hóa học hệ phân tán đhsp

3/5/2018

Hóa học hệ phân tán

Hệ phân tán
Hệ gồm chất chất phân tán và môi trường phân tán.

Môi trường

Chất phân tán

1


3/5/2018

Sữa

Keo

Sương mù

Sơn

gel

máu

3

Phân loại hệ phân tán theo kích thước

Hệ phân tán
Dung dịch thực (a)
Dung dịch keo (b)
Hệ phân tán thô (c)

Kích thước hạt
d < 10-7 cm
10-7 cm < d < 10-5 cm
d > 10-5 cm

Đặc điểm
Hệ đồng thể, bền
Hệ dị thể, không bền
Hệ dị thể, không bền

4

2


3/5/2018

Độ phân tán
Nghịch đảo của kích thước hạt (a):

D

a

1
a

Hệ có cùng kích thước hạt: đơn phân tán
Hệ có nhiều kích thước hạt: đa phân tán

a

5

Dung dịch thực (Solution) = Dung môi + chất tan

Môi trường

Hạt kích thước phân tử

6

3


3/5/2018

Keo (Colloid) = Hạt phân tán + môi trường + chất ổn định

Môi trường

Cụm phân tử

7

Phân loại hệ phân tán theo trạng thái tập hợp
Pha
phân tán
Rắn
Lỏng
Khí
Rắn
Lỏng
Khí
Rắn
Lỏng
Khí

Môi trường
phân tán
Rắn
Rắn
Rắn
Lỏng
Lỏng
Lỏng
Khí
Khí
Khí

Tên gọi
Dung dịch rắn
Gel
Bọt rắn

Huyền phù
Nhũ tương
Bọt
Sol khí
Sol khí
Không tạo keo


Ví dụ
Hợp kim

Đá bọt, xỉ
Phù sa
Sữa
Bọt xà phòng
Khói, bụi
Mây, sương mù
8

4


3/5/2018

9

Keo khí: hệ có môi trường phân tán là khí.
Hệ lỏng – khí: sương mù, mây,...
Hệ rắn – khí: khói, bụi,...

10

5


3/5/2018

Keo lỏng: hệ có môi trường phân tán là lỏng.
Hệ khí – lỏng: bọt khí,...
Hệ lỏng – lỏng: nhũ tương,...
Hệ rắn – lỏng: huyền phù

11

Keo rắn: hệ có môi trường phân tán là rắn.

Hệ khí – rắn: đá xốp, đá bọt, xỉ,...
Hệ lỏng – rắn: gelatin, agar,...
Hệ rắn – rắn: gốm, thủy tinh màu, đá quý,...

12

6


3/5/2018

Hỗn dịch (suspension)
HỖN DỊCH = TIỂU PHÂN RẮN + DẪN CHẤT + CHẤT GÂY THẤM

13

Nhũ tương (emulsion)
NHŨ TƯƠNG = TIỂU PHÂN LỎNG + PHA LỎNG + CHẤT NHŨ HÓA

14

7


3/5/2018

Phân loại theo tương tác hạt – môi trường
Keo ưa lỏng: chất phân tán tương tác mạnh với dung môi: xà
phòng, mũ cao su,…
Keo kị lỏng: chất phân tán tương tác yếu với dung môi: sol bạc,
sol vàng,…

15

Keo thuận nghịch: kết tủa khô (khi làm bay hơi dung môi) có thể

hòa tan tạo keo trở lại: geltalin-nước, cao su-benzene,…
Keo bất thuận nghịch: máu, sữa,…

16

8

3/5/2018

Phân loại theo tương giữa các hạt
Hệ phân tán tự do:
- Các hạt tương tác với nhau rất yếu, chuyển động hỗn loạn

- Sol khí, sol lỏng, huyền phù, nhũ tương rất loãng.

17

Hệ phân tán liên kết:
- Các hạt liên kết tạo mạng lưới
- Gel: kem

18

9


3/5/2018

Vai trò hệ phân tán trong đời sống

Sương mù

Khói bụi ở Bắc Kinh

19

Phù sa

Keo tụ hình thành châu thổ sông hồng

Đất là hệ keo phức tạp

Đất sét
20

10


3/5/2018

Thuốc dạng huyền phù

Máu là hệ keo

Thuốc dạng nhũ tương

Thuốc dạng gel
21

Áp dụng: Xác định độ phân tán của hê có hạt phân tán:
a. có dạng khối lập phương với cạnh 10-6 m
b. có dạng khối cầu với đường kinh 10-7 m
Áp dụng: Người ta nghiền 1kg than củi thành hạt có đường kính 0,8.10-4 m. Khối
lượng riêng của than củi là 1,8.102 kg.m-3. Tính bề mặt tổng của than này ? (ĐS:
416,6 m2)
Áp dụng: Xác định số hạt được tạo thành khi phân tán 0,2 g thủy ngân thành các
hạt dạng khối cầu có đường kinh 8.10-8 m. Biết khối lượng riêng của thủy ngân

bằng 13,54 g.cm-3. (ĐS: 55.1011 hạt)

22

11


3/5/2018

Áp dụng: Bằng phương pháp siêu hiển vi trong thể tích 13,3.10-12 m3 một keo khí
người ta đếm được 50 điểm nhấp nháy, mỗi điểm ứng với một hạt dầu. Biết keo
có nồng độ khối lượng C = 25.10-3 g/m3; khối lượng riêng của dầu là 0,9.106g/m3.
Hãy xác định bán kính trung bình của hạt dầu.

23

Tính chất động học hệ phân tán

24

12


3/5/2018

Tương tác vật lý của chất phân tán trong dung môi

Chuyển động Brown
FAC
Fhút

P

Các lực chi phối hạt trong dung môi

Chuyển động Brown
25

Chuyển động Brown
1828, Brown quan sát chuyển động hỗn loạn của các hạt phấn hoa

Chuyển động Brown của hạt phấn hoa
26

13


3/5/2018

Các phân tử dung môi va chạm liên tục với hạt keo gây ra chuyển
động hỗn loạn của hạt keo.

Nếu hạt tương đối lớn (5.10-6 m) thì chuyển động Brown sẽ biến
mất.
27

Sự khuếch tán
Do chuyển động Brown các hạt keo sẽ khuếch tán ngẫu nhiên trong
dung dịch. Kết quả sau một thời gian nồng độ hạt keo sẽ giống nhau
tại mọi điểm.

28

14


3/5/2018

Một số hiện tượng khuếch tán trong dược học
Mất khoảng 10 phút để dược chất thấm qua da
Khí: 10 cm/phút
Lỏng: 0,05 cm/phút
Rắn: 10-4 cm/phút

Sự sa lắng
Hạt có kích thước < 5.10-7 cm có trọng lượng nhỏ và do chuyển động

Brawn nên phân bố đồng đều trong toàn hệ.
Hệ phân tán có kích thước > 5.10-5 cm không bền vững sa lắng

Chuyển động Brown
FAC
Fhút
P

Các lực chi phối hạt trong dung môi

30

15

3/5/2018

Sự sa lắng dưới trọng lực
Khi cân bằng: P = Fam + Fms

FAm

d.v.g  d 0 .v.g  B.u; B  6. . .r

Fms

Tốc độ sa lắng u:

2r 2
d  d 0 g
u
9η

P

Trong nước, phương trình thỏa khi kích thước hạt 10-5 – 10-2 cm.
31

Sự sa lắng dưới lực li tâm
Khi cân bằng: Flt = Fam + Fms

d.v.ω 2 .x  d 0 .v.ω 2 .x  B.u; u 
Bán kính hạt:

dx
dt

Flt

x2
x1
r
2d  d 0 ω 2 t
9ηηl

Fam,
Fms
x

x = x2 – x1: quản đường di chuyển trong thời gian t
32

16


3/5/2018

Hạt thạch anh 10-5 cm sa lắng 1 cm mất 86 h

Trong máy ly tâm gia tốc 105g mất 3 s.

33

Áp suất thẩm thấu của hệ keo

Thí nghiệm: dung dịch và dung môi nguyên chất được ngăn cách

với nhau qua màng bán thấm.

34

17


3/5/2018

 = CMRT

Do áp suất thẩm thấu các phân tử dung môi có xu hướng chuyển
từ dung dịch có nồng độ loãng sang dung dịch có nồng độ đặc.
35

Do áp suất thẩm thấu chỉ phụ thuộc vào số lượng hạt (ở nhiệt độ
không đổi) nên áp suất thẩm thấu dung dịch keo rất nhỏ.
 = CMRT
CM: số mol hạt keo/L
R: 0,082 atm.L.mol-1.K-1

36

18


3/5/2018

Áp dụng: Huyền phù chứa 1 gam hemoglobin trong 1 lit nước có áp
suất thẩm thấu ở 250C bằng 3,6.10-4 atm. Xác định khối lượng của
hạt hemoglobin? (ĐS: 1.10-19 gam)

Áp dụng: Để xác định khối lượng phân tử của protein chống đông từ
một loài cá ở bắc cực, tiến hành đo áp suất thẩm thấu của dung dịch
chứa 13,2 mg protein/ml tại 10 0C, áp suất thẩm thấu đo được có giá
trị 21,2 mmHg. Xác định khối lượng phân tử của protein? Biết 1 atm =
760 mmHg. (M = 10981)

37

Tính chất quang học của hệ keo

38

19


3/5/2018

Khi chiếu sáng, các hạt keo sẽ phân tán và hấp thụ ánh sáng.
Chỉ xét các hiệu ứng quang học do môi trường phân tán gây ra.

39

Sự phân tán ánh sáng
Hiệu ứng Tyndall

Khi chiếu ánh sáng qua hệ keo thấy xuất hiện hình nón mờ đục

Ví dụ đèn pha công suất lớn chiếu lên bầu trời, tia nắng qua khe hẹp
vào trong phòng tối.
40

20


3/5/2018

Tia sáng khi gặp những hạt phân tán xảy ra các hiệu ứng vật lý:
+ Kích thước của hạt > độ dài song: ánh sáng phản xạ trên bề mặt
hạt keo. Nên các hệ phân tán thô luôn bị mờ đục.

+ Kích thước hạt < độ dài sóng: nhiễu xạ, tia sáng bị lệch khỏi
phương truyền. Hệ phân tán cao cho cảm giác trong, không đục.

41

Phương trình Rayleigh về sự phân tán ánh sáng (1871):
2

2
2
2
3  n1  n0  C.ν
 . 4 .I0
Ipt  24π  2
2 
 n1  2n0  λ

Ipt: cường độ ánh sáng phân tán trong đơn vị thể tích
n1, n0: chiết suất của pha phân tán và môi trường phân tán
C: nồng độ hạt của hệ
V: thể tích một hạt
: bước sóng ánh sáng
I0: cường độ ánh sáng tới
Áp dụng cho hạt cầu, không dẫn điện, có d  0,5, nồng độ hạt nhỏ.
42

21


3/5/2018

Ipt tỉ lệ nghịch với 4, ánh sáng có  nhỏ bị phân tán mạnh nhất:

Chùm sáng qua hệ keo nhìn thẳng góc có màu xanh, nhìn ngược
chiều có màu đỏ.
Màu đỏ được sử dụng làm đèn tín hiệu do nó ít bị phân tán, nên
truyền xa hơn.

Màu xanh thường được dùng để ngụy trang.
43

Do sự tán xạ của khí quyển nên bầu trời có màu xanh:

44

22

3/5/2018

Do sự tán xạ của chất tan nên lớp nước sâu có màu xanh:

45

Ipt tỉ lệ nghịch với bình phương thể tích hạt:

Dung dịch thực không có sự phân tán ánh sáng, nên trong suốt.
Dung keo do sự phân tán ánh sáng nên có màu
Dung dịch phân tán thô xảy ra hiện tượng phản xạ nên hệ bị đục.
46

23


3/5/2018

Tính chất điện học của hệ keo

47

Hiện tượng điện di
Sự dịch chuyển hạt keo trong điện trường.

48

24

3/5/2018

Hiện tượng điện thẩm
Sự dịch chuyển của môi trường trong điện trường.
-

+

-

+

49

Điện thế sa lắng
Thế xuất hiện khi hạt bị sa lắng.

50

25