Khái niệm và đặc điểm của hệ phân tán | Hóa Keo | Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội
Hệ phân tán- Là hệ có cấu tạo từ 2 pha trở lên. Trong hệ, pha ở trạng thái chia nhỏ gọi làpha phân tán được phân bố trong pha có tính liên tục gọi là môi trường phântán.- Khi pha phân tán phân bố đều trong môi trường tạo thành một hệ đồng nhất,không có bề mặt phân cách thì gọi là hệ phân tán đồng thể- Hệ phân tán dị thể: là hệ có cấu tạo từ 2 pha trở lên, các pha không đồng nhấtđược với nhau. Tài liệu được sưu tầm và soạn thảo dưới dạng file PDF để gửi tới các bạn cùng tham khảo, ôn tập đầy đủ kiến thức, chuẩn bị cho các buổi học thật tốt. Mời bạn đọc đón xem!
Môn: Hóa keo 10 tài liệu
Trường: Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội 0.9 K tài liệu
Tác giả:
Preview text:
Câu 1: Khái niệm
Hệ phân tán
- Là hệ có cấu tạo từ 2 pha trở lên. Trong hệ, pha ở trạng thái chia nhỏ gọi là
pha phân tán được phân bố trong pha có tính liên tục gọi là môi trường phân tán.
- Khi pha phân tán phân bố đều trong môi trường tạo thành một hệ đồng nhất,
không có bề mặt phân cách thì gọi là hệ phân tán đồng thể
- Hệ phân tán dị thể: là hệ có cấu tạo từ 2 pha trở lên, các pha không đồng nhất
được với nhau. Giữa pha phân tán và môi trường phân tán có bề mặt phân cách.
- Hệ keo là hệ phân tán vi dị thể, trong đó pha phân tán (hay hạt keo) có kích
thước hạt nằm trong giới hạn 1-100nm (10-9 - 10-7m) và được phân bố trong
môi trường đồng nhất gọi là môi trường phân tán.
- Hóa keo – hóa lý học các hệ phân tán vi dị thể - là khoa học về các quá trình
hình thành và phá hủy các hệ phân tán vi dị thể (hệ keo).
Câu 2: Phân tích 6 đặc điểm của hệ keo? Đặc điểm của hệ keo
1. Có khả năng phân tán ánh sáng (Hiệu ứng Tyndall)
Phân tích: Một trong những đặc tính nổi bật của hệ keo là khả năng tán xạ ánh
sáng khi ánh sáng đi qua hệ keo. Điều này tạo ra hiệu ứng Tyndall, nơi mà ánh
sáng bị tán xạ bởi các hạt keo có kích thước đủ lớn để tương tác với ánh sáng
nhưng vẫn đủ nhỏ để không lắng xuống. Hiệu ứng này giúp phân biệt hệ keo
với dung dịch thật, vì dung dịch thật không có khả năng tán xạ ánh sáng theo cách này.
2. Khuếch tán chậm
Phân tích: Do kích thước hạt keo lớn hơn nhiều so với các phân tử thông
thường trong dung dịch, các hạt keo có tốc độ khuếch tán chậm hơn. Sự khuếch
tán này tuân theo định luật Fick, nhưng tốc độ chậm hơn so với dung dịch có
các hạt nhỏ hơn, do sự tương tác với môi trường phân tán và tính chất của các hạt keo.
3. Áp suất thẩm thấu nhỏ
Phân tích: Áp suất thẩm thấu của hệ keo thường nhỏ hơn so với dung dịch
thông thường, bởi vì số lượng tiểu phân trong một hệ keo ít hơn nhiều so với số
lượng phân tử trong một dung dịch thật. Mức độ tác động lên áp suất thẩm thấu
phụ thuộc vào số lượng hạt phân tán trong môi trường.
4. Có khả năng thẩm tích (lọc được bằng màng bán thẩm)
Phân tích: Hệ keo có thể được phân tách hoặc làm sạch thông qua quá trình
thẩm tích, trong đó các hạt keo không thể đi qua màng bán thấm do kích thước
lớn hơn. Ngược lại, các ion hoặc phân tử nhỏ hơn có thể đi qua màng. Điều này
cho phép loại bỏ các tạp chất hoặc chất điện giải khỏi hệ keo.
5. Không bền vững tập hợp
Phân tích: Hệ keo thường không bền vững về mặt tập hợp, nghĩa là các hạt keo
có xu hướng kết tụ lại với nhau để tạo thành các hạt lớn hơn. Hiện tượng này
có thể xảy ra do sự mất cân bằng về điện tích hoặc tác động của ngoại lực, dẫn
đến hiện tượng lắng đọng hoặc tách pha. Để duy trì sự ổn định của hệ keo,
thường cần đến các chất bảo vệ hoặc các yếu tố ổn định.
6. Thường có hiện tượng điện di
Phân tích: Điện di là hiện tượng các hạt keo mang điện chuyển động dưới tác
dụng của điện trường. Do hạt keo thường mang điện tích bề mặt, khi đặt vào
một trường điện, chúng sẽ chuyển động về phía cực có điện tích trái dấu. Điện
di là một phương pháp phổ biến để xác định tính chất điện của hạt keo và được
ứng dụng trong nhiều công nghệ và phân tích.
Câu 3: trình bày các đối tượng nghiên cứu của hệ keo?
- Hoùa keo nghieân cöùu caùc heä phaân taùn vi dị thể, nghóa laø caùc heä
caáu taïo töø 2 pha trôû leân vaø moät trong hai pha ôû traïng thaùi chia nhoû.
- Do bề mặt phân cách pha lớn, các hiện tượng đặc trưng của hóa keo gắn liền
với bề mặt. Vì vậy, các hiện tượng bề mặt như sức căng bề mặt, hấp phụ, chất
hoạt động bề mặt v.v… là nội dung quan trọng của hóa keo.
- Các hệ vi di thể không bền về mặt nhiệt động. Vì vậy, nghiên cứu tính bền
vững của các hệ keo cũng là một nội dung quan trọng. Ở đây thường khảo sát
tính bền động học và tính bền vững tập hợp
Câu 4: Phân loại các hệ phân tán
1. Phân loại theo độ phân tán: Tên hệ Kt. hạt (m)
Hê phân tán thô: huyền phù, nhũ tương >10-6
Hệ phân tán trung bình: khói 10- 6 - 10-7
Hệ phân tán cao: hệ keo điển hình 10-7 - 10-9
Hệ phân tán phân tử (dung dịch thật) < 10-9
Phân loại theo trạng thái tập hợp (Ostwald): Slide 37, 38, 39
Câu 5: Trình bày các pp để tinh chế hệ keo
1. Phân tán bằng cơ học (Mechanical Dispersion:) Máy nghiền ✓
bi: thùng quay hình trụ có các viên bi hình cầu (bằng thép hay sứ)
• Vật liệu: khô hoặc ướt.
Thùng được quay chậm kéo theo các hòn bi, khi rơi xuống chúng va đập vào
nhau làm cho vật liệu bị nghiền nát.
2. Phương pháp phân tán bằng sóng siêu âm
Trong phương pháp này người ta sử dụng sóng siêu âm có tần số trên 20.000
Hz để phân tán các vật thể có độ bền cơ học thấp như các hạt nhựa, lưu huỳnh,
graphit, các kim loại nhẹ trong môi trường hữu cơ.
3. Phương pháp phân tán bằng hồ quang điện
Phương pháp này thường được sử dụng để điều chế sol kim lọai. Sử dụng kim
loại cần chế tạo sol để làm 2 điện cực. Khi hồ quang được tạo thành, kim loại
bay hơi, rồi gặp môi trường lạnh, ngưng tụ lại thành hạt.
4. Phương pháp phân tán bằng keo tán (làm tan kết tủa do sự keo tụ gây ra ) Keo tán
✓ bằng cách rửa kết tủa: thực chất là quá trình táchloại chất điện ly gây keo tụ. Keo tán bằng ✓
chất điện ly: xảy ra khi thêm chất điện ly chứa ion có thể tham
gia xây dựng mạng lưới phân tử của pha phân tán hoặc bị hấp thụ vào bề mặt hạt. Keo tán
✓ bằng chất hoạt động bề mặt: các chất HĐBM và các chất cao phân
tử có thể bị hấp phụ trên bề mặt các hạt keo và truyền cho nó điện tích hay lớp
vỏ solvat hoá bền vững có tác dụng keo tán Keo tán
✓ bằng chất hoá học: thường xảy ra khi chất thêm vào hệ có phản ứng
hoá học với kết tủa tạo ra chất điện ly có tác dụng ổn định cho pha phân tán.
Câu 6: Trình bày 3 pp để tinh chế hệ keo
1. Thẩm tích (Dialysis)
- Nguyên lý: Thẩm tích là quá trình loại bỏ các ion hoặc phân tử nhỏ hòa tan ra
khỏi hệ keo bằng cách sử dụng một màng bán thấm. Màng này cho phép các
phân tử nhỏ hoặc ion đi qua nhưng ngăn chặn các hạt keo lớn hơn.
- Quy trình: Hệ keo được đặt vào một túi thẩm tích (làm từ chất liệu màng bán
thấm) và ngâm trong nước hoặc dung môi thích hợp. Các chất điện giải và các
tạp chất nhỏ hơn sẽ đi qua màng, trong khi các hạt keo bị giữ lại bên trong túi.
Quá trình này thường được thực hiện trong một thời gian dài để đảm bảo loại bỏ hoàn toàn tạp chất.
- Ứng dụng: Thẩm tích là phương pháp tinh chế hiệu quả cho các hệ keo trong
hóa học và y học, đặc biệt trong việc loại bỏ muối hoặc các chất điện giải khỏi hệ keo.
2. Siêu lọc (Ultrafiltration)
- Nguyên lý: Siêu lọc là phương pháp sử dụng màng lọc với kích thước lỗ nhỏ
hơn kích thước của các hạt keo nhưng lớn hơn các phân tử nhỏ và ion. Điều
này cho phép loại bỏ các chất tạp mà không làm mất các hạt keo.
- Quy trình: Hệ keo được cho qua một màng siêu lọc dưới áp lực. Các tạp chất
nhỏ hơn kích thước hạt keo có thể đi qua màng, còn hạt keo bị giữ lại. Phương
pháp này thường nhanh hơn so với thẩm tích do áp lực tạo ra sự di chuyển của dung dịch qua màng.
- Ứng dụng: Siêu lọc được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, từ công nghiệp thực
phẩm, sản xuất dược phẩm, đến các ngành khoa học môi trường, nơi cần tinh
chế các hệ keo hoặc loại bỏ các chất ô nhiễm.
3. Điện thẩm (Electrodialysis)
- Nguyên lý: Điện thẩm là phương pháp tinh chế hệ keo bằng cách sử dụng
dòng điện để di chuyển các ion ra khỏi hệ keo qua màng bán thấm chọn lọc ion.
- Quy trình: Một dòng điện được đặt vào hệ keo đặt giữa các màng bán thấm.
Các ion dương sẽ di chuyển về phía cực âm và các ion âm di chuyển về phía
cực dương. Màng bán thấm cho phép các ion này đi qua và bị giữ lại trong các
ngăn khác. Các hạt keo không mang điện hoặc có kích thước quá lớn sẽ bị giữ lại trong hệ keo.
- Ứng dụng: Điện thẩm được sử dụng để loại bỏ các ion và chất điện giải khỏi
hệ keo trong các quá trình công nghiệp và xử lý nước, cũng như trong các hệ keo y tế và hóa học.
Câu 7: So sánh tính chất với hệ phân tán
Câu 8: 2 định nghĩa về sức căng bề mặt và 3 yếu tố ảnh hưởng lên sức căng bề mặt
ĐN1: Sức căng bề mặt là công tiêu tốn để tạo ra một đơn vị diện tích bề mặt
(dấu “–” chỉ công phải tiêu tốn chống lại sức hút để đưa các phân tử từ thể tích ra bề mặt).
ĐN2: Sức căng bề mặt là lực tác dụng trên một đơn vị độ dài của bề mặt, tiếp
tuyến với bề mặt và hướng theo chiều giảm diện tích bề mặt. - 3 Yếu tố ảnh hưởng: + Nhiệt độ tăng sức ➔ căng bề mặt giảm
+ Chất lỏng càng phân cực, sức căng bề mặt càng lớn
+ Sức căng bề mặt phụ thuộc vào bản chất của chất tiếp xúc.
→Sức căng bề mặt phụ thuộc vào nhiê t độ, bản chất
của chất và phụ thuộc vào bản chất của chất tiếp xúc.
Câu 9: Góc thấm ướt và pt young
• E bề mặt của một chất phụ thuộc vào bản chất của chất đó, tính chất tiếp xúc.
• Trường hợp 3 chất tiếp xúc nhau là rắn, lỏng và khí thì toàn hệ sẽ có cấu hình
sao cho thế năng toàn cầu là cực tiểu. Chính đặc trưng này đã xác định mức độ
thấm ướt của chất lỏng lên bề mặt rắn.
• Chu vi giọt chất lỏng là giới hạn tương tác của 3 môi trường: rắn, lỏng và không khí. Quá trình
❖ thấm ướt xảy ra khi năng lượng tự do của hệ giảm xuống. Độ thấm ❖
ướt được đo bằng góc thấm ướt θ. Góc θ
❖ càng nhỏ, thấm ướt càng tốt. Khi đạt cân bằng:
RK = LKcos + RL PT YOUNG: cos = = = = RK −
− RL / LK
+ Chất lỏng thấm ướt hoàn toàn khi θ = 0o hay cosθ=1
+ Chất lỏng hoàn toàn không thấm ướt khi θ=180o hay cosθ=-1
Câu 10: Trình bày các luận điểm của lý thuyết hấp thu Langmuir
Langmuir đưa ra các giả thiết sau:
1. Bề mặt chất hấp phụ đồng nhất về năng lượng;
2. Các phân tử bò hấp phụ liên kết với những vò trí nhaát ñònh (tâm liên kết) trên bề mặt chất hấp phụ
3. Mỗi “tâm liên kết” chæ coù theå nhaän moät phaàn töû bò haáp phuï (haáp phuï ñôn lôùp);
4. Hấp phụ thuận nghịch: phân tử chất bị hấp phụ sẽ bị giữ lại trên bề mặt chất hấp
phụ trong thời gian nhất định, sau đó chúng bị đứt ra khỏi bề mặt chất hấp phụ.
+ Tại vị trí cũ lại hấp phụ một phân tử khí mới. Khi trong một đơn vị thời gian, số
phân tử hấp vào bề mặt bằng với số phân tử đi ra khỏi bề mặt, ta có cân bằng hấp phụ.
5. Tương tác giữa các phân tử bị hấp phụ có thể bỏ qua.
CT BÀI TẬP
Độ phân tán:
D = 1/a = 1/L đơn vị: 1/m
Bề mặt riêng: slide 28
Langmuir: slide 43 44 45
Freunlich: slide 49
BET: slide 53