TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH KHOA HÓA HỌC ỨNG DỤNG & DỰ BỊ ĐẠI HỌC  BÁO CÁO HÓA LÝ – HÓA KEO GVHD: Mai Thị Thùy Lam SVTH: Nhóm Vương Nguyễn Trúc Anh Lâm Thị Xuân Phương Nguyễn Hồng Nhung Ngô Xuân Hương Trà Vinh, tháng 08 năm 2014 CHƯƠNG III: TÍNH CHẤT CỦA CÁC HỆ KEO B TÍNH CHẤT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ CỦA CÁC HỆ KEO III.4 CHUYỂN ĐỘNG BROWN (BRAO) Chuyển động nhiệt hạt pha phân tán hệ keo hệ vi dị thể gọi chuyển động Brown Chuyển động Brown diễn không ngừng, không phụ thuộc nguồn lượng bên chuyển động mạnh nhiệt độ cao Các phân tử môi trường phân tán chuyển động nhiệt va chạm với hạt keo cách hỗn độn làm cho hạt keo chuyển động Nếu hạt keo có kích thước đủ nhỏ va chạm không đồng từ hướng khác phân tử môi trường, làm cho hạt nhận xung lực khác chuyển động theo quỹ đạo xác định Khi kích thước khối lượng hạt lớn làm tăng quán tính, xác suất triệt tiêu va chạm tăng dẫn đến làm cho hạt dao động quanh vị trí cân đứng yên (không có chuyển động Brown) Các hạt keo nhận số va chạm cực lớn từ phân tử môi trường nên có thay đổi hướng tốc độ liên tục tới 1020 lần giây Vì ta xác định đường thực hạt keo, dễ dàng xác định khoảng cách trung bình mà hạt dịch chuyển đơn vị thời gian Dưới kính hiển vi siêu hiển vi ta đánh dấu vị trí hạt sau khoảng thời gian Sự chuyển động hạt từ vị trí sang vị trí khác biểu thị đoạn thẳng hình chiếu quỹ đạo chuyển động dích dắc hạt mặt phẳng Trên thực tế quan tâm đến chuyển dịch hạt theo hướng xác định đó, chuyển động trung bình hạt theo hướng nghiên cứu Tuy nhiên xác suất chuyển động hạt theo hướng khác nhau, nên độ chuyển dịch trung bình cộng Vì vậy, thay cho đại lượng độ dịch chuyển trung bình phải lấy độ dịch chuyển bình phương trung bình Các hình chiếu độ dịch chuyển theo phương x xác định theo khoảng thời gian độ dịch chuyển bình phương trung bình tính theo biểu thức: Trong đó: : : độ dịch chuyển bình phương trung bình ∆1, ∆2, ∆3 hình chiếu độ dịch chuyển theo phương x n : số hình chiếu Lý thuyết chuyển động Brown Einstein Smoluchowski nghiên cứu kết thực nghiệm Perrin Svedberg khẳng định Phương trình Einstein Smoluchowski (1906) đưa là: Trong đó: : : độ dịch chuyển trung bình hạt theo hướng x (m) t : khoảng thời gian hai lần đo (giây) r : bán kính hạt (m) η : độ nhớt chất lỏng (N.giây/m2) N : số Avogadro R : số khí T : nhiệt độ tuyệt đối k : số Boltzmann III.5 SỰ KHUẾCH TÁN TRONG DUNG DỊCH KEO Khuếch tán trình tự diễn biến hệ tác dụng chuyển động nhiệt để san nồng độ phân tử, ion hệ keo Sự khuếch tán bất thuận nghịch ní diễn nồng độc san hoàn toàn Nghĩa entropi hệ đạt giá trị cực đại Định luật khuếch tán thứ Fick Định luật áp dụng cho trường hợp khueecgs tán ổn định, nghĩa ứng với gradien nồng độ không đổi Theo định luật lượng chất khuếch tán qua tiết diện thẳng tỉ lệ với gradien nồng độ, với tiết diện thẳng hạt qua thời gian khuếch tán: Trong đó: dm : lượng chất khuếch tán qua diện tích S sau khoảng thời gian dt D : hệ số khuếch tán : gradien nồng độ theo phương x Hệ số khuếch tán D phụ thuộc vào tính chất hạt khuếch tán môi trường Dấu trừ đặt vế phải phương trình khuếch tán xảy phía nồng độ giảm, nghĩa có giá trị âm, để dm dương Định luật Fick thứ trình bày dạng mật độ dòng khuếch tán i k, lượng chất chuyển qua đơn vị diện tích đơn vị thời gian: Nếu tạo điều kiện để gradien nồng độ không phụ thuộc vào thời gian, hệ thiết lập trạng thái dừng, ta có: Nếu lấy , S = 1, t=1 Ta có: m=D Như vậy, hệ số khuếch tán lượng chất khuếch tán qua đơn vị bề mặt (1cm 2) đơn vị thời gian (1giây) gradien nồng độ đơn vị Thứ nguyên hệ số khuếch tán xác định sau: Chú ý: hệ phân tán keo hệ vi dị thể, người ta thường lấy ngày đêm (24giờ) làm đơn vị thời gian thay cho giây, tốc độ khuếch tán hệ nhỏ Hệ số khuếch tán D phụ thuộc vào tính chất hạt pha phân tán, môi trường phân tán nhiệt độ Biểu thức định luật Fick thứ nhất: phương trình phương trình Einstein – Smoluchowski Định luật khuếch tán thứ Fick Biểu thức định luật Fick thứ hai: phương trình biểu thức toán học biểu diễn định luật thứ khuếch tán Fick Biểu thức viết dạng khác: gọi toán tử Laplace Phương pháp thực nghiệm xác định hệ số khuếch tán Các phương pháp xác định hệ số khuếch tán D dựa nguyên tắc chung cho dung dịch tiếp xúc với dung môi cho chúng có ranh giới ngăn cách rõ rệt Để tiến hành phép đo, đặt hệ đứng yên nhiệt độ không đổi điều kiện hoàn toàn rung động đối lưu Sau khoảng thời gian xác định, đo lại nồng độ dung dịch lớp tính từ ranh giới phân cách xa dần vào dung dịch Khi xác định nồng độ áp dụng phương pháp: so màu, đo độ hấp thụ ánh sáng chiết suất Từ tính D Khi xác định hệ số khuếch tán D độ nhớt dung dịch từ phương trình Einstein: tính bán kính r hạt: khối lượng mol hạt pha phân tán: Trong đó: ρ khối lượng riêng pha phân tán III.6 ÁP SUẤT THẨM THẤU CỦA DUNG DỊCH KEO Sự thẩm thấu khuếch tán chất tán dung môi đưa đến san nồng độ toàn thể tích hệ Các dung dịch thực có áp suất thẩm thấu tuân theo định luật VantHoff: π = C.R.T Trong đó: π áp suất thẩm thấu C nồng độ tính mol/l R số khí lý tưởng T nhiệt độ Kelvin Định luật VantHoff áp suất thẩm thấu hoàn toàn áp dụng keo có nồng độ thấp (loãng) Trong trường hợp nồng độ C hiểu số mol hạt keo lít dung dịch keo: Trong đó: γ nồng độ hạt (số hạt lít dung dịch) N số Avogadro Như áp suất thẩm thấu dung dịch keo là: hay π = k.T.γ Áp suất thẩm thấu dung dịch keo phụ thuộc vào số hạt không phụ thuộc vào chất kích thước hạt keo Khác với dung dịch thực, dung dịch keo lỏng bền, kích thước hạt thay đổi Đặc biệt chịu ảnh hưởng tác dụng yếu tố bên ngoài, hạt keo kết lại thành hạt lớn tách thành hạt nhỏ Điều làm cho nồng độ hạt dung dịch keo thay đổi áp suất thẩm thấu thay đổi Do nguyên nhân mà phương pháp đo áp suất thẩm thấu không áp dụng để xác định kích thước khối lượng hạt keo Mặt khác có mặt chất điện ly dung dịch keo thể giá trị đo áp suất thẩm thấu giá trị giá trị thực dung dịch keo III.7 SỰ SA LẮNG TRONG CÁC HỆ KEO Cân sa lắng Trong xét khuếch tán, chưa để ý đến lực trọng trường Các hệ keo có hạt tương đối lớn, tác dụng lực hút trái đất làm chúng bị sa lắng (kết tủa) Nếu hạt chất phân tán đủ lớn, đủ nặng sau thời gian tất chúng bị kết tủa hết (đối với hệ phân tán thô) Đối với hệ có độ phân tán cao (có hạt nhỏ hơn) tồn phân bố cân theo độ cao Định luật phân bố phân tử khí theo độ cao (còn gọi định luật áp kế) Laplace: Phương trình cân sa lắng: phương trình cân sa lắng áp dụng cho hệ phân tán Ở khuếch tán sa lắng tương đương Chú ý: Sự phân bố hạt theo độ cao tuân theo định luật áp kế với hệ đơn phân tán Đối với hệ đa phân tán phân bố phức tạp hơn, loại hạt có phân bố khác tác dụng lực khuếch tán trọng lực lên loại hạt cungc khác Phương pháp phân tích sa lắng Đối với hệ huyền phù bền vững động học, dễ dàng xác định kích thước hạt phân tán dựa vào kết theo dõi vận tốc sa lắng Ta có vận tốc sa lắng: Nếu coi hạt dạng hình cầu bán kính r, phân bố môi trường có độ nhớt thì: B = 6π.η.r cho nên: Như vậy, vận tốc sa lắng tỉ lệ thuận với bình phương bán kính hạt, với chênh lệch khối lượng riêng chất phân tán môi trường phân tán, tỉ lệ nghịch với độ nhớt môi trường Khi biết vận tốc sa lắng hệ phân tán cho trước, xác định kích thước hạt phân tán: Trong hệ đơn phân tán, vận tốc sa lắng nhau, nên sa lắng hệ xảy đồng Có thể xác định vận tốc sa lắng theo bề mặt phân chia lớp huyền phù đục phía lớp dung môi suốt phía Với hệ đơn phân tán, vận tốc sa lắng xác định cách theo dõi sa lắng hạt có hệ kính hiển vi Đối với hệ đa phân tán, lắng trông thấy bề mặt lớp sa lắng bị nhòe (không rõ nét) hạt không kích thước, thời gian sa lắng, có đoạn đường khác Trong trường hợp này, phân tích sa lắng chuyển sang xác định tốc độ tích tụ kết tủa Một thiết bị dùng để phân tích sa lắng cân sa lắng Trong trường hợp chung, đường biểu diễn sa lắng huyền phù đa phân tán có dạng đường cong Mỗi đoạn đường cong ứng với sa lắng hạt có bán kính thay đổi từ r đến rn Khi hệ đơn phân tán, tốc độ sa lắng hạt nhau, phân lớp tỉ lệ với thời gian, đường sa lắng đường thẳng Đối với hệ phaant tán mà hạt hình cầu, phép phân tích sa lắng cho ta thấy giá trị bán kính hiệu dụng (bán kính tương đương) Phép phân tích sa lắng cho kết hạt phân tán không bị solvat hóa, hệ tương đối loãng hạt sa lắng độc lập  ... dụng keo có nồng độ thấp (loãng) Trong trường hợp nồng độ C hiểu số mol hạt keo lít dung dịch keo: Trong đó: γ nồng độ hạt (số hạt lít dung dịch) N số Avogadro Như áp suất thẩm thấu dung dịch keo. .. kích thước khối lượng hạt keo Mặt khác có mặt chất điện ly dung dịch keo thể giá trị đo áp suất thẩm thấu giá trị giá trị thực dung dịch keo III.7 SỰ SA LẮNG TRONG CÁC HỆ KEO Cân sa lắng Trong xét... chuyển động Brown) Các hạt keo nhận số va chạm cực lớn từ phân tử môi trường nên có thay đổi hướng tốc độ liên tục tới 1 020 lần giây Vì ta xác định đường thực hạt keo, dễ dàng xác định khoảng