TÍNH CHẤT của hệ KEO (hóa lý) (chữ biến dạng do slide dùng font VNI times, tải về xem bình thường)

TÍNH CHẤT CỦA HỆ KEO


Tính chất của
hệ
keo:
Bài 5
Tính chất
động học Tính
chất quang
học Tính chất
điện học
2


3.1. TÍNH CHẤT ĐỘNG HỌC CỦA
HỆ KEO

3.1.1. Chuyển động Brown của hạt keo
Khi quan sát hệ keo dưới kính hiển vi tụ
quan nền đen, người ta thấy những chấm
sáng lấp lánh và chuyển động hỗn
loạn theo mọi hướng trong thị trường quan sát, đó
là chuyển động Brown của hạt keo.
Chuyển động Brown không phải do sự
xuất hiện của dòng đối lưu hoặc do sự
có mặt của trường lực bên ngồi mà là do
chuyển động nhiệt gây ra, theo những
hướng khác nhau bất kỳ. Tuỳ theo kích
thước, hình dạng hạt keo mà mức độ
chuyển động Brown sẽ khác nhau.

3


3.1.1. Chuyển động Brown của tiểu phân
keo
Einstein đã nghiên cứu hiện
tượng
chuyển động Brown

∆
2

 2Dt

4


3.1.2. Sự khuếch tán của
hệ keo
Khuếch tán là sự di chuyển
của vật chất từ nơi có nồng
độ cao đến nơi có nồng độ
thấp, do chuyển động nhiệt.
Sự khuếch tán là quá trình
tự diễn biến xảy ra với
entropy tăng và không
thuận nghòch.
5

Lượng chất khuếch tán của hệ
keo:

S
dC/dx

dC

dm  D dx .Sdt

6


• a. Công thức khuếch tán của
Fick 1855, Fick đưa ra định luật thứ 1:
Năm
Biểu thị lượng chất khuếch tán (dm) di
chuyển qua diện tích S đặt vng góc
với chiều khuếch tán trong thời dt
gian theo công thức sau:
Lượng chất khuếch tán:
dC

dm  D dx .Sdt

7


• Tốc độ khuếch

tán:lượng chất khuếch tán trong
Là
một
đơn vị thời gian
v

dm

 D.S.
dt dx

dC

8


Dòng khuếch tán:
Là tốc độ khuếch tán qua một đơn vị diện
tích. Khi đó dịng khuếch tán i được viết
như sau:
i

dm

 D

dC

.

Sdt
dX
9


b. Phuơng trình khuếch tán của
Einstein
Trong quá trình nghiên cứu, năm 1908
Einstein đã đưa ra phương trình cho
thấy mối liên quan giữa hệ số khuếch tán
D, nhiệt độ môi trường, độ nhớt của mơi
trường và kích thước hạt được xd theo
công thức sau:
D



kT
6 r

10


3.1.3. Áp suất thẩm
thấu
• Áp suất thẩm thấu  của
một dung dịch keo loãng có
thể tính theo CT sau


W

m RT  v.RT

VN



W
M .RT  CRT

V

11


Đặc điểm thứ nhất của áp suất
thẩm thấu

• Khi khảo sát hệ keo người ta nhận thấy, áp
suất thẩm thấu của hệ keo
rất bé và không hằng định
so với dung dịch thực .
Giả sửù hai hệ keo có áp
suất thẩm thấu 1 và 2 ở
cùng nhiệt độ, ta có: chia vế
12


2

cho vế ta có


Đặc điểm thứ hai của áp suất
thẩm thấu
- Áp suất thẩm thấu của hệ keo
không hằng định không bền về
mặt nhiệt động học, khi để lâu
nồng độ hạt bị giảm do hiện
tượng keo tụ
- áp suất thẩm thấu của hệ
keo thường giảm
dần theo thời gian.
 Theo phương pháp xác định áp
suất thẩm thấu cho thấy hệ keo
có áp suất thẩm thấu rất nhỏ 13


3.1.4. Sự sa lắng
Sự sa lắng là hiện tượng các
hạt của hệ phân tán như (hệ
thô, hỗn dịch…) lắng dần xuống
đáy do sức hút của trọng trường.
Những hệ phân tán có kích
thước tiểu phân đủ lớn thì sẽ sa
lắng nhanh, khi đó dựa vào
phân tích sa lắng, ta dễ dàng
xác định kích thước hạt phân
14
9.


tán.


Máy ly tâm
Muốn sa lắng nhanh, phá vỡ độ
bền động học. Người ta đưa hệ keo
vào máy ly tâm. Nhờ lực ly tâm với
gia tốc lớn, khi đó tốc độ sa lắng của
hạt sẽ tăng nhanh.
Gia tốc ly tâm:
- g = 2.x
 = 1,18.105
-  : là tốc
-độ
n2trong một phút
n là
góc;
số vòng quay
(rpm);
- x: khoảng cách từ trục quay tới
hạt ly tâmcm,
15
g càng lớn thì hạt sa lắng càng


Phép phân tích sa
lắng
Ví dụ:
dùng máy siêu ly tâm

tách microsom, mitochondria từ
dịch đồng thể của tế bào
trong các xét nghiệm sinh học.
Người ta có thể dựa vào sự sa
lắng để xác
định bán kính hạt keo hoặc các
hạt thô. Phương pháp
dựa vào
1/ 2
kết quả đo thông
số
gọi
 sa lắng
9.
1/

k.V
r

là phép phân
V sa2 lắng.
 tích
  2(d  d 0 )g



16


3.2. TÍNH CHẤT QUANG HỌC CỦA

HỆ KEO
Khi chiếu một chùm ánh sáng vào
một hệ
phân tán ta thấy:
Nếu hệ là dung dịch thực ánh sáng
có thể đi
xun qua, có thể khúc xạ hoặc
phản xạ. Với những hệ vi dị
thể, hệ trở nên đục và hơi thô.
Còn đối với hệ keo thì ánh sáng
bị nhiễu xạ (khuếch tán) hoặc
hấp thụ một phần nào bởi các
17
hạt keo.


3.2.1. Sự nhiễu xạ ánh
sáng
Khi chiếu một chùm ánh
sáng
đi
qua
hệ
keo,
năm1869 Tyndall đã thấy
một hình nón sáng lên bên
trong hệ keo.
Hình nón sáng lên đó là
hiện tượng khuếch tán hay
nhiễu xạ ánh sáng của hệ

18
keo.


3.2.1.1. Hiện tượng nhiễu xạ
Tyndall
Năm 1869
Tyndall
Dung dịch
thật,
khơng có
hiện tượng
Tyndall

Hệ phân
tán keo, có
hiện tượng
nhiễu xạ
Tyndall

Thí nghiệm về hiện tượng
Tyndall.

19


Tương tác giữa kích thước hạt và độ dài
sóng

Sự khuếch tán ánh sáng theo phương trình

Điều kiện để có nhiễu
xạ
Các hạt keo có kích thước a nằm
trong khoảng từ 10-7 - 10-5 cm
trong khi bước sóng của ánh sáng
đơn sắc vùng khả kiến có độ dài sóng
từ 4.10-5 - 7.10-5cm.
Như vậy, ngay cả tia tím có bước
sóng ngắn nhất  = 4.10-5cm
cũng lớn hơn kích thước của các hạt keo,
điều này gíup cho sự nhiễu xạ có xảy ra. (Hiện
tượng nhiễu xạ ánh sáng chỉ xảy
ra khi a < ½  chiều dài bước
21
sóng ánh sáng tới)


3.2.1.2. PT nhiễu xạ ánh sáng của
Rayleigh
Như thế, hạt keo đã trở
thành nguồn sáng thứ cấp
phát ra ánh sáng nhiễu xạ.
Khi hạt keo gồm những hạt
không dẫn điện, hình cầu,
có nồng độ hạtù nhỏ thì
cường độ ánh sáng nhiễu xạ
2
2

2
tuân theo phương
trình
2
 n1  n 2 

I0
Rayleigh.
IKT = 24. 3 sin2  2
2 


 n1 
2n

2


N.V
4
.

22


3.

Một số hệ quả từ PT
Rayleigh

a. Ảnh hưởng của kích thước hạt keo
Khi hai hạt keo có cùng nồng
độ khối lượng, nhưng tạo ra
số hạt khác nhau, do kích
thước hạt khác nhau thì
cường độ ánh sáng khuếch
2
2
N
.Vhạt tỷ
N1 lệ
IÍ
tán của
hai
1 với
3


1
1

r 3 
2
theo hệ thức:

I 2 N 2 .V2 N 2  r2 
23


Nghóa là khi chiếu vào những hệ

keo với chùm ánh sáng đơn sắc (có 
như nhau) có cùng cường độ ánh sáng tới I0,
quan sát ở những vị trí như nhau
dưới góc , hệ keo nào có
-Kích thước hạt càng lớn thì cường
độ ánh sáng nhiễu xạ càng mạnh.
- Cường độ ánh sáng nhiễu xạ tỷ lệ
với r3.
24


b. Ảnh hưởng của bước sóng.
Khi chiếu vào hai hệ keo
giống nhau những ánh
sáng đơn sắc có  khác
nhau, cùn g cường độ I0, thì
các hệ này khuếch tán
ánh sáng cũng khác nhau.
I 1 đó:
2
Khi
4

I1 = 16
Nế 1 = ½
I2
1
u
2
4

I2.



25