CÁC HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT VÀ HẤP PHỤ

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

CÁC HIỆN TƯỢNG
BỀ MẶT VÀ HẤP PHỤ

GV: Đào Ngọc Duy


NĂNG LƯỢNG DƯ BỀ MẶT
Hệ dị thể → tồn tại 1 bề mặt phân chia giữa
các pha
Các phân tử trong lòng pha và trên bề mặt
pha chịu các lực tương tác khác nhau
→Có sự khác biệt về năng lượng
→Bề mặt có một năng lượng dư dES


SỨC CĂNG BỀ MẶT
Trong điều kiên đẳng nhiệt, thuận nghịch:
σ = dES/dS
σ - erg/cm2 (dyn.cm/cm2) – là năng lượng
tạo ra một đơn vị bề mặt


SỨC CĂNG BỀ MẶT
Tính chất:
• Có giá trị bằng: dES/dS
• Có phương: tiếp tuyến với bề mặt phân chia
giữa 2 pha
• Có hướng: làm co giảm diện tích bề mặt

SỨC CĂNG BỀ MẶT KHÍ – LỎNG
Với không khí, 250C: [dyn.cm1]
Nước lỏng 72,75
Benzen lỏng 28,28
CCl4 lỏng 26,80


SỨC CĂNG BỀ MẶT LỎNG – LỎNG
Vd: ở 200C, benzen lỏng – nước lỏng 35,00
dyn.cm-1


SỨC CĂNG BỀ MẶT KHÍ – RẮN
SỨC CĂNG BỀ MẶT LỎNG – RẮN


CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
• Nhiệt độ: (2 công thức trong sách)
• Bản chất các pha: 2 pha có bản chất (độ
phân cực) càng khác nhau thì sức căng bề
mặt giữa 2 pha này càng lớn


ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ TỚI SỨC
CĂNG BỀ MẶT
Nhiệt độ tăng → Sức căng bề mặt nói chung giảm
Sức căng bề mặt của các chất lỏng với
không khí giảm gần tuyến tính
σT.V2/3 = k.(Tc – 6 –T)

Tc: nhiệt độ tới hạn của chất lỏng
V: Thể tích mol của chất lỏng
k = 2,1 erg.K-1 = 2,1 dyn.cm.K-1


XU HƯỚNG GIẢM THIỂU BỀ MẶT TIẾP
XÚC PHA


CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC
CĂNG BỀ MẶT
1. Xác định sự biến đổi mực chất lỏng trong
mao quản.
2. Phương pháp cân giọt chất lỏng.
3. Phương pháp kéo vòng Lecomte du Nouy
4. Phương pháp màng Wilhelmy L.


CÁC HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT
Hiện tượng dính ướt
Hiện tượng mao dẫn
Hiện tượng hấp phụ
Nguyên nhân: Hệ tự vận động → giảm tối
thiểu năng lượng dư bề mặt trong hệ


HIỆN TƯỢNG DÍCH ƯỚT
Nguyên nhân: thay thế bề mặt rắn – khí (sức
căng bề mặt lớn) bằng bề mặt rắn lỏng và
lỏng – khí (tổng sức căng bề mặt nhỏ hơn)

Góc dính ướt θ
θ<900: lỏng dính ướt rắn
θ>900: lỏng không dính ướt rắn


HIỆN TƯỢNG DÍCH ƯỚT
ĐN: Là sự phân bố bề mặt giữa 3 pha R-L-K
sao cho năng lượng toàn phần bề mặt ES là
nhỏ nhất.
Các đại lượng đặc trưng:
• Góc dính ướt: θ
• Độ dính ướt: cosθ
• Nhiệt dính ướt: 10-3 ∼ 10-5 cal/cm2
Tính chất: là quá trình tỏa nhiệt. Ở trạng thái
cân bằng tuân theo hệ thức Young:
σRK = σLR + σLK.cosθ


HIỆN TƯỢNG DÍCH ƯỚT
Pha loại: dính ướt toàn phần (θ = 0), không
dính ướt toàn phần (θ = 180), dính ướt
(0<θ<=90), không dính ướt (90<θ<=180).
Ứng dụng: dệt nhuộm, tẩy giặt, nông nghiệp,
tuyển và làm giàu quặng…


HIỆN TƯỢNG MAO DẪN
Hiện tượng mao dẫn là do sự dính ướt tạo ra
các mặt khum (lồi – khi chất lỏng không
dính ướt bm rắn; hay lõm – khi chất lỏng

dính ướt bm rắn) khi 1 chất lỏng tiếp xúc với
một bề mặt rắn, làm thay đổi các tính chất bề
mặt.


HIỆN TƯỢNG MAO DẪN
1 r0 .g .h.( d β − dα ) 1 r0 .g .h.d β
σ= .
≈ .
2
cos θ
2 cos θ

θ Góc tiếp tuyến mặt lỏng với thành mao quản,
r0 Bán kính trong ống mao quản,
σ Sức căng bề mặt lỏng – khí
h Chiều cao cột lỏng trong mao quản so với ngoài
dα Khối lượng riêng của khí
dβKhối lượng riêng của lỏng


THẾ HÓA HỌC
Các quá trình đều có khuynh hướng làm
giảm thế hóa học:
r
r
2
.
V
.

σ
C
P
r
0
µ −µ =
= RT ln 0 (= RT ln 0 )
r
C
P

Do đó: Cùng độ bão hòa của hơi: giọt nhỏ giảm kích thước
đến khi biến mất, giọt lớn tăng lên.
Quá trình bay hơi, hòa tan diễn ra ở giọt nhỏ trước.
Quá trình ngưng tụ diễn ra ở mặt phẳng hoặc giọt lớn trước.


SỰ HẤP PHỤ TRÊN RANH GIỚI
DUNG DỊCH LỎNG – KHÍ
* Phương trình hấp phụ Gibbs
dσ = - ∑Γi.dµi
µi: thế hóa học của cấu tử I
Γi: độ hấp phụ (đại lượng tuyệt đối của hấp
phụ Gibbs của cấu tử i = số mol cấu tử i bị
hấp phụ trên một đơn vị diện tích)


SỰ HẤP PHỤ TRÊN RANH GIỚI DUNG
DỊCH LỎNG - KHÍ
* Hấp phụ khí và hơi áp suất bão hòa P lên

bề mặt phân chia pha lỏng khí, không có sự
tan lẫn:
P dσ
Γ=−

.

RT dP

* Hấp phụ chất hòa tan trong dung dịc lên
trên bm pha lỏng (với dung dịch loãng, gần
đúng lấy hoạt độ a = C)
a dσ
Γ=−

.

RT da


ĐỘ HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT
ĐN: Là đại lượng Gibb G*
dσ
G =−
da
*

Hay

dσ

=−
dC

Vậy: độ hấp phụ
a
*
Γ=−
.G
RT


ĐỘ HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT
Qui tắc Trauber: Trong một dãy đồng đẳng
(rượu, amin, acid… trong nước), độ hoạt
động tăng lên n = 3-3,5 lần khi chiều dài
mạch C tăng lên một nhóm
–CH23
• Khi nhiệt độ tăng, giá trị n giảm đên1
• Khi C đủ lớn, mọi CHĐBM trong một dãy
đồng đẳng (C3-C6) đạt Γmax giống nhau,
ứng với sự bão hòa bề mặt do tạo màng
ngưng tụ.


SỰ HẤP PHỤ KHÍ VÀ HƠI TRÊN CHẤT
HẤP PHỤ RẮN
Hấp phụ: là sự chất chứa, tập trung vật chất trên bề
mặt phân chia pha.
Chất hấp phụ: là chất trên bề mặt xảy ra sự hấp phụ
Chất bị hấp phụ: là chất bị hút từ thể tích lên bề mặt

phân chia pha
Nguyên nhân hấp phụ: do sự không cân bằng lực
tương tác của các phân tử trên bề mặt chất hấp phụ.
Nhiệt hấp phụ: nhiệt vi phân, nhiệt tích phân.
Phương pháp xác định nhiệt hấp phụ. Ứng dụng


Các đại lượng đo hấp phụ: (độ hấp phụ)
Γ: lượng chất bị hấp phụ (mol) trên bề mặt của một
đơn vị diện tích bề mặt (m2)
x: lượng chất bị hấp phụ (mol) trên một đơn vị khối
lượng của chất hấp phụ
Các đường biểu diễn hấp phụ: đường đẳng nhiệt
(T=const), đường đẳng áp (P=const), đưởng đẳng
lượng (C=const).
Tốc độ hấp phụ: W=dx/dt
Hằng số tốc độ hấp phụ:
k = k0.exp(-Ehh/RT)


Lực hấp phụ vật lý: lực Van der Waals, lực tương
tác yếu, tạo đa lớp phân tử, ít chọn lọc, thuận
nghịch, năng lượng hoạt hóa thấp, dễ khử hấp phụ,
nhiệt hấp phụ thấp (<10 kcal/mol), xảy ra ở nhiệt độ
thấp.
Lực hấp phụ hóa học: lực liên kết hóa học bền, tạo
đơn lớp phân tử, tính chọn lọc cao, không thuận
nghịch, năng lượng hoạt hóa cao, khó khử hấp phụ,
nhiệt hấp phụ cao tương đương nhiệt phản ứng (10
-200 kcal/mol), xảy ra ở nhiệt độ cao.