HÓA HỌC VỀ TRẠNG THÁI KEO

5 HỆ PHÂN TÁN Hệ keo là hệ phân tán gồm các hạt tiểu phân có kích thước từ 1 nm đến 500 nm, có thể quan sát bằng kính hiển vi điện tử, khuếch tán rất chậm...  Độ ổn định của hệ phân tán

HÓA HỌC VỀ TRẠNG THÁI KEO

Bài 1.

HỆ PHÂN TÁN

2

HỆ PHÂN TÁN

1 Định nghĩa được hệ phân tán, độ phân

tán, bề mặt riêng

2 Phân loại được hệ phân tán và tên của

từng loại hệ phân tán tương ứng

3 Trình bày được quá trình tự xảy ra trong

hệ keo có độ phân tán cao

4.Biết được vai trò của hệ phân tán trong

thực tế

3

Một số khái niệm liên quan và độ ổn định của hệ keo

Vai trò của hệ phân tán (hệ keo)

Lượng giá

HỆ PHÂN TÁN

4

PHẦN 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MARKETING

HỆ PHÂN TÁN

PHA PHÂN TÁN MÔI TRƯỜNG PHÂN TÁN

một môi trường liên tục và các

tiểu phân có kích thước nhỏ

phân tán đồng đều trong môi

trường đó

- Tập hợp các tiểu phân là pha phân

tán.

- Môi trường chứa đựng pha phân tán

gọi là môi trường phân tán.

5

HỆ PHÂN TÁN

Hệ keo là hệ phân tán gồm các hạt tiểu phân có kích thước

từ 1 nm đến 500 nm, có thể quan sát bằng kính hiển vi điện

tử, khuếch tán rất chậm

Sự tương tác giữa các pha

HỆ PHÂN TÁN

2 Phân loại

Độ phân tán

Trạng thái

tập hợp

pha

6

Bảng 1: phân loại các hệ phân tán theo môi trường phân tán và

pha phân tán (trạng thái)

Hệ keo thuận nghịch Keo thân dịch

Bốc hơi MTPT => cắn khô: phân

tán trở lại môi trường phân tán

Vd: khi phân tán agar, gelatin trong nước nóng,…

Keo agar, gelatin, thạch,…

8

Bảng 2: phân loại các hệ phân tán theo sự tương tác giữa các pha

HỆ PHÂN TÁN

2 Phân loại

Hệ keo không thuận

nghịch

Keo sơ dịch

Bốc hơi MTPT => cắn khô: không phân

tán trở lại môi trường phân tán cũ.

 khó điều chế nồng độ cao

 dễ bị ngưng tụ khi bảo quản

Tiểu phân khó và không có ái lực với MTPT.

( thường không thuận nghịch)

Vd: keo lỏng của các kim loại, keo lưu huỳnh trong nước

Thường tăng nồng độ pha phân tán

Keo sơ dịch → keo tụ

Keo thân dịch → gel.

Bảng 2.1 : phân loại các hệ phân tán theo sự tương tác giữa các pha

HỆ PHÂN TÁN

2 Phân loại

Bảng 3: phân loại các hệ phân tán theo Độ phân tán:

d (m) D (m -1 ) Tên hệ Ghi chú

10 -10 10 10 Hệ phân tán

phân tử, ion Dung dịch thực

HỆ PHÂN TÁN

11

3 Độ phân tán:

 Đại lượng đặc trưng cho độ mịn của hệ phân tán

 Đại lượng nghịch đảo của kích thước hạt

 Đặc điểm quan trọng nhất của hệ phân tán là độ phân tán

• Bề mặt riêng của hệ phân tán

Là bề mặt phân chia giữa pha phân tán và môi trường phântán trên một đơn vị thể tích hay một đơn vị khối lượng củapha phân tán

tan phan

4

2.4

=

HỆ PHÂN TÁN

 Độ ổn định của hệ phân tán keo:

G: năng lượng tự do bề mặt ở bề mặt phân chia pha.

HỆ PHÂN TÁN

Mọi quá trình chỉ xảy ra theo chiều giảm năng lượng tự do:

dG < 0

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

15

4 Diện tích bề mặt hệ phân tán:

 Độ ổn định của hệ phân tán keo

• Trong những hệ phân tán dị thể, quá

trình tự thu hẹp bề mặt phân chia pha

này thể hiện ở:

– Sự keo tụ của hệ keo

– Sự hợp giọt của nhũ tương

– Sự phá vỡ các bọt

16

 Sự kết hợp các tiểu phân của hệ phân tán thành các tiểu

phân lớn hơn là hiện tượng tự nhiên của hầu hết hệ phân

tán dị thể

HỆ PHÂN TÁN

4 Diện tích bề mặt hệ phân tán:

Độ ổn định của hệ phân tán keo :

Vì thế, muốn hệ keo, nhũ tương bền người ta thường đưa thêmchất hoạt động bề mặt lên bề mặt phân chia pha, làm giảm sứccăng bề mặt của pha phân tán và môi trường

HỆ PHÂN TÁN

4 Diện tích bề mặt hệ phân tán:

lý vào việc sử dụng tài

nguyên hiệu quả và kinh tế

Xử lý nước thải: phương pháp keo tụ bông

=> Xử lý màu, loại bỏ chất rắn lơ lững, chất

hòa tan

HỆ PHÂN TÁN

5 Vai trò của hệ phân tán:

Trong y – dược

 Bất kỳ dạng thuốc nào đều là dạng cụ

thể của các hệ phân tán

 Quy luật tương tác các hạt với MTPT

quyết định sự khuếch tán, hấp thu, tác

dụng nhanh, chậm của một dạng thuốc

=> hiệu quả điều trị của thuốc

HỆ PHÂN TÁN

5 Vai trò của hệ phân tán:

4 Khả năng hấp thu Toàn bộ ống tiêu hóa

5 Thải trừ Không bị ảnh hưởng bởi pH và

enzyme

HỆ PHÂN TÁN

HÓA HỌC VỀ TRẠNG THÁI KEO

Bài 2.

ĐIỀU CHẾ VÀ TINH CHẾ KEO

22

I ĐIỀU CHẾ KEO

1 Định nghĩa:

- Hệ keo là hệ dị thể có kích

thước từ 1 nm – 500 nm

trong môi trường phân tán

và ổn định trong thời gian

sử dụng

25

2 Phương pháp:

26

I ĐIỀU CHẾ KEO

PHƯƠNG PHÁP ĐiỀU CHẾ KEO

PHÂN

Nội dung chính

hạt keo

I ĐIỀU CHẾ KEO

2 Phương pháp:

27

a Ngưng tụ

 Cơ sở lý thuyết: thực chất là phương pháp kết tinh từ dung

dich thực quá bão hòa thành những mầm tinh thể tương

ứng với kích thước hạt keo

I ĐIỀU CHẾ KEO

28

Diễn đạt nội dung

Diễn đạt nội dung

của bạn ngắn gọn

A: dung môiB: chất bị phân tánC: bình làm lạnhD: bình chứa nitơ lỏngE: dụng cụ hút chân không

Sơ đồ điều chế keo bằng phương pháp ngưng tụ hơi

a1 Ngưng tụ đơn giản

I ĐIỀU CHẾ KEO

30

Diễn đạt nội dung

của bạn ngắn gọn

a2 Ngưng tụ hóa học

 Dựa trên phản ứng tạo ra các chất khó hòa tan:

I ĐIỀU CHẾ KEO

31

a2 Ngưng tụ hóa học

Vd: khi thực hiện phản ứng : AgNO3 + KI = AgI + KNO3Các phân tử AgI liên kết với nhau thành các hạt keo dưới dạng

(AgI)m, trong dung dịch còn dư AgNO3.

I ĐIỀU CHẾ KEO

32

I ĐIỀU CHẾ KEO

a3 Ngưng tụ bằng thay thế dung môi

- Thêm vào dung dịch thực một chất lỏng là dung môi

dung dịch trên.

Keo lưu huỳnh:

33

I ĐIỀU CHẾ KEO

Phân tích quá trình kết tinh:

- Quá trình kết tinh bao gồm 2 giai đoạn:

Giai đoạn tạo mầm: Giai đoạn phát triển mầm:

Vtm > Vptm: thì mầm tạo ra nhiều hơn do đó kích thước tinh thể nhỏ hơn

Vptm > Vtm: thì số mầm tạo ra ít do đó kích thước tinh thể lớn

( Nhiệt độ kết tinh và độ quá bảo hòa)

34

b Phân tán

Phương pháp cơ họcPhương pháp siêu âmPhương pháp dùng năng lượng điệnPhương pháp pepti hóa (hóa học)

I ĐIỀU CHẾ KEO

35

b1 Phương pháp cơ học

 nghiền vật liệu nhỏ, rắn đến kích thước hạt keo:

- Nâng cao hiệu quả: dùng nguyên liệu dạng huyền phù

- tăng độ bền: chất ổn định và chất giảm độ cứng (NaOH,

NaCl,…)

 Bột màu cao cấp, mỡ bôi trơn

I ĐIỀU CHẾ KEO

36

b2 Phương pháp siêu âm

 dùng lực phân tán siêu âm, trong môi trường sóng siêu âm

có tần số 105 – 106 Hz

- Áp dụng rộng rãi trong điều chế huyền phù, nhũ tương

I ĐIỀU CHẾ KEO

37

b3 Phương pháp sử dụng năng lượng điện

Điện cực phân tán Môi trường phân tán

Điều chế sol vàng trong môi trường acid hóa:

[(Au)m nAuCl4- (n – x)H+]x- xH+

Vàng bay hơi từ bề mặt điện cực ở các dạng nguyên tử Au riêng rẽ, sau đó hình thành các hạt keo vàng (Au)m , bề mặt keo đó hình thành acid HAuCl4, phân ly thành H + và AuCl4-

I ĐIỀU CHẾ KEO

38

b4 Phương pháp pepti hóa

- Thêm vào kết tủa xốp mới một chất pepti hóa thích hợp (chất hấpphụ có khả năng phá vỡ các liên kết)

- Áp dụng cho các sản phẩm vừa mới keo tụ vì lúc đó các tinh thểnhỏ chưa kịp kết tinh thành các tinh thể lớn

Vd: pepti hóa tinh thể Fe(OH)3 vừa mới kết tinh bằng FeCl3 :

nFe(OH)3 + nFeCl3 + nH2O = [Fe(OH)3 n .nFeO + (n – x)Cl - ] x+ xCl - + 2nHCl

I ĐIỀU CHẾ KEO

39

Thẩm tích thường Điện thẩm tích

II TINH CHẾ KEO

40

HÓA HỌC VỀ TRẠNG THÁI KEO

Bài 3.

TÍNH CHẤT CỦA HỆ

KEO

42

1 Trình bày và giải thích được tính chất động học

của hệ keo

MỤC TIÊU

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 bởi hệ keo

4 Vẽ và giải thích được cấu tạo của lớp điện kép

của tiểu phân hạt keo

5 Trình bày và giải thích được công thức cấu

tạo của mixen keo, cho được ví dụ

43

1 Tính chất động học của hệ keo

2 Tính chất quang học của hệ keo

NỘI DUNG

44

I TÍNH CHẤT ĐỘNG HỌC

Chuyển động brown

Sự khuếch tán

Áp suất thẩm thấu

Sự sa

lắng

Độ nhớt

• Là sự chuyển động của các phân tử một cách hỗn loạn theomọi hướng do chuyển động nhiệt gây ra.

• Tùy theo kích thước, hình dạng hạt keo mà mực độ chuyểnđộng khác nhau

46

I TÍNH CHẤT ĐỘNG HỌC

1 Chuyển động brown của hạt keo:

Các phân tử chuyển động hỗn loạn

• Sự di chuyển vật chất từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng



6



D: hệ số khuếch tánT: nhiệt độ

r: bán kính hạt hình cầuŋ: độ nhớt của môi trườngk: hằng số phụ thuộc

I TÍNH CHẤT ĐỘNG HỌC

3 Áp suất thẩm thấu (ASTT) :

vRT VN

RT m

N: hằng số avogadroV: thể tích dung dịch keov: nồng độ mol hạt keo

• 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 => dựa vào phân tích sa lắng => xác định kích thước hạt phân tán

49

I TÍNH CHẤT ĐỘNG HỌC

4 Sự sa lắng:

I TÍNH CHẤT QUANG HỌC

1 Sự nhiễu xạ ánh sáng:

Hiện tượng nhiễu xạ tyndall:

Năm 1869, Tyndall quan sát thấy khi chiếu một chùm ánh sáng đi qua hệ keo

sẽ thấy một hình nón sáng lên bên trong hệ keo.

Định nghĩa: là hiện tượng quan sát được khi sóng ánh sáng lan truyền qua khe nhỏ hoặc mép vật cả, trong đó sóng bị lệch hướng lan truyền, lan toả về mọi phía từ vị trí vật cản, và tự giao thoa với các sóng khác lan ra

từ vật cản.

52

I TÍNH CHẤT QUANG HỌC

1 Sự nhiễu xạ ánh sáng:

Một số hiện tượng xuất hiện trongđời sống:

53

I TÍNH CHẤT QUANG HỌC

1 Sự nhiễu xạ ánh sáng:

Phương trình nhiễu xạ ánh sáng của Rayleigh

I TÍNH CHẤT QUANG HỌC

1 Sự nhiễu xạ ánh sáng:

Một số hệ quả rút ra từ phương trình nhiễu xạ ánh sáng cuả Rayleigh

 Ảnh hưởng của nồng độ (2 hệ keo cùng nồng độ có kích thước hạt khác nhau)

- Cùng là một chùm ánh sáng đơn sắc và cường độ ánh sáng tới như nhau, quan sát ở một vị trí như nhau (cùng góc α ):

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

 Ảnh hưởng của bước sóng (2 hệ keo giống nhau)

- Chùm sáng đơn sắc có λ khác nhau, cường độ ánh sáng tới như nhau

 Khuếch tán ánh sáng khác nhau: Ánh sáng đơn sắc có bước sóng càng ngắn nhiễu xạ càng mạnh.

 Ảnh hưởng của chiết suất

=> Môi trường càng đồng nhất sự khuếch tán cáng yếu

Ứng dụng của hiện tượng nhiễu xạ

- Hệ keo khuếch tán ánh sáng => các tiểu phân hạt keo trở thành những trung tâm sáng thứ cấp => nhiễu xạ tao thành điểm sáng trên nền đen => đếm điểm sáng, xác định được số lương hạt trong một thể tích => tính được nồng độ

56

I TÍNH CHẤT QUANG HỌC

1 Sự nhiễu xạ ánh sáng:

- Hệ keo hấp thụ ánh sáng và tuân theo định luật Lambert-Beer:

• Phương trình Lambert-Beer cho sự hấp thụ ánh sáng:

• Trong đó k1 là hệ số hấp thụ và k2 là hệ số khuếch tán của hệ.

- Màu của hệ keo liên quan đến cả 2 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 bước sóng ánh sáng tới.

Ví dụ: khi thêm vào thủy tinh một lượng keo vàng 0.001% thì thủy tinh có màu đỏ thẩm.

58

I TÍNH CHẤT QUANG HỌC

1 Sự hấp thụ ánh sáng:

- Hạt keo là hạt mang điện tích và có điện tích trái dấu với môi trường hay lớp khuếch tán

- Ngày nay hiện tượng điện di được dùng nhiều trong các xét

nghiệm sinh hóa, định tính và định lượng các protein, acid amin trong huyết thanh

59

I TÍNH CHẤT ĐiỆN HỌC

1 Hiện tượng điện di hay điện chuyển:

I TÍNH CHẤT ĐiỆN HỌC

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:

Có xuất hiện điện thế giữa hai

điện cực đặt ở hai vị trí khác

nhau của cột nước lỏng khi các

hạt cát rơi từ trên xuống gọi là

điện thế sa lắng.

1 Hiện tượng điện di hay điện chuyển:

HÓA HỌC VỀ TRẠNG THÁI KEO

Bài 4.

ĐỘ BỀN VỮNG VÀ

SỰ KEO TỤ

62

Liên quan đến khoảng cách giữa các hạt

Phụ thuộc: Thế nhiệt động và Thế điện động học

I ĐỘ BỀN VỮNG CỦA HỆ KEO

67

b Độ bền tập hợp

- Lực hút phân tử và lực đẩy tĩnh điện

I ĐỘ BỀN VỮNG CỦA HỆ KEO

68

I ĐỘ BỀN VỮNG CỦA HỆ KEO

c Những phương pháp làm cho hệ keo bền vững:

- Tăng lực đẩy tĩnh điện

- Giảm xác suất va chạm có hiệu quả

=>

• tạo cho bề mặt các hệ keo hấp phụ điện tích để có thế nhiệtđộng và điện động

• giữ cho hệ keo có nồng độ hạt nhỏ

• Tạo bề mặt hạt keo hấp phụ chất bảo vệ, khiến bề mặt thấmướt tốt

I ĐỘ BỀN VỮNG CỦA HỆ KEO

70

a Keo tụ do chất điện ly

- Phụ thuộc vào bản chất của hệ keo và chất điện ly

a.1: keo tụ di sự trung hòa điện tích:

Thêm chất điện ly vào => giảm điện tích lớp ion tạo thế => ion

trái dấu hấp phụ vào bề mặt hạt keo => trung hòa = > giảmthế điện động học => dễ bị keo tụ

II SỰ KEO TỤ

72

a Keo tụ do chất điện ly

a2 keo tụ do ảnh hưởng của nồng độ chất điện ly

Thêm chất điện ly trơ => chiều dày lớp khuếch tán giảm => thế

điện động học giảm => dễ bị keo tụ

a3 ngưỡng keo tụ của chât điện ly:

Là nồng độ tối thiểu của chất điện ly đủ để gây ra hiện tượng keo

tụ rõ rệt

KH: ɣ (mol/lit)

II SỰ KEO TỤ

73

a Keo tụ do chất điện ly

a4 Ảnh hưởng của bán kính ion chất điện ly trên sự keo tụ:

- Ion có bán kính càng lớn thì ngưỡng keo tụ càng nhỏ:

b Một số hiện tượng keo tụ khác:

b1 keo tụ do thay đổi nhiệt độ:

Tăng nhiệt độ => chuyển động brown tăng lên => sự hấp phụ

chất điện ly vào lớp chất bảo vệ giảm => xác suất va chạm

giữa các hạt tăng => keo tụ dễ xảy ra

Giảm nhiệt độ => đến mức hệ kết tinh => nồng độ hạt keo, chấtđiện ly tăng => dễ keo tụ

b2 keo tụ do tác động cơ học

- Có thể khi khuấy trộn mạnh cũng gây keo tụ

- Thực nghiệm: tác động => giảm liên kết lớp phân tử bảo vẹvới bề mặt hạt keo => có thể gây keo tụ

II SỰ KEO TỤ

75

b Một số hiện tượng keo tụ khác:

b3 hiện tượng keo tụ đặc biệt

Đối với hiện tượng keo tụ bằng các ion: Fe+3 , Al+3 , Th+4 , PO4-3

hoặc những ion hữu cơ có khả năng hấp phụ được như ion các chất màu, các alcaloid

Ban đầu khi thêm chất điện ly => hệ bền => trong một khoảngnồng độ của chất điện ly khi thêm vào => keo tụ => tiếp theo

hệ lại bền => cuối cùng lại keo tụ

II SỰ KEO TỤ

76

b Một số hiện tượng keo tụ khác:

b4 keo tụ do hỗn hợp chất điện ly

• Có thể gặp các trường hợp sau:

- Hiện tượng keo tụ kết hợp

- Hiện tượng keo tụ hỗ trợ

- Hiện tượng keo tụ cản trở

II SỰ KEO TỤ

77

b5 keo tụ tương hỗ của hai hệ keo

- Là sự keo tụ khi trộn hai hệ keo có điện tích trái dấu vào nhauvới lượng thích hợp có thể gây ra keo tụ

- Nếu một trong hai hệ keo có luợng nhỏ hơn sẽ bị chuyển

sang sang dấu với hệ keo có lượng lớn hơn

II SỰ KEO TỤ

78

Tương tác vật lý của chất phân tán trong dung môi

Chuyển động Brown

P

FhútChuyển động Brown

Các lực chi phối hạt trong dung môi

80

6.1 Tính chất động học

Dung dịch thực, bền vững Dung dịch keo, kém bền

+ + + + +

+ + +

+ +

+ + +

+

81

Trọng tâm của hóa keo là làm bền và phá vỡ hệ keo.

Các phân tử dung môi va chạm liên tục với hạt keo gây

ra chuyển động hỗn loạn của hạt keo.

Nếu hạt tương đối lớn (5.10-6 m) thì chuyển động Brown

sẽ biến mất.

83

Sự khuếch tán

Do chuyển động Brown các hạt keo sẽ khuếch tán ngẫu nhiên trong dung dịch Kết quả sau một thời gian nồng độ hạt keo sẽ giống nhau tại mọi điểm.

84

Sự sa lắng

Hạt có kích thước < 5.10-7 cm có trọng lượng nhỏ và do chuyển động Brown nên phân bố đồng đều trong toàn hệ.

Hệ phân tán có kích thước > 5.10-5 cm không bền vững sa lắng

P

FhútChuyển động Brown

Các lực chi phối hạt trong dung môi

85

B B.u;

.v.g d

d.v.g  0    

 d d  g 9η

Sự sa lắng dưới lực li tâm

87

Khi cân bằng: Flt = Fam + Fms

 d d  ω t 2

x

x 9ηηl

0 1

dx u

B.u;

.x v.ω d

.x d.v.ω2  0 2  

Hạt thạch anh 10-5 cm sa lắng 1 cm mất 86 h

Trong máy ly tâm gia tốc 105g mất 3 s.

Áp suất thẩm thấu của hệ keo

Thí nghiệm: dung dịch và dung môi nguyên chất được ngăn cách với nhau qua màng bán thấm.

89

 = CMRT

Do áp suất thẩm thấu các phân tử dung môi có xu hướng chuyển từ dung dịch có nồng độ loãng sang

Do áp suất thẩm thấu chỉ phụ thuộc vào số lượng hạt (ở nhiệt độ không đổi) nên áp suất thẩm thấu dung dịch keo rất nhỏ.

 = CMRT

CM: số mol hạt keo/L

R: 0,082 atm.L.mol-1.K-1

91