Bài giảng công nghệ chất diện hoạt bề mặt

Mô tả vắn tắt học phần: • Nội dung của học phần gồm có: lý thuyết cơ bản về các chất hoạt động bề mặt, các tính chất hóa lý đặc trưng của chất hoạt động bề mặt như: khả năng tạo nhũ

SINH VIÊN KÝ TÊN VÀO DANH SÁCH CÔNG BỐ ĐỀ CƯƠNG MÔN HỌC

5 Phân bố thời gian:

• Lên lớp: 60 tiết

• TT phòng thí nghiệm: 0 tiết

• Thực hành: 0 tiết

• Tự học: 120 tiết

6 Điều kiện tiên quyết: đã học các học

phần cơ sở Hoá vô cơ, Hóa lý, Hóa hữu

cơ, Hóa Phân tích và các môn Quá trình

và thiết bị, Tổng hợp hữu cơ nâng cao

7 Mục tiêu của học phần:

• Sinh viên hiểu, giải thích và giải quyết được các vấn đề về hiện tượng bề mặt, các ứng dụng của chất hoạt động bề mặt trong nhiều lĩnh vực, các công nghệ sản xuất chất hoạt động bề mặt Sau khi học xong sinh viên có thể vận dụng vào thực tế sản xuất các chất hoạt động bề mặt và ứng dụng của chúng trong ngành công nghệ hóa học, công nghệ khai thác dầu khí, công nghệ thực phẩm

8 Mô tả vắn tắt học phần:

• Nội dung của học phần gồm có: lý

thuyết cơ bản về các chất hoạt

động bề mặt, các tính chất hóa lý

đặc trưng của chất hoạt động bề

mặt như: khả năng tạo nhũ, khả

năng tạo bọt, khả năng phân tán và

tính ổn định huyền phù, các ứng

dụng của chất hoạt động bề mặt

trong nhiều lĩnh vực sản xuất

9 Nhiệm vụ của người học/HSSV:

• Tham dự học, thảo luận, kiểm tra, theo qui chế 43/2007/QĐ-BGD&ĐT ngày 15 tháng 08 năm 2007 của Bộ Giáo dục và Đào tạo, quyết định số 235/QĐ-ĐHCN-ĐT ngày 30 tháng

08 năm 2007 của trường ĐHCN TP.HCM và qui chế học vụ hiện hành của nhà trường

10 Tài liệu học tập:

Sách giáo trình:

• PGS.TS Lê Thị Hồng Nhan, Công nghệ chất hoạt

động bề mặt Phần 1: Tổng quan về chất hoạt động

bề mặt, Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM, 2012

Tài liệu tham khảo:

• 1 Drew Myers, Surfactant science and technology,

Wiley - Interscience publishers, 2006

• 2 Martin J.Schick , Nonionic surfactants physycal

chemistry, Marcel Dekker, Inc Publishers, 1987

• 3 Thrward F.Tadros, Applied Surfactants Principles

and Applications, Wiley - VCH publishers, 2005

• 4 E Smulders , Laundry Detergrent, Wiley - VCH publishers, 2002

• 5 Phan Minh Tân, Tổng hợp hữu cơ và hóa dầu, NXB Đại học Bách Khoa Tp.HCM, 2006

• 6 Nguyễn Quốc Tín, Ðỗ Phổ, Xà phòng và các chất tẩy giặt tổng hợp, NXB Khoa học kỹ thuật,

1/4/2019 8:47:58 AM Tran Huu Hai 19 1/4/2019 8:47:58 AM Tran Huu Hai 20

1/4/2019 8:47:58 AM Tran Huu Hai 21

The best important book

1/4/2019 8:47:58 AM Tran Huu Hai 23

Vận hành và sản xuất ngành hóa dầu

11 Tiêu chuẩn đánh giá sinh viên:

• Dự lớp: có mặt trên lớp nghe giảng từ

80% tổng số thời gian trở lên

• Tiểu luận: có

• Kiểm tra thường xuyên: 2 ĐẾN 3 BÀI

• Thi giữa học phần: 1 BÀI THEO LỊCH

KHOA

• Thi kết thúc học phần: 1 BÀI THEO LỊCH

KHOA

• Khác: dịch bài báo tiếng Anh, thuyết trình

nhóm theo yêu cầu của giảng viên

• 12 Thang điểm thi: Theo học chế tín chỉ

ĐIỂM KiỂM TRA THƯỜNG KỲ VÀ TIỂU LUẬN SẼ ĐƯỢC CÔNG BỐ CÔNG KHAI

TRƯỚC LỚP

SV HOẠT ĐỘNG TÍCH CỰC TRONG GiỜ HỌC SẼ ĐƯỢC CỘNG VÀO ĐIỂM TiỂU

LUẬN HOẶC THƯỜNG KỲ

13 Nội dung chi tiết học phần

tiết

Phân bố thời gian Ghi

chú

Lý thuyết Thực hành

• 1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sức căng bề mặt

• 1.2 Các chất hoạt động bề mặt, chất không hoạt động bề mặt và chất không ảnh hưởng đến sức căng bề mặt

• 1.3 Độ hoạt động bề mặt – quy tắc Traube I

• 1.4 Các phương pháp xác định sức căng bề mặt

• 1.4.1 Xác định sự biến đổi mực chất lỏng trong mao quản

• 1.4.2 Phương pháp cân giọt lỏng

• 1.4.3 Phương pháp kéo vòng Lecomte du Nouy

• 1.4.4 Các phương pháp khác

• CHƯƠNG II: TÍNH CHẤT HÓA LÝ CỦA CHẤT

HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT TRONG DUNG DỊCH

• 2.1 Cấu tạo lớp bề mặt trên giới hạn lỏng-khí

• 3.1 Giới thiệu chung

• 3.1.1 Phân loại theo bản chất nhóm háo nước

• 3.1.2 Phân loại theo bản chất nhóm kỵ nước

• 3.1.3 Phân loại theo bản chất liên kết nhóm

kỵ nước và ái nước

• 3.1.4 Các phương pháp tổng hợp

• CHƯƠNG III: HÓA HỌC CÁC CHẤT

• CHƯƠNG IV: CÁC HỆ NHŨ TƯƠNG

• 4.1 Phân loại nhũ tương

• 4.2 Hiện tượng nhũ hóa

• 4.3 Chất nhũ hóa

• 4.3.1 Khái niệm

• 4.3.2 Phân loại chất nhũ hóa

• 4.3.3 Vai trò của chất nhũ hóa trong sự hình thành nhũ

• CHƯƠNG IV: CÁC HỆ NHŨ TƯƠNG

• CHƯƠNG VI: KHẢ NĂNG TẨY RỬA CỦA

CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT

• 6.1 Cơ chế tẩy rửa

• 6.1.1 Tẩy các vết bẩn có chất béo

• 6.1.2 Tẩy các vết bẩn dạng hạt

• 6.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tẩy rửa

• 6.3 Đánh giá khả năng tẩy rửa

• 7.2 Ứng dụng của chất hoạt động bề mặt trong sản phẩm chăm sóc cá nhân

• 7.3 Ứng dụng của chất hoạt động bề mặt

trong in ấn và dệt nhuộm

• 7.4 Các ứng dụng khác…

SỐ LƯỢNG BÀI KIỂM TRA

2-3 BÀI ĐÁNH GIÁ THƯỜNG XUYÊN: PP

TRẮC NGHIỆM

1 ĐIỂM BÁO CÁO NHÓM: THUYẾT TRÌNH

1 KIỂM TRA GIỮA KỲ: TỰ LUẬN

1 KIỂM TRA CUỐI KỲ: TỰ LUẬN

TÊN ĐỀ TÀI VÀ CÁC THÔNG BÁO CỦA MÔN HỌC

SV ĐỌC TRÊN SITE

SV XEM CHỦ ĐỀ TRÊN google.site

Chuẩn đầu ra của môn học (CLOs)

1 Phân loại được CHĐBM, tính toán được các

thông số hóa lý tương ứng

Thường kỳ 1 20 Thuyết giảng, học tập dựa vào tổ

Giữa kỳ 70 Dạy học lấy người học làm trung

tâm, bài tập viết Bài tập 1 30

3 Áp dụng được kiến thức về nhũ tương để đánh

giá được độ ổn định của sản phẩm dạng lỏng

Cuối kỳ 80 Học tập theo câu hỏi gợi ý, bài tập

viết Bài tập 2 20

4 Áp dụng kiến thức về CHĐBM để đánh giá

khả năng tẩy rửa và tạo bọt của dung dịch

CHĐBM

Cuối kỳ 100 Thuyết giảng, thảo luận

5 Vận dụng được kiến thức để đánh giá các ứng

học ứng dụng mới và hiện đại

Thường kỳ 2 20 Thuyết giảng, học tập dựa vào tổ

• Bài giữa kỳ có 2 câu chính đánh giá chuẩn

1 và 2

• Bài cuối kỳ có 3 câu chính đánh giá 3

chuẩn còn lại

• P/S: Bài giữa kỳ và cuối kỳ đều mang tính ứng

dụng, tổng hợp, suy luận dựa trên vấn đề, bài thi

không mang tính hàn lâm, chép lý thuyết…

• Tất cả các bài kiểm tra, thi …đều không tham khảo

tài liệu Các công thức, thông số hóa lý khó đều sẽ

cho sẳn trong đề bài

Hoạt động học: 10 phút

CÔNG NGHỆ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT

Lý thuyết Thực hành

Tự học

1 Lý thuyết cơ bản về chất hoạt động bề mặt 6 6 0 12

Sử dụng trong nhiều lĩnh vực: tẩy rửa, mỹ

phẩm, công nghiệp liên quan vi điện tử, môi trường, dầu khí, sinh học, ức chế ăn mòn, …

Thị trường chất hoạt động bề mặt cao (khoảng

3 tỷ USD trong 1997, dự tính 44,6 tỷ trong năm 2020)

Châu Á Thái Bình Dương: 55-65% chất hoạt động bề mặt

trên cơ sở dầu béo thiên nhiên

Lượng chất hoạt động bề mặt được sử dụng ở các lĩnh vực và các vùng khác nhau trên thế giới năm 1995

Pacific

Asia-Western Europe

North America

1,18 0,82 1,50

6

Hấp thụ lên bề mặt hay mặt phân chia

pha → thay đổi năng lượng tự do của bề

mặt

2 CHĐBM là gì?

9 1/4/2019 8:50:07 AM Tran Huu Hai 10

1/4/2019 8:50:07 AM Tran Huu Hai 11

• In English the term surfactant

(short for

surface-active-agent) designates a

substance which exhibits

some superficial of interfacial

activity

1/4/2019 8:50:07 AM Tran Huu Hai 12

• It is worth remarking that all amphiphiles do not display such activity; in effect, only the amphiphiles

hydrophilic and lipophilic tendencies are likely to migrate to the surface or interface It does not happen if the

hydrophilic or too hydrophobic, in which case it stays in one of the phases

1/4/2019 8:50:07 AM Tran Huu Hai 13

• In other languages such as French,

German or Spanish the word

"surfactant" does not exist, and the

actual term used to describe these

substances is based on their

properties to lower the surface or

interface tension , e.g tensioactif

(French), tenside (German),

tensioactivo (Spanish)…

1/4/2019 8:50:07 AM Tran Huu Hai 14

surface activity is strictly

lowering, which is not absolutely general, although

it is true in many cases

1/4/2019 8:50:07 AM Tran Huu Hai 15

• Amphiphiles exhibit other

properties than tension lowering

and this is why they are often

labeled according to their main use

such as:

soap, detergent, wetting agent,

dispersant, emulsifier, foaming

agent, bactericide, corrosion

inhibitor, antistatic agent, etc…

1/4/2019 8:50:07 AM Tran Huu Hai 16

• In some cases they are konwn from the name of the structure they are able to build, i.e

1/4/2019 8:50:07 AM Tran Huu Hai 19 1/4/2019 8:50:07 AM Tran Huu Hai 20

Vì sao Tôi có hình cầu?

1/4/2019 8:50:07 AM Tran Huu Hai 25 1/4/2019 8:50:07 AM Tran Huu Hai 26

•Đối với các phân tử trong lòng pha lỏng các lực tương tác là cân bằng với nhau

1/4/2019 8:50:07 AM Tran Huu Hai 27 1/4/2019 8:50:07 AM Tran Huu Hai 28

• Đối với các phân tử ở trên ranh giới pha, lực tương tác về phía pha lỏng lớn hơn về phía pha khí, nên tạo ra lực ép lên phần chất lỏng

1/4/2019 8:50:07 AM Tran Huu Hai 29

Kết luận

30

1/4/2019 8:50:07 AM Tran Huu Hai 31

KẾT LUẬN

• Aùp suất tạo ra ( lực trên một đơn vị

bề mặt) gọi là áp suất phân tử-

chính là nội áp pi

1/4/2019 8:50:07 AM Tran Huu Hai 32

tử chất lỏng từ bề mặt phân chia pha, do đó có xu hướng làm cho bề mặt giảm đến mức tối thiểu

1/4/2019 8:50:07 AM Tran Huu Hai 33

?

1/4/2019 8:50:07 AM Tran Huu Hai 34

• Vậy các phân tử ở lớp bề mặt có thế năng lớn hơn so với thế năng của của các phân tử bên trong

• Phần năng lượng lớn hơn đó gọi là năng lượng bề mặt của chất lỏng

1/4/2019 8:50:07 AM Tran Huu Hai 35

• Muốn bề mặt về như cũ, cần phải

phải đưa thêm các phân tử từ trong

là thực hiện một công chống lại lực

tương tác của các phân tử

1/4/2019 8:50:07 AM Tran Huu Hai 36

1/4/2019 8:50:07 AM Tran Huu Hai 37

• Công trong điều kiện đẳng nhiệt thuận

nghịch bằng độ tăng của năng lượng dư

bề mặt dE s

• Khi bề mặt tăng một giá trị dS thì

năng lượng bề mặt cũng tăng một giá

1/4/2019 8:50:07 AM Tran Huu Hai 40

1/4/2019 8:50:07 AM Tran Huu Hai 41

HOẠT ĐỘNG HỌC

42

•Dưới tác dụng của sức căng bề mặt, thể

tích khối chất lỏng sẽ hướng tới dạng

hình cầu (nếu không có ngoại lực) vì bề

Sức căng bề mặt lỏng-lỏng (dyn/cm)

Lớp hữu

cơ Lớp nước Tính toán Thực

Ảnh hưởng của nhiệt độ

Yếu tố bản chất của các pha tiếp xúc có

ý nghĩa quyết định đến giá trị sức căng

bề mặt

Sức căng bề mặt còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như: nhiệt độ , áp suất, độ cong của bề mặt và đặc biệt là

sự có mặt của chất thứ hai trong chất lỏng

50

Ảnh hưởng của nhiệt độ

Sức căng bề mặt của đa số chất lỏng

giảm gần như tuyến tính khi nhiệt độ

tăng (trừ các kim loại nóng chảy) theo

phương trình của W Ramsay và J

Shields sau khi hiệu chỉnh phương trình

52

Ảnh hưởng của nhiệt độ

Van der Waals và người theo trường

phái của ông là Guggenheim còn

đưa ra phương trình có dạng sau:

 =  o (1 – T/T c ) n

Với chất hữu cơ có n = 11/9

Với kim loại có n  1

53

Ảnh hưởng của nhiệt độ

Quan hệ tuyến tính giữa sức căng bề mặt và nhiệt độ có dạng sau:

 T =  - T.(d/dT)

Với (d/dT) = const

54

Quan hệ giữa khối lượng riêng và

sức căng bề mặt

Theo phương trình Mc Leod:

/(D-d) 4 = Const

D: Khối lượng riêng pha lỏng

d: khối lượng riêng pha khí (g/cm 3 )

Nguyên tắc đo: đo chiều cao cột chất lỏng trong mao quản

P = P1 – P2 = gh.(1-2) = 2./r

: góc dính ướt, cos = Ro /r

Ro : bánh kính của mao quản r: bán kính mặt khum ở nơi tiếp xúc

P1: áp suất pha khí ở trong ống mao quản

P2: áp suất pha khí ngoài ống mao quản

61

Phương pháp cân giọt lỏng

Đây là phương pháp khá chính xác, được sử dụng phổ biến trong phòng thí nghiệm để xác định sức căng bề mặt trên giới hạn lỏng – khí và lỏng – lỏng

Nguyên tắc đo: thu các giọt lỏng hình thành dưới mao quản, cân để xác định chính xác khối lượng một giọt bằng phương pháp lấy trung bình

Biểu thức toán (định luật Tate T) có dạng đơn giản sau: W= mg = vg = 2R o 

62

Phương pháp cân giọt lỏng

Tuy nhiên có sai số là khối lượng cân được thường

nhỏ hơn giá trị lý tưởng do tính không bền của các

đuôi giọt lỏng và luôn để lưu lại ở đầu mao quản đến

40% khối lượng

Harkins W.D và Brown F.E đã đề nghị hiệu

chỉnh w theo phương trình sau:

Phương pháp kéo vòng Lecomte du Nouy

Phương pháp này được đề xuất năm 1919

Nguyên tắc đo: xác định lực kéo vòng kim loại ra khỏi bề mặt

chất lỏng

W k = 4R o ’ = f (*)

Wk: khối lượng của vòng, f là lực kéo vòng (dyn)

Để khắc phục sai số thì đưa vào hệ số hiệu chỉnh  * (bù trừ

biến dạng mặt phẳng khi kéo vòng hệ số này là hàm của

Phương pháp kéo vòng Lecomte du Nouy

Hệ số hiệu chỉnh * có thể tra trong sổ tay về sức căng

bề mặt hoặc dựa vào đồ thị Harkins W.D, Jordan H.F., cũng có thể tính được  * theo phương trình Znidema- Waters

70

Những chất mà khi nồng độ của nó trong dung dịch tăng lên thì sức căng bề mặt tăng lên

Các chất này có độ hòa tan cao , sẽ

có xu hướng rời khỏi bề mặt để đi vào bên trong thể tích dung dịch

4 CHẤT KHÔNG HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT

72

Các chất không hoạt động bề mặt so

với nước là tất cả các muối vô cơ điện

ly, các acid, base vô cơ …

Phân tử của các chất này không có

phần kỵ nước mà sẽ điện ly trong nước

thành các ion phân cực, bị hydrate hóa

mạnh

73

Các chất không hoạt động bề mặt hữu

cơ có rất ít , đó là những chất có thể ion hóa và phần không phân cực của phân

tử không có hoặc rất bé như HCOOH,

Ví dụ: khi thêm NaI vào CH 3 OH: sức căng

bề mặt sẽ tăng nhiều, nếu thêm NaI vào

C 2 H 5 OH thì độ tăng này giảm 2 lần

trên cả lớp bề mặt và trong lòng dung dịch do đó

không ảnh hưởng đến sức căng bề mặt của

dung môi

 Ví dụ: đường saccarose, hòa tan vào nước

không làm thay đổi sức căng bề mặt trên giới

CÁC CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT, CHẤT KHÔNG HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT VÀ CHẤT KHÔNG ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỨC CĂNG BỀ MẶT

78

Nồng độ

Sức căng bề mặt

(1) (2)

(3)

+ Phần không phân cực (kỵ nước, ghét nước hay ái dầu, háo dầu, ưa dầu =

• Mô hình chất hoạt động bề mặt:

83

Phần ái nước Phần kỵ nước

Phân loại theo bản chất nhóm háo nước

Phân loại theo bản chất nhóm kỵ nước

Phân loại theo bản chất liên kết giữa nhóm háo nước và kỵ nước

Hòa tan trong nước phân ly thành

ion HĐBM điện tích âm

88

Bao gồm các nhóm chính:

• Acid carboxylic: RCOO (-)

• Ester sulfuric (Sulfate): ROSO2 O (-)

• Alkane sulfonic acid: RSO 3 (-)

• Alkene sulfonic acid: R-CH=CH-CH 2 -SO 3 (-)

• Alkyl aromatic sulfonic acid: R-C6 H 4 -SO 3 (-)

• Các nhóm khác: Phosphate và phosphonic acid, persulfate, thiosulfate, sulfamic acid, sulfosuccinate…

SO3(CH2)n -C

SO3

(CH2)m CH3-

Paraffin sulfonate ( SAS: Secondary Alkyl Sulfonate)

Alkyl benzene sulfonat (ABS)

ABS nhánh

ABS thẳng (LAS: Linear Alkylbenzene Sulfonate)

90

N+R3

O R

C O R

Dialkyl ester thế 4 lần của methosulfate triethanolamine

Các rượu béo ethoxy hóa

H (O-CH2-CH2)m O (CH2-CH-O)n (O-CH2-CH2)m-H

Copolymer oxide ethylene (OE) và oxide propylene (OP)

Alkyl monoethanol amide

R C O N

103

NH C O

R (CH2)3 N+ CH2

CH3

CH3

C O O

Alkyl amido propyl betain

CH2

N+

CH3

CH3CH OH

O R

Betain ethoxy hóa

•Nhóm háo nước liên kết trực tiếp nhóm kỵ nước:

RCOONa, ROSO3Na, RC6H4SO3Na

•Nhóm háo nước liên kết nhóm kỵ nước thông qua các

liên kết trung gian Liên kết ester: RCOO-CH2CHOHCH2-OSO3Na Liên kết amide: R-NHCOCH2SO3Na

Liên kết ether: ROC2H4OSO3Na

CƠNG NGHỆ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT

1

Phân bố thời gian Ghi

chú

Lý thuyết Thực hành

Tự học

2 Tính chất hĩa lý của chất hoạt động bề mặt trong dung dịch

2

Khi hịa tan CHĐBM vào nước,

chúng tồn tại như thế nào?

Tại sao khơng học tính chất vật lý

của CHĐBM mà học tính chất hĩa lý

của dung dịch CHĐBM?

Tính chất vật lý gì của dung dịch sẽ

bị thay đổi?

Các yếu tố vật lý của dd thay đổi?

Aùp suất thẩm thấu Độ đục Sức căng bề mặt

Độ dẫn điện

 và nồng độ C của chất hoạt động bề mặt có trong một đơn vị diện tích bề mặt

13

Kết quả cho thấy sự hấp phụ

tăng tỷ lệ với chiều dài mạch

carbon trong một dãy đồng đẳng

và các đường này đạt giá trị giới

số lượng phân tử chất hoạt động

bề mặt có chiều dài phần kỵ nước khác nhau

17

Người ta giải thích điều này như sau:

khi bị hấp phụ, nhóm phân cực của chất

hoạt động bề mặt bị nước kéo mạnh vào

lòng dung dịch, phần không phân cực thì

bị đẩy ra phía pha không phân cực tức

pha khí, các phân tử chất hoạt động bề

mặt sẽ được phân bố thành một lớp phân

tử

18

Khi nồng độ C nhỏ , mạch hydrocarbon sẽ bị đẩy

về phía không khí, có thể bị ngã nghiêng do mạch hydrocarbon linh động và có khối lượng riêng bé, phần phân cực ở trong nước

(a)Nồng độ chất HĐBM nhỏ (b)Nồng độ chất HĐBM đủ lớn

19

Khi nồng độ C lớn, số phân tử chất hoạt động bề mặt

tăng lên, mạch hydrocarbon dựng đứng lên, song song

với nhau, vuông góc với mặt nước, tạo thành một màng

sít chặt gọi là màng ngưng tụ

Các phân tử chất hoạt động bề mặt sẽ chiếm cùng diện

tích dù cho chúng có chiều dài khác nhau

Độ hoạt động bề mặt = biến thiên sức căng

bề mặt theo nồng độ

Độ hoạt động bề mặt

da

d dc

Độ hoạt động bề mặt của các chất trong

dãy đồng đẳng biến đổi có quy luật

Ví dụ:

Trong dãy đồng đẳng acid có 6  n C  2 , khi

mà trong phân tử có mạch carbon dài hơn

sẽ giảm nhanh hơn

Hiện tượng tương tự cũng xảy ra ở các dãy

0,16 0,36 0,54

(4) (5)

(1)HCOOH (2) CH COOH (3) CH CH COOH (4) CH (CH ) COOH (5)(CH ) CHCH COOH

3

3 2

3 2 2

3 2 2

• Quy tắc Traube: “Độ hoạt động bề mặt tăng 3-3,5 lần

khi chiều dài mạch carbon tăng thêm 1 nhóm CH2”

Độ hoạt động bề mặt

22

HOẠT ĐỘNG HỌC

• New electron micrographs, produced

using the technique of Field

Emission Scanning Electron

Microscopy, showing the details of

the micellar surface,…

• Các sản phẩm do thủy phân RCOOH,

• Dạng tập hợp các phân tử không ion hóa,

• Các ion và các acid béo:

xRCOONa.yRCOOH.zRCOO - z’Na + …

• Tính chất của các chất hoạt động bề mặt khác cũng tương tự

30

32

Khi nồng độ chất hoạt động bề mặt tăng lên một giá trị nào đó , từ các phân tử hòa tan riêng biệt, một số lớn các micelle bắt đầu hình thành trong

hydrocarbon và hướng nhóm phân cực ra dung dịch nước

Số phân tử xà phòng trong một tập hợp như vậy vào khoảng 50, đường kính hình cầu khoảng gấp đôi chiều dài phân tử xà phòng

Ở các nồng độ cao hơn, các micelle có

hydrocarbon mỗi lúc mỗi thêm song song với nhau hình thành các micelle tấm hay các hình dạng khác

41

Lưu ý:

Các micelle có thể được tạo thành không chỉ

phòng, trong dung môi không phân cực

Khi đó các phân tử xà phòng trong micelle sẽ

hướng các nhóm phân cực vào phía trong micelle

còn phần kỵ nước sẽ quay ra ngoài

Lúc này xà phòng không điện ly , dung dịch xà

phòng là dung dịch phân tử chứ không là dung

•( crictical micelle concentration: CMC)

Ý nghĩa của đồ thị?

44

45

Khi nồng độ chất hoạt động bề mặt tăng lên đến

một giá trị nào đĩ, từ các phân tử riêng lẻ sẽ cĩ

sự hình thành các micelle

Nồng độ dung dịch chất hoạt động bề mặt mà ở

đĩ sự hình thành micelle trở nên đáng kể gọi là

nồng độ micelle tới hạn (Critical micelle

concentration)

Nhận xét

• Khi nồng độ dung dịch chất họat động bề mặt đạt đến giá trị CMC, sẽ có sự thay đổi rõ rệt tính chất vật lý của dung dịch như sự thay đổi độ đục, độ dẫn điện, sức căng bề mặt, áp suất thẩm thấu…

• Dựa vào sự thay đổi tính chất vật lý đột ngột như vậy người ta xác định được CMC

Phương pháp xác định điểm

CMC

( Sinh viên làm bài tập lớn)

Xác định giá trị CMC của dung dịch

Aùp suất thẩm thấu Độ đục Sức căng bề mặt

Độ dẫn điện

Nồng độ

CMC

2 Ảnh hưởng của nhiệt độ 6

3 Ảnh hưởng của chất điện li 7

4 Ảnh hưởng của chất khơng điện li 8

Các yếu tố ảnh hưởng đến CMC :

• Khi tăng chiều dài của phần kỵ nước trong phân tử chất họat động bề mặt sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho sự hình thành micell, tức là giảm CMC

Các yếu tố ảnh hưởng đến CMC :

• Trong môi trường nước cất, CMC của

các chất họat động bề mặt ion giảm

đi ½ lần khi mạch carbon tăng thêm

1nhóm –CH2-

Các yếu tố ảnh hưởng đến CMC :

• Đối với chất họat động bề mặt không ion, sự khác biệt này còn rõ ràng hơn Điều này đúng đến C16 Khi mạch C  18 thì CMC hầu như không đổi

Ảnh hưởng của T

• Khi hạ nhiệt độ dung dịch, sẽ xúc tiến

cho sự hình thành của các micell vì khi đó

cường độ chuyển động nhiệt của các

phân tử giảm, làm tăng khả năng kết

hợp của các phân tử tức làm giảm

CMC

Ảnh hưởng của chất điện li

• Khi thêm chất điện ly vào dung dịch chất họat động bề mặt , chúng liên kết với nước do sự hydrat hóa, điều này tương tự như việc tăng nồng độ chất họat động bề mặt lên

• Mặc khác, khi có mặt chất điện ly,

sự ion hóa của chất họat động bề

mặt giảm (giảm độ tan), xúc tiến

cho sự liên kết các phân tử lại

với nhau, do đó CMC giảm

• Việc thêm các chất hữu cơ vào dung dịch chất họat động bề mặt ảnh hưởng đến CMC theo những hướng khác nhau tùy thuộc vào bản chất của chất thêm vào

• Một số rượu mạch trung bình có thể làm

giảm CMC, thêm urea hay formalmid lại làm

tăng CMC Dung dịch chứa nhiều chất hoạt

động bề mặt có CMC nhỏ hơn CMC của

các dung dịch chứa từng chất hoạt động bề

mặt riêng biệt

61

Các chất hoạt động bề mặt

anion có một đặc điểm là khả năng hòa

tan của chúng tăng theo nhiệt độ

Điểm Krafft là nhiệt độ tại đó

Như vậy ở nhiệt độ thấp hơn điểm Kraft, độ tan của chất hoạt động bề mặt anion không đủ lớn để hình thành micelle

Khi nhiệt độ tăng, độ tan tăng, khi đạt đến nhiệt độ Kraft, micelle hình thành

Điểm Krafft

Số nguyên tử C 10 12 14 16 18 Điểm Kraft ( o C) 8 16 30 45 56

64

 Đối với chất hoạt động bề mặt anion, khi

chiều dài mạch C tăng, điểm Kraft cũng tăng

 Mạch C có nhóm oxide ethylene -> Kraft giảm

1 Điểm đục xuất hiện khi nào?

2 Ý nghĩa của điểm đục?

3 Tại sao điểm đục có ý nghĩa với CHĐBM?

Loại nào bị tác động nhiều nhất?

65

SV chuẩn bị trong 5 phút sau khi xem thí

nghiệm về điểm đục: cloud point

66

ASTM D2500 CLOUD POINT TESTING

Đối với các chất hoạt động bề mặt không ion , độ tan của chúng là do liên kết hydro giữa nước và phần phân cực (VD như chuỗi poly ethylene oxide)

Khi nhiệt độ tăng đến một mức nào đó, liên kết hydro bị phá vỡ, xảy ra sự mất nước, làm độ tan của chất hoạt động bề mặt không ion giảm

71

Điểm đục là nhiệt độ tại đó chất hoạt

động bề mặt không ion không thể hòa tan,

tách ra khỏi dung dịch làm dung dịch trở

nên đục

Đối với chất hoạt động bề mặt không ion

trên cơ sở ethylene oxide, điểm đục sẽ

giảm khi độ dài gốc alkyl tăng hoặc khi

lượng ethylene oxide trong phân tử giảm

xuống

72

Hoạt động học theo vấn đề

1 Điểm đục xuất hiện khi nào?

2 Ý nghĩa của điểm đục?

3 Tại sao điểm đục có ý nghĩa với CHĐBM?

Loại nào bị tác động nhiều nhất?

73

SV chuẩn bị trong 5 phút sau khi xem thí nghiệm

HLB:

74

The hydrophilic-lipophilic balance of

a surfactant is a measure of the degree

to which it is hydrophilic or lipophilic , determined by calculating values for the different regions of the molecule,

1954.

Other methods have been suggested, notably in 1957 by Davies

Griffin's method for non-ionic surfactants

as described in 1954 works as follows

75

Where M h is the molecular mass of the hydrophilic

portion of the molecule, and M is the molecular

mass of the whole molecule, giving a result on a

scale of 0 to 20

An HLB value of 0 corresponds to a completely

lipophilic/hydrophobic molecule, and a value of 20

corresponds to a completely hydrophilic/lipophobic

 Các tính chất của các chất hoạt động bề mặt liên quan

đến mối tương quan giữa phần ái nước và phần kỵ nước

 Nếu phần ái nước tác dụng mạnh hơn phần kỵ nước thì chất hoạt động bề mặt dễ hòa tan trong nước hơn, ngược lại nếu phần kỵ nước tác dụng mạnh hơn phần ái nước thì chất hoạt động bề mặt dễ tan trong pha hữu cơ hơn

 Từ đó dựa vào mối tương quan giữa phần kỵ nước và ái

nước mà chất hoạt động bề mặt được sử dụng vào các mục đích khác nhau

80

• Hydrophile-Lipophile Balance -HLB: Mối tương

quan ái nước-ái dầu

• Thang đo HLB: 1-20

• HLB lớn: tính ái nước cao, tính ái dầu thấp

• Gia tăng HLB -> gia tăng tính ái nước

• Độ phân tán khác nhau trong dd nước ->

HLB khác nhau