Hóa học trong CNSH
Tài liệu nghiên cứu hoá học : "Hệ phân tán và đối tượng của hóa lý học các hệ phân tán"
HEÄ PHAÂN TAÙN VAØ ÑOÁI
TÖÔÏ NG CUÛA HOÙA LYÙ HOÏ C
CAÙC HEÄ PHAÂN TAÙN
I . Ñaëc ñieåm cuûa caùc heä phaân taùn
I I . Ñoái töôïng cuûa hoùa hoïc chaát keo
I I I . Ñoä phaân taùn
I V. Phaân loaïi caùc heä phaân taùn
V. YÙ nghóa cuûa caùc heä keo trong töï
nhieân vaø kyõ thuaät
CHÖÔNG 1
1
2
3
• Molecular scale : 0,1 – 1 nm
• Nano scale : 1 – 100 nm
• Micro scale : μm
• Meso scale : mm, cm
• Macro scale : > cm
4
* Molecular scale : nguyên tử + phân tử
giúp con người hiểu những thuộc tính cơ
bản của vật chất hóa học tổng quát
(hữu cơ, vô cơ…), Hóa học lượng tử, cơ
học lượng tử…
* Micro, Meso, Macro scale : trạng thái
cụm, mảng, khối… Vật lý chất rắn,
cơ học Newton
* Nano scale : ???
5
• Khi vật liệu thu nhỏ đến kích thước NANO:
các tính chất : hóa học, vật lý, cơ, quang,
điện, từ, đều thay đổi so với trạng thái vĩ mô
• Ex :
* nano Al : xúc tác cho nhiên liệu tên lữa
* nano Ag
* nano Au
* nanocomposite
…….
6
I . Ñaëc ñieåm cuûa caùc heä phaân taùn
• Hoùa keo khaûo saùt nhöõng heä phaân taùn dò
theå ñaëc bieät goïi laø heä thoáng keo.
• * Giöõa theá kyû 19, Selmi ñaõ phaùt hieän moät
soá dung dòch coù nhöõng tính chaát ñaëc bieät
nhö:
– Tính phaân taùn aùnh saùng maïnh.
– Chaát tan seõ keát tuûa khi cho vaøo dung
dòch moät löôïng nhoû muoái, maëc duø
muoái ñoù khoâng phaûn öùng vôùi chaát tan.
– Chaát tan tan ra hay keát tuûa khoâng ñi
keøm theo söï thay ñoåi veà nhieät ñoä vaø
theå tích.
Selmi ñaõ goïi caùc dung dòch coù nhöõng ñaëc7
• Graham trong quaù trìng nghieân cöùu tính chaát cuûa
nhöõng chaát nhö: gelatin, goâm arabic nhaän thaáy:
• - Coù nhieàu chaát khoâng coù khaû naêng keát tinh töø
dung dòch.
• - Coù theå taùch ñöôïc baèng maøng baùn thaåm
• Graham goïi chuùng laø colloid (töø tieáng Latinh colla
coù nghóa laø hoà daùn)
• Tuy nhieân, Borsop ñaõ chöùng m raèng, trong nhöõng
inh
ñieàu kieän nhaát ñònh, caùc chaát m Graham goïi laø
aø
chaát keo cuõng coù theå keát tinh töø dung dòch vaø
ñoàng thôøi nhieàu chaát coù khaû naêng keát tinh khaùc
cuõng coù theå toàn taïi ôû traïng thaùi keo
• Do ñoù, khoâng neân goïi laø chaát keo m chæcoù theå
aø
goïi laø chaát toàn taïi ôû traïng thaùi keo: traïng thaùi
phaân taùn cao. 8
Toùm laïi, m soá ñaëc ñieåmsau ñaây cuûa heä keo ñaõ
oät
ñöôïc ghi nhaän:
- Khaû naêng phaân taùn aùnh saùng
- Khuyeách taùn chaämvaø coù khaû naêng thaåm tích
( khaû naêng loïc ñöôïc baèng maøng baùn thaåm)
- Khoâng beàn vöõng taäp hôïp: caùc haït phaân taùn
deã taäp hôïp vôùi nhau thaønh caùc haït lôùn hôn döôùi taùc
duïng cuûa caùc ñieàu kieän beân ngoaøi (nhieät ñoä, khuaáy
laéc, chaát ñieän ly,…)
- Thöôøng coù hieän töôïng ñieän di
9
II. Ñoái töôïng cuûa hoùa keo
Hoùa keo nghieân cöùu caùc heä phaân taùn dò theå, nghóa laø
caùc heä caáu taïo töø 2 töôùng trôû leân vaø m trong hai
oät
töôùng ôû traïng thaùi chia nhoû.
-Töôùng phaân taùn coù beà maët rieâng lôùn, caùc
quaù trình hoaù hoïc vaø vaät lyù xaûy ra treân beà
maët cuûa haït keo ⇒ quyeát ñònh tính chaát cuûa
heä keo.
-Heä keo coù naêng löôïng töï do beà maët lôùn
(∆Gs>0) neân khoâng beàn vöõng veà maët nhieät
ñoäng hoïc ⇒ caùc haït cuûa töôùng phaân taùn keát
dính laïi vôùi nhau ñeå beà maët phaân chia cuûa
töôùng giaûm (∆Gs VEÀ MAËT NHI EÄT ÑOÄNG HOÏ C
TRAÏNG THAÙI CAÂN BAÈNG: Traïng thaùi coù naêng
löôïng Gibbs thaáp nhaát (ôû P vaø T khoâng ñoåi)
∆GT,P = 0
QUAÙ TRÌNH TÖÏ NHIEÂN: Quùa trình laøm giaûm
naêng löôïng töï do Gibbs ∆GT,P < 0
11
• Goïi G laø naêng löôïng beà maët
• G = σS
• S: dieän tích beà maët
∀ σ: söùc caêng beà maët
∀ ⇒ dG = σdS + Sdσ
• * Neáu σ = const ⇒ dσ = 0
• dG = σdS
• Quaù trình xaûy ra töï nhieân khi dG < 0 ⇒ dS <
0
• Hieän töôïng keo tuï (tieán ñeán traïng thaùi
beàn)
• * Neáu S = const. ⇒ dS =0
• dG = Sdσ
• dG -Veà maët ñoäng hoïc, ñoä beàn vöõng taäp hôïp
cuûa heä phaân taùn ñöôïc xaùc ñònh bôûi moái
töông quan giöõa löïc huùt vaø löïc ñaåy (ñoä lôùn
cuûa haøng raøo naêng löôïng ngaên caûn söï tieán
laïi gaàn nhau cuûa caùc haït).
-Khi löïc huùt > löïc ñaåy ⇒ caùc haït lieân keát gaây
neân hieän töôïng keo tuï (phaù huûy heä phaân
taùn).
13
-Toùm laïi, hoùa keo laø khoa hoïc veà caùc quaù
III. Ñoä phaân taùn
-Ñoä phaân taùn D ñöôïc ñònh nghóa:
D = 1/a
a: kích thöôùc cuûa haït (haït hình caàu laø ñöôøng
kính d, haït hình laäp phöông laø chieàu daøi caïnh l)
- Beà maët rieâng Sr cuõng ñöôïc duøng laøm thöôùc
ño cuûa heä phaân taùn:
S =S /V
4π r 2 3 6 6l 2 6
Sr = = = Sr = 3 =
4 / 3π r r a
3
l l 14
IV. PHÂN LỌAI CÁC HỆ PHÂN TÁN
1. Phân lọai theo độ phân tán:
15
2. Phân lọai theo trạng thái tập hợp
Theo Ostwald, căn cứ vào trạng thái tập hợp của vật chất ,
hệ keo có thể phân chia thành những hệ trong bảng sau:
16
3. Phân lọai theo tương tác giữa tướng phân tán và
môi trường phân tán
• Keo ưa lỏng (Lyophylles): tương tác giữa tướng và môi
trường phân tán khá lớn , tạo thành lớp solvat hóa (thường
là keo thuận nghịch)
VD: xà phòng, đất sét hòa tan trong nước, các hợp chất cao
phân tử hòa tan trong dung môi thích hợp,…
• Keo kỵ lỏng (Lyophobes): tương tác giữa 2 tướng yếu
(thường là keo bất thuận nghịch)
VD: các sol kim lọai
Cách phân lọai này chỉ dùng được cho những hệ có môi
trường phân tán lỏng mà thôi.
17
V. Ý NGHĨA CỦA HỆ KEO TRONG TỰ NHIÊN VÀ
TRONG KỸ THUẬT
18
