Bài giảng hóa kỹ thuật môi trường chương 5 ths lê nguyễn kim cương

M C TIÊU C A CH

NG

Hi u #∃%c quá trình hình thành h∋ keo.
()c #i m, tính ch,t h∋ keo.
−ng d/ng vào trong k1 thu4t môi tr∃5ng

TÊN MÔN HỌC:
HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
CHƯƠNG 5:
HỆ KEO
Giảng viên:
ThS Lê Nguyễn Kim Cương
LOGO
ThS Nguyễn Văn Phương

1

CHƯƠNG 5: HỆ KEO
5.1. CẤU TẠO MIXEN KEO
5.2. CÁC TÍNH CHẤT CỦA HỆ KEO
5.3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐIỆN
THẾ ZETA (ζ)
5.4. ĐỘ BỀN VÀ SỰ KEO TỤ
5.5. ĐỘNG HỌC CỦA QUÁ TRÌNH KEO TỤ

H KEO
H% keo, còn g7i là h phân tán cao, là m9t h∋
th:ng có hai th c;a v4t ch,t, m9t d<ng h=n h%p >
gi?a h n h∃p &∋ng nh)t và h n h∃p không &∋ng

nh)t.
Trong m9t h∋ phân tán keo, các gi7t nh≅ hay hnh≅ c;a m9t ch,t, ch)t phân tán, #∃%c phân tán
trong m9t ch,t khác, môi tr+,ng phân tán.
Trong m9t h∋ keo cao phân tΑ, các ch,t cao
phân tΑ #∃%c phân tán trong m9t m9t tr∃5ng #Βng
nh,t (môi tr∃5ng phân tán).

3

1


5.1. C U T O MIXEN KEO

Phân lo i các h∋ keo
Ch,t phân tán
Khí

Khí

Môi
tr∃5ng
phân
tán

Không có: t,t c∆
các khí #Εu có th
hòa tan #∃%c

B7t,
L≅ng Thí d/: Kem s?a
#ánh #)c

RΧn

1) Nhân trung hoà &i−n.

L≅ng

RΧn

Aerosol l≅ng (khí
Aerosol rΧn,
dung),
Thí d/: B/i, Khói xe
Thí d/: S∃&ng mù

NhΦ t∃&ng,
Thí d/: S?a, máu

Gel,
B7t rΧn,
Thí d/: Gelatin,
Thí d/: Polystyrene,
mϑt, phó mát,
#á b7t
ng7c mΧt mèo

2) L/p h)p ph0.

3) L/p khu2ch tán.

Sol (Dung dΓch
keo),
Thí d/: S&n, mΙc
Sol rΧn (Dung dΓch
keo rΧn),
Thí d/: Th;y tinh
Ruby

5.2. CÁC TÍNH CH T C A H KEO

Cấu tạo của mixen gồm:

5.2.1. Tính ch,t quang h7c - Hi∋u ϑng
Ion đối
Ion tạo thế

Tyndall
5.2.2. Tính ch,t h,p ph/
5.2.3. Tính ch,t #9ng h7c c;a h∋ keo

Nhân
Lớp khuếch
tán

5.2.4. Tính ch,t #i∋n h7c

Hình 5.1. Cấu tạo hạt keo

2


5.2.1. Tính ch t quang h c - Hi u ng Tyndall
v Khi chi u chùm tia sáng qua m t bình ng dung
d ch keo, ta th,y có chùm tia sáng hình nón (hi∋n
t∃%ng #ó không th,y > dung dΓch th4t), hi∋u ϑng này
#∃%c g7i là hi∋u ϑng Tyndall, nguyên nhân do:
§H3t keo có tính tán x ánh sáng.
§Ph4n l/n các h− keo có kh n ng h p th− ánh
sáng.

5.2.2. Tính chất hấp phụ
Trong dung dịch điện ly các hạt keo có tính chất:
► Hấp phụ đặc trưng
► Hấp phụ chọn lọc
► Hấp phụ trao đổi
Nếu hạt keo có điện tích dương (+) nó chỉ hấp phụ ion
âm ( –) và ngược lại.

3


5.2.2. Tính ch t h p ph (tt)
v H,p ph/ ch7n l7c: bΕ m)t hcác ion theo thϑ tΙ sau:
§ Ion t3o th2: là các ion có trong thành ph4n c)u t3o
t3o nên b5 m6t ch)t h)p ph0 (nhân keo) ho6c
nh ng ion &∋ng hình v/i ion có trong b5 m6t v9t
r:n.

§ Sau khi h,p ph/ ∃u tiên, nó sΛ h,p ph/ ion trái d,u
(ion #:i).

5.2.2. Tính ch t h p ph (tt)
§ Trong dung dΓch n∃Μc thϑ tΙ h,p ph/ ∃u tiên
là:
Cation hóa tr; 1: Cs+> Rb+> K+> Na+>Li+
Cation hóa tr; 2: Ba+2 >Sr+2 >Ca+2 > Mg+2
Anion hóa tr; 1: I- > NO3- > Br - > Cl- > F-

§ NΚu trong dung dΓch có nhiΕu ion #:i thì bΕ m)t sΛ
h,p ph/ ion có #i∋n tích lΜn ho)c h,p ph/ ion nào
có bán kính (k c∆ v≅ solvat) nh≅ nh,t.

5.2.3. Tính chất động học của hệ keo

15

11

Click to add Title

22

Click to add Title

13

Click to add Title

Sự khuếch tán

Chuyển động Brown

Áp suất thẩm thấu

16

4


11

22

Click to add Title

S= khu2ch tán

Khu ch tán là s v4n chuy n v4t ch,t tΝ vùng
có nΒng #9 cao #Κn vùng có nΒng #9 th,p d∃Μi

Click to add Title

Chuy n &?ng Brown

H<t keo luôn > trlokích th∃Μc h

∆nh h∃>ng c;a chuy n #9ng nhi∋t h=n loDo có kích th∃Μc lΜn nên các h
Do chuy n #9ng h=n lokhó lΧng xu:ng chính là nguyên nhân làm h∋

#9ng vΜi v n t c th p h&n các ion, phân tΑ.

keo bΕn.

Chuyển động Brown bề mặt
19

20

5


5.2.4. Tính ch t i n h c
13

Click to add Title

Áp su)t th m th)u

Áp su,t thΠm th,u c;a dung dΓch keo

5.2.4.1. Hi n t

ng i n

ng

Thí nghi∋m Rays (1807 tKhoa) vΕ sΙ chuy n dΓch c;a h∋ keo trong #i∋n tr∃5ng

nh h n nhi u so vΜi dung dΓch th4t so vΜi
cùng #iΕu ki∋n nhi∋t #9, nΒng #9, tr7ng
l∃%ng. Nguyên nhân do các hdΓch keo bΓ gi∆m #i do sΙ t4p h%p các phân
tΑ, ion thành h
Hi n t

ng i n chuy n

Mô t∆ thí nghi∋m, xem giáo trình.
Các ht∃&ng #:i vΜi n∃Μc (pha l≅ng) vΕ A d∃Μi tác d/ng
c;a #i∋n tr∃5ng. Hi∋n t∃%ng #ó g7i là hi n t ng
i n chuy n.

-

+

+

+
+

hiện tượng điện thẩm tách
Pha lΑng chuy n ng v i pha r:n ã gây ra i−n
th2 và #∃%c g7i là th ch y.
ng t+%ng &Βi v/i pha lΑng sΕ
Pha r:n chuy>n
t3o ra &i−n th2 #∃%c g7i là th sa l ng.

N+/c (pha l ng): &óng vai trò phân tán chuy n
ng t+%ng &Βi v/i pha r:n v5 K d+/i tác d0ng c a
&i−n tr+,ng. Hi−n t+∃ng &ó g∆i là hi%n t ng i n
th m tách.
24

6


5.2.4.2. Điện tích kép – thế điện động
Hình 5.5. S

Hình 5.6. S

c u t o l p h p ph và l p khu ch tán

l p i n tích kép

25

Hình 5.7. S phân b ion

❈

❅

Pha r n

Pha l ng

+
+
+
+
+
+
+
+

-

a

-

i và ion t o th
Pha rΧn

-

Pha l≅ng

+ + + + -

+
+
+
+
+
+
+
+

b

7


Hi u s
i n th gi a ph n không chuy n
ng và ph n chuy n ng c a l p i n tích
kép ∃%c g7i là thΚ #i∋n #9ng zeta (ξ).

Hi∋u s: #i∋n thΚ tΘng th gi?a các pha #∃%c tính theo công
thϑc:
ϕ = Ψ1 + ξ
Trong &ó:
Ψ1: b∃Μc nh∆y #i∋n thΚ gi?a hai pha rΧn – l≅ng
ξ: b∃Μc nh∆y #i∋n thΚ trong lΜp khuΚch tán (hay th2 &i−n
&?ng)

Quan h gi a ξ và ϕ

(i∋n thΚ gi?a hai pha rΧn – l≅ng : th nhi t
ng.

5.3. CÁC Y U T
NH H
NG
I N TH ZETA (ζ)
5.3.1. Υnh h∃>ng c;a ch,t #i∋n ly
5.3.2. Υnh h∃>ng c;a pH
5.3.3. Υnh h∃>ng c;a nhi∋t #9
5.3.4. Υnh h∃>ng c;a nΒng #9

N

0
Trong dung dΓch khá loãng : ξ = ϕ vì ψ 1
Trong &ó:
ϕ: #i∋n thΚ gi?a hai pha rΧn – l≅ng (hay thΚ nhi∋t #9ng)
ThΚ nhi∋t #9ng: ξ = ϕ - ψ 1
ThΙc nghi∋m cho th,y rΡng thΚ #i∋n #9ng không chΣ nh≅ h&n
thΚ nhi∋t #9ng (ξ < ϕ) mà hai #khác nhau d∃Μi ∆nh h∃>ng c;a nhiΕu yΚu t:.

5.3.1. nh h

ng c a ch t i n ly

v Giá trΓ ξ ph/ thu9c vào l∃%ng các ion c;a lΜp
khuΚch tán, nΚu bΡng cách nào #ó thay #Θi vΕ

l∃%ng và vΕ d,u c;a ion > lΜp #ó thì ξ ph∆i thay #Θi
vΕ l∃%ng cΦng nh∃ vΕ d,u.
v Khi thêm ch,t #i∋n ly vào h∋, thΚ nhi∋t #9ng
ng ξ b
hΩu nh∃ không thay #Θi, còn th i n
gi m xu ng.

8


Th nhi t

ng #∃%c xác #Γnh theo ph∃&ng trình:

ϕj =

R.T C
ln
Z.F C0

Trong &ó:

ϕ

C
dΓch
C0
Z
F
R

T

thΚ nhi∋t #9ng
nΒng #9 (ho#hóa trΓ c;a kim l7ai
hΡng s: Faraday
hΡng s: khí
nhi∋t #9 tuy∋t #:i

5.3.2. nh h

ng c a pH

• ThΚ #i∋n #9ng ξ gi∆m xu:ng cho #Κn khi = 0 và
h∋ #ng /i%n: ξ = 0 ; ϕ = ψ 1
• Các ion i nào có kh n ng h p ph l≅n nh9 các
ion hóa trΗ cao có kh n ng làm gi m m nh i n
th ξ.
• (:i vΜi nh?ng ion có hóa trΓ gi:ng nhau, kh∆ nΟng
h,p ph/ bΓ ph/ thu9c vào bán kính ion.
• Càng tΟng ch,t #i∋n ly thì ξ càng gi∆m và tΜi m9t
lúc nào #ó sΛ #cΦng sΛ không còn tác d/ng n?a.

5.3.3. nh h

ng c a nhi t

pH có ∆nh h∃>ng lΜn #Κn ξ c;a hOH- có kh∆ nΟng h,p ph/ lΜn.

Nhi∋t #9 làm tΟng:#9 dày c;a lΜp #i∋n kép và thΚ
#i∋n #9ng tΟng.

Trong các dung dΓch mà pha phân tán có tính
ch,t l∃Ξng tính nh∃ Al(OH)3 thì sΙ biΚn thiên pH
c;a môi tr∃5ng có th gây ra sΙ #Θi d,u #i∋n c;a
hphân tΑ trong pha phân tán.

gi∆i h,p ph/ các ion t
M)t khác khi nhi∋t #9 tΟng l
Khi gi∆m nhi∋t #9 thì quá trình sΛ x∆y ra ng∃%c lVì v4y, khi thay #Θi nhi∋t #9, giá trΓ ξ sΛ diΨn biΚn
theo chiΕu nào là tùy thu9c #iΕu ki∋n c/ th nghiên cϑu.

9


5.3.4. nh h

5.4.

ng c a n ng

Khi pha loãng thì ξ ph i tΟng lên, vì bΕ dày c a

l p #i n tích kép tΟng.
Tuy nhiên, khi pha loãng l i x∆y ra s h p ph
c;a ion tcho thΚ nhi∋t ng ϕ gi∆m xu ng và ξ c ng gi∆m.
Khi làm

m #)c thì quá trình x∆y ra ng

5.4.1.

B N VÀ S
bΕn

5.4.2. ThuyΚt

ng h c và

KEO T
bΕn t4p h%p.

bΕn c;a h∋ keo

c l
Nh∃ v4y, ξ theo chiΕu nào tùy theo các #iΕu
ki∋n c/ th c;a hai yΚu t:: m c
làm dày l p i∋n
gi∆i h,p ph/ c;a ion ttích kép và mϑc

5.4.1.

b n

ng h c và

b n t p h p.

o
bΕn
ng h c là
bΕn do yΚu t:
chuy n ng Brown gây nên.
o
bΕn t4p h%p là do các h#i∋n cùng d,u y nhau và hsolvat bao quanh, ngΟn c∆n tác d/ng va
ch
5.4.2. Thuy t

b n c a h keo

Trgi?a l c #Πy và l c hút:
P – Q = U.
V i U: “hàng rào n ng l ng” (khi U t giá tr∆ c:c
i thì m i g i là hàng rào n ng l ng)
=> Hàng rào n ng l ng là n ng l ng t i ó hi u
t giá tr c c

gi a l c y t nh 6i%n và l c hút phân t
i

10


5.4.2. Thuy t

b n c a h keo (tt)

v
N❑u hai h❁t d✩ i ❉nh h✩✁ng ★✂ng n❖ng do
chuy✥n ★✂ng c❀a b∆n thân có n❖ng l∃%ng tr✂i h✫n
“hàng rào n❖ng l∃%ng” U #ó thì l■c Q tΟng ★✂t ng✂t và
các h<t k❑t dính nhau, h không b n.(Brown>U)
v
N u n ng l ng chuy n ng Brown nh h n U,
các h t không ti n g n nhau
c – h✬ s▲ b❊n.
(Brownv
Khi làm gi∆m #i✬n tích c;a hgi∆m ξ, l■c ★✄y t❩nh #i✬n P gi∆m và quá trình keo t✴ có
th x∆y ra.

5.5.

NG H C C A QUÁ TRÌNH KEO T

Ng i ta chia ra hai d

và keo t/ ch m.
Trong keo t nhanh: Quá trình keo t/ nhanh
keo t/ không
x∆y ra t c kh c khi ξ = 0 và t:c
ph/ thu c vào n ng
ch t #i n ly.

ΦΒi v/i keo t0 ch m: T:c
keo t/ trong
ch,t #i n
tr∃5ng h%p này ph/ thu c vào nΒng
ly. Khi ch∃a thêm ch,t #i n ly, quá trình keo t n
#ã x∆y ra nh∃ng v i t:c
nh .

v
Chuy n ★✂ng Brown t❖ng khi t❖ng nhi✬t ★✂ c;a
h✬. U có th làm gi∆m b❘ng cách làm gi∆m zeta

KEO TỤ VÀ TẠO BÔNG CẶN
Hình 5.15. T c
i n ly

❬n

v

O

keo t ph thu c vào li u l

Ch4m

A

ng ch t

Nhanh

B

C

LiΕu l∃%ng ch,t #i∋n ly

❆

☎

●

Các ch,t keo t/ th∃5ng #∃%c s d/ng là mu:i s t hay nhôm có hóa tr 3.
Các ch,t tnh∃ polyacrilamid. Vi∋c kΚt h%p sΑ d/ng các ch,t h?u c& cao phân tΑ vΜi các
mu:i vô c& c∆i thi∋n #áng k kh∆ nΟng t
11