TÍNH CHẤT của hệ KEO (hóa lý) (chữ biến dạng do slide dùng font VNI times, tải về xem bình thường)

Trắc nghiệm, bài giảng pptx các môn chuyên ngành Y dược hay nhất có tại “tài liệu ngành Y dược hay nhất”; https:123doc.netusershomeuser_home.php?use_id=7046916. Slide hóa lý ppt dành cho sinh viên ngành Y dược. Trong bộ sưu tập có trắc nghiệm kèm đáp án chi tiết các môn, giúp sinh viên tự ôn tập và học tập tốt môn hóa lý bậc cao đẳng đại học ngành Y dược và các ngành khác

TÍNH CHẤT CỦA HỆ KEO

Tính chất của hệ keo:

Bài 5

Tính chất động học

Tính chất quang học

Tính chất điện học

3.1 TÍNH CHẤT ĐỘNG HỌC CỦA HỆ KEO3.1.1 Chuyển động Brown của hạt keo

Khi quan sát hệ keo dưới kính hiển vi tụ quan nền

đen, người ta thấy những chấm sáng lấp lánh và

chuyển động hỗn loạn theo mọi hướng trong thị trường quan sát, đĩ 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

ngồi mà là do chuyển động nhiệt gây ra, theo những

hướng khác nhau bất kỳ Tuy ø theo kích thước, hình

dạng hạt keo mà mức độ chuyển động Brown sẽ

khác nhau.

3.1.1 Chuyển động Brown của tiểu phân keo

Einstein đã nghiên cứu hiện tượng

chuyển động Brown

∆ 2



2Dt

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 với entropy tăng và không thuận nghịch.

Lượng chất khuếch tán cuûa heä keo:

• a Công thức khuếch tán của Fick

Năm 1855, Fick đưa ra định luật thứ 1:

Biểu thị lượng chất khuếch tán (dm) di chuyển qua diện tích S đặt vuông góc với chiều khuếch tán trong thời dt

gian theo công thức sau:

Lượng chất khuếch tán:

dm  D dxdC .Sdt

7

• Tốc độ khuếch tán:

Là lượng chất khuếch tán trong một

đơn vị thời gian

v  dm  D.S

dC dt dx

8

Dòng khuếch tán:

Là tốc độ khuếch tán qua một đơn vị diện tích Khi đĩ dịng khuếch tán i được viết

như sau:

i  dm  D dC

Sdt dX

9

b Phuơng trình khuếch tán của Einstein

Trong quá trình nghiên cứu, năm 1908

Einstein đã đưa ra phương trình cho thấy mối liên quan giữa hệ số khuếch tán D,

nhiệt độ môi trường, độ nhớt của môi

trường và kích thước hạt được xd theo

công thức sau:

D  k T

6   r

3.1.3 Áp suất thẩm thấu

• Áp suất thẩm thấu  của một dung

dịch keo loãng có thể tính theo CT sau

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 và

không hằng định so với dung dịch thực

Giả sửù hai hệ keo có áp suất thẩm thấu 1

và 2 ở cùng nhiệt độ, ta có: chia vế cho

Đặc điểm thứ hai của áp suất thẩm thấu

- Áp suất thẩm thấu của hệ keo không hằng định không bền về mặt nhiệt động học, khi để lâu nồng độ hạt bị giảm do hiện tượng keo tụ

- 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 thẩm thấu rất nhỏ so với dung dịch thực.

3.1.4 Sự sa lắng

Sự sa lắng là hiện tượng các hạt của hệ

phân tán như (hệ thô, hỗn dịch…) lắng dần xuống đáy do sức hút của trọng trường.

Những hệ phân tán có kích thước tiểu phân

đủ lớn thì sẽ sa lắng nhanh, khi đó dựa

vào phân tích sa lắng, ta dễ dàng xác định kích thước hạt phân tán.

V  2(d  d0 )g r 2

9 

.

14

Máy ly tâm

Muốn sa lắng nhanh, phá vỡ độ bền động học Người ta đưa hệ keo vào máy ly tâm Nhờ lực ly tâm với gia tốc lớn, khi đĩ tốc độ sa lắng của hạt sẽ tăng nhanh.

Gia tốc ly tâm:

- g = 2.x

-  : là tốc độ góc;  = 1,18.10 5 n2

- n là số vòng quay trong một phút (rpm);

- x: khoảng cách từ trục quay tới hạt ly tâmcm,

g càng lớn thì hạt sa lắng càng nhanh.

15

Phép phân tích sa lắng

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 hạt thô

Phương pháp dựa vào kết quả đo thông số

sa lắng gọi là phép phân tích sa lắng.

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 dịch thực ánh sáng có thể đi

xuyên qua, có thể khúc xạ hoặc phản xạ

Với những hệ vi dị thể, hệ trở nên đục và hơi thô.

Còn đối với hệ keo thì ánh sáng bị nhiễu xạ (khuếch tán) hoặc hấp thụ một phần nào bởi các hạt keo.

Tính chất nhiễu xạ ánh sáng là tính chất

quang học đặc trưng của hệ keo.

hình nón sáng lên bên trong hệ keo.

Hình nón sáng lên đó là hiện tượng

khuếch tán hay nhiễu xạ ánh sáng

của hệ keo.

3.2.1.1 Hiện tượng nhiễu xạ Tyndall

Thí nghiệm về hiện tượng Tyndall.

19

Tương tác giữa kích thước hạt và độ dài sĩng

Sự khuếch tán ánh sáng theo phương trình Rayleigh 20

Điều kiện để cĩ nhiễu xạ

Các hạt keo có kích thước a nằm trong

khoảng từ 10-7 - 10-5 cm trong khi bước

sĩng của ánh sáng đơn sắc vùng khả kiến cĩ

độ dài sĩng từ 4.10-5 - 7.10-5cm.

Như vậy, ngay cả tia tím có bước sóng ngắn nhất  = 4.10-5cm cũng lớn hơn kích thước của các hạt keo, điều này gíup cho sự nhiễu xạ cĩ xảy ra (Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng chỉ

xảy ra khi a < ½  chiều dài bước sóng ánh sáng tới)

3.2.1.2 PT nhiễu xạ ánh sáng của Rayleigh

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 hạtù

nhỏ thì cường độ ánh sáng nhiễu xạ tuân theo phương trình Rayleigh

0

22

4

2 2

3 Một số hệ quả từ PT Rayleigh

a Ảnh hưởng của kích thước 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 với theo hệ thức:

1 2

Nghĩa là khi chiếu vào những hệ keo với chùm

ánh sáng đơn sắc (cĩ  như nhau) cĩ cùng cường

độ ánh sáng tới I 0 , quan sát ở những vị trí như

nhau dưới gĩc , hệ keo nào có

-Kích thước hạt càng lớn thì cường độ ánh sáng

nhiễu xạ càng mạnh.

- Cường độ ánh sáng nhiễu xạ tỷ lệ với r3.

b Ảnh hưởng của bước sĩng.

Khi chiếu vào hai hệ keo giống nhau những ánh sáng đơn sắc có  khác

nhau, cùng cường độ I0, thì các hệ

này khuếch tán ánh sáng cũng khác nhau Khi đó:

Như vậy, ánh sáng đơn sắc có bước sóng

càng ngắn sự nhiễu xạ càng mạnh.

Đỏ

xanh xanh

xanh Trắng

26

Sự khuếch tán ánh sáng của hệ keo trong khơng khí

Khi khảo sát sự nhiễu xạ, của các tia

đơn sắc của vùng khả kiến:

- Tia tím nhiễu xạ > tia xanh > tia đỏ.

- Tia đỏ ít bị nhiễu xạ, xuyên thấu qua keo

- bầu trời có màu xanh do tia xanh bị khí

quyển khuếch tán mạnh hơn các tia khác.

c Ảnh hưởng của chiết suất

- Đối với những hệ mà chiết

suất môi trường phân tán n1

gần giống chiết xuất của

pha phân tán n2 thì hệ

khuếch tán rất yếu.

- Do sự thăng gián nồng độ trong một thể tích lớn của khí có tạo

ra những khu vực có sự

khuếch tán khác nhau.

- song nó trở nên cĩ ý nghĩa bởi

chiều dày khổng lồ của khí

quyển

3.2.1.4 Ứng dụng của hiện tượng nhiễu xạ,

kinh hiển vi nền đen

Đường đi của tia sáng qua kính kính siêu vi.

29

3.3 TÍNH CHẤT ĐIỆN HỌC CỦA HỆ KEO

1 Thí nghiệm về sự tích điện của hệ keo

1 Hiện tượng điện di hay điện chuyển

30

-ở cực dương chất điện ly bị vẩn đục, ở

cực âm khơng bị đục nhưng mực chất lỏng dâng lên một đọan

-Hiện tượng này chứng tỏ: hạt keo đất sét (pha rắn) mang điện âm đã di chuyển về cực dương và mơi trường mang điện tích

dương di chuyển về cực âm do tác dụng của điện trường trái dấu.

-Do các hạt mang điện tích chuyển động

trong điện trường nên hiện tượng trên được gọi là hiện tượng điện di hay cịn gọi là điện chuyển

-Trong thí nghiệm này mơi tlớp khuếch tán mang

điện tích dương, di chuyển về điện cực âm gây

hiện tượng điện thẩm.

-Từ thí nghiệm trên ta nhận xét: hạt keo là

những hạt mang điện tích và cĩ điện tích trái dấu với mơi trường hay lớp khuếch tán.

-Ngày nay hiện tượng điện di được dùng nhiều

trong các xét nghiệm sinh hĩa Chấm hỗn hợp các protein, acid amin… lên một băng giấy, đã thấm ướt dung dịch có pH nhất định.

Áp vào hai đầu băng giấy điện áp vài trăm volt Tiến hành thí nghiệm điện di và so sánh sự di

chuyển của các albumin với chất chuẩn.

3.3.1.2 Hiện tượng điện thẩm

• Trong một thí nghiệm khác, Reusse cho cát thạch anh

mịn vào phần giữa một ống hình chữ U Nối nguồn điện một chiều với hai điện cực cắm vào ống

thuỷ tinh hình chữ U chứa đầy nước.

Sau một thời gian, mực nước ở cực âm dâng lên cực dương khơng đổi, đây là hiện tượng điện thẩm.

Qua thí nghiệm điện chuyển và điện thẩm chứng tỏ rằng: ở hệ dị thể, nơi tiếp xúc giữa pha lỏng

và rắn có lớp tích điện trái dấu nhau Các pha

này có thể dịch chuyển tương đối nghịch chiều

nhau do tác động của điện trường. 33

3.3.1.3 Điện thế chảy và điện thế sa

lắng

Người ta cho những hạt

phân tán nhỏ như hạt cát sa

lắng trong nước, đặt hai điện

cực trên đường di chuyển của

cát sa lắng đã phát hiện thấy

hiện tượng:

Điện thế chảy

Cho cột nước chảy qua màng xốp, cũng phát hiện thấy một điện thế xuất hiện ở hai bên màng xốp Điện thế xuất hiện khi pha lỏng chảy qua màng xốp này gọi là điện thế chảy.

3.3.2 Cấu tạo lớp điện képTheo thí nghiệm của Reusse, ion hấp phụ chọn lọc lên bề mặt tạo nên lớp tạo thế hiệu (âm hoặc

dương) và gắn chặt vào nhân Nhiều ion trái dấu ion tạo thế được thu hút vào nhân tạo nên lớp ion đối dấu gọi là lớp Stern

một số ion đối dấu di chuyển linh động theo mơi

trường tạo nên bề mặt trượt gọi thế điện độ ng học

zêta , từ bề mặt trượt trở ra xa nhân là lớp khuếch tán Gouy và Chapman.

Tổ hợp hai lớp Stern và lớp khuếch tán Gouy và

Chapman được gọi là lớp điện kép, ứng với lớp do

Helmholtz quan niệm đơn giản trước đây.

36

Cấu tạo của lớp điện kép rất phức tạp Điện tích của pha rắn được phân bố đều trên

toàn bộ bề mặt của hạt keo là do bản chất của hệ keo quyết định.

-Lớp ion đối dấu đầu tiên nằm trong pha

lỏng tiếp xúc với pha rắn tạo lớp ion đối gắn chặt với lớp tạo thế hiệu hình thành thế nhiệt

độ ng học φ.

-Tiếp theo các ion đối ở xa hơn hình thành bề

mặt trượt linh động, tại ranh giới bề mặt trượt xuất hiện thế điện động học zêta  , xa hơn là các ion cịn lại của lớp khuếch tán dễ linh

động và di chuyển cùng mơi trường phân tá 37

Quan điểm của Helmholtz,

Quan điểm của Gouy và Chapman

Sự thay đổi nồng độ ion theo theo khỏang cách38

3.3.3 Cấu tạo hạt keo

- Thơng thường, những hệ keo phổ biến là hệ gồm pha rắn phân tán trong nước.

-Chất điện ly tan trong nước , chất điện ly có trong hệ keo là kết quả của phản ứng hoá học tạo ra, lẫn vào ngẫu nhiên.

-Bề mặt rắn của hạt keo là bề mặt tiếp xúc

giữa hai pha rắn-lỏng của nhân rắn và mơi trường phân tán.

-Nhân rắn của hệ keo được hình thành gồm tập hợp rất nhiều các phân tử, nguyên tử kết hợp lại tạo thành bề mặt hạt keo.

Ví dụ: Điều chế keo AgI theo phản ứng

sau

AgNO3 + KI → AgIkeo + KNO3

- Nếu nồng độ KI > AgNO3 thì sau phản ứng điều chế, trong hệ ngoài tủa AgI còn có các ion K+, I- và NO3- ; Khi đó nhân rắn hấp phụ ưu tiên I- làm ion tạo thế Ta có hạt keo mang điện âm và mixen keo cấu tạo:

[m (AgI) n I- (n-x) K+ ] x- x K+.

Nhân keo, Lớp hấp phụ, Lớp ion đối, Lớp khuếch tán

- Nếu nồng độ KI < AgNO3 thì trong hệ ngoài AgI còn có các ion Ag+, K+ và NO3-.

Hạt keo sẽ mang điện dương, mixen keo có cấu tạo:

[m (AgI) n Ag+ (n-x) NO3- ] x+.

Trong đĩ bb’: Ranh giới bề mặt trượt

0 : Thế nhiệt động học φ (lớp kép)

x

NO3- : Thế điện động học

 : Chiều dày lớp kép và khuếch tán 40

Cấu tạo hạt keo

Cấu trúc của tiểu phân hạt keo 41

3.3.2 Cấu tạo lớp điện kép

Quan điểm của Helmholtz

-Quan niệm này đơn giản, đầu tiên ơng cho rằng

các ion tạo thế được hấp phụ ở bề mặt rắn của hạt keo, kế tiếp các với ion đối dấu ở dung dịch sắp xếp như một tụ điện phẳng.

-Cấu tạo của tụ điện gồm một bảng là các ion ở bề mặt rắn tạo điện thế quyết định còn bảng kia là những ion đối dấu hấp phụ sát bề mặt rắn.

-Sự thay đổi điện thế ở chổ tiếp giáp rắn-lỏng

giống như tụ điện phẳng, nghĩa là thay đổi

tuyến tính theo khoảng cách.

Năm 1910, Gouy và Chapman cho rằng

những ion đối dấu với điện tích bề mặt

của tiểu phân keo bị kéo vào sát bề mặt và phân bố giảm dần vào lòng dung dịch theo đường cong chứ khơng phải giảm đột ngột

và khơng tuyến tính như thuyết Hemholtz.

Thuyết Gouy và Chapman tương đối rất gần

với lớp điện thế kép trên bề mặt các tiểu phân

hạt keo.

Quan điểm của Stern

Năm 1924, Stern đã nêu một quan niệm tổng quát hơn về cấu tạo lớp điện kép như sau:

-Do hấp phụ mà pha rắn tạo lớp tạo lớp thế

hiệu ,

khi tiếp xúc với pha lỏng, tạo thành lớp ion đối

-Lớp ion đối nằm ở lớp dd sát bề mặt, cĩ điện tích

gần bằng với điện tích bề mặt, gồm 2 phần:

Phần lớn các ion đối bị kéo sát vào bề mặt rắn, tạo thành lớp Stern, cĩ mật độ hiệu thế tuyến tính)

lớp này trước đây được gọi là lớp Helmholtz.

Phần ion cịn lại ít hơn, gồm các ion đối dấu

khuếch tán vào dd, điện tích giảm dần khi xa bề mặt nhân Vì thế phần này được gọi là lớp khuếch tán, lớp Gouy và Chapman.

Điện tích bề mặt rắn do lớp ion tạo thế quyết

đị4n4 h

Các ion lớp Stern tạo ra một cấu trúc giống tụ điện, ở sát bề mặt rắn, do lực hút tĩnh

điện rất chắc chắn.

Còn những ion lớp khuếch tán ở bên ngoài nên gắn với bề mặt rắn lõng lẽo hơn

Như vậy, giữa lớp Gouy và Chapman và

nhân cĩ lớp Stern tạo một ranh giới bề mặt

( gọi là bề mặt trượt ), ranh giới này xuất

hiện rõ rệt khi đặt hệ keo vào một điện

trường.

Điện thế của lớp điện tích ở bề mặt trượt gọi

là thế “điện động học zêta ” ký hiệu .

3.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng thế điện động học 

Vì  là điện thế trên bề mặt trượt của hạt keo, nên nó có tác dụng lớn đến độ bền và sự keo tụ của hệ keo:

3.3.4.1 Ảnh hưởng của chất điện ly trơ

là chất điện ly không có ion tham gia vào lớp tạo thế.

Điện thế 0 giữa hai pha rắn lỏng không thay đổi Mối liên quan giữa chiều dày lớp khuếch tán  với điện tích ion và nồng độ

C của ion ở dung dịch theo cơng thức sau:

Z C

 

Const

47

3.3.4.2 Ảnh hưởng của bán kính ion

Kết quả là các ion có bán kính lớn giảm

mạnh lớp khuếch tán  và làm giảm thế .

Do đó ion có bán kính lớn càng dễ bị hấp phụ mạnh hơn ion bán kính bé.

Cs+ > Rb+ > NH4+ > K+ > Na+ > Li+

Cl- < NO3- < Br- <

I-Ảnh hưởng của ion haáp phuï có dấu ngược với ion tạo thế

48

3.3.4.4 Ảnh hưởng của nồng độ hạt và nhiệt độ

 Khi tăng nồng độ hạt keo sẽ làm chiều dày của lớp khuếch tán giảm, do đo làm giảm .

 Khi pha loãng hệ keo sẽ làm tăng  Khi pha

loãng hệ keo dẫn tới việc khử ion tạo thế, làm

giảm thế 0 và thế .

 Khi tăng nhiệt độ, chuyển động của ion tăng,

do

đó lớp khuếch tán tăng và thế  tăng,

Tuy nhiên nhiệt độ tăng có thể khử hấp phụ

những ion tạo thế, dẫn tới thế 0 và  giảm.

• Tĩm lại, khi tăng nồng độ và nhiệt độ của mơi

trường sẽ đưa đến thế 0 và  giảm , điều này khiến

hệ keo dễ bị keo tụ.

CÂU HỎI LƯỢNG GIÁ

1 Giải thích và trình bày TC động học của hệ keo.

2 Giải thích và trình bày TC quang học của hệ keo.

3 Nêu hiện tượng, viết phương trình và ứng dụng của sự nhiễu xạ ánh sáng.

4.Vẽ và giải thích cấu tạo lớp điện kép theo

5 Trình bày và giải thích công thức cấu tạo

CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM

1 Trong kính hiển vi nền đen, aÙnh sáng

được chiếu qua vật khảo sát từ dưới lên

2 Ánh sáng được chiếu qua vật khảo sát

từ trên xuống

3 Ánh sáng được chiếu qua vật khảo sát

từ góc bên

4 Không dùng ánh sáng chiếu qua vật nên

thị trường có nền đen

3.2.2 Sự hấp thụ ánh sáng

-Khi ánh sáng tới chiếu qua hệ keo, sự hấp thụ ánh sáng của kệ keo cũng tuân theo phương trình Lambert- Beer như đối với dung dịch phân tử.

-Gọi I0 là cường độ ánh sáng tới, cường độ ánh sáng đi ra khỏi hệ là l.

- Phương trình Lambert- Beer cho sự