Bài giảng hóa lý chương 1 hấp thụ

1
GiỚI THIỆU MÔN HỌC
Giảng viên: Nguyễn Trọng Tăng
Email:
Thường kỳ
Giữa kỳ
Cuối kỳ
HÌNH THỨC ĐÁNH GIÁ
20%
20%
60%
Đạt ≥ 4
Đạt ≥ 4
Không đạt: xét vớt
Không đạt: học lại
3
Đề cương môn học
STT Nội dung Số tiết
1 Chương 1: Hiện tượng bề mặt – Hấp phụ 10
2 Chương 2: Hóa keo 5
3 Chương 3: Động hóa học 15
4 Chương : Điện hóa học 15
4.1 Chương 4: Tính chất dung dịch điện ly 4
4.2 Chương 5: Sự vận chuyển điện tích 4
4.3 Chương 6: Pin – điện cực 4
4.4 Chương 7: Nguồn điện – Động học QT điện hóa 3
5 Tổng 45
4
Tài liệu tham khảo
[1] Chủ biên, Lê Thị Thanh Hương , Hóa lý 2, Đại học Công nghiệp TP.HCM, 12 - 2008
[2] Chu Phạm Ngọc Sơn, Hoá lý, ĐH KHTN Tp.HCM

[3] Mai Hữu Khiêm, Hoá lý, tập 2-3, ĐHBK Tp.HCM
5
CHƯƠNG 1
HẤP PHỤ
6
Nội dung
Nội dung
1.1. Sự hấp phụ pha khí lên chất rắn
1.2. Sự hấp phụ khí lên chất lỏng
1.3. Sự hấp phụ lỏng lên chất rắn
1.4. Hiện tượng thấm ướt
1.5. Giới thiệu một số chất hấp phụ
7
1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn
1.1.1. Hấp phụ
khí
Rắn
Tập trung
Hút
Chất bị hấp phụ Chất hấp phụ
H
I
Ệ
N
T
Ư
Ợ
N
G
Nhờ đâu?

8
Cấu trúc chất rắn
Các nguyên tử, ion, phân tử trong chất rắn nằm bên ngoài không được cân bằng liên kết nên có
khuynh hướng hút các phân tử khác lên bền mặt!
Trung tâm hoạt động
H
I
Ệ
N
T
Ư
Ợ
N
G
1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn
1.1.1. Hấp phụ
9
Kết quả
Nồng độ chất khí (lỏng) trên bề mặt phân chia pha lớn hơn trong pha thể
tích.
H
I
Ệ
N
T
Ư
Ợ
N
G
1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn

1.1.1. Hấp phụ
10
Khí
Rắn
Hấp phụ
Giải hấp
Chất bị hấp phụ
Chất hấp phụ
H
I
Ệ
N
T
Ư
Ợ
N
G
1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn
1.1.1. Hấp phụ
11
Nhiệt động học quá trình hấp phụ
Quá trình hấp phụ thường tự diễn ra và tỏa nhiệt nên:
∆G < 0; ∆S < 0; ∆H < 0.
H
I
Ệ
N
T
Ư
Ợ

N
G
1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn
1.1.1. Hấp phụ
12
Quá trình hấp phụ phụ thuộc:
1. Bản chất của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ
2. Nhiệt độ: T tăng  hấp phụ giảm
3. Áp suất (khí): P tăng  hấp phụ tăng rồi dừng
4. Bề mặt hấp phụ
H
I
Ệ
N
T
Ư
Ợ
N
G
1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn
1.1.1. Hấp phụ
13
Dựa vào bản chất lực tương tác
Hấp phụ vật lý
Hấp phụ hóa học
- Tương tác vật lý;
- Không có trao đổi điện tử.
- Tương tác hóa học
- Có sự trao đổi điện tử.
- LK hóa học hình thành.

1.1.2. Phân loại hấp phụ
Cơ sở:
1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn
14
So sánh hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý
Tiêu chuẩn so sánh Hấp phụ vật lý Hấp phụ hóa học
Loại liên kết Tương tác vật lý, không trao đổi điện tử
giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ.
Liên kết hóa học có sự trao đổi điện
tử.
Nhiệt hấp phụ Vài kcal/mol Vài chục kcal/mol
NL hoạt hóa Không quan trọng Quan trọng
Nhiệt độ hấp phụ Nhiệt độ thấp Ưu đãi ở nhiệt độ cao
Phân loại hấp phụ
Slide 15 of 56
Tiêu chuẩn so sánh Hấp phụ vật lý Hấp phụ hóa học
Số lớp Nhiều lớp Một lớp
Tính đặc thù Ít phụ thuộc vào bản chất của bề
mặt, phụ thuộc vào những điều
kiện về nhiệt độ và áp suất.
Có tính đặc thù, sự hấp phụ chỉ diễn ra khi chất bị
hấp phụ có khả năng tạo liên kết hóa học với chất
hấp phụ.
Tính thuận nghịch Có tính thuận nghịch Thường bất thuận nghịch, quá trình giải hấp tương
đối khó vì sản phẩm giải hấp thường bị biến đổi
thành phần hoá học.
So sánh hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý
16
- Silicagel : 200 - 700 m
2

/g;
- Zeolit 500 - 800 m
2
/g;
- Than hoạt tính > 1000 m
2
/g.
Là diện tích bề mặt của chất hấp phụ được tính cho một gam
chất hấp phụ, có đơn vị (m
2
/g).
Ví dụ
1.1.3. Bề mặt riêng
1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn
17
1.1.4. Lực hấp phụ
1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn
Đó là các lực tương tác lưỡng cực - lưỡng cực giữa các phân tử
(hoặc các nhóm phân tử)
Lực Van Der Waals – Hấp phụ vật lý
18
1.1.4. Lực hấp phụ
1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn
Các phân tử (nguyên tử) của các chất khí tác dụng với các “hóa trị
tự do” của các tiểu phân bề mặt vật rắn để hình thành các liên kết có
bản chất hóa học.
Liên kết hóa học – Hấp phụ hóa học
19
Lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị khối lượng hay thể tích chất
hấp phụ.

Định nghĩa
1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn
1.1.5. Độ hấp phụ
Kí hiệu: a (mol/g), x(cm
3
/g), Γ (Gibbs)
20
Độ hấp phụ a (x) phụ thuộc vào P và T.
Giản đồ hấp phụ được biểu diễn theo các đường:
1. Đẳng nhiệt a = f(P) với T = const;
2. Đẳng áp a = f(T) với P = const.
Đẳng nhiệt Đẳng áp
1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn
1.1.5. Độ hấp phụ
21
Một số phương trình hấp phụ đẳng nhiệt
bP1
bP
V
V
m
+
=θ=
kPV =
ni
f
PkV =
kPlogkV
T
=

0mm0
P
P
CV
1C
CV
1
)PP(V
P
⋅
−
+=
−
Hấp phụ vật lý
Brunauer - Emmett -
Teller (BET)
Hấp phụ hóa họcTemkin
Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học (n > 1)Freundlich
Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa họcHenry
Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa họcLangmuir
Lĩnh vực ứng dụngPhương trìnhTên
1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn
22
m
V
V
=θ
Trong đó:

V thể tích chất bị hấp phụ tính cho một gam chất rắn


V
m
: thể tích chất hấp phụ cần thiết để tạo ra một lớp đơn phân tử chất bị hấp phụ trên bề mặt của
một gam chất rắn ở áp suất cân bằng

P, Po: áp suất hơi bão hòa của chất bị hấp phụ

: phần bề mặt bị hấp phụ

Tất cả các ký hiệu khác là hằng số.
23
Trong nghiên cứu hấp phụ người ta quan tâm đến:
1. Thể tích (V) chất bị hấp phụ
2. Ứng với các áp suất cân bằng (P) của khí (hơi) tại một nhiệt độ không đổi (T =
const).
Ghi chú:
Mối quan hệ V = f(P) ở T = const được gọi là phương trình hấp phụ đẳng nhiệt.
24
Khi thiết lập phương trình này, người ta xuất phát từ các giả thiết sau đây:

Bề mặt đồng nhất về năng lượng.

Các chất bị hấp phụ hình thành một lớp đơn phân tử.

Sự hấp phụ là thuận nghịch

Tương tác giữa các phân tử bị hấp phụ có thể bỏ qua.
1.1.6. Phương trình hấp phụ Langmuir
1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn

25

k, k’: hằng số tốc độ hấp phụ và giải hấp

v, v’: tốc độ hấp phụ và giải hấp

θ : tỷ số bề mặt bị che phủ

(1- θ) : tỷ số bề mặt trống còn lại
Khảo sát quá trình hấp phụ sau:
Khí + Rắn [Khí – Rắn]
G + σ G σ
Gọi:
1.1. Sự hấp phụ khí lên chất rắn
1.1.6. Phương trình hấp phụ Langmuir