Hóa lý 2 hấp thụ, hóa keo

Như vậy σ chính là thế đẳng nhiệt đẳng áp trong một đơn vị diện tích bề mặt hay chính là năng lượng tự do bền mặt ứng với một đơn vị bề mặt Nhận xét: - Giá trị của sức căng bề mặt phụ

HẤP PHỤ - HÓA KEO Chương I CÁC HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT

I Lớp phân tử bề mặt

1 Sức căng bề mặt

Lớp bề mặt tồn tại một năng lượng dư, năng lượng dư ấy chính là thế nhiệt động đẳng nhiệt

đẳng áp kí hiệu là Gs, toàn bộ bề mặt có 1 năng lượng tự do bề mặt và tỉ lệ thuận với diện tích bề mặt S

s

→ toàn bộ bề mặt gây ra một sức nén, muốn cho phân tử trong pha lỏng lên trên bề mặt ta cần tiêu

Giả sử có bề mặt S1 thế đẳng áp đẳng nhiệt là Gs1: G s1=.S1, nếu bề mặt là S2 thì :

s

 = − = − hay s

s

 =  → = =

 

Định nghĩa: Sức căng bề mặt là công cần thiết để tạo ra một đơn vị bề mặt

Như vậy σ chính là thế đẳng nhiệt đẳng áp trong một đơn vị diện tích bề mặt hay chính là

năng lượng tự do bền mặt ứng với một đơn vị bề mặt

Nhận xét:

- Giá trị của sức căng bề mặt phụ thuộc vào bản chất 2 pha tiếp xúc, thường hay đo σ

của hai pha lỏng – khí Sức căng bề mặt của một chất ở T, P xác định là xác định khi

bề mặt tiếp xúc với chất đó là chân không

- Nếu T tăng thì tương tác giữa các phân tử yếu đi → SCBM giảm

cuu duong than cong com

Các quá trình bề mặt tự xảy ra khi G s 0 mà G s = .S+ S.

giảm diện tích bề S

giảm sức căng bề mặt σ bằng cách hợp thu các chất khác lên bề mặt

2 Các phương pháp xác định sức căng bề mặt:

a, Phương pháp đếm giọt:

Cho chất lỏng chảy từ từ trong mao quản ra sau đó đếm số giọt

P = F = 2.π.σ.r

r: bán kính của mao quản

P0 = 2.π.σ o.r

o o

P P





Gọi n là số giọt của dung dịch cần đo scbm

o



Từ (I-1) và (I-2):

 

cuu duong than cong com

b Phương pháp dâng mao quản

Khi cân bằng

2

2 2

P= =F   r→m g = r hg=   r

2

I



r: bán kính của mao quản

2

o o o

r h  g

o

h h

 

 =   = 

c Phương pháp lớn nhất tạo ra bọt khí

,

kk he

P −P =h h=k

của dung dịch chuẩn đã biết sức căng bề mặt

 =  =

d Phương pháp tách vòng

Lấy vòng mỏng bằng kim loại sau đó nhúng vào dung dịch cần đo, rồi kéo lên mặt thoáng Khi đáy vòng vừa được nâng lên mặt thoáng, nó không bị bứt ngay ra khỏi chất lỏng: một màng chất lỏng xuất hiện, bám quanh chu vi ngoài và chu vi trong của vòng, có khuynh hướng kéo vòng vào chất lỏng Do vòng chất lỏng bị dính ướt hoàn toàn, nên khi kéo lên khỏi

mặt thoáng và có một màng chất lỏng căng giữa đáy vòng và mặt thoáng, thì lực căng f có cùng

phương chiều với trọng lực P của vòng Giá trị lực F đo được trên lực kế bằng tổng hai lực này:

4

f   R

= +

,

4

R





−

cuu duong than cong com

II Chất hoạt động bề mặt

1 Định nghĩa:

Khi hòa tan một chất tan vào dung dịch => chất tan đó có ảnh hưởng đến sức căng bề mặt của dung dịch

• Nếu chất tan làm giảm scbm σ của dung dịch => chất hoạt động bề mặt

VD: các chất hữu cơ như rượu, axid và các muối của axit hữu cơ

• Nếu cho chất tan vào làm tăng sức căng bề mặt => chất đó gọi là chất không hoạt động bề mặt

VD: axit, bazơ hoặc muối vô cơ Các chất hydrat hóa càng mạnh => không hoạt động bề mặt

• Nếu hòa tàn vào dung môi không làm thay đổi scbm ( hay scbm của dung dịch xấp xỉ bằng scbm của dung môi ban đầu)

Đ/n: Chất hoạt động bề mặt là chất khi hòa tan vào dung dịch làm giảm scbm σ của dung dịch

2 Cấu tạo của các chất hoạt động bề mặt

- Cấu tạo gồm 2 phần:

• Phần phân cực: bao gồm các gốc rượu (-OH), các nhóm chức của axit hữu cơ (-COOH), các nhóm chức muối của axit hữu cơ (COONa, COOK, …) hoặc các nhóm thế: Cl,

• Phần không phân cực: gốc hydrocacbon no

3 Đặc điểm của các chất hoạt động bề mặt

• Gốc R thường kị nước và ưa dầu (nó là không phân cực hòa tan tốt dung môi kém phân cực như dầu, hòa tan kém dung môi phân cực như nước)

• Nhóm phân cực ngược lại ưa nước, kị dầu

Trong dung dịch có chứa dung môi thường là nước: khi đó gốc R của các chất hoạt động bề mặt thường dài (mạch carbon dài) => tương tác giữa các gốc R với nhau lớn hơn tương tác giữa R và dung môi => chất hoạt động bề mặt có xu hướng đẩy lên trên

Mặt khác tương tác giữa các phân tử dung môi với nhau lớn hơn R => đẩy các chất hoạt động bề mặt lên trên bề mặt và gốc R thường hướng về môi trường (dung môi) không phân cực

cuu duong than cong com

VD: khi hòa tan acid béo C17H35COOH vào trong nước thì do tương tác giữa các gốc – C17H35

với nhau và các phân tử nước với nhau lớn hơn tương tác giữa các gốc này với nước nên chúng đẩy nhau, chất hđbm bị đẩy lên trên, phần phân cực (COOH) nằm trong nước, phần hydrocacbon

σ

Chất hoạt động bề mặt thường có σ nhỏ hơn σ dung môi và có độ tan tương đối nhỏ Lực

tương tác giữa các chất hoạt động bề mặt với nhau nhỏ hơn của dung môi với nhau

III Các yếu tố ảnh hưởng đến sức căng bề mặt của dung dịch

1 Ảnh hưởng của nhiệt độ

- Khi tăng nhiệt độ => lực tương tác phân tử giảm => giảm σ

Gọi a là hệ số nhiệt độ

d

a

dT



= −

Khi tăng nhiệt độ T và a giảm thì scbm σ giảm

T

T





 = −



2 1 ( 2 1)

T T a T T

 = − −

2 Ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt

a, Ảnh hưởng của cấu tạo chất hoạt động bề mặt hay ảnh hưởng của độ dài gốc hydrocarbon (R)

Trau-be tìm ra ảnh hưởng của độ dài gốc R đến sức căng bề mặt

Lưu ý: Quy tắc chỉ đúng cho trường hợp dung môi là nước

b, Ảnh hưởng của nồng độ chất hoạt động bề mặt – Phương trình Shiscovsky

cuu duong than cong com

a, b: hệ số đặc trưng cho bản chất của chất hoạt động bề mặt và dung môi

VD: Xác định sức căng bề mặt của dung dịch rượu butylic C = 1 mol/L biết scbm của dung môi

IV Áp suất hơi trên các hạt có kích thước rất nhỏ Phương trình Kelvin-Thompson

• Bằng thực nghiệm đã thiết lập được phương trình:

2 .

0.

V

R T r

P P e



=

P: áp suất hơi bão hòa trên mặt phẳng giọt chất lỏng có bán kính r



σ là sức căng bề mặt của pha lỏng, r: bán kính của giọt chất lỏng

Nhận xét: Áp suất hơi bão hòa P tỉ lệ nghịch với bán kính giọt lỏng r và nhiệt độ T

- r càng nhỏ thì P càng lớn (giọt càng nhỏ thì áp suất hơi càng lớn)

Với bề mặt khum lồi (r > 0): Pkhum lồi > P0

Với bề mặt khum lõm (r < 0): Pkhum lõm < P0

Vậy: Pkhum lồi > Pmặt phẳng > Pkhum lõm

• Xét áp suất hơi trong mao quản của vật xốp tiếp xúc với pha lỏng

V Sự thấm ướt và ứng dụng

1 Khái niệm về sự thấm ướt và góc thấm ướt

a Sự thấm ướt

• Nhỏ một giọt chất lỏng lên bề mặt 1 vật rắn thì xảy ra 3 trường hợp sau:

- Giọt chất lỏng loang toàn bộ bề mặt → chất lỏng thấm ướt tốt chất rắn

cuu duong than cong com

- Giọt lỏng co thành giọt → chất lỏng không thấm ướt chất rắn

- Giọt lỏng loang thành hình bán cầu → chất lỏng thấm ướt có giới hạn

→Thấm ướt là sự bám dính của chất lỏng lên bề mặt rắn

Nguyên nhân: Do lực tương tác L-L (fL-L), L-R (fL-R)

chất rắn

cách tối đa gây hiện tượng không thấm ướt

b Góc thấm ướt

Định nghĩa: là góc tạo bởi bề mặt rắn tiếp xúc với giọt chất lỏng và tiếp tuyến của mặt cong giọt chất lỏng tới điểm tiếp xúc 3 pha rắn lỏng khí

0  180o

< 90o => chất lỏng thấm ướt chất rắn

Nhận xét:

càng nhỏ

nhiều thì thấm ướt càng tốt

cuu duong than cong com

2 Mối quan hệ giữa khả năng thấm ướt và sức căng bề mặt của các chất

0

F

 =

cos

L K





−

−

Nhận xét:

cos 0

R K R L

cos 0

R K R L

cos 0

R K R L

mặt rắn – lỏng

3 Ứng dụng của hiện tượng thấm ướt: nhuộm, giặt, công nghiệp tuyển khoáng

Sau đó thổi khí từ dưới lên tạo ra các bọt Các hạt quặng thấm ướt kém được các bong bóng khí dâng lên bề mặt => có thể thu góp trên bề mặt

Các dạng thấm ướt tốt, tạp chất => lắng xuống tạo thành bùn nhão và tách ra

• Điều kiện để các hạt quảng nổi:

+ Khối lượng của các hạt nhỏ (tán mịn)

 Cho thêm các chất hoạt động bề mặt để tăng tính kị nước

cuu duong than cong com