ch 5.1 Bài giảng hiện tượng bề mặt

CÁC HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT
VÀ SỰ HẤP PHỤ


Hóa lý dược

NỘI DUNG

CÁC HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT

 Khái niệm cơ bản
 Chất hoạt động bề mặt
 Ứng dụng CHĐBM


Hóa lý dược

HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT
Mục tiêu học tập

- Trình bày được:
(1)

SCBM;

(2)

ngưng tụ mao quản;

(3)

thấm ướt/không thấm ướt.

- Chất hoạt động bề mặt:
(1)

Khái niệm

(2)

Phân loại

(3)

Ứng dụng.


Khoa học bề mặt (Surface sciences)
Là bộ môn quan trọng mà cơ cở của nó dựa trên:

•

Năng lượng bề mặt (surface energy)

•

Sức căng bề mặt (surface tension)

•

Lực mao dẫn

•

Độ thấm ướt (wettability)

•

Sự bám dính

•

Sự hấp phụ

•

Nhiệt động lực học bề mặt

•

Sự tương tác giữa các phân tử bề mặt

Tất cả các hiện tượng này đều xuất hiện trong đời sống sinh hoạt hằng ngày của chúng ta.


Hình thành

Ý nghĩa
Nghiên cứu về hiện tượng

Phân hủy

Hịa tan

bề mặt

Điện hóa…


Hình thành
Hình thành

Hịa tan

Hịa tan

Xúc tác

Q trình
chuyển pha


Phân hủy


1

Ý nghĩa

Hấp phụ hoạt chất trên tá dược trong công thức bào
chế

Nghiên cứu về hiện tượng bề

Lanolin khan, hỗn hợp lanolin + vaselin, Hỗn hợp vaselin +

mặt trong

cholesterol , sterol Muối nhôm phosphat, nhôm hydroxyd

Khoa học Dược
2
Phân tán các tiểu phân lỏng trong mơi trường lỏng. Hình
thành và
ổn định nhũ tương

3 Phân tán các tiểu phân rắn trong môi

trường lỏng để hình

thành hỗn dịch

4

Cạnh tranh hấp thu giữa các phân tử qua màng
sinh học


Parameters

that

govern

the

loading

molecules

in

silica-based

ordered

mesoporous

materials.

Functionalization

of

mesoporous

materials

with

functional

alkoxysilanes (R is the organic group). (Online version in colour.)

and

release

rate

of

drug


Hệ phân tán

Sức căng bề
mặt của chất lỏng

Hệ đồng thể
1
Hệ dị thể

Bề mặt (surface) chỉ

Liên bề mặt (interface)

Lỏng

bề mặt tiếp xúc giữa

bề mặt tiếp xúc giữa

pha lỏng hoặc rắn với

L-L hoặc L-R

khí

Rắn

2
Hiện tượng hấp phụ

3

Hiện tượng thấm ướt,
ngưng tụ mao quản



Hệ phân tán: là hệ có nhiều cấu tử tồn tại dưới dạng hạt nhỏ bé (gọi là chất phân tán) phân bố
vào một chất khác gọi là môi trường phân tán.
Trong hệ, pha ở trạng thái chia nhỏ gọi là pha phân tán được phân bố trong pha có tính liên
tục gọi là mơi trường phân tán.

Khi pha phân tán phân bố đều trong môi trường tạo thành một hệ đồng nhất, khơng có bề mặt
phân cách thì gọi là hệ phân tán đồng thể (ví dụ: dung dịch nước muối)

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 chia pha.

Hệ keo là hệ dị thể, có độ phân tán cao, trong đó pha phân tán (hay hạt keo)
lớn hơn phân tử (1-1000 nm)và không thể nhìn thấy bằng kính hiển vi
quang học.

Nhũ tương, hỗn dịch: là hệ dị thể (hệ thơ), có kích thước tiểu phân từ 1000
nm-100 µm.
Kích thước tiểu phân lớn, có thể nhìn thấy bằng kính hiển vi thường.


Khái niệm về sức căng bề mặt

Hóa lý dược

Sức căng bề mặt (Surface
tension)

ds


Hóa lý dược

Khái niệm sức căng bề mặt

A

A

A

A

B
B
B

B

ds

SCBM là năng lượng dư tồn
tại trên bề mặt phân chia
pha có diện tích 1 cm2


Hóa lý dược

Khái niệm sức căng bề mặt

A

A

X

B
A

B
X

X

X

X

X

B

SCBM là cơng cần thiết
để tăng một diện tích bề
mặt là 1 cm2


“Sức căng bề mặt (SCBM) của chất lỏng:

•lực tác dụng lên các phân tử chất lỏng nằm trên
•năng

lượng

tự

do

(năng

một đơn vị chiều dài bề mặt;

lượng

các phân tử trên một đơn vị diện tích bề mặt;

• cơng cần thiết để làm tăng một đơn vị diện tích
diện tích đó được quy ước là 1 cm2”

bề mặt;

dư)

của

tất

cả


Khái niệm SCBM

Hóa lý dược

σ, γ hoặc T: sức căng bề mặt
dG: năng lượng dư bề mặt
dS: độ tăng diện tích bề mặt (1cm2) Sức căng bề mặt:
W = dGs = σ.dS

dGs = σ

“Sức căng bề mặt (SCBM) của chất lỏng là năng lượng tự do (năng lượng dư, gọi tắt là năng
lượng bề mặt, ký hiệu: σ) của tất cả các phân tử trên một diện tích bề mặt 1cm2, là cơng cần thiết
để làm tăng diện tích bề mặt lên một diện tích 1cm2”


Hóa lý dược

Thứ nguyên của sức căng bề mặt:

SCBM là lực tác dụng lên 1 đơn vị chiều dài
SI: N.m-1 (Newton/ m)

CGS: dyn.cm-1

SCBM l à công là m tăng diện tích bề mặt 1m2
SI: J.m-2 (Jun/ m2)

1 erg = 10-7 Jun = 1 dyn.cm
1 dyn = 10-5 N

CGS: erg (ergon).cm-2


Các yếu tố ảnh hưởng đến SCBM

Hóa lý dược

1. SCBM Phụ thuộc vào lực tương tác giữa các phân tử, vì thế, phụ thuộc vào bề mặt tiếp xúc
Bảng giá trị SCBM của các chất lỏng tiếp xúc với không khí (σx) và của chất lỏng tiếp xúc với
nước (σ1) ở 20° C (dyn/cm)

Chất lỏng

σx

σ1

Nước

72,75

-

Benzen

28,88

35,00

Acetic acid

Chloroform

27,60

26,67

-

45,10

Chất lỏng

σx

σ1

22,30

-

n-octanol

27,50

8,50

n-hexan

18,40

51,10

n-octan

21,80

50,80

Ethanol


Hóa lý dược

F3

F1
F3

F2

F1

F3= IF1-F2I

F2

Sức

căng

liên

bề

mặt

giữa

2

chất

nhau là một lực

Có độ lớn bằng tổng SCBM riêng của từng
 Cùng phương với F1 và F2
 Có chiều cùng chiều với F1

chất lỏng

lỏng

khác


Sức căng bề mặt và các yếu tố ảnh hưởng
2. SCBM Phụ thuộc vào nhiệt độ
Đối với chất lỏng, khi nhiệt độ tăng, SCBM giảm
Ở nhiệt độ tới hạn, không còn bề mặt phân chia, SCBM=0
Nhiệt độ

SCBM σ
(Erg/cm2)

3. SCBM Phụ thuộc vào khối lượng riêng của pha lỏng và
pha khí

1

0

75,64

2

10

74,22

3

15

73,49

4

20

72,75

5

25

71,97

6

40

69,58

7

60

66,18

8

80

62,61


Sức căng bề mặt của một số hợp chất
Stt

Tên chất lỏng

t

0

SCBM σ (Erg/cm2)

1

Ethanol

20

21,6

2

Ete etylic

20

17

3

Benzen

20

4

Glycerin

20

66,0

5

H2O

20

72,75

6

Hydro

-252

2

7

Hexan

20

8

Oxy

-198

9

Thiếc

920

28,9

18,5

DM
HC

Khí

17
510

Kim
10

Vàng

11

Thủy ngân

SCBM

1200
20

Kim loại > H2O > DMHC > Khí

1120
485

loại


MỘT

SỐ

VÍ

DỤ

Thử nghiệm lâm sàng “chứng vàng da”: nước tiểu bình thường có SCBM khoảng 66 dyn/cm, nhưng
nếu có acid mật trong nước tiểu, SCBM sẽ giảm (55 dyn/cm).

Hay’s test: bột lưu huỳnh sẽ nổi trên bề mặt nước tiểu bình thường, SCBM của nước tiểu sẽ giảm và
bột S sẽ chìm khi nước tiểu có chứa acid mật..

Thuốc sát khuẩn: là dd có SCBM nhỏ, vì vậy, dd dễ dàng tăng diện tích bề mặt tiếp xúc với thành tế
bào vi khuẩn và ức chế chúng.

Xà phòng, bột giặt giúp làm sạch quần áo là vì chúng tạo với nước một dung dịch có SCBM nhỏ, vì thế
chúng dễ dàng thấm vào các lỗ hỗng, hoặc vùng bị dơ, và làm sạch chúng.

Tóm

lại:

Khoa

học

bề

mặt

đã

nghiên

cứu

và

chứng minh:

-

Khái niệm cơ bản về SCBM: Chênh lệch về lực tương tác giữa các tiểu phân nằm
trên bề mặt và trong lòng pha - Sự khác biệt này tạo ra sức căng bề mặt/ Năng lượng tự
do/ công bề mặt.

-

Về giá trị: σ = W = dGs (dyn/cm hay erg/cm2)

-

Yếu tố ảnh hưởng đến SCBM

-

Nhận xét về SCBM của các dạng vật chất