CÁC HỆ PHÂN TÁN CAO doc

• 1830 : Berzelius điều chế được “dd của cách chất không tan” như dd FeS, dd AgCl, dd H 2 SiO 3 … • NaCl dạng bột mịn cho phân tán vào benzen thì được dd, bột kim loại cũng tạo được dd

Chương 16 CÁC HỆ PHÂN TÁN CAO

Dung dịch keo - Trạng thái keo

• 1657 : Glauber điều chế được dd của vàng dùng

để chữa bệnh! (Vàng tan trong nước???)

• 1830 : Berzelius điều chế được “dd của cách chất không tan” như dd FeS, dd AgCl, dd H 2 SiO 3 …

• NaCl dạng bột mịn cho phân tán vào benzen thì được dd, bột kim loại cũng tạo được dd …

)Thomas Graham đặt tên cho các dd đó là

DUNG DNCH KEO ) Trong dd keo, vật chất ở TRẠNG THÁI KEO

Trạng thái keo và trạng thái kết tinh là những

dạng tồn tại khác nhau của vật chất

ngành sản xuất

• Nông nghiệp: hạt keo trong đất giúp giữ ẩm, giữ

chất dinh dưỡng cho cây trồng

• Dược phẩm: cần điều chế các loại thuốc chứa

chất khó tan

• Thực phẩm: các thành phần trong sữa cần đồng

đều, không kết tủa

• Thuốc nhuộm, giấy ảnh: cần phân bố đều, kết

dính lớn các chất hòa tan

• Cao su, chất dẻo: cần cho các chất độn dạng bột

• Giấy, sơn, xà bông, mực viết, sx vật liệu XD , …

• Tế bào sống luôn chứa dd keo phức tạp ở

dạng gel, màng tế bào là màng bán thấm

• Máu, bạch huyết, chất nguyên sinh … là dd

keo

• Cơ thể động vật (xương, mô, cơ, bắp…) là

trạng thái tạo cấu thể của hệ keo

Ở đâu có sự sống, ở đó có dd keo!

I HÓA KEO

Hóa keo là hóa học của các vật thể thực

Hóa keo nghiên cứu về các hệ vi dị thể (các hệ

phân tán) trên cơ sở các hiện tượng bề mặt,

cũng như tính chất lý hóa chung chất của các

hợp chất cao phân tử và dung dịch của chúng

HỆ PHÂN TÁN

là hệ gồm 1 môi trường liên tục và các tiểu phân (các “hạt”) có kích thước nhỏ được phân tán

đồng đều trong môi trường đó.

Môi trường phân tán

`

Pha phân tán

Ví dụ: sương mù, khói, bụi, nước xà phòng, sữa

PHÂN LOẠI HỆ PHÂN TÁN

KHÍ

cm TÊN HỆ

TÍNH CHẤT CỦA HỆ KEO

• Trong suốt như dd thực, qua giấy lọc dễ dàng

• Không qua được màng bán thấm

• Không bền : sẽ bị kết tủa nếu thêm chất điện ly hay thay đổi nhiệt độ …

• Kích thước hạt cỡ trung gian, làm cho:

– Bề mặt dị thể cực đại ->tính chất khác biệt – Phân tán ánh sáng

ª Nghiên cứu sâu về DUNG DNCH KEO

DUNG DNCH KEO

• Môi trường phân tán: LỎNG - Pha phân tán: RẮN

• KEO ƯA LỎNG : hạt keo tương tác mạnh với

môi trường lỏng, tạo thành lớp vỏ solvat hóa

• KEO KỴ LỎNG : hạt keo không tương tác với

môi trường, không tạo thành lớp vỏ solvat hóa

Ví dụ: keo Ag, keo oxyt kim loại, keo AgI …

• HYDROSOL : dd keo có dung môi là nước

• ALCOSOL : dd keo có dung môi là rượu

II CẤU TẠO HẠT KEO

HẠT KEO = MIXEN NHÂN :

- Chất khó tan/ít tan trong môi trường

- Ion Tạo Thế bị hấp phụ chọn lọc trên chất khó tan

- LỚP ION BAO QUANH :

là các Ion đối của ion tạo thế

NHÂN

MIXEN

Keo dương – Keo âm: do ion tạo thế quyết định

• Lớp ion tạo thế tạo thành bằng cách :

• Ion hóa bề mặt chất rắn

• Hấp phụ các ion trên bề mặt chất rắn:

các ion phải giống ion trong mạng tinh thể của chất rắn

• Hạt keo & Dung dịch keo trung hòa điện

Cấu tạo của hạt keo quyết định nhiều tính chất

quan trọng của hệ keo: tính chất điện,

khả năng hấp phụ, tính bền

Tính chất quang học của hệ phân tán khác với của hệ phân tử Ư dựa vào tính chất này để khảo sát kích thước của hạt trong pha phân tán, hình dạng, cấu tạo

pha phân tán.

• Chiếu 1 chùm sáng qua hệ keo thì ánh sáng có thể:

™ Phản xạ : do dung dịch phân tử, hệ keo

™ Khúc xạ : do dung dịch phân tử, hệ keo

™ Bị nhiễu xạ : do hệ keo

™ Truyền suốt

III TÍNH CHẤT QUANG HỌC

CỦA HỆ KEO

Hiện tượng ánh sáng giúp nghiên

cứu hệ keo

Hiệu ứng Tyndall

Hiệu ứng Tyndall

là hiện tượng tạo thành 1 dải sáng hình nón cụt

khi cho chùm sáng đi qua môi trường lỏng

hay khí, trong đó có chứa các hạt phân tán

với kích thước keo

ÎHình nón Tyndall

Nguyên nhân:

DO SỰ PHÂN TÁN ÁNH SÁNG BỞI CÁC

HẠT KEO

• Khi chiếu ánh sáng qua hệ dị thể, tia sáng gặp

các hạt Tùy kích thước các hạt, độ dài sóng

của ánh sáng, thì:

ƒ Nếu r > λ thì ánh sáng bị phản xạ

)trong các hệ huyền phù thô, nhũ tương,

sương mù, bụi

ƒ Nếu r < λ thì có ánh sáng bị nhiễu xạ → ánh

sáng bị phân tán

) trong hệ keo có kích thước 1 – 100nm

Phương trình Rayleigh

• Cường độ ánh sáng phân tán Ipt sẽ phụ

thuộc cường độ tia tới và tính chất của hệ keo:

n 1 , n 2: chiết suất pha

phân tán và môi trường phân tán

ν : nồng độ hạt keo

V: thể tích một hạt

λ : độ dài sóng

I 0: cường độ tia tới

k’.C: hệ số hấp thụ giả do

phân tán ánh sáng

k’ = f(r) Định luật Lambert – Beer

các hạt pha phân

tán trong hệ keo

Các hạt khơng

va chạm nhau

khi chuyển động.

Tính chất

¾Chuyển động Brown không yếu đi theo thời

gian, không phụ thuộc nguồn năng lượng bên

ngoài, tăng lên khi nhiệt độ tăng

¾Chuyển động Brown phụ thuộc kích thước hạt:

–hạt nhỏ thì chuyển động nhanh & quãng

đường dài

–hạt càng lớn thì càng chuyển động chậm &

quãng đường ngắn

–hạt quá lớn thì chuyển động Brown tắt dần

Nguyên nhân của chuyển động Brown

• Do chuyển động nhiệt, các phân tử dung môi di chuyển theo các hướng khác nhau & bởi các

lực khác nhau Î va đập với các hạt keo

• Trong 1 giây có hàng nghìn cú va đập từ mọi

phía

-> những va đập không cân bằng nhau, xô đẩy

hạt keo không cho nó đứng yên

SỰ KHUẾCH TÁN CỦA HỆ KEO

• Rất chậm chạp!!! Để di chuyển 1cm:

– hạt keo tốn 3 năm

– phân tử trong dd thường chỉ cần vài giờ

• Chỉ khuếch tán khi dd keo tiếp xúc với dung

môi tinh khiết

-> dung dịch keo không đi qua màng bán thấm

(màng tế bào)

Phương pháp thẩm tách

Phương pháp thẩm tách dựa trên cơ sở tốc

độ khuếch tán khác nhau của các ion & các

SỰ SA LẮNG

Các hạt keo trong dung dịch ngoài CHUYỂN

ĐỘNG BROWN còn chịu tác động của

ÁP SUẤT THẨM THẤU

• Số hạt trong dd keo giảm

đi nhiều so với dd phân tử

• Ư Áp suất thẩm thấu

trong dd keo giảm đi

nhiều so với dd phân tử

• & Không ổn định

Bề mặt hạt keo luôn tích điện -> tạo lớp điện

tích kép

Lớp điện tích kép ảnh hưởng đến tính bền vững của hệ phân tán (đặc biệt

là keo kim loại)

NHÂN

HẠT KEO LỚP ĐIỆN TÍCH KÉP

VV TÍNH CHẤT ĐIỆN HỌC CỦA HỆ KEO

Phân bố điện thế ở lớp điện

tích kép

0 1

• Đo được điện thế tại vị trí mặt trượt = Điện thế điện động ζ (zeta )

• Mặt trượt là chỗ đứt khi có sự chuyển dịch tương đối giữa pha rắn và pha lỏng, nằm

trong pha lỏng (Δ > δ)

Thế điện động ζ ảnh hưởng mạnh đến sự bền

vững của hạt keo & sự chuyển dịch của nó dưới

tác dụng của dòng điện

Các hiện tượng điện động học

ỨNG DỤNG

• Kết tủa các hạt từ dd keo, huyền phù, nhũ

tương tạo lớp phủ bề mặt kim loại bền &

đồng đều

• Làm mất nước của các vật xốp bằng cách đặt vật xốp giữa các điện cực

• Dùng nước đẩy dầu ra khỏi giếng dầu

• Nước thiên nhiên chảy trong vỏ trái đất qua

lớp nham thạch làm phát sinh điện thế chảy > thăm dò khoáng sản

-• Máu chảy trong mạch máu làm sản sinh điện thế chảy -> phương pháp điện tâm đồ

• Tính chất điện học của dd keo sẽ thay đổi nếu có

tác động làm thay đổi lớp điện tích kép

• thêm chất điện ly trơ (không hấp phụ lên nhân)

• thêm chất điện ly không trơ (hấp phụ lên nhân)

• pha loãng dd keo

• thay đổi nhiệt độ

• thay đổi môi trường phân cực

• -> thể hiện ở sự thay đổi ζ & ϕ 0

LỚP ĐIỆN TÍCH KÉP

Ảnh hưởng của chất điện ly không trơ đối với ζ & ϕ 0

a) các ion cùng dấu với ion tạo thế (1: keo ban đầu –

2: tăng ion tạo thế - 3: khi nhân keo hấp phụ bão hòa)

b) các ion ngược dấu với ion tạo thế

VI SỰ BỀN VỮNG CỦA HỆ KEO

Tính bền vững của hệ phân tán được đặc trưng bằng sự bất biến theo thời gian của các thông số:

• Độ phân tán

• Sự phân bố cân bằng của pha phân tán trong môi trường

•Tính bền vững ≠ Tính đông tụ

•Keo ưa lỏng: tự phân tán & bền vững

•Keo kỵ lỏng: phân tán nhờ công bên ngoài &

không bền vững

Tính bền vững ≠ Tính đông tụ

• Bền sa lắng: hệ phân tán bền vững dưới tác

dụng của lực trọng trường

-> chống lại sự sa lắng - tái kết tinh

• Bền tập họp: hệ phân tán giữ được độ phân tán

-> chống lại sự tạo tập họp lớn hơn

bông tụ, keo tụ, kết tụ

Bông tụ - Keo tụ - Kết tụ

• SỰ BÔNG TỤ: sự tập họp lại của các hạt

keo trong dd keo

ĐỂ LÀM GIẢM TÍNH BỀN

• Thêm chất điện ly

• Thêm polymer

• Thêm keo trái dấu

• Thay thế dung môi

• Thay đổi nhiệt độ

• Điều chỉnh pH của môi trường

• Dùng dòng điện

• Thêm chất làm bền có khả năng hấp phụ lên

bề mặt keo, tăng tính đồng nhất của hệ keo

• keo ưa lỏng

• chất hoạt động bề mặt

• dung môi thích hợp

• Ví dụ:

• sơn, thuốc bôi, thuốc trừ sâu

• lớp tráng trên giấy ảnh/ phim

ĐỂ LÀM TĂNG TÍNH BỀN

VII SỰ TẠO KẾT CẤU TRONG

HỆ KEO

• KEO TỤ CẤU TRÚC

• Khi tăng nồng độ các hạt keo:

• Keo ưa lỏng chuyển thành trạng thái GEL

• Keo kỵ lỏng bị kết tủa

Keo tụ cấu trúc

• GEL: là trạng thái lỏng hóa rắn, được tạo

thành từ các hệ keo hoặc dd cao phân tử

(đất sét, silicat …)

• THẠCH: gel tạo từ dd cao phân tử

(cao su, gelatin, hồ tinh bột …)

• Gel có cấu trúc mạng không gian chứa đựng

trong nó phần còn lại của chất lỏng sau khi

hình thành mạng

• Để tạo GEL: phải có sự bất đối xứng, có

phần bị solvat hóa mạnh & yếu