Bài giảng Hóa keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

TÍNH CHẤT CÁC HỆ KEO CHƯƠNG 3 Chương 3: Tính chất các hệ keo TÍNH CHẤT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ - Sự khuếch tán - Áp suất thẩm thấu - Chuyển động Brao - Sự sa lắng - Cân bằng khuếch tán  sa lắng - Độ nhớt TÍNH CHẤT QUANG HỌC - Sự phân tán ánh sáng - Sự hấp thụ ánh sáng - Kính siêu vi TÍNH CHẤT ĐIỆN - Cấu tạo của hạt keo - Cấu tạo lớp điện kép - Các hiện tượng điện động học Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo Sự khuếch tán Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo Sự khuếch tán Nếu trong một hệ (hệ khí, dung dịch phân tử hay dung dịch keo) có sự không đồng nhất về mật độ hạt hay nồng độ thì sẽ có sự di chuyển các hạt từ vùng nồng độ cao tới vùng nồng độ thấp, quá trình san bằng nồng độ đó gọi là sự khuếch tán. gradien nồng độ dm =  DS dt i = =  D (i là dòng khuếch tán ) S x dx dC dx dC Sdt dm dx dC Chương 3: Tính chất các hệ keo - Hệ số D của chất khí:  quãng đường tự do trung bình D =  tốc độ trung bình của phân tử khí - Hệ số D của hạt keo: D = k: hằng số Boltzman, B hệ số ma sát của hạt keo trong MT phân tán Đối với các hạt hình cầu lớn bán kính r trong MT có độ nhớt  ta có B = 6 r D = 3 1 U U B kT r6 kT  Chương 3: Tính chất các hệ keo Áp suất thẩm thấu Đối với dung dịch loãng có nồng độ C áp suất thẩm thấu  được tính theo phương trình:  = CRT Chương 3: Tính chất các hệ keo Chuyển động Brao Chỉ đối với hạt keo bé, khi xung lượng mà hạt nhận được do va chạm từ một phía không cân bằng với xung lượng nhận được từ phía đối diện thì hạt mới chuyển động. Einstein đã tìm ra hệ thức:  = Dt2 Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo Sự sa lắng Giả thiết một hạt keo sa lắng với tốc độ không đổi u mg = BU Đối với hạt hình cầu: m = r3 (d  d0) B = 6r Do đó: U = (d  d0)g r = 3 4 9 2  2r g)d-2(d U 9 0  Chương 3: Tính chất các hệ keo Nếu t là thời gian cần thiết để hạt có bán kính rt đi hết đoạn đường h thì tốc độ sa lắng của hạt U = rt = Q(r) = hàm phân bố tích phân t h t h . g)d-2(d 9 0  hmS K Chương 3: Tính chất các hệ keo hàm phân bố vi phân F(r) là hàm mà tích F(r).dr là khối lượng hạt có bán k ính từ r đến (r + dr) trong một đơn vị khối lượng pha phân tán = 1 Q(r) = =  = 1  = F(r)   0 dr )r( F   r dr)r(F   0 dr )r( F  r 0 dr )r( F  r 0 dr )r( F dr )r(dQ Chương 3: Tính chất các hệ keo Đường phân bố tích phân Q(r) và vi phân F(r) =  của huyền phù oxit n hôm Al2O3 trong nước dr dQ(r) F(r)=- Q(r) 87654321 0,2 - 0,4 - 0,6 - 0,8 - 1,0 - dr )r(dQ Chương 3: Tính chất các hệ keo Cân bằng khuếch tán  sa lắng iS = iK Người ta chứng minh được hệ thức sau đây: = emgh/kT 0 h C C 1cm2 hC ik is C0 h=0 h u Chương 3: Tính chất các hệ keo Độ nhớt Giả thiết một chất lỏng chảy trong ống hình trụ. Tốc độ chảy U = U(x) U = Umax (x = 0) và U = 0 (x = r) điều kiện của chế độ chảy tầng Theo định luật Newton ta có: f = S Thể tích chất lỏng Q chảy ra khỏi ống trong 1 giây: Q = y dy r x x dx dU   8 rP 4 Chương 3: Tính chất các hệ keo Nhớt kế Ostwald Có thể tính được thời gian t cần thiết để một thể tích xác định V của chất lỏng chảy ra khỏi ống. Ta có Q.t = V, suy ra: t = V Từ PT trên ta thấy được thời gian chảy tỷ lệ thuận với đ ộ nhớt của chất lỏng, (cơ sở lý thuyết của phương phá p đo độ nhớt bằng nhớt kế Ostwald) 4rP 8   Chương 3: Tính chất các hệ keo Đơn vị của độ nhớt [] = Trong hệ đơn vị SI,  có thứ nguyên N.s.m-2 (Poiseuille), kí h iệu Pl. 1Pl = 1N. s.m-2 = 1Pa.s Trong hệ đơn vị CGS,  có thứ nguyên dyn.s.cm-2 gọi là Poa (Poise), kí hiệu P: 1P = 1 dyn.s.cm-2 = g.cm-1.s-1 = pl = Pa.s [u] ]S[ [x] ]f[ 10 1 10 1 Chương 3: Tính chất các hệ keo TÍNH CHẤT QUANG HỌC Sự phân tán ánh sáng Hiện tượng Tindal được giải thích như sau: Trường điện từ của ánh sáng làm phân cực hoá các nguyên tử và phâ n tử của môi trường Sự phân cực hoá xảy ra với tần số bằng tần số ánh sáng đi tới Các nguyên tử và phân tử tự nó trở thành nguồn phát sáng là ánh sáng phân tán Chương 3: Tính chất các hệ keo Lý thuyết định lượng về sự phân tán ánh sáng trong môi trường đục được Rayleigh xây dựng năm 1871 Ipt = 24  3 I0 n1 và n2 chiết suất của pha phân tán và môi trường phân tán C nồng độ hạt; V Thể tích một hạt  Độ dài sóng của ánh sáng tới; I0 Cường độ ánh sáng của tia tới Hệ thức áp dụng được cho những hạt không dẫn điện có kích thước < nghĩa là < 40  50 m khi chiếu bởi ánh sáng trắng 2 2 2 2 1 2 2 2 1 n2 n n n         4 2CV  10  Chương 3: Tính chất các hệ keo Từ phương trình Rayleigh ta thấy: 1. Ipt tỷ lệ thuận với nồng độ hạt C 2. Ipt tỷ lệ với bình phương thể tích hạt V 2 trong p hạm vi áp dụng của phương trình Rayleigh 3. Ipt tỷ lệ với 1/4, sóng càng ngắn càng phân tán mạnh Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo Sự hấp thụ ánh sáng Sự hấp thụ ánh sáng tuân theo định luật Lambert  Beer thể hiện bởi hệ thức: = ekCl I Cường độ ánh sáng đi qua dung dịch I0 Cường độ ánh sáng tới k Hệ số hấp thụ C Nồng độ chất hấp thụ (mol/l) l Chiều dày lớp dung dịch T = được gọi là độ đi qua lg = lg = D được gọi là mật độ quang 0I I I0 I l 0I I T 1 0I I Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo Kính siêu vi Hạt keo không nhìn thấy qua kính hiển vi thường, vì kích thước hạt nhỏ hơn khả năng phân giải d của kính. Theo Hemhon và Abbe: d =  Độ dài sóng ánh sáng được sử dụng n Chiết suất của môi trường  góc tạo thành bởi 2 tia biên từ đối tượng khảo sát đến vật kính Nếu dùng ánh sáng thường ( = 400  700 m) đạt được độ phân giải 0,2 m Nếu dùng ánh sáng tử ngoại có thể tăng độ phân giải đến 0,1 m là giới hạ n trên của các hạt keo )2/sin(.n2   Chương 3: Tính chất các hệ keo TÍNH CHẤT ĐIỆN Cấu tạo của hạt keo Khi ta thực hiện phản ứng: AgNO3 + KI  AgI + KNO3 Cấu tạo của hạt keo AgI 1. Nhân 2. Lớp điện kép 3. Lớp trong 4. Lớp khuếch tán Cấu tạo hạt keo AgI trong trường hợp này cũng có thể biểu diễn bằng công thức sau đây: [(m AgI) nI (n  x)]x K + + + + + + + + + + + + + 2 3 4 1 Chương 3: Tính chất các hệ keo Cấu tạo lớp điện kép Mô hình Hemhon (Helmholtz) Theo mô hình này lớp điện kép được cấu tạo giống như một tụ điện phẳng Lớp điện tích bề mặt là lớp ion quyết định thế hiệu Mô hình Hemhon không phù hợp với thực tế vì không xét đến sự phân bố khuếch tán của các ion nghịch x  + + + + + + + + + +  Chương 3: Tính chất các hệ keo Mô hình Gouy  Chapman Lớp điện kép và bước nhảy điện thế theo mô hình GouyChapman AB Bề mặt trượt 0 Thế điện hoá  Thế điện động học + + + + + + + + + +  x   B  A Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo Ảnh hưởng của nồng độ chất điện li đến bề dày của lớp điện kép và thế  3 2 1     x A  B Chương 3: Tính chất các hệ keo Mô hình Stec (Stern) Stern cho rằng ngoài lực tĩnh điện (tương tác âm dương) còn lực hấp phụ (tương tác phân tử) Biến thiên thế hiệu theo x 1. Bề mặt không đổi dấu 2. Bề mặt đổi dấu điện tích  Lớp hấp phụ ion nghịch AB Bề mặt trượt 0 Thế điện hoá (1), (2) Thế Hemhon 1; 2 Thế điện động học 2 1   B A  (1)    (2)    Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo Các hiện tượng điện động học Điện di Điện li là sự dịch chuyển của các hạt keo tích điện dưới tác dụng của điện trường về phía điện cực trái dấu Cat«t SiO2 3 2 + ++ + + + + + + + + §Êt sÐt 1 Chương 3: Tính chất các hệ keo Điện thẩm + ++ + ++ + + + + + + + + + + CM D + + + + + + + + Chương 3: Tính chất các hệ keo Thế sa lắng và thế chảy Khi thực hiện sự sa lắng trong một ống thẳng đứng có gắn điện cực ở phía trên và phía dưới, các hạt keo tích điện sẽ truyền điện tích cho điện cực ở dưới, điện cực ở trên sẽ được tích điện trái dấu. Kết quả xuất hiện một thế hiệu giữa hai cực điện gọi là thế sa lắng. Tương tự như vậy, khi ta nén chất lỏng (nước) đi qua màng xốp mà hai bên có hai điện cực, nước sẽ cuốn theo các ion nghịch tronglớp điện kép của thành mao quản và truyền điện tích cho điện cực ở phía sau màng xốp, điện cực phía trước sẽ tích điện trái dấu, kết quả là xuất hiện một thế hiệu giữa hai điện cực gọi là thế chảy. Chương 3: Tính chất các hệ keo THANKS FOR YOUR ATTENTION!