chương 7 hóa keo dung dịch keo

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (533.72 KB, 33 trang )

Chương 7- HOÁ KEO
DUNG DỊCH KEO
7.1.MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
7.1.1.Hệ phân tán
7.1.2.Cấu tạo của hạt keo
7.1.3.Điều chế và làm sạch dung dịch keo
7.2.CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH KEO
7.2.1.Tính chất động học-phân tử của dung dịch keo
7.2.2.Tính chất quang học của dung dịch keo
7.2.3.Tính chất điện tích của dung dịch keo
7.2.4.Sự keo tụ của dung dịch keo
1.MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Hệ phân tán là hệ bao gồm môi trường liên tục và các tiểu phân có
kích thước nhỏ phân tán trong môi trường đó
HỆ PHÂN TÁN
Môi trường
phân tán
Pha phân tán
Khí Lỏng Rắn
Khí Sol khí
(Sương mù,
Mây)
Sol khí
(Khói, bụi)
Lỏng Bọt Nhũ tương Huyền phù
và dung dịch
keo
Rắn Đá xốp,
thuỷ tinh
xốp
Thuỷ tinh

màu
HỆ PHÂN TÁN
Đặc điểm quan trọng của hệ phân tán là độ phân tán (D ) là đại
lượng nghịch đảo của kích thước hạt.
Nếu hạt hình cầu có đường kính d thì D = 1/d. D tăng thì bề mặt
riêng của hệ tăng đáng kể.
T
T
d,m
D,m
-1
Tên hệ Ghi chú
1 10
-10
10
10
Hệ phân tán
phân tử, ion
hay dung dịch
thực
Pha phân tán lá các phân tử, ion.
Dung môi là môi trường phân tán.
Các hệ này tuân theo các định luật
hoá lý, rất bền vững
2 10
-9
-10
-7
10
7

-10
9
Hệ keo
Tính chất của hệ này tuân theo các
quy luật của hoá keo, tương đối
bền vững
3 10
-6
10
-6
Hệ phân tán
thô
Hệ huyền phù, nhũ tương, bọt, bụi.
Hệ này không bền vững
1.MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
CẤU TẠO CỦA HỆ KEO
Bề mặt các hạt keo luôn luôn tích điện. Một mixen bao gồm:
*Nhân: tạo bởi sự tổ hợp của m phân tử hay nguyên tử. Nhân có
cấu trúc tinh thể và không tan trong môi trường phân tán. Trên bề
mặt nhân, có các ion trong dung dịch bị hấp phụ gọi là ion tạo thế.
Xung quanh nhân có một chất lỏng của môi trường phân tán gọi
là lớp Stern gọi là bề mặt trượt. Một số ion đối với ion tạo thế gọi
là thế khuyết tán và tạo nên điện thế zeta trên bề mặt trượt
[(AgI)m nAg+(n-x)NO
3
–
]
X+
xNO
3

–
Nhân
Lớp Stern
(hấp phụ)
Lớp khuyếch tán
1.MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
CẤU TẠO CỦA HỆ KEO
Các hệ keo SiO
2,
khi ở trong nước hình thành các nhóm bề mặt SiOH.
Khi pH>2 thường phân ly SiOH SiO- + H+
[(SiO
2
)m nO-(n-x)H+]
X+
xH+
Nhân
Lớp Stern
(hấp phụ)
Lớp khuyếch tán
Cấu tạo mixen
1.MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
CẤU TẠO CỦA HỆ KEO
Các hệ keo SiO
2,
khi ở trong nước hình thành các nhóm bề mặt SiOH.
Khi pH>2 thường phân ly SiOH SiO- + H+
I:nhân có điện tích bề mặt
II:lớp Stern
III:lớp khuếch tán

IV:dung dịch cân bằng ion
Ở bề mặt hạt keo luôn tồn tại một thế.
Tính chất bền vững của hệ keo tùy thuộc
thế
ξ
ξ
1.MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
ĐIỀU CHẾ VÀ LÀM SẠCH DUNG DỊCH KEO
Dung dịch keo có độ phân tán nằm giữa hệ phân tán phân tử (dung dịch thật) và
phân tán thô.
10
-7
m Hạt keo 10
-10
m
Phân tán Ngưng tụ
Phương pháp ngưng tụ: Phương pháp kết tinh từ dung dịch thực
quá bão hoà thành những mầm tinh thể có kích thước tương ứng
với kích thước của hạt keo.
Phương pháp phân tán: phân chia các hạt đến kích thước cực nhỏ
1.MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
ĐIỀU CHẾ VÀ LÀM SẠCH DUNG DỊCH KEO
Dung dịch keo có độ phân tán nằm giữa hệ phân tán phân tử (dung
dịch thật) và phân tán thô.
10
-7
m Hạt keo 10
-10
m
Phân tán Ngưng tụ

Phương pháp ngưng tụ: Phương pháp kết tinh từ dung dịch thực
quá bão hoà thành những mầm tinh thể có kích thước tương ứng
với kích thước của hạt keo.
Phương pháp phân tán: phân chia các hạt đến kích thước cực nhỏ
1.MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.DUNG DỊCH KEO
HẠT KEO
Từ trên
xuống
Từ dưới
lên
u
ĐIỀU CHẾ VÀ LÀM SẠCH DUNG DỊCH KEO
PHƯƠNG PHÁP PHẤN TÁN
Phương pháp cơ học: Nghiền (thường sử dụng ở dạng huyền phù
thô. Để giảm độ cứng vật liệu, thêm chất giảm độ cứng và chất ổn
định.
Phương pháp sử dụng năng lượng điện: thực hiện phóng điện
qua hai điện cực được làm bằng chất phân tán, nhúng trong môi
trường phân tán. Thí dụ như điều chế sol vàng trong môi trường
axit hoá.
Phương pháp siêu âm: thực hiện trong môi trường sóng siêu âm
có tần số 10
5
hoặc 10
6
Hz. Phương pháp này cũng khá phổ biến để
chế tạo hệ keo
1.DUNG DỊCH KEO
ĐIỀU CHẾ VÀ LÀM SẠCH DUNG DỊCH KEO

PHƯƠNG PHÁP PHẤN TÁN
[(Au)m nAuCl
4
–
]
X-
xH+
Nhân
Lớp Stern
(hấp phụ)
Lớp khuyếch tán
Cấu tạo mixen
Vàng kim loại bay hơi
từ bề mặt điện cực ở
dạng các nguyên tử
vàng riêng rẽ, sau đó
ngưng tụ thành hạt
keo vàng. Trên bề mặt
các nhân keo hình
thành các axit HAuCl
4
Làm sạch hệ keo bắng phương pháp màng bán thấm
1.DUNG DỊCH KEO
Phương pháp nghiền
PP Sử dụng năng lượng điện
PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÁN
1.DUNG DỊCH KEO
ĐIỀU CHẾ VÀ LÀM SẠCH DUNG DỊCH KEO
PHƯƠNG PHÁP NGƯNG TỤ
*PP Ngưng tụ do phản ứng hoá học:

Dựa trên các phản ứng tạo ra các hợp chất khó tan. Thí dụ như
chế tạo hạt keo AgI
*PP Ngưng tụ do hơi: Chế tạo các hệ sol hữu cơ –kim loại
*PP thay thế dung môi: thêm vào dung dịh thực một thể tích tương
đối lớn của một chất lỏng khác. Chất lỏng này là dung môi khó
tan đối với chất tan và không tan đối với dung môi của dung dịch
trên, hình thành một dung dịch quá bão hoà của chất tan trong
dung môi mới, chất tan bắt đầu ngưng tụ thành dung dịch keo.
1.DUNG DỊCH KEO
ĐIỀU CHẾ VÀ LÀM SẠCH DUNG DỊCH KEO
PHƯƠNG PHÁP NGƯNG TỤ
Qúa trình kết tinh qua hai giai đoạn:
*Giai đoạn tạo mầm
*Giai đoạn phát triển mầm
tm ptm
v v>
Số mầm tạo ra nhiều hơn và kích thước tinh
thể sẽ nhỏ hơn
tm ptm
v v
<
Số mầm tạo ra ít hơn và kích thước tinh thể sẽ
lớn hơn
1.DUNG DỊCH KEO
1.DUNG DỊCH KEO
1.DUNG DỊCH KEO
1.DUNG DỊCH KEO
1.DUNG DỊCH KEO
1.DUNG DỊCH KEO
2.CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH KEO

TÍNH CHẤT ĐỘNG HỌC – PHÂN TỬ CỦA HỆ KEO
Sự khuyếch tán và chuyển động Brown
Tốc độ chuyển động của các hệ keo trong sol ở trạng thái bền vững
nhỏ hơn nhiều so với tốc độ chuyển động của các phân tử hay ion
trong dung dịch thực. Phương trình Enstein
6. . .
A
RT
D
r N
π η
=
D:hệ số khuyếch tán
R:bán kính hình cầu
: độ nhớt dung môi
R:hằng số khí
T:nhiệt độ K
η
1.CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH KEO
Độ nhớt của dung dịch keo
2
0
(1. . )A y B y
η η
= + +
η
Độ nhớt của dung môi
A, B : hằng số
y: phần thế tích pha phân tán.
Sự sa lắng của hệ keo:

Tốc độ sa lắng:
Nếu hệ keo có thể tích V, khối lượng riêng phân tán trong một
chất lỏng có khối lượng riêng thì tốc độ sa lắng của hạt keo là:
ρ
0
ρ
2
2( ).
.
9
o
g
u r
ρ ρ
η
−
=
g: gia tốc trọng trường
r: bán kính hạt keo
:độ nhớt dung dịch
η
2.CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH KEO
Độ bền của hệ keo:
Tuỳ thuộc vào tốc độ khuyếch tán và tốc độ sa lắng :
*Hệ keo bị sa lắng khi:
*Hệ keo cân bằng
*Hệ keo bền vững:
kt
v
sl

v
sl kt
v v
>
sl kt
v v
=
sl kt
v v
<
2.CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH KEO
Phương trình phân bố hạt theo độ cao:
. .
.
.
m g h
k T
o
C C e
−
=
m: khối lượng hạt keo
g: gia tốc trọng trường
h: độ cao
Càng lên cao, nồng độ hạt keo càng giảm.
Muốn hạt phân bố đồng đều thì cần giảm khối lượng m của hạt
nghĩa là tăng độ phân tán của hạt
2.CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH KEO
ÁP SUẤT THẨM THẤU CỦA DUNG DỊCH KEO
Áp suất thẩm thấu của dung dịch vô cùng loãng:

. .C R T
Π =
Π
Áp suất thẩm thấu
C: Nồng độ chất tan
R: Hằng số khí lý tưởng
T: Nhiệt độ K
Áp suất thẩm thấu của dung dịch keo:
‘
.. ‘ .
A
n
R T n K T
N
Π = =
Áp suất thẩm thấu của dung
dịch keo nhỏ hơn áp suất thẩm
thấu của dung dịch thật vì số
lượng hạt n’ của hệ keo nhỏ hơn
rất nhiều so với dung dịch thật
2.CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH KEO
màuHỆ PHÂN TÁNĐặc điểm quan trọng của hệ phân tán là độ phân tán ( D ) là đạilượng nghịch đảo của size hạt. Nếu hạt hình cầu có đường kính d thì D = 1 / d. D tăng thì bề mặtriêng của hệ tăng đáng kể. d, mD, m-1Tên hệ Ghi chú1 10-1010 10H ệ phân tánphân tử, ionhay dung dịchthựcPha phân tán lá những phân tử, ion. Dung môi là môi trường tự nhiên phân tán. Các hệ này tuân theo những định luậthoá lý, rất bền vững2 10-9-10 – 710 – 10H ệ keoTính chất của hệ này tuân theo cácquy luật của hoá keo, tương đốibền vững3 10-610 – 6H ệ phân tánthôHệ huyền phù, nhũ tương, bọt, bụi. Hệ này không bền vững1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢNCẤU TẠO CỦA HỆ KEOBề mặt những hạt keo luôn luôn tích điện. Một mixen gồm có : * Nhân : tạo bởi sự tổng hợp của m phân tử hay nguyên tử. Nhân cócấu trúc tinh thể và không tan trong môi trường tự nhiên phân tán. Trên bềmặt nhân, có những ion trong dung dịch bị hấp phụ gọi là ion tạo thế. Xung quanh nhân có một chất lỏng của môi trường tự nhiên phân tán gọilà lớp Stern gọi là mặt phẳng trượt. Một số ion so với ion tạo thế gọilà thế khuyết tán và tạo nên điện thế zeta trên mặt phẳng trượt [ ( AgI ) m nAg + ( n-x ) NOX + xNONhânLớp Stern ( hấp phụ ) Lớp khuyếch tán1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢNCẤU TẠO CỦA HỆ KEOCác hệ keo SiO2, khi ở trong nước hình thành những nhóm mặt phẳng SiOH. Khi pH > 2 thường phân ly SiOH SiO – + H + [ ( SiO ) m nO – ( n-x ) H + ] X + xH + NhânLớp Stern ( hấp phụ ) Lớp khuyếch tánCấu tạo mixen1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢNCẤU TẠO CỦA HỆ KEOCác hệ keo SiO2, khi ở trong nước hình thành những nhóm mặt phẳng SiOH. Khi pH > 2 thường phân ly SiOH SiO – + H + I : nhân có điện tích bề mặtII : lớp SternIII : lớp khuếch tánIV : dung dịch cân đối ionỞ mặt phẳng hạt keo luôn sống sót một thế. Tính chất bền vững và kiên cố của hệ keo tùy thuộcthế1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢNĐIỀU CHẾ VÀ LÀM SẠCH DUNG DỊCH KEODung dịch keo có độ phân tán nằm giữa hệ phân tán phân tử ( dung dịch thật ) vàphân tán thô. 10-7 m Hạt keo 10-10 Phân tán Ngưng tụPhương pháp ngưng tụ : Phương pháp kết tinh từ dung dịch thựcquá bão hoà thành những mầm tinh thể có size tương ứngvới size của hạt keo. Phương pháp phân tán : phân loại những hạt đến size cực nhỏ1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢNĐIỀU CHẾ VÀ LÀM SẠCH DUNG DỊCH KEODung dịch keo có độ phân tán nằm giữa hệ phân tán phân tử ( dungdịch thật ) và phân tán thô. 10-7 m Hạt keo 10-10 Phân tán Ngưng tụPhương pháp ngưng tụ : Phương pháp kết tinh từ dung dịch thựcquá bão hoà thành những mầm tinh thể có size tương ứngvới kích cỡ của hạt keo. Phương pháp phân tán : phân loại những hạt đến kích cỡ cực nhỏ1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN1. DUNG DỊCH KEOHẠT KEOTừ trênxuốngTừ dướilênĐIỀU CHẾ VÀ LÀM SẠCH DUNG DỊCH KEOPHƯƠNG PHÁP PHẤN TÁNPhương pháp cơ học : Nghiền ( thường sử dụng ở dạng huyền phùthô. Để giảm độ cứng vật tư, thêm chất giảm độ cứng và chất ổnđịnh. Phương pháp sử dụng nguồn năng lượng điện : triển khai phóng điệnqua hai điện cực được làm bằng chất phân tán, nhúng trong môitrường phân tán. Thí dụ như điều chế sol vàng trong môi trườngaxit hoá. Phương pháp siêu âm : thực thi trong thiên nhiên và môi trường sóng siêu âmcó tần số 10 hoặc 10H z. Phương pháp này cũng khá phổ cập đểchế tạo hệ keo1. DUNG DỊCH KEOĐIỀU CHẾ VÀ LÀM SẠCH DUNG DỊCH KEOPHƯƠNG PHÁP PHẤN TÁN [ ( Au ) m nAuClX-xH+NhânLớp Stern ( hấp phụ ) Lớp khuyếch tánCấu tạo mixenVàng sắt kẽm kim loại bay hơitừ mặt phẳng điện cực ởdạng những nguyên tửvàng riêng rẽ, sau đóngưng tụ thành hạtkeo vàng. Trên bề mặtcác nhân keo hìnhthành những axit HAuClLàm sạch hệ keo bắng phương pháp màng bán thấm1. DUNG DỊCH KEOPhương pháp nghiềnPP Sử dụng nguồn năng lượng điệnPHƯƠNG PHÁP PHÂN TÁN1. DUNG DỊCH KEOĐIỀU CHẾ VÀ LÀM SẠCH DUNG DỊCH KEOPHƯƠNG PHÁP NGƯNG TỤ * PP Ngưng tụ do phản ứng hoá học : Dựa trên những phản ứng tạo ra những hợp chất khó tan. Thí dụ nhưchế tạo hạt keo AgI * PP Ngưng tụ do hơi : Chế tạo những hệ sol hữu cơ – sắt kẽm kim loại * PP sửa chữa thay thế dung môi : thêm vào dung dịh thực một thể tích tươngđối lớn của một chất lỏng khác. Chất lỏng này là dung môi khótan so với chất tan và không tan so với dung môi của dung dịchtrên, hình thành một dung dịch quá bão hoà của chất tan trongdung môi mới, chất tan mở màn ngưng tụ thành dung dịch keo. 1. DUNG DỊCH KEOĐIỀU CHẾ VÀ LÀM SẠCH DUNG DỊCH KEOPHƯƠNG PHÁP NGƯNG TỤQúa trình kết tinh qua hai quy trình tiến độ : * Giai đoạn tạo mầm * Giai đoạn tăng trưởng mầmtm ptmv v > Số mầm tạo ra nhiều hơn và size tinhthể sẽ nhỏ hơntm ptmv vSố mầm tạo ra ít hơn và size tinh thể sẽlớn hơn1. DUNG DỊCH KEO1. DUNG DỊCH KEO1. DUNG DỊCH KEO1. DUNG DỊCH KEO1. DUNG DỊCH KEO1. DUNG DỊCH KEO2. CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH KEOTÍNH CHẤT ĐỘNG HỌC – PHÂN TỬ CỦA HỆ KEOSự khuyếch tán và hoạt động BrownTốc độ hoạt động của những hệ keo trong sol ở trạng thái bền vữngnhỏ hơn nhiều so với vận tốc hoạt động của những phân tử hay iontrong dung dịch thực. Phương trình Enstein6. .. RTr Nπ ηD : thông số khuyếch tánR : nửa đường kính hình cầu : độ nhớt dung môiR : hằng số khíT : nhiệt độ K1. CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH KEOĐộ nhớt của dung dịch keo ( 1. . ) A y B yη η = + + Độ nhớt của dung môiA, B : hằng sốy : phần thế tích pha phân tán. Sự sa lắng của hệ keo : Tốc độ sa lắng : Nếu hệ keo có thể tích V, khối lượng riêng phân tán trong mộtchất lỏng có khối lượng riêng thì vận tốc sa lắng của hạt keo là : 2 ( ). u rρ ρg : tần suất trọng trườngr : nửa đường kính hạt keo : độ nhớt dung dịch2. CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH KEOĐộ bền của hệ keo : Tuỳ thuộc vào vận tốc khuyếch tán và vận tốc sa lắng : * Hệ keo bị sa lắng khi : * Hệ keo cân đối * Hệ keo vững chắc : ktslsl ktv vsl ktv vsl ktv v2. CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH KEOPhương trình phân bổ hạt theo độ cao :. . m g hk TC C em : khối lượng hạt keog : tần suất trọng trườngh : độ caoCàng lên cao, nồng độ hạt keo càng giảm. Muốn hạt phân bổ đồng đều thì cần giảm khối lượng m của hạtnghĩa là tăng độ phân tán của hạt2. CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH KEOÁP SUẤT THẨM THẤU CỦA DUNG DỊCH KEOÁp suất thẩm thấu của dung dịch vô cùng loãng :. . C R TΠ = Áp suất thẩm thấuC : Nồng độ chất tanR : Hằng số khí lý tưởngT : Nhiệt độ KÁp suất thẩm thấu của dung dịch keo :. . ‘. R T n K TΠ = = Áp suất thẩm thấu của dungdịch keo nhỏ hơn áp suất thẩmthấu của dung dịch thật vì sốlượng hạt n ’ của hệ keo nhỏ hơnrất nhiều so với dung dịch thật2. CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH KEO

Source: https://dichvubachkhoa.vn
Category : Dịch Vụ Bảo Dưỡng