hiện tượng bề mặt, hấp phụ

HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT - HẤP PHỤ
•
Hiện tượng bề mặt (phân cách giữa các pha)
•
Hấp phụ (khác hấp thụ?)
•
Bề mặt riêng
•
Hệ phân tán
•
Kích thước tiểu phân phân tán (phương pháp xác định: pp rây, pp kính hiển vi, pp sa lắng)
•
Nồng độ pha phân tán (%KL/KL, n/V…)
•
Sức căng bề mặt Năng lượng bề mặt
б = F/2l G = б.s
HẤP PHỤ TRÊN BỀ MẶT RẮN
PHÂN BIỆT 3 LOẠI HẤP PHỤ
HẤP PHỤ VẬT LÝ HẤP PHỤ HOÁ HỌC
•
Lực hấp phụ: vật lý Lực hấp phụ: hoá học
(lực Van Der Waals) (lực liên kết hoá học)
•
Nhiệt hấp phụ vài Kcal/mol Nhiệt phản ứng hoá học lớn
•
HP có tính thuận nghịch HP không thuận nghịch
•
Tốc độ hấp phụ nhanh Tốc độ hấp phụ chậm
•
Nhiệt độ tăng, HP giảm Nhiệt độ tăng, HP tăng
•

HP vật lý và HP hoá học luôn đi kèm nhau
HẤP PHỤ TRAO ĐỔI ION
•
HP hoá học đồng thời với phản ứng trao đổi ion trên bề mặt rắn - lỏng
HẤP PHỤ TRAO ĐỔI ION
CHẤT HP TRAO ĐỔI ION: (đặc điểm, phân loại, dung lượng trao đổi ion)
•
Chất hữu cơ gồm 2 phần:
Khung polyme không tan + Nhóm hoạt động gắn trên khung
Xốp, nhiều mao quản + Nhiều nhóm HĐ dung lượng TĐ ion lớn
•
Phân loại: Cationit (acid mạnh -SO
3
H, acid yếu -COOH, -OH)
Anionit (base mạnh R
4
NOH, base yếu R
3
NHOH)
BẢN CHẤT HẤP PHỤ TRAO ĐỔI ION:
•
HP hoá học (HP ion chất tan từ dung dịch lên bề mặt rắn, lực HP là lực liên kết hoá học)
•
Phản ứng trao đổi ion trên bềmặt rắn - lỏng xảy ra đồng thời với sự HP ion
HẤP PHỤ TRAO ĐỔI ION
NGUYÊN LÝ HẤP PHỤ TRAO ĐỔI ION
R
1
H + Me+ R
1

Me + H+
(Na+, Ca++, Mg++,…)
R
2
OH + X - R
2
X + OH –
(Cl -, SO
4

-2
,…)
các ion (tạp chất, hoạt chất)
ỨNG DỤNG CỦA HẤP PHỤ TRAO ĐỔI ION
•
Loại tạp ion trong điều chế nước khử khoáng, nước cất
•
Điều chế, tinh chế hoạt chất từ dịch chiết
•
Hấp phụ dược chất tạo thuốc tác dụng kéo dài
ĐẶC ĐIỂM HẤP PHỤ CHẤT KHÍ TRÊN BỀ MẶT RẮN
•
Bản chất là hấp phụ vật lý hoặc hấp phụ hoá học
•
Tốc độ hấp phụ nhanh
•
Khí càng dễ hoá lỏng (hơi của chất lỏng có T
o
sôi thấp) càng dễ hấp phụ
•

T
o
không đổi, áp suất tăng hấp phụ tăng
LÝ THUYẾT HẤP PHỤ KHÍ TRÊN BỀ MẶT RẮN
Hấp phụ trên bề mặt đồng nhất - phương trình Langmuir
•
Bề mặt HP chỉ có một số trung tâm HP
•
Mỗi trung tâm chỉ hấp phụ 1 tiểu phân (đơn lớp)
•
Bề mặt hấp phụ đồng nhất
•
Các tiểu phân bị HP không tương tác nhau
LÝ THUYẾT HẤP PHỤ KHÍ TRÊN BỀ MẶT RẮN
Hấp phụ trên bề mặt không đồng nhất - phương trình của Freundlich và phương trình Temkin
•
Thực nghiệm cho thấy nhiệt HP giảm khi tăng độ che phủ bề mặt
•
Do các phân tử bị HP có tương tác lẫn nhau
•
Do bề mặt không đồng nhất (trung tâm HP mạnh, có nhiệt HP lớn sẽ HP trước)
Hấp phụ vật lý nhiều lớp - phương trình của BET
•
Như giả thiết Langmuir: bề mặt hấp phụ đồng nhất
•
Hấp phụ nhiều lớp (tiểu phân HP ở lớp trước trở thành trung tâm HP ở lớp tiếp theo)
•
Từ lớp thứ 2 trở lên, nhiệt HP bằng nhau và bằng nhiệt hoá lỏng
•
Số lớp HP trở nên vô cùng ở áp suất bão hoà

HẤP PHỤ CHẤT TAN TRONG DUNG DỊCH LÊN BỀ MẶT RẮN
Tốc độ hấp phụ chậm
Ảnh hưởng của dung môi
•
Dung môi hấp phụ cạnh tranh với chất tan
•
Dung môi có sức căng bề mặt càng lớn, chất tan càng dễ HP
•
Dung môi có nhiệt thấm ướt (bề mặt rắn) càng bé, chất tan càng dễ HP
Ảnh hưởng của chất hấp phụ (chất rắn)
•
Chất HP có nhiều lỗ xốp (mao quản) đường kính mao quản càng nhỏ, HP càng tăng
•
HP xảy ra theo quy tắc Rebinder: Chất HP lên bề mặt phân cách 2 pha làm giảm sự chênh lệch độ
phân cực giữa 2 pha
•
εrắn > εchất tan > εdung môi
hoặc εdung môi > εchất tan > εrắn
HẤP PHỤ CHẤT TAN TRONG DUNG DỊCH LÊN BỀ MẶT RẮN
Ảnh hưởng của đặc điểm chất bị hấp phụ (chất tan)
•
Chất tan phân cực dễ HP lên bề mặt phân cực
•
Phân tử có kích thước lớn dễ bị HP hơn
•
Ion có điện tích càng lớn càng dễ bị HP
•
Ion có cùng điện tích, bán kính ion càng lớn càng dễ bị HP
Quan hệ giữa lượng chất bị hấp phụ và nồng độ
•

Phương trình Freundlich
•
Phương trình Langmuir
HẤP PHỤ TRÊN BỀ MẶT CHẤT LỎNG
•
Phương trình Gibbs áp dụng cho sự HP chất tan lên bề mặt dung dịch
C dб
a = - .
RT dC
•
dб/ dC là hoạt tính bề mặt
•
dб/ dC>0, a<0 hấp phụ âm, chất tan không hoạt động bề mặt
•
dб/ dC<0, a>0 hấp phụ dương, chất tan hoạt động bề mặt
•
Thiết lập phương trình Gibbs:
G hệ = G bề mặt + G trong hệ
= б.s + n
1
.μ
1
+ n
2
.μ
2
(ở điều kiện cân bằng và dung dịch loãng)
CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT
Định nghĩa: Là chất
•

Có khả năng tập tung trên bề mặt phân cách
•
Làm giảm sức căng bề mặt phân cách
Đặc điểm cấu tạo: phân tử gồm 2 phần
•
Phần thân dầu (gốc hydrocacbon R)
•
Phần thân nước (các nhóm phân cực: -SO
3
H, -COOH, -OH, R-NH
2
)
Quan hệ giữa hoạt tính bề mặt và đặc điểm cấu tạo
•
Gốc R tăng, hoạt tính bề mặt tăng (R ≈ 10 - 18C)
•
Cùng R, độ phân cực tăng, hoạt tính bề mặt tăng
•
(-SO
3
H > COOH > OH phenol > OH alcol)
•
Tương quan giữa 2 phần thân dầu - thân nước biểu thị bằng chỉ số HLB
CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT
Công thức tính HLB:
•
HLB = ∑(chỉ số nhóm thân nước)
- ∑(chỉ số nhóm thân dầu) + 7
Ý nghĩa của HLB: giúp chọn lĩnh vực sử dụng chất HĐBM
•

Chống tạo bọt: HLB 1 - 3
•
Nhũ hoá N/D: HLB 3 - 8
•
Gây thấm: HLB 7 - 9
•
Nhũ hoá D/N: HLB 8 - 16
•
Tẩy rửa: HLB 13 - 16
•
Tăng độ tan: HLB 16 - 30, 40