HLHK ch5 HỆ PHÂN TÁN

Hóa lý - Hóa keo (2021)

29/03/2021

5.1. ĐẶC TRƯNG CHUNG CỦA
HỆ PHÂN TÁN
CHƯƠNG 5

Hệ phân tán

HỆ PHÂN TÁN
5.1. Đặc trưng chung của các hệ phân tán
5.2. Phân loại hệ phân tán
5.3. Vai trò của hệ phân tán trong đời sống
5.4. Điều chế và tinh chế hệ keo

gồm: PHA PHÂN TÁN + MƠI TRƯỜNG PHÂN TÁN

các tiểu phân (hạt)
có kích thước nhỏ (d)

(môi trường liên tục)

Pha phân tán được PHÂN BỐ đồng đều trong mơi trường.
29/03/2021

Ví dụ Hệ Phân Tán:
sương mù, khói, bụi, nước xà phịng, sữa …

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

2

5.2. PHÂN LOẠI HỆ PHÂN TÁN

5.2.1. Phân loại theo kích thước hạt
• Hệ phân tán PHÂN TỬ hoặc ION:
d < 10-7 cm
• Hệ phân tán KEO: d = 10-7 ÷ 10-5 cm (1 – 100 nm)
• Hệ phân tán THÔ: d > 10-5 cm
10-5 cm
10-7 cm
Dung dịch thật

Hệ keo

Hệ thơ

 Tùy theo kích thước hạt & trạng thái phân tán
có thể thu được những hệ khác nhau. Ví dụ:
• Nhựa thông: dm rượu  dd thực; dm nước  hệ keo
• NaCl: dm nước  dd thực; dm benzene  hệ keo
29/03/2021

Dung dịch thật
29/03/2021

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

Hệ keo
Hóa lý Hóa keo - Chương 5

3

29/03/2021

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

4

5

29/03/2021

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

6

Hệ thô

1


Hóa lý - Hóa keo (2021)

So sánh các hệ phân tán
• DUNG DỊCH THẬT: kích thước hạt rất nhỏ
 được gọi là hệ siêu vi dị thể = Đồng thể.
- khơng nhìn thấy hạt phân tán bằng kính hiển vi
thường.

29/03/2021

So sánh các hệ phân tán khi:
a) Lắng trọng lực: hệ thô
b) Qua giấy lọc: dung dịch thực s
và hệ keo
c) Qua màng bán thấm: dd thực

• HỆ KEO: kích thước hạt 1 – 100nm
 được gọi là hệ vi dị thể.
- khơng nhìn thấy hạt phân tán bằng mắt nhưng
có thể nhìn rõ bằng kính hiển vi
• HỆ THƠ: hạt lớn, hệ dị thể  nhìn thấy bằng mắt,
có khuynh hướng lắng xuống.
29/03/2021

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

7

29/03/2021

5.2.3. Phân loại theo trạng thái tập hợp của các pha

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

PHA phân tán
LỎNG

RẮN

Khí dung lỏng

Khí dung rắn

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

9

Một số thuật ngữ của HỆ PHÂN TÁN
• SOL: là hệ phân tán trong đó các hạt phân tán có
kích thước của hệ keo

KHÍ
LỎNG
RẮN

MƠI TRƯỜNG phân tán

KHÍ

29/03/2021

8

Bọt

Sương mù, keo xịt tóc, mây

Bụi, khói

Nhũ tương

Keo lỏng

Kem cạo râu, whipped cream Sữa, mayonnaise, lotion

Mực in, máu, sơn

Bọt rắn

Gel

Keo rắn

Xốp, đá bọt

Thạch, gelatin

Đá quý , ngọc, hợp kim

29/03/2021

SOL

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

GEL

10

AEROGEL

• KEO KHÍ, AEROSOL, KHÍ DUNG là hệ keo có
chất phân tán là Lỏng hay Rắn phân tán trong
MƠI TRƯỜNG KHÍ.
• KEO LỎNG, DUNG DỊCH KEO, LIOSOL là hệ
keo có chất phân tán là Lỏng, Khí hay Rắn phân tán
trong MƠI TRƯỜNG LỎNG.
• GEL : các tiểu phân tán tương tác với nhau tạo ra
một mạng cấu trúc nhất định, ràng buộc trong một
khối liên kết và phân bố trong một mơi trường.
29/03/2021

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

11

29/03/2021

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

12

2


Hóa lý - Hóa keo (2021)

• ĐỘ PHÂN TÁN

là đại lượng đặc trưng cho độ mịn của hệ phân tán,
bằng nghịch đảo kích thước hạt phân tán :

D

1 1

d 2r

d: đường kính hạt phân tán;
r: bán kính hạt;
D : độ phân tán (cm–1)

Hệ đơn phân tán: hạt phân tán đều nhau
Hệ đa phân tán: hạt phân tán không đều nhau
 dùng kích thước hạt trung bình
hay
Hệ keo: hệ phân tán cao - Hệ thơ: hệ phân tán thấp
Hóa lý Hóa keo - Chương 5

• DIỆN TÍCH BỀ MẶT HỆ PHÂN TÁN
Bề mặt riêng: là bề mặt phân chia giữa pha phân tán
và mơi trường trên một đơn vị thể tích hoặc một đơn
vị khối lượng của pha phân tán.

• Hạt hình cầu:

Cách gọi khác: Dung dịch thực: hệ đồng thể
29/03/2021

29/03/2021

13

S: bề mặt riêng (m2/m3; m2/g)
r: bán kính hạt; d = a: đường kính hạt
29/03/2021

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

14

S tỉ lệ nghịch với d, tỉ lệ thuận với D S  6
d
bề mặt phân chia biến mất
(cm2/cm3)

bề mặt riêng lớn
bề mặt riêng rất nhỏ

29/03/2021

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

15

So sánh các hệ phân tán
• DUNG DỊCH THỰC: là hệ đồng thể và khơng có
bề mặt phân chia pha.
• HỆ KEO VÀ HỆ PHÂN TÁN THÔ: là hệ dị thể và

có bề mặt phân chia pha.
* d lớn  D nhỏ, S nhỏ
* d nhỏ  D lớn, S lớn.
 HỆ KEO có bề mặt riêng lớn, nên:
- Hệ keo có các tính chất đặc biệt liên quan đến các
hiện tượng bề mặt xảy ra tại bề mặt tiếp xúc pha;
- Hệ keo có tính khơng bền tập hợp: dễ liên kết lại
thành hạt lớn và bị sa lắng
29/03/2021

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

17

29/03/2021

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

16

• ĐỘ ỔN ĐỊNH (bền vững) CỦA HỆ PHÂN TÁN
Ở bề mặt phân chia của hệ keo và hệ vi dị thể, có
năng lượng tự do bề mặt rất lớn, tỉ lệ với S:
G = .S
Mọi QT tự xảy ra theo chiều giảm năng lượng tự do:
dG < 0

 S.d + .dS < 0
Vì  = const (d = 0)  .dS < 0  dS < 0
Quá trình tự xảy ra trong hệ dị thể theo chiều:

làm giảm bề mặt phân chia pha
29/03/2021

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

18

3


Hóa lý - Hóa keo (2021)

Khi dG < 0 và d = 0  dS < 0: bề mặt phân chia pha giảm
 Trong hệ phân tán dị thể, những QT sau tự xảy ra
theo CHIỀU thu hẹp bề mặt phân chia pha:
– Sự keo tụ của hệ keo
– Sự hợp giọt của nhũ tương
– Sự phá vỡ các bọt.

29/03/2021

Khi dG < 0 và muốn dS = 0  d < 0

Muốn tăng độ bền hệ phân tán, đưa thêm vào hệ các
chất hoạt động bề mặt lên bề mặt phân chia pha để
làm giảm 

Khí trong lỏng
29/03/2021

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

19

Dầu trong nước

Nước trong dầu

29/03/2021

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

20

29/03/2021

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

22

5.3. VAI TRÒ CỦA HỆ PHÂN TÁN TRONG
ĐỜI SỐNG
Dung dịch keo rất phổ biến trong tự nhiên, đời sống &
nhiều ngành sản xuất:
- Mây, mưa, sét bão: các hiện tượng có liên quan đến
tính chất của hệ keo
- Mây, sương: hệ phân tán lỏng / khí, hạt keo thường
mang điện tích  tạo mưa dựa vào tính chất: thêm chất
điện ly (muối) vào đám mây thì bị keo tụ  mưa
- Sự hình thành đồng bằng ở cửa sơng: khi gặp nước

biển (có chứa chất điện ly) phù sa - hạt keo lơ lửng trong
nước sơng bị mất tính bền vững  dính kết nhau và sa
lắng tạo những dải cát lớn
29/03/2021

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

21

• Thực phẩm: các thành phần trong sữa cần đồng đều,
khơng kết tủa
• Nơng nghiệp: hạt keo trong đất giúp giữ ẩm, giữ chất
dinh dưỡng cho cây trồng
• Thuốc nhuộm, giấy ảnh: cần phân bố đều, kết dính
lớn các chất hịa tan
• Luyện kim, cao su, chất dẻo, giấy, sơn, xà bơng, mực
viết …
• Ngành Y - Dược: các dạng chế phẩm đều là những dạng
cụ thể của hệ phân tán.

29/03/2021

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

23

29/03/2021

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

24

4


Hóa lý - Hóa keo (2021)

29/03/2021

Ngành Y - Dược: nghiên cứu thuốc và tác dụng
của thuốc trong cơ thể
Các dạng chế phẩm đều là những dạng cụ thể của
hệ phân tán.
Thuốc tiêm, thuốc nước
• dung dịch thật.

5.4. ĐIỀU CHẾ VÀ
TINH CHẾ HỆ KEO

Nhũ tương, hỗn dịch, cream …
• hệ keo hoặc hệ phân tán thơ
Viên nén, viên nang, viên bao
• hệ phân tán rắn.

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

29/03/2021

25

5.4.1. ĐIỀU CHẾ HỆ KEO

1. PHƯƠNG PHÁP NGƯNG TỤ

Có hai phương pháp :
10-5 cm

10-7 cm
DD thật

Hệ keo

PP NGƯNG TỤ

PP PHÂN TÁN

kết hợp các phân tử/ion có
kích thước nhỏ
thành kích thước hạt keo.

29/03/2021

Hệ thơ

chia nhỏ các hạt
phân tán thơ đạt tới
kích thước hạt keo.

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

28

a. Ngưng tụ đơn giản (ngưng hơi kim loại)
BAY HƠI hoặc THĂNG HOA pha phân tán
 NGƯNG TỤ hơi của pha phân tán và
mơi trường trong buồng lạnh tạo ra hệ keo
Ví dụ:

- Đun nóng natri đến bốc hơi
- Làm lạnh cho hơi Na ngưng tụ trong hơi
benzene
 Tạo các hạt keo Na phân tán trong benzen.

(≠ hơi Na + hơi nước  dung dịch thật)

29/03/2021

Nguyên tắc: điều chế keo bằng cách kết hợp
nhiều phân tử, nguyên tử hoặc ion để tạo thành
tiểu phân hệ keo.
a. Ngưng tụ đơn giản

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

30

b. Ngưng tụ do phản ứng hóa học
c. Ngưng tụ bằng phương pháp thay thế dung mơi

29/03/2021

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

29

b. Ngưng tụ do phản ứng hóa học
Phản ứng hố học tạo ra chất kết tủa/có độ tan nhỏ
 kết tụ lại tạo tiểu phân keo.
• Ngưng tụ do phản ứng trao đổi
AgNO3 + KI  AgIkeo + KNO3
Mixen keo AgIkeo có cấu tạo: (dư KI)
[m(AgI). nI– .(n-x)K+]x–.xK+
• Ngưng tụ do phản ứng oxi hố khử:
H2S + O2  Skeo + H2O
Mixen keo Skeo: [n(S). mHS– .(m-x)H+]x–. xH+
29/03/2021

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

31

5


Hóa lý - Hóa keo (2021)

HẠT KEO = MIXEN KEO

29/03/2021

Ký hiệu hệ keo

NHÂN :
- Chất khó tan/ít tan trong
mơi trường
- Lớp ion tạo thế bị hấp phụ
chọn lọc trên chất khó tan

Keo Bạc iod

Phản ứng điều chế keo
AgNO3  KI  AgI   KNO3
Nếu KI dư:
 m  AgI  .nI  .  n  x  K   .xK 


x

LỚP ION ĐỐI
Nhân
Hạt keo

Nếu AgNO3 dư:

LỚP KHUẾCH TÁN

 m  AgI  .nAg  .  n  x  NO3  .xNO3


x

Hạt keo trung hòa điện
Keo dương – Keo âm: do ion tạo thế quyết định
29/03/2021

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

32

c. Ngưng tụ bằng phương pháp thay thế dung môi
Thay thế dung môi khác về độ phân cực, pH, Cđly ...
 phân tử chất tan tập hợp lại thành tiểu phân keo.

29/03/2021

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

33

Ví dụ:
DD thực S/cồn (lưu huỳnh/cồn tuyệt đối)
Dung mơi H2O: khơng hịa tan S

XÉT

DD thực (Chất tan A - Dung mơi B)

• Thêm lượng lớn nước H2O vào dung dịch bão hịa
S/cồn:
 H2O thành dung mơi

 Các phân tử S không tan trong nước tập hợp
thành các tiểu phân nhỏ phân tán trong cồn thấp độ,
tạo HỆ KEO mờ đục.

Dung mơi C: khó hịa tan A

Thêm thể tích lớn C vào dd bão hòa A – B
 C thay thế B tạo ra dd quá bão hòa A – C
A khó tan trong C nên:
 A ngưng tụ (kết tinh) thành các hạt keo.
Điều chế keo: lưu huỳnh, selen, photpho …
29/03/2021

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

34

29/03/2021

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

35

a. Phân tán cơ học
chia nhỏ pha phân tán thành các tiểu phân keo
bằng cách dùng cối xay keo, máy nghiền bi

2. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÁN
• Nguyên tắc: dùng năng lượng để phá vỡ lực
liên kết bên trong của các hạt thô để tạo ra các

hạt mới có kích thước của hệ keo.
• Tốn nhiều cơng để phân tán các hạt thô thành
tiểu phân hệ keo, cơng đó chính là cơng
gia tăng bề mặt.

29/03/2021

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

36

29/03/2021

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

37

6


Hóa lý - Hóa keo (2021)

c. Phân tán bằng hồ quang
Tạo hồ quang bằng hai điện cực
(là pha phân tán):
điện áp 110V  tạo Tocao
 kim loại nóng chảy và
thăng hoa
 làm lạnh thì ngưng tụ
thành hạt keo

b. Phân tán bằng siêu âm
Siêu âm là các sóng
dao động tần số cao
 các phân tử dao động với
tần số cao, bị phá vỡ các
liên kết trong cấu trúc
 tạo ra các tiểu phân keo
Phân tán các hệ:
- lưu huỳnh, nhựa, graphic
- Khối dẻo ưa nước  dd lỗng;

29/03/2021

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

Điều chế keo kim loại trong dung môi hữu cơ

38

d. Phương pháp pepti hóa
• Chuyển một kết tủa trở lại trạng thái keo nhờ
tác nhân pepti hóa (chất điện ly):

• 2 giai đoạn:

29/03/2021

29/03/2021

(1) rửa kết tủa bằng nước
(2) pepti hóa bằng chất điện ly

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

39

5.4.2. TINH CHẾ KEO
1. Phương pháp thẩm tách (thẩm tích)
dựa trên cơ sở tốc độ khuếch tán khác nhau
của các ion & các hạt keo
THẨM TÁCH GIÁN ĐOẠN: hệ keo
tiếp xúc với môi trường qua màng bán thấm:
- Ion và phân tử nhỏ khuếch tán
qua màng
- Hạt keo bị giữ lại
Màng bán thấm (Màng thẩm tách):
màng da ếch, bong bóng trâu bị,
màng có xử lý: xelophan, colodion

Ví dụ: tủa KFe[Fe(CN)6]+ axit oxalic H2C2O4
 Dung dịch keo xanh phổ
29/03/2021

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

40

THẨM TÁCH LIÊN TỤC: dung mơi chảy liên tục
qua màng bán thấm, kéo ion và phân tử nhỏ qua màng

 hệ keo tinh khiết dần

29/03/2021

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

41

ĐIỆN THẨM TÁCH: tăng tốc độ thẩm tách :
dung môi chảy liên tục + điện áp 1 chiều

Ứng dụng: Chạy thận nhân tạo (loại bỏ urê, H+ ra khỏi
huyết thanh người suy thận)
29/03/2021

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

42

29/03/2021

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

43

7


Hóa lý - Hóa keo (2021)

2. LỌC GEL: lọc bằng gel cao phân tử
Gel Sephadex (polydextran) G10 – G25
- Các hạt cao phân tử trong nước  tạo gel
- Dung dịch keo chảy qua cột chứa các hạt gel:
• các ion và phân tử nhỏ khuếch tán vào trong gel,
bị giữ lại
• các hạt keo ở ngồi hạt gel chảy ra khỏi cột
 thu được dung dịch keo

29/03/2021

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

44

29/03/2021

3. SIÊU LỌC: lọc bằng màng siêu lọc dưới áp suất cao
Màng siêu lọc (dẫn xuất của cellulose: acetat
cellulose) dày 1 – 2 mm, chịu được áp lực cao
* Nén hệ keo qua màng siêu lọc:
- các ion và phân tử nhỏ đi qua màng
- các hạt keo bị giữ lại
Ứng dụng:
- Cô đặc hệ keo và dung dịch cao phân tử
- Tinh chế các sản phẩm kém bền nhiệt (enzyme,
nội tiết tố …)
29/03/2021

Hóa lý Hóa keo - Chương 5

45

8