keo.
1.Tính chất cơ bản của dung dịch bán keo.
Trong các dung dịch nước khi nồng độ còn nhỏ, chất bán keo tồn tại ở dạng các phần tử đơn giản(phân tử, ion)đó là những hệ đồng thể có mọi tính chất của dung dịch thật.
Nếu tăng dần nồng độ, đến một giá trị nào đó (thường là, tới khi dung dịch bắt đầu bão hồ), thì các phân tử chất hoạt động bề mặt tự ý xếp sắp theo quy tắc “chọn lọc, định hướng” tạo nên các hạt, gọi là mixen. Nồng độ dung dịch ở đó mixen bắt đầu xuất hiện gọi là nồng độ tới hạn mixen (Ct), thường tính Ct theo milimol. l-1. Bảng VI .2 dẫn ra một số chất bán keo và nồng độ tới hạn mixen của chúng.
a b
Hình VI.2- Sơ đồ dạng các mixen bán keo trong môi trường nước (môi trường phân cực)
a: Dạng cầu b: Dạng tấm
phân tử xà phòng, khối lượng trung bình của mixen từ 12000 đến 22000. Mixen loại này tương tự các hạt keo điển hình, bề mặt mixen cũng có lớp điện kép đơn giản. Ở đó có khoảng 3/4 số ion đối “dính” bởi bề mặt mixen, số còn lại ở dạng tự do. Tiếp tục tăng nồng độ chất bán keo, thì kích thước mixen tăng dần. Kết quả là dạng hình cầu chuyển dần sang dạng hình tấm – xem hình VI.2 a và b.
Nhờ việc tạo thành các mixen, nên mặc dù dung dịch bão hồ hoặc quá bão hoà, nhưng chất hoạt động bề mặt không kết tinh mà tạo thành các hạt phân bố trong hệ dưới dạng hệ phân tán keo.
Mặc dù các mixen bán keo không có cấu trúc như các hạt ghét lưu, nhưng chúng có một bề mặt tương đối rõ nét, một lớp điện kép đơn giản xuất hiện ở bề mặt mixen, làm cho mixen bán keo về mặt điện động gần với keo ghét lưu.
Ở nồng độ tới hạn , các dung dịch bán keo cú sự nhảy vọt về tinh chất: hệ từ đồng thể trở thành phân tán bán dị thể, do đó các đại lượng phụ thuộc vào nồng độ (độ dẫn điện, áp suất thẩm thấu, hệ số khuếch tán…) cũng có giá trị cực tiểu. Có thể thấy điều đó ở hình VI.3
λ
Tới hạn
Ct C
Hình VI.3: Sự phụ thuộc của độ dẫn điện đương lượng của kali ôlêat vào nồng độ dung dịch
trong một hệ: khi là dung dịch thật, khi là dung dịch keo tùy thuộc vào nồng độ chất phân tán (đó cũng chính là một trong các lý do khiến ta gọi các dung dịch chất hoạt động bề mặt là dung dịch bán keo).
Nồng độ tới hạn mixen Ct phụ thuộc vào bản chất chất bán keo và điều kiện bên ngoài
(nhiệt độ, nồng độ chất điện ly, khối lượng riêng của dung dịch …). Thực tế thấy rằng :
Mạch cacbon càng lớn thì Ct càng nhỏ, do độ tan của chất bán keo giảm. Với cùng mạch cacbon nhưng hợp chất chưa no có Ct lớn hơn so với hợp chất no, hợp chất có nhóm ion hóa ở giữa mạch có Ct lớn hơn so với hợp chất có nhóm ion hóa ở đầu mạch. Trong một dãy đồng đẳng của các chất bán keo Ct giảm theo sự tăng của mạch cacbon, tương tự như quy tắc Trao bơ về sự hấp phụ dương của các axit béo trên bề mặt dung dịch.
Có thể xác định Ct của một chất bán keo bằng cách đo độ dẫn điện đương lượng …, do tại giá trị Ct độ dẫn điện đương lượng và nhiều tính chất khác của dung dịch bán keo giảm đột ngột.
các chất hữu cơ không phân cực như benzen, heptan, dầu hỏa, các phảm mầu … không tan trong nước. Tuy nhiên khi có mặt xà phòng ở nồng độ C > Ct thì các chất hữu cơ đó sẽ chui vào trong lòng mixen xà phòng. Hiện tượng dĩ gọi là sự hòa tan keo.
Xà phòng trong môi trường không phân cực sẽ có khả năng hòa tan nước vào dầu mỡ đó là sự hòa tan keo nghịch. Hiện tượng đó có ý nghĩa rất lớn trong công nghiệp thực phẩm.
Bảng VI.2. Nồng độ tới hạn mixen Ct (milimol. l-1) của một số hợp chất ở 250Ctrong nước.
Tên chất hoạt động bề mặt Công thức phân tử Ct Các chất hoạt động bề mặt anion
Natri dodecyl sunfat Natri tetradecyl sunfat Natri hexadecyl sunfat Natri octadecyl sunfat C12H25SO4Na C14H29SO4Na C16H33SO4Na 8,00 2,0 0,6 Các chất hoạt động bề mặt cation
Dodecyl trrimetyl amoin bzomua Tetradcyl trimetylamoni bzomua Cetyltrimetylamoni bzomua. Octadecyltrimetyl amoni bromua
C12H25(CH3)3 NBr C14H29(CH3)3 NBr C16H33(CH3)3 10,0 3,0 1,5 Xà phòng no và chưa no Kali stearat
Kali oleat C17 H35COOK 0,45