Bg hoa ly duoc 2017 phan 1 8268

Pha phân Khi cho lưu huỳnh hòa tan trong cồn ta thu được dung dịch lưu huỳnh trongcồn trong suốt, nhưng nếu dùng nước để pha loãng dung dịch lưu huỳnh bão hòa trongcồn, ta thu được hệ ke

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VÕ TRƯỜNG TOẢN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VÕ TRƯỜNG TOẢN

BÀI GIẢNG MƠN HỌC

Tên mơn học: Hĩa Lý Dược

(Tên tiếng Anh: )

Trình độ: Đại Học

Số tín chỉ: 3Giờ lý thuyết: 45 tiếtGiờ thực hành:

NỘI DUNG BÀI GIẢNG

1 Điều kiện tiên quyết: Hĩa Đại cương vơ cơ

2 Mục tiêu mơn học: Học phần này cung cấp cho người học những kiến thức cơ

bản của mơn hĩa lý gồm hĩa keo, động hĩa học và điện hĩa học

+ Phần hĩa keo: Người học nắm bắt được một số kiến thức cơ bản vệ hệ phân tán vi

dị thể cĩ độ phân tán cao và các quá trình xảy ra trong hệ dị thể đĩ Nêu lên đượcnhững nét đại cương về tính chất hĩa lý của hệ keo, cách điều chế chung Nêu ứngdụng trong đời sống liên quan mật thiết tới hĩa keo

tốc độ phản ứng hĩa học cũng như các yếu tố cĩ ảnh hưởng đến tốc độ của phản ứngnhư nồng độ chất phản ứng, nhiệt độ, áp suất, chất xúc tác,…

điện của dung dịch chất điện ly, điện cực và thế điện cực, bản chất của quá trình điệnhĩa, ý nghĩa của của các phép đo thế điện cực trong y dược

3 Phương pháp giảng dạy: Diễn giảng lý thuyết và hướng dẫn giải bài tập

4

5 Tài liệu tham khảo

[1] Ngô Hữu Phú (2006), Hóa lý và Hóa keo – Nhà Xuất bản Khoa học và Kỹ thuật[2] Trần Văn Nhân, (2005), Hóa lý Tập 1, 2, 3 – Nhà Xuất bản Giáo Dục

[3] Trần Sơn, (2001), Động hóa học – Nhà Xuất bản Khoa học và Kỹ thuật

[4]. Hóa lý dược (2011) – Nhà Xuất bản Y khoa

1.1.2 Phân loại hệ phân tán

1.1.2.1 Phân loại hệ phân tán theo kích thước hạt

1.1.2.2 Phân loại hệ phân tán theo sự tương tác giữa các pha

1.1.2.3 Phân loại hệ phân tán theo trạng thái tập hợp của các pha

1.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ PHÂN TÁN

1.2.1 Độ phân tán

1.2.2 Diện tích bề mặt của hệ phân tán

1.2.3 Độ ổn định của hệ phân tán keo

1.2.4 Vai trò của hệ phân tán trong đời sống

BÀI 2: ĐIỀU CHẾ VÀ TINH CHẾ KEO

3.1.1 Chuyển động Brown của hạt keo

3.1.2 Sự khuếch tán của hệ keo

3.1.2.1 Công thức khuếch tán của Fick

3.1.2.2 Phương trình khuếch tán của Einstein

3.2.1.1 Hiện tượng nhiễu xạ Tyndall

3.2.1.2 Phương trình nhiễu xạ ánh sáng của Rayleigh3.2.1.3 Một số hệ quả rút ra từ phương trình Rayleigh3.2.1.4 Ứng dụng của hiện tượng nhiễu xạ

3.2.2 Sự hấp thụ ánh sáng

3.3 TÍNH CHẤT ĐIỆN HỌC CỦA HỆ KEO

3.3.1 Thí nghiệm về sự tích điện của hệ keo

3.3.1.1 Hiện tượng về điện di hay điện chuyển

3.3.1.2 Hiện tượng điện thẩm

3.3.1.3 Điện thế chảy và điện thế sa lắng

3.3.2 Cấu tạo lớp điện kép

3.3.3 Cấu tạo hạt keo

3.3.4.1 Ảnh hưởng của chất điện ly trơ

3.3.4.2 Ảnh hưởng của bán kính ion

3.3.4.3 Ảnh hưởng của chất điện ly không trơ (dễ bị hấp phụ)3.3.4.4 Ảnh hưởng của nồng độ hạt và nhiệt độ

BÀI 4: ĐỘ BỀN VỮNG CỦA SỰ KEO TỤ

4.2.1.1 Keo tụ do sự trung hòa điện tích

4.2.1.2 Keo tụ do ảnh hưởng của nồng độ chất điện ly

4.2.1.3 Ngưỡng keo tụ của chất điện ly

4.2.1.4 Ảnh hưởng của bán kính ion chất điện ly trên sự keo tụ4.2.2 Một số hiện tượng keo tụ khác

4.2.2.1 Keo tụ do thay đổi nhiệt độ

5.2.1.1 Phân loại nhũ tương

5.2.1.2 Phương pháp nhận biết nhũ tương

5.2.1.3 Độ bền vững của nhũ tương

5.2.1.4 Phân loại chất nhũ hóa

5.2.1.5 Cơ chế hoạt động của chất nhũ hóa

5.2.1.6 Sự chuyển tướng của nhũ tương (sự đảo pha)

5.2.2 Hỗn dịch

5.2.3 Khí dung (Aerosol)

BÀI 6: CÁC HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT

6.1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN

6.1.1 Sức căng bề mặt của chất lỏng

5.1.2 Áp suất hơi bão hòa trên bề mặt chất lỏng

6.1.2.1 Hiện tượng mao dẫn

6.1.2.2 Hiện tượng ngưng tụ mao quản

6.1.3 Hiện tượng thấm ướt bề mặt

6.1.4 Sức căng bề mặt của dung dịch chất tan

6.1.4.1 Chất tan trong dung dịch là chất không hoạt động bề mặt6.1.4.2 Chất tan trong dung dịch là chất hoạt động bề mặt

6.2 PHÂN LOẠI CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT

6.2.1 Chất hoạt động bề mặt loại anion

6.2.1.1 Xà phòng kim loại hóa trị I

6.2.1.2 Xà phòng kim loại hóa trị II

6.2.1.3 Muối sunfat của alcol béo và ion kim loại

6.2.2 Chất hoạt động bề mặt cation

6.2.2.1 Muối amoni bậc 4

6.2.2.2 Muối amin

6.2.3 Các chất HĐBM không phân ly thành ion

6.2.3.1 Ester của rượu đa chức và acid béo

6.3.5 Khả năng tẩy rửa

6.3.6 Khả năng tạo mixen

7.2.1 Phương trình hấp phụ của Langmuir

7.2.1.1 Thuyết hấp phụ của Langmuir

7.2.1.2 Thiết lập phương trình đẳng nhiệt hấp phụ của Langmuir7.2.2 Phương trình hấp phụ thực nghiệm của Freundlich

7.2.3 Ứng dụng của sự hấp phụ

7.3 HẤP PHỤ CHẤT TAN TRÊN BỀ MẶT RẮN

7.3.1 Hấp phụ phân tử

7.3.2 Xác định phương trình thực nghiệm của Freundlich

7.3.3 Những yếu tố ảnh hưởng tới hấp phụ phân tử

7.3.3.1 Ảnh hưởng của dung môi

7.4.1 Ảnh hưởng của bán kính ion

7.4.2 Ảnh hưởng của điện tích ion

7.4.3 Hấp phụ chọn lọc

7.5 HẤP PHỤ TRAO ĐỔI ION

7.5.1 Định nghĩa

7.5.2 Đặc điểm của hấp phụ trao đổi ion

7.5.3 Dung lượng trao đổi ion

7.5.4 Ứng dụng của nhựa trao đổi ion

CHƯƠNG 2: ĐỘNG HÓA HỌC

BÀI 8: ĐỘNG HỌC CỦA CÁC PHẢN ỨNG HÓA HỌC

8.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐỘNG HỌC

8.2.1.2 Đặc điểm của hằng số tốc độ phản ứng bậc không

8.2.1.3 Phương pháp xác định hằng số tốc độ của phản ứng bậc không8.2.2 Khảo sát phản ứng bậc nhất

8.2.3.1 Phản ứng có sự tương tác của 2 phân tử cùng loại

8.2.3.2 Phản ứng có sự tương tác của 2 phân tử khác loại

8.2.3.3 Đặc điểm của phản ứng bậc hai

9.2.2 Chất xúc tác tham gia với lượng nhỏ

9.2.3 Chất xúc tác không làm thay đổi cân bằng

9.2.4 Chất xúc tác làm gia tăng tốc độ của phản ứng

9.2.4.1 Giai đoạn đầu

9.2.4.2 Giai đoạn sau

9.3 PHẢN ỨNG XÚC TÁC ACID – BASE

9.2.3 Ảnh hưởng của pH trên tốc độ phản ứng

9.3.2.1 Trong môi trường acid

9.3.2.2 Trong môi trường base

9.4 PHẢN ỨNG XÚC TÁC ENZYME

9.4.1 Khái niệm men (Enzyme)

9.4.2 Cơ chế của phản ứng xúc tác men

CHƯƠNG 3: ĐIỆN HÓA HỌC

BÀI 10: ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY

10.1 CÁC LOẠI VẬT DẪN ĐIỆN

10.1.1 Vật dẫn kim loại

10.1.2 Chất bán dẫn

10.1.3 Vật dẫn điện là dung dịch các chất điện ly

10.2 ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY

10.2.1 Khái niệm về độ dẫn điện

10.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ dẫn điện

10.2.3 Các cách biểu thị độ dẫn điện

10.2.3.1 Độ dẫn điện riêng

10.2.3.2 Độ dẫn điện đương lượng

10.2.3.3 Độ dẫn điện độc lập của các ion

10.3 LÝ THUYẾT VỀ LỰC HÚT TƯƠNG HỖ GIỮA CÁC ION

10.4 SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC ION TRONG DUNG DỊCH NƯỚC10.5 ỨNG DỤNG CỦA PHÉP ĐO ĐỘ DẪN

10.5.1 Đo độ dẫn điện riêng của dung dịch

10.5.2 Xác định độ tan của muối khó tan

10.5.3 Xác định độ phân ly α và hằng số điện ly của chất điện ly yếu10.5.4 Định lượng nồng độ dung dịch bằng cách đo độ dẫn điện

10.5.4.1 Nguyên tắc chung của phương pháp

10.5.4.2 Định lượng acid – base dựa vào phản ứng trung hòa

10.5.4.3 Định lượng nồng độ dựa theo phản ứng tạo kết tủa

10.6 Ý NGHĨA CỦA PHÉP ĐO ĐỘ DẪN ĐIỆN

BÀI 11: ĐIỆN CỰC VÀ PIN

11.1 ĐIỆN CỰC VÀ THẾ ĐIỆN CỰC

11.1.1 Cặp oxy hóa khử và thế oxy hóa khử

11.1.2 Sự hình thành điện cực

11.1.3 Sự phát sinh điện thế trên điện cực (phương trình Nernst)

11.1.4 Phân loại điện cực

11.1.4.1 Điện cực loại 1

11.1.4.2 Điện cực loại 2

11.1.4.3 Điện cực loại 3

11.1.4.4 Điện cực loại 4

11.1.5 Thế tiêu chuẩn của các loại điện cực.

11.2 PIN ĐIỆN HÓA VÀ SỨC ĐIỆN ĐỘNG CỦA PIN

11.2.1 Cấu tạo pin điện hóa

11.2.2 Qui ước phản ứng oxy hóa khử trong mạch pin điện hóa

11.2.3 Cơ chế xuất hiện sức điện động của pin điện hóa

11.2.3.1 Điện thế tiếp xúc

11.2.3.2 Điện thế khuếch tán

11.2.3.3 Điện thế Nernst phát sinh trên bề nặt điện cực

11.3 ỨNG DỤNG CỦA PHÉP ĐO THẾ ĐIỆN CỰC VÀ PIN ĐIỆN HÓA11.3.1 Đo điện thế trên bề mặt điện cực

11.3.2 Đo pH bằng phương pháp điện hóa

11.3.2.1 Đo pH bằng cách dùng điện cực hydro chỉ thị

11.3.2.2 Đo pH bằng cách dùng điện cực quinhydron

11.3.2.3 Đo pH bằng cách dùng điện cực thủy tinh

11.3.3 Chuẩn độ thế điện nghiệm

11.3.3.1 Nguyên tắc của phương pháp

11.3.3.2 Sự thay đổi điện thế trong quá trình chuẩn độ

11.4 Ý NGHĨA CỦA PHÉP ĐO DIỆN THẾ TRONG Y DƯỢC

7 Nội dung bài giảng chi tiết

1.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI HỆ PHÂN TÁN

1.1.1 Hệ phân tán

Định nghĩa

Hệ phân tán là hệ gồm có pha phân bố trong môi trường phân tán Pha phân tánbao gồm một hoặc nhiều chất được phân chia thành những tiểu phân có kích thướcnhất định phân bố trong môi trường

Những hệ phân tán có kích thước hạt vài micron được gọi là hệ vi dị thể Hạtphân tán của hệ này không nhìn thấy bằng mắt nhưng có thể nhìn rõ bằng kính hiển vi,chúng có nhiều tính chất giống như tính chất của hệ keo

Những hệ có kích thước hạt nhỏ hơn hệ keo được gọi là hệ siêu vi dị thể, hạtphân tán này không nhìn thấy bằng kính hiển vi thường

Để dễ tính toán, thông thường người ta coi hạt phân tán có dạng hình khối lậpphương hoặc hình cầu có kích thước d

Trong hệ phân tán keo, nếu hạt có kích thước đồng nhất thì được gọi là hệ đơnphân tán Trường hợp này hiếm và chỉ tạo bằng phương pháp riêng đặc biệt

Thực tế, hệ keo là hệ gồm nhiều loại hạt có kích thước khác nhau vì vậy hệ

1.1.2 Phân loại hệ phân tán

1.1.2.1 Phân loại hệ phân tán theo kích thước hạt

Căn cứ vào kích thước hạt phân tán, người ta chia hệ phân tán thành 3 loại: Hệ

cm

Hệ phân tán thô: có kích thước hạt lớn hơn 10-3 cm.

10 -7 cm 10 -5 cm

Hệ phân tán Hệ keo Hệ thô phân tử

Hình 3.1 Phân loại hệ phân tán theo kích thước hạt phân tán

Khi thay đổi kích thước hạt phân tán ta có thể biến hệ thô thành hệ keo và tiếptheo thành dung dịch thực

Ví dụ: Khi ngưng tụ hơi natri kim loại trong benzene, mỗi hạt keo là tập hợpgồm nhiều nguyên tử Na

Ở đây pha phân tán là các tiểu phân keo, mỗi hạt keo gồm nhiều nguyên tửnatri kết hợp lại và phân tán trong môi trường benzene

Nếu cho natri vào nước ta thu được hệ phân tán là dung dịch NaOH Pha phân

Khi cho lưu huỳnh hòa tan trong cồn ta thu được dung dịch lưu huỳnh trongcồn trong suốt, nhưng nếu dùng nước để pha loãng dung dịch lưu huỳnh bão hòa trongcồn, ta thu được hệ keo gồm các tiểu phân lưu huỳnh có kích thước của hệ keo hoặc hệthô phân tán trong môi trường nước

Như vậy, khi phân tán một chất vào môi trường khác nhau, tùy theo trạng tháiphân tán mà ta có thể thu được những hệ khác nhau như: hệ thô, hệ keo hoặc dungdịch thực

1.1.2.2 Phân loại hệ phân tán theo sự tương tác giữa các pha

- Hệ keo thuận nghịch

Là những hệ keo khi bốc hơi môi trường phân tán, ta thu được những cắn khô

và nếu những cắn khô này được phân tán trở lại vào môi trường phân tán cũ thì tạothành hệ keo Ví dụ như khi phân tán agar, gelatin trong nước nóng hoặc cao su trongbenzene ta thu được những hệ keo thuận nghịch

- Hệ keo bất thuận nghịch

Là những hệ keo sau khi bốc hơi, có cắn khô không trương nở khi tiếp xúc vớimôi trường phân tán cũ và không phân tán trở lại thành hệ keo Ví dụ như các keo lỏngcủa các kim loại, keo AgI và keo lưu huỳnh trong nước là những keo không thuậnnghịch Keo không thuận nghịch thường khó điều chế ở nồng độ cao, hệ keo dễ bịngưng tụ khi bảo quản Ngược lại, những hệ keo thuận nghịch thì có thể đạt được nồng

độ cao và ít bị đông tụ khi thêm chất điện ly

- Keo thân dịch

Là những hệ keo mà tiểu phân của pha phân tán dễ dàng phân tán và có áp lựcmạnh mẽ với môi trường phân tán, nếu môi trường phân tán là nước, ta có keo thânnước Thường keo thân dịch có tính thuận nghịch, ví dụ keo thạch, agar, keo gelatin

- Keo sơ dịch

Là nhũng hệ keo mà tiểu phân của pha phân tán khó và không có ái lực vớimôi trường phân tán, nếu môi trường là nước ta có keo sơ nước Thường keo sơ dịchkhông thuận nghịch như keo lưu huỳnh, keo AgI và keo kim loại

Thường khi tăng nồng độ của pha phân tán, keo sơ dịch sẽ bị keo tụ còn keothân dịch dễ trở thành gel

Gel là hệ phân tán trong đó các tiểu phân tướng tác với nhau tạo ra một mạngcấu trúc nhất định, ràng buộc trong một khối liên kết và phân bố trong một môi trườngphân tán, ví dụ gel thạch, gel alginate

1.1.2.3 Phân loại hệ phân tán theo trạng thái tập hợp của các pha

Ở điều kiện bình thường vật chất thường tồn tại ở 3 trạng thái: Rắn, Lỏng,Khí Tùy theo trạng thái phân tán của chất phân tán và môi trường phân tán mà ta cóthể tạo ra những hệ phân tán sau:

Bảng 1.1 Phân loại hệ phân tán theo trạng thái tập hợp của các pha

Một số thuật ngữ thông dụng:

keo phân bố trong môi trường phân tán

hệ phân tán mà chất phân tán là lỏng hoặc rắn phân tán trong môi trường khí

tán mà chất phân tán là lỏng, rắn hoặc khí phân tán trong môi trường lỏng

Như thế dựa vào bản chất của môi trường phân tán lỏng là nước hoặc cồn màngười ta gọi là hydrosol, alcolsol

1.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ PHÂN TÁN

1.2.1 Độ phân tán

Là đại lượng đặc trưng cho độ mịn của hệ phân tán, ký hiệu bằng chữ D

Độ phân tán là nghịch đảo của kích thước hạt phân tán và được biểu thị:

Khí

Khí

1.2.2 Diện tích bề mặt của hệ phân tán

Kích thước tiểu phân tán là những phân tử hoặc ion phân bố trong môi trườngphân tán thường là dung môián thường là dung môi Trong dung dịch thực, hệ phântán là đồng thể và không có bề mặt phân chia pha

Hạt phân tán là tập hợp của nhiều phân tử chất phân tán, tạo ra một pha khácvới môi trường phân tán Những hệ này được gọi là hệ dị thể và chỉ ở hệ dị thể mới có

bề mặt ngăn cách pha Với cùng một khối lượng chất phân tán, nếu hạt phân tán càngnhỏ thì bề mặt phân chia pha càng lớn Ngược lại khi kích thước hạt to, bề mặt phânchia và độ phân tán sẽ bé

Là bề mặt phân chia giữa pha phân tán và môi trường trên một đơn vị thể tíchhoặc một đơn vị khối lượng của pha phân tán

S

VS: tổng diện tích bề mặt của tất cả các hạt phân tán

Như vậy bề mặt riêng tỷ lệ nghịch với kích thước hạt phân tán d, tỷ lệ thuậnvới độ phân tán D Ví dụ: ta chia một khối lập phương 1cm thành các hạt nhỏ hình lậpphương có cạnh 0,1cm, rồi phân tán đều vào môi trường phân tán Khi chưa chia nhỏ

Bảng 1.3 Sự liên quan giữa kích thước hạt và bề mặt phân chia pha

Sự liên quan giữa bề mặt riêng với kích thước hạt phân tán được biểu diễn bởi

Khi chia khối lập phương mỗi cạnh

Hình 1.2 Sự phụ thuộc giữa bề mặt riêng và độ phân tán

Ở miền hệ thô, đường cong gần như tiệm cận với trục hoành Khi kích thướchạt a nhỏ đạt kích thước phân tử hoặc ion, bề mặt phân chia biến mất Khi khảo sát bề

mặt riêng của các hệ: phân tán thô, hệ phân tán keo và hệ vi dị thể những hệ này có bề

mặt riêng lớn Vì thế, ở những hệ này các hiện tượng bề mặt như hấp phụ, thấm ướt rấtquan trọng và có nhiều ứng dụng thực tế.

1.2.3 Độ ổn định của hệ phân tán keo

Hệ keo là hệ vi dị thể có bề mặt phân chia pha lớn Ở bề mặt phân chia này cómột năng lượng tự do bề mặt G rất lớn

Độ lớn của G tỷ lệ thuận với bề mặt phân chia S và được tính theo biểu thức:

: hệ số phụ thuộc, còn gọi là sức căng bề mặt

Lấy vi phân toàn phần biểu thức ta có:

mọi quá trình chỉ xảy ra theo chiều giảm năng lượng tự do: dG < 0

Nghĩa là dS < 0

Vậy sự giảm năng lượng tự do bề mặt ở đây là giảm bề mặt phân chia pha, đây

là quá trình tự nhiên và tất yếu

Trong những hệ phân tán dị thể, quá trình tự thu hẹp bề mặt phân chia pha nàythể hiện ở những hiện tượng :

1.2.4 Vai trò của hệ phân tán trong đời sống

Trong đời sống, sự hiểu biết hệ phân tán giúp ta, giải thích các hiện tượng, điềuchỉnh các quá trình xảy ra trong cuộc sống theo hướng tích cực và chủ động Biết cáchvận dụng các kiến thức và áp dụng các nguyên tắc hóa lý vào việc sử dụng tài nguyênhiệu quả và kinh tế

Trong các ngành Y – Dược, hóa học vế các hệ phân tán nói chung và hóa keonói chung đã cung cấp nhiều kiến tế các hệ phân tán nói chung và hóa keo nói chung

đã cung cấp nhiều kiến thức cơ bản các quá trình hóa lý học của hệ phân tán để nghiêncứu thuốc và tác dụng của thuốc trong cơ thể.

Bất kỳ một dạng chế phẩm nào dùng để dự phòng và điều trị đều là những dạng

cụ thể của các hệ phân tán :

ion của dung dịch thực

thể hoặc hệ phân tán thô

Quy luật tương tác của các hạt với môi trường phân tán và của các hạt tương tácvới nhau đã quyết định tới sự khuếch tán, sự hấp thu và có tác dụng ngắn – dài haynhanh – chậm của một dạng thuốc

Các dạng thuốc phun mù, thuốc xịt dưới dạng khí dung có tác dụng điều trịnhanh và hiệu quả tại chỗ là do cấu trúc của các thuốc này là hệ keo

Trong nhóm thuốc tác dụng kéo dài thường là những hệ phân tán dị thể gồmnhững hạt tiểu phân hoạt chất phân tán trong các tá dược cao phân tử, nhằm giải phóng

từ từ dược chất Hệ phân tán này đã góp phần quan trọng trong việc kéo dài hiệu quảđiều trị của thuốc

CÂU HỎI LƯỢNG GIÁ

1/ Định nghĩa hệ phân tán và phân loại

2/ Viết biểu thức xác định độ phân tán và bề mặt

3/ Phân loại hệ phân tán và tên của từng loại hệ phân tán tương ứng Mỗi hệphân tán cho ví dụ cụ thể

4/ Trình bày quá trình tự xảy ra trong hệ keo có độ phân tán cao

5/ Nêu vai trò của hệ phân tán trong đời sống

CHƯƠNG 1 BÀI 2

ĐIỀU CHẾ VÀ TINH CHẾ HỆ KEO

MỤC TIÊU HỌC TẬP

cho một ví dụ

5 Trình bày được nguyên tắc của các phương pháp tinh chế keo

2.1 ĐIỀU CHẾ KEO

2.1.1 Định nghĩa

môi trường phân tán và ổn định trong thời gian sử dụng

Có hai phương pháp tổng quát để điều chế keo: phương pháp ngưng tụ và

Nguyên tắc: ngưng tụ là phương pháp điều chế keo bằng cách kết hợp nhiều

phân tử, nguyên tử hoặc ion, để tạo thành tiểu phân hệ keo

Một số phương pháp ngưng tụ cụ thể

a Ngưng tụ đơn giản (ngưng tụ hơi kim loại)

Ví dụ : Đun nóng natri đến bốc hơi, cho natri ngưng tụ trong hơi benzene (làmlạnh) Natri sẽ ngưng tụ thành các hạt keo phân tán trong môi trường benzene

Tuy nhiên nếu cho hơi natri ngưng tụ trong môi trường nước ta có dung dịchNaOH là dung dịch thật không phải hệ keo theo phản ứng

b Ngưng tụ do phản ứng hóa học

AgNO 3 KI AgI keo KNO3

H2S O2 Skeo H2O

2KAuO 2 3HCHO K2CO3 2Au keo 3HCOOK KHCO3 H2O

Mixen keo có dạng:

{ Fe(OH)3.mFe3 (3m x)Cl- }x+xCl

-c Ngưng tụ bằng phương pháp thay thế dung môi

Lưu huỳnh (hoặc nhự thông colophan) tan nhiều trong cồn tuyệt đối, khôngtan trong nước Khi hòa tan lưu huỳnh vào cồn cao độ đến bão hòa ta thu được dungdịch S/cồn (dung dịch thực)

Thêm một lượng nước vào dung dịch S bão hòa trong cồn, độ cồn tuyệt đốigiảm, lúc này độ tan của S trong dung dịch cũng giảm Các phân tử lưu huỳnh tập hợpthành các tiểu phân nhỏ phân tán trong cồn thấp độ, tạo hệ keo mờ đục Tùy theo nồng

độ của S bão hòa trong cồn, tỷ lệ thề tích của nước và thể tích của dung dịch S/cồn tathu được keo lưu huỳnh với những nồng độ và tính chất khác nhau

tăng do đó phải tốn nhiều công để phân tán các hạt thô thành tiểu phân hệ keo Do đócông sử dụng trong phương pháp phân tán chính là công gia tăng bề mặt Ta có:

A: công cần thiết cho sự phân tán

: độ tăng diện tích bề mặt

: sức căng bề mặtq: nhiệt tổn thất trong quá trình phân tán

Để làm giảm công A, trong thực tế người ta thường thấm ướt vật rắn cần phântán bằng dung dịch các chất có hoạt tính bề mặt

Khi đó, tại trung tâm hấp phụ trên bề mặt vật cần phân tán sẽ hấp phụ chất hoạtđộng bề mặt làm yếu lực liên kết phân tử pha rắn, giúp cho việc phá vỡ khối rắn dễdàng hơn

Một số phương pháp phân tán cụ thể

a Phân tán cơ học

Để điều chế keo bằng phương pháp phân tán cơ học, có thể tiến hành theocác cách sau:

- Thủ công: nghiền các chất thô bằng dụng cụ cối, chài

- Máy móc: dùng máy nghiền bi, máy gồm một thùng hình trụ bên trong

có chứa nhiều viên bi rắn Khi thùng quay, các viên bi quay theo ma sát va chạm vàothùng và sau đó rơi đập lên nhau, quá trình đó nghiền các hạt rắn thành hạt có kíchthước tiểu phân keo Các viên bi thường chiếm 40-50% thể tích, còn hạt phân tánchiếm khoảng 20% thể tích bên trong máy nghiền bi

- Ngày nay, để tăng nhanh quá trình phân tán và cải thiện tốt chất lượngcủa hệ keo người ta sử dụng máy xay keo

- Hiện nay trên thị trường có nhiều loại máy xay keo với cấu trúc, côngsuất, kích thước khác nhau thích hợp cho việc điều chế nhiều loại hệ keo

b Phân tán bằng siêu âm

Là phương pháp điều chế hệ keo bằng lực phân tán siêu âm Tần số dao

động v của siêu ấm rất cao (khoảng 10-30 nghìn lần/giây), do đó năng lượng phá vỡ

của siêu âm khá lớn, được tính theo công thức (E = h.v)

Phương pháp này có khả năng phân tán một số vật rắn có độ bền không lớnlắm như: lưu huỳnh, nhựa, graphic

Đặc biệt rất thuận lợi để phân tán các khối dẻo ưa nước, thành dung dịchloãng trong nước hoặc các mô mềm như các tổ chức gan, não, thận tạo thành dịchđồng thể động vật

c Phân tán bằng hồ quang

Phương pháp này dùng để điều chế keo kim loại trong dung môi hữu cơ Phaphân tán là hai thanh kim loại dùng làm hai điện cực dùng tạo hồ quang Đặt vào haithanh kim loại một điện áp khoảng 110 volt Đưa hai điện cực lại gần sẽ có hiện tượngphóng điện tạo hồ quang, tại tâm hồ quang có nhiệt độ rất cao Khi đó kim loại bị nóngchảy và thăng hoa trong môi trường phân tán Khi môi trường được làm lạnh, pha phântán sẽ ngưng tụ thành các hạt keo Để giảm nhiệt thoát ra tránh cho dung môi khỏi bayhơi mạnh hoặc tránh quá trình điện phân, người ta dùng dòng xoay chiều để thực hiệnquá trình này

d Phương pháp pepti hóa

Là phương pháp chyển một kết tủa trở lại trạng thái keo do các tác nhânpepti hóa thường là tác nhân hóa học Tùy theo nguyên nhân gây ra kết tủa mà sự peptihóa sẽ tiến hành theo các cách thích hợp

Nếu kết tủa là do hạt keo hấp thụ các ion điện ly tạo sự keo tụ thì chất peptihóa phải tách được những ion đó khỏi kết tủa

Nếu kết tủa là do các hạt của các chất phân tán không có những yếu tố bảo

vệ (thiếu ion tạo thế, thiếu chất tạo vỏ solvat) thì phải bổ sung thêm những yếu tố đóvào hệ

Nếu kết tủa đã hấp thụ ion hóa trị cao hoặc có bán kính lớn thì lực liên kếthấp phụ khá mạnh; do đó phải rửa tủa nhiều lần cho đến sạch

FeCl3 K4[Fe(CN)6 ] KFe[Fe(CN)6 ] 3KCl

thu được dung dịch keo xanh phổ

Chính các điện tích cùng dấu này đã làm các tiểu phân xanh phổ đẩy nhau,giúp các hạt keo lại tách ra khỏi tủa và di chuyển qua giấy lọc hình thành hệ keo và trởlại như lúc ban đầu

Như vậy, chính acid oxalic la chất pepti hóa và lượng kết tủa được phân tánthành hệ keo phụ thuộc vào nồng độ chất pepti hóa

2.2 TINH CHẾ KEO

Nguyên tắc

Trong quá trình điều chế hệ keo có chứa nhiều hợp chất khác nhau, phổ biến làcác ion, các hợp chất phân tử thấp Những chất này làm cho hệ keo không tinh khiết vàcác việc nghiên cứu hệ keo phức tạp Vì vậy, người ta tìm cách loại bỏ những cấu tửphụ này ra khỏi hệ keo trước khi nghiên cứu, đó là quá trình tinh chế keo

Phương pháp thông thường để điều chế hệ keo là sự thẩm tích Trong phươngpháp thẩm tích người ta dùng một màng có những lỗ nhỏ, đường kính lớn hơn kíchthước phân tử và ion, nhưng bé hơn kích thước hạt keo.

Do tính chất khuếch tán, các ion điện ly và các hạt keo đều có xu hướng đi quamàng nhưng vì kích thước lỗ màng bé, chỉ có phân tử nhỏ và ion đi qua màng còn hạtkeo bị giữ lại

Những màng này gọi là màng bán thấm Màng bán thấm có thể là các màng tựnhiên: màng da ếch, bong bong trâu bò, màng chế tạo từ động vật và hóa chất:xelophan, colodion,…

2.2.1 Phương pháp thẩm tích thường

2.2.1.1 Thẩm tích gián đoạn

Dùng một túi thẩm tích chứa dung dịch keo cần tinh chế và ngâm vào mộtchậu nước Sau một thời gian, các ion chất điện ly khuếch tán qua màng ngăn ra bênngoài thì cần thay nước mới Tiếp tục thẩm tích hư thế nhiều lần ta thu được keo tinhkhiết

2.2.1.2 Thẩm tích liên tục

Hình 2.1 Thẩm tích thường

Là phương pháp thẩm tích liên tục trong một thời gian không gián đoạn.trường hợp này dung môi nước tinh khiết di chuyển qua màng bán thấm kéo theo cáctạp chất là ion chất điện ly và các chất đơn phân tử cho đến khi hệ keo được tinh khiết.Nước vào ống dẫn và thoát ra ngoài ở ống thoát liên tục trong thời gian dài kéo theotạp chất cần loại

Nguyên tắc thẩm tích liên tục được ứng dụng trong chạy thận nhân tạo, thẩm

ra khỏi huyết thanhngười bị suy thận hoặc ngộ độc do toan huyết

2.2.2 Điện thẩm tích

Để tăng tốc độ thẩm tích, ngoài nguyên tắc cho dòng dung môi nguyên chấtchảy liên tục, người ta đưa thêm hai điện cực với điện áp một chiều vào bình thẩmtích

Khi đó ion chất điện ly di chuyển qua màng bán thấm nhanh hơn dưới tác dụngcủa điện trường và được loại ra ngoài

Hình 2.2 Điện thẩm tích 2.2.3 Lọc gel

Gel là thể đông đặc của các hợp chất cao phân tử khi được tiếp xúc với nước,các gel dùng để tinh chế hệ keo có dạng hạt nhỏ hình cầu

Một số loại gel như: Gel sephadex đó là các polydextran, trong đó mạch carbonthay đổi từ hợp chất có mạch carbon thấp đến các hợp chất cao phân tử có phân tử

Tiến hành tinh chế keo

Ngâm keo trong nước cho trương nở, sau đó nạp gel vào cột, cho dung dịch keochảy từ trên xuống dưới với tốc độ nhất định

Khi hệ keo chảy qua hệ thống gel, các tiểu phân keo hay các hợp chất cao phân

tử có kích thước lớn không chui vào các hạt gel đã trương nở chỉ theo các khe giữa cáchạt gel chảy nhanh xuống

Các ion và phân tử nhỏ chui được vào trong khối gel nên chuyển động chậm.Như vậy khi di chyển ra khỏi cột gel sephadex, các hạt keo hoặc các cao phân tửxuống trước cùng với dung môi nước, còn các ion và phân tử nhỏ chảy xuống sau.

Kỹ thuật này cho phép tách riêng hạt keo ra khỏi ion và chất đơn phân tử.phương pháp lọc gel có thể giúp tách riêng từng loại hệ phân tán với các kích thướchạt khác nhau khi ta sử dụng nhiều loại gel khác nhau

2.2.4 Phương pháp siêu lọc

Phương pháp này sử dụng màng siêu lọc dày hơn màng thẩm tích Màng siêulọc được chế tạo từ dẫn xuất của cellulose như acetate cellulose dày từ 1 – 2mm, chịuđược áp suất cao chỉ cho phân tử dung môi, ion và phân tử nhỏ đi qua còn hệ keo bịgiữ lại

Hệ keo hay dung dịch cao phân tử cần tinh chế được đưa vào máy lọc, dungdịch được khuấy liên tục nhờ que khuấy Bình siêu lọc được nối với máy nén khí đểtăng áp suất hoặc hút chân không

Dưới áp lực cao, hệ keo được nén qua màng siêu lọc để loại bớt dung môi, ion

và hợp chất có phân tử nhỏ, tiểu phân hệ keo sẽ được giữ lại không qua màng siêu lọc.Phương pháp siêu lọc cũng còn được dùng để cô đặc hệ keo và dung dịch cao phân tử.ngoài ra, phương pháp này được dùng trong tinh chế các chế phẩm ít bền với nhiệt nhưenzyme và nội tiết tố,…

CÂU HỎI LƯỢNG GIÁ

1/ Nêu phương pháp điều chế keo bằng cách ngưng tụ

2/ Trình bày cách điều chế keo bằng phương pháp phân tán

3/ Trình bày và giải thích phương pháp điều chế keo lưu huỳnh bằng cách thay thếdung môi

4/ So sánh sự giống nhau và khác nhau của các phương pháp điều chế keo

5/ So sánh phương pháp thẩm tích và lọc gel

CHƯƠNG 1 BÀI 3

TÍNH CHẤT CỦA HỆ KEO

MỤC TIÊU HỌC TẬP

1 Trình bày và giải thích được tính chất động học của hệ keo

2 Trình bày và giải thích được tính chất quang học của hệ keo

3 Nêu được hiện tượng, bản chất và ứng dụng của sự khuếch tán ánh sáng của

hệ keo

4 Vẽ và giải thích được cấu tạo lớp điện kép của tiểu phân hạt keo

5 Trình bày và giải thích được công thức cấu tạo của mixen keo, ví dụ

3.1 TÍNH CHẤT ĐỘNG HỌC CỦA HỆ KEO

3.1.1 Chuyển động Brown của hạt keo

Khi quan sát hệ keo dưới kính hiển vi tụ quang nền đen, người ta thấy nhữngchấm sáng lấp lánh và chuyển động hỗn loạn theo mọi hướng trong thị trường quansát, đó là chuyển động Brown của hạt keo

Chuyển động Brown không phải do sự xuất hiện của dòng đối lưu hoặc do sự

có mặt của trường lực bên ngoài mà do chuyển động nhiệt gây ra Trong hệ keo, dochuyển động nhiệt những phân tử của dung môi luôn chuyển động hỗn loạn va đập vàocác hạt keo theo những hướng khác nhau Hợp lực của các lực do những va chạm đó,

đã làm cho hạt keo chuyển động theo những hướng bất kỳ Tùy theo kích thước, hìnhdạng hạt keo mà mức độ chuyển động Brown sẽ khác nhau

Hình 3.1 Chuyển động Brown của tiểu phân keo

trưng cho khả năng chuyển động Brown của hệ keo

Einstein đã nghiên cứu chuyển động Brown liên quan tới sự khuếch tán thehophương trình sau:

(3.1)

hiển vi và có thể tính ra hệ số khuếch tán D của hệ

3.1.2 Sự khuếch tán của hệ keo

Khuếch tán là sự di chuyển của vật chất từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng

độ thấp do chuyển động nhiệt Sự khuếch tán là quá trình tự diễn biến xảy ra vớientropy tăng và không thuận nghịch

3.1.2.1 Công thức khuếch tán của Fick

Năm 1855, Fick đưa ra định luật thứ I: biểu thị lượng chất khuếch tán (dm) dichuyển qua diện tích S đặt vuông góc với chiều khuếch tán trong thời gian dt theocông thức sau:

3.1.2.2 Phương trình khuếch tán của Einstein

Trong quá trình nghiên cứu, năm 1908 Einstein đã đưa ra phương trình chothấy mối liên quan giữa hệ số khuếch tán D, nhiệt độ môi trường, độ nhớt của môitrường và kích thước hạt được thiết lập theo công thức sau:

kT

6 rr: bán kính hạt cầu

Ta thấy hệ số khuếch tán D tỷ kệ thuận với nhiệt độ T, tỷ lệ nghịch với độnhớt và kích thước hạt vì kích thước hạt keo lớn hơn kích thước phân tử rất nhiều do

đó hệ keo có hệ số khuếch tán nhỏ Điều này đã khiến cho Graham trước đây kết luậnnhằm trong hệ keo không có sự khuếch tán

Phương trình Einstein có thể dùng để xác định kích thước hạt cũng như trọng

r kT

Như vậy về ý nghĩa thì dòng khuếch tán là lượng vật chất khuếch tán ngangqua một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian

Hệ số khuếch tán tỷ lệ nghịch với bán kính hạt và độ nhớt của môi trường hạt

có kích thước càng lớn thì hệ sự khuếch tán càng chậm Hệ keo và dung dịch cao phân

tử có khả năng khuếch tán chậm

Sự khuếch tán dừng lại, khi nồng độ vật chất ở các nơi trong hệ là như nhau

Có nghĩa không có sự chênh lệch nồng độ thì không còn khuếch tán

Trong thực tế, khi nồng độ đã được san bằng giữa các điểm khác nhau thìchuyển động Brown vẫn luôn xảy ra Vì thế, trong một thể tích nhỏ vẫn có hiện tượngsai lệch nồng độ khỏi giá trị cân bằng Người ta gọi đó là sự dao động nồng độ Sự daođộng nồng độ là hiện tượng ngược với sự khuếch tán, mặc dù cả hai đều do chuyểnđộng nhiệt quyết định

Nhưng sự dao động nồng độ là sự chênh lệch nồng độ của vật chất khỏi giá trịtrung bình trong một thể tích nhỏ Còn sự khuếch tán là sự di chuyển san bằng nồng độ

V: thể tích dung dịch keo

ν : nồng độ mol hạt keoPhương trình này tương tự phương trình Van’t Hoff để tính áp suất thẩm thấucủa dung dịch thực:

3.1.3.1 Đặc điểm thứ nhất của áp suất thẩm thấu

Khi khảo sát hệ keo người ta nhận thấy, áp suất thẩm thấu của hệ keo rất bé vàkhông hằng định so với dung dịch thực

Nguyên nhân hệ keo có áp suất thẩm thấu bé là vì:

3.1.3.2 Đặc điểm thứ hai của áp suất thẩm thấu

Áp suất thẩm thấu của hệ keo không hằng định vì hệ keo không bền về mặtnhiệt động học, khi để lâu nồng độ hạt bị giảm do hiện tượng keo tụ (là hiện tượng cáchạt nhỏ nhập lại với nhau thành các hạt lớn lắng xuống)

Vậy áp suất thẩm thấu của hệ keo thường giảm dần theo thời gian

Theo phương pháp xác định áp suất thẩm thấu cho thấy hệ keo có áp suất thẩmthấu rất nhỏ so với dung dịch thực

Điều rất quan trọng là khi xác định áp suất thẩm thấu của hệ keo ta cần tinhchế keo cho thật sạch, tức là loại bỏ ion các chất điện ly ảnh hưởng đến áp suất thẩmthấu của hệ keo

Trong môi trường phân tán, hạt keo bị tác động bởi hai lực:

Trong lực tác động vào hạt keo và lực ma sát, khi hai lực cân bằng nhau hạt keo

lơ lửng, hệ bền Hạt keo sa lắng là do tác động của trọng lực đã thắng lực cản là lực masát

v: thể tích hạt keo

d: khối lượng riêng hạt keo

g: gia tốc trọng trường

V: tốc độ sa lắng của hạt keor: bán kính hạt keo

Lúc đầu hạt sa lắng với một vận tốc nào đó do trọng lực thắng lực ma sát Theomức độ tăng của tốc độ chuyển động, lực ma sát cũng tăng theo, tới một thời điểm hailực này bằng nhau, hạt chuyển động sa lắng đều

B

Tốc độ sa lắng của hạt tỷ lệ thuận với bình phương bán kính.

Nếu r càng lớn, sa lắng xảy ra càng nhanh

Ngược lại khi r bé, sự sa lắng xảy ra càng chậm Nếu r giảm nhiều có thể xảy rahiện tượng không sa lắng, được gọi là độ bền động học

Chuyển động Brown, sự khuếch tán, độ nhớt của môi trường là yếu tố làm cho

sa lắng giảm, độ bền động học của hệ tăng

Muốn sa lắng nhanh, phải phá vỡ độ bền động học Người ta đưa hệ keo vàomáy ly tâm Nhờ lực ly tâm với gia tốc lớn gấp hàng chục vạn lần gia tốc trọng trường,khi đó tốc độ sa lắng của hạt sẽ tăng nhanh

Với n là số vòng quay trong một phút (rpm)x: là khoảng cách từ trục quay tới hạt ly tâm (cm), g càng lớn thì sự sa lắngcàng nhanh

Ở những máy siêu ly tâm số vòng quay rất lớn tới hàng chục vạn vòng trênphút Khi đó người ta có thể tách những hạt phân tán có kích thước nhỏ ra khỏi nhau

dễ dàng bằng lực ly tâm

Ví dụ: dùng máy siêu ly tâm tách microsom, mitochondria từ dịch đồng thể của

tế bào trong các xét nghiệm sinh học

Người ta có thể dựa vào sự sa lắng để xác định bán kính hạt keo hoặc các hạtthô Phương pháp dựa vào kết quả đo thông số trong quá trình sa lắng để xác định kíchthước hạt keo Gọi là phép phân tích sa lắng

Đối với hệ đơn phân tán, có thể xác định trực tiếp V bằng cách đo đoạn đường

H mà hạt rơi được trong thời gian t :

tĐối với hệ đa phân tán, việc xác định tốc độ sa lắng phức tạp hơn, vì các hạt salắng với những tốc độ khác nhau tùy theo kích thước của hạt keo Khi đó người ta phải

xây dựng đường cong sa lắng cho mỗi loại hệ keo Trên cơ sở đó xác định kích thướcmỗi loại hạt riêng rẽ.

3.2 TÍNH CHẤT QUANG HỌC CỦA HỆ KEO

Khi chiếu một chùm ánh sáng vào một hệ phân tán ta thấy: nếu hệ là dung dịchthực ánh sáng có thể đi xuyên qua, có thể khúc xạ hoặc phản xạ Với những hệ vi dịthể, hệ trở nên đục và hơi thô Còn với hệ keo thì ánh sáng bị nhiễu xạ (khuếch tán)hoặc hấp phụ một phần nào đó bởi các hạt keo

Tính chất nhiễu xạ ánh sáng là tính quang học đặc trưng của hệ keo

3.2.1 Sự nhiễu xạ ánh sáng

3.2.1.1 Hiện tượng nhiễu xạ Tyndall

Khi chiếu một chùm ánh sáng đi qua hệ keo, năm 1869 Tyndall đã quan sátthấy một hình nón sáng lên bên trong hệ keo Hình nón sáng lên đó là hiện tượngkhuếch tán hay nhiễu xạ ánh sáng của hệ keo

Người ta nhận ra tính chất này khi làm thí nghiệm sau:

Hình 3.2 Thí nghiệm về hiện tượng Tyndall

Đặt một nguồn sáng S giữa hai cốc A, B Cốc A chứa dung dịch thực, cốc Bchứa dung dịch keo Quan sát thí nghiệm ta thấy

Mắt quan sát có hướng nhìn vuông góc với phương truyền đi của ánh sáng tới.Kết quả quan sát: cốc A không thấy sự thay đổi, cốc B phần ánh sáng đi qua sáng hẳnlên

Phần sáng hẳn lên do tia sáng chiếu vào hệ keo bị nhiễu xạ có dạng hình nónđược gọi là hình nón Tyndall

3.2.1.2 Phương trình nhiễu xạ ánh sáng của Rayleigh

24π sin α

2 2

Hình 3.3 Sự khuếch tán ánh sáng theo phương trình Rayleigh

Trong hiện tượng nhiễu xạ, khi khảo sát mối tương quan giữa kích thước cáchạt keo và độ dài sóng của ánh sáng tới ta nhận thấy:

thước của các hạt keo điều này giúp cho sự nhiễu xạ có thể xảy ra Hiện tượng nhiễu

Tức là hạt keo luôn nằm trong điện trường của sóng ánh sáng tới Trong điềukiện đó, nếu hạt keo không dẫn điện thì các phân tử cấu tạo nên hạt keo sẽ cảm ứngđiện từ và tạo ra các lưỡng cực

Vì dao động của sóng ánh sáng tới biến thiên liên tục theo thời gian, nên lưỡngcực cảm ứng cũng biến thiên liên tục

Như thế, khi trạng thái năng lượng của lưỡng cực thay đổi đưa đến sự phátsinh ra năng lượng dưới dạng sóng điện từ mà khi quan sát đó là ánh sáng nhiễu xạ haykhuếch tán

Như thế, hạt keo đã trở thành nguồn sáng thứ cấp phát ra ánh sáng nhiễu xạ.Khi hạt keo gồm những hạt không dẫn điện, hình cầu, có nồng độ hạt quá nhỏ thìcường độ ánh sáng nhiễu xạ tuân theo phương trình Rayleigh

4

: góc giữa hướng ánh sáng tới và ánh sáng nhiễu xạ

N: nồng độ hạt keoV: thể tích hạt keo: chiều dài bước sóng ánh sáng

3.2.1.3 Một số hệ quả rút ra từ phương trình Rayleigh

a Ảnh hưởng của nồng độ hạt keo

Khi hai hạt keo có cùng nồng độ khối lượng, nhưng tạo ra số hạt khác nhau,

do kích thước hạt khác nhau thì cường độ ánh sáng khuếch tán của hai hạt tỷ lệ vớinhau theo hệ thức :

I 1

I 2

N 1 V 1 2

N 2 V 2

N 1 r 1 3

r 2

(3.13)

hệ keo nào có kích thước hạt càng lớn thì cường độ ánh sáng nhiễu xạ càng mạnh

khi đó hạt phản chiếu ánh sáng, cường độ ánh sáng nhiễu xạ giảm

b Ảnh hưởng của bước sóng

Hình 3.4 Sự khuếch tán ánh sáng của hệ keo trong không khí

Khi khảo sát ánh sáng trắng, gồm các tia đơn sắc của vùng khả kiến :Tia tím nhiễu xạ mạnh hơn tia xanh và mạnh hơn tia đỏ Tính chất này cónhiều ứng dụng trong thực tế, ở khoảng cách xa đèn đỏ làm tín hiệu hoặc đèn báo nguyhiểm vì khả năng xuyên thấu cao còn đèn xanh báo an toàn

Do tia đỏ ít nhiễu xạ hơn các tia xanh và tím nên khi quan sát ánh sáng trắngqua một hệ keo ta thấy: trên đường đi của ánh sáng tới sẽ giàu tia đỏ, còn nhìn phíagóc bên cạnh giàu tia tím và xanh do hiện tượng nhiễu xạ

Tia đỏ hầu như ít bị nhiễu xạ mà chỉ xuyên thấu qua hệ keo Đó là lý do giảithích lúc sáng sớm mặt trời mọc và chiều mặt trời lặn, bầu trời thường có màu đỏ cam

Về ban ngày bầu trời có màu xanh là do tia xanh của ánh sáng mặt trời bị bầukhí quyển khuếch tán mạnh hơn các tia khác

c Ảnh hưởng của chiết suất

Như vậy về nguyên tắc các khối khí nguyên chất không khuếch tán ánh sáng

Do sự thăng gián nồng độ trong một thể tích lớn của khí có tạo ra những khuvực có sự khuếch tán khác nhau

Vì thế khi các khối khí có thể khuếch tán ánh sáng Giá trị tuyệt đối của ánh

không khí vô cùng nhỏ Song nó trở nên có ý nghĩa bởichiều dày khổng lồ của khí quyển bao quanh trái đất

3.2.1.4 Ứng dụng của hiện tượng nhiễu xạ

Kính siêu vi: còn gọi là kính hiển vi nền đen

Hình 3.5 Đường đi của tia sáng qua kính hiển vi

Hạt keo có kích thước nhỏ không nhìn thấy bằng kính hiển vi thường Tuynhiên, khi hệ keo khuếch tán ánh sáng, các tiểu phân hạt keo trở thành những tâm sángthứ cấp và nhiễu xạ tạo thành những điểm sáng trên nền đen

Về nguyên tắc có thể đếm được các số điểm sáng để xác định số hạt keo trongmột thể tích nhất định Từ đó có thể suy ra nồng độ và kích thước hạt

Trong kính siêu hiển vi, nguồn sáng được bố trí qua lăng kính, tập trung chiếuqua hệ keo, không truyền lên thị kính Chỉ có tia sáng khuếch tán trên hệ keo là truyềnlên được thị kính, để tới mắt người quan sát

Nếu hệ keo có nồng độ khối lượng là C (g/ml) Trong thể tích V của hạt ta đếnđược n hạt

Phương trình Lambert – Beer cho sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch thực là :

C: nồng độ khối lượngK: hệ số hấp thụd: chiều dày lớp hấp thụChuyển hai vế logarit cơ số tự nhiên ta có :

Bằng thực nghiệm người ta chứng minh được rằng k1 phụ thuộc vào độ dài

keo, vì vậy hệ số K cũng phụ thuộc vào hai yếu tố trên Trong thực nghiệm người taxác định mật độ quang có thể suy ra nồng độ hệ keo và hệ số hấp thụ K

Màu của hệ keo liên quan tới cả hai hiện tượng hấp thụ và khuếch tán ánh sáng.Như vậy, màu của hệ keo phụ thuộc nhiều vào độ phân tán của hệ keo và chiều dài ánhsáng bước sóng tới

Ví dụ: khi thêm vào thủy tinh một lượng keo vàng 0,001% thì thủy tinh có màu

đỏ thẩm

3.3 TÍNH CHẤT ĐIỆN HỌC CỦA HỆ KEO

3.3.1 Thí nghiệm về sự tích điện của hệ keo

3.3.1.1 Hiện tượng về điện di hay điện chuyển

Thí nghiệm về hiện tượng điện chuyển và điện thẩmNăm 1808, Reusse một giáo sư trường đại học tổng hợp Mockba đã làm thínghiệm như sau :

Hình 3.6 Thí nghiệm Reusse về sự tích điện của hệ keo

Nối nguồn điện một chiều vào hai cực Pt được đặt trong hai ống thủy tinhkhông đáy chứa dung dịch chất điện ly và được cắm vào khối đất sét ướt