HOÁ KEO DUNG DỊCH KEO
7.2. CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH KEO 1.Tính chất động học-phân tử của dung dịch keo
7.2.4. Sự keo tụ của dung dịch keo
Hệ phân tán là hệ bao gồm môi trường liên tục và các tiểu phân có kích thước nhỏ phân tán trong môi trường đó
HỆ PHÂN TÁN
Môi trường phân tán
Pha phân tán
Khí Lỏng Rắn
Khí Sol khí
(Sương mù, Mây)
Sol khí (Khói, bụi)
Lỏng Bọt Nhũ tương Huyền phù
và dung dịch keo
Rắn Đá xốp, thuỷ tinh xốp
Thuỷ tinh màu
HỆ PHÂN TÁN
Đặc điểm quan trọng của hệ phân tán là độ phân tán (DDDD) là đại lượng nghịch đảo của kích thước hạt.
Nếu hạt hình cầu có đường kính d thì D D D D = 1/d. D D D D tăng thì bề mặt riêng của hệ tăng đáng kể.
T T
d,m D,m-1 Tên hệ Ghi chú
T
D,m
1 10-10 1010 Hệ phân tán phân tử, ion hay dung dịch thực
Pha phân tán lá các phân tử, ion.
Dung môi là môi trường phân tán.
Các hệ này tuân theo các định luật hoá lý, rất bền vững
2 10-9-10-7 107-109 Hệ keo Tính chất của hệ này tuân theo các quy luật của hoá keo, tương đối bền vững
3 10-6 10-6 Hệ phân tán thô
Hệ huyền phù, nhũ tương, bọt, bụi.
Hệ này không bền vững
CẤU TẠO CỦA HỆ KEO
Bề mặt các hạt keo luôn luôn tích điện. Một mixen bao gồm:
*Nhân: tạo bởi sự tổ hợp của m phân tử hay nguyên tử. Nhân có cấu trúc tinh thể và không tan trong môi trường phân tán. Trên bề mặt nhân, có các ion trong dung dịch bị hấp phụ gọi là ion tạo thế.
Xung quanh nhân có một chất lỏng của môi trường phân tán gọi Xung quanh nhân có một chất lỏng của môi trường phân tán gọi là lớp Stern gọi là bề mặt trượt. Một số ion đối với ion tạo thế gọi là thế khuyết tán và tạo nên điện thế zeta trên bề mặt trượt
[(AgI)m nAg+(n-x)NO3-]X+ xNO3-
Nhân Lớp Stern
(hấp phụ) Lớp khuyếch tán
CẤU TẠO CỦA HỆ KEO
Các hệ keo SiO2,khi ở trong nước hình thành các nhóm bề mặt SiOH . Khi pH>2 thường phân ly SiOH SiO- + H+
[(SiO2)m nO-(n-x)H+]X+ xH+
Nhân
Lớp Stern (hấp phụ)
Lớp khuyếch tán
Cấu tạo mixen
CẤU TẠO CỦA HỆ KEO
Các hệ keo SiO2,khi ở trong nước hình thành các nhóm bề mặt SiOH . Khi pH>2 thường phân ly SiOH SiO- + H+
I:nhân có điện tích bề mặt II:lớp Stern
II:lớp Stern
III:lớp khuếch tán
IV:dung dịch cân bằng ion
Ở bề mặt hạt keo luôn tồn tại một thế . Tính chất bền vững của hệ keo tùy thuộc thế
ξ ξ
ĐIỀU CHẾ VÀ LÀM SẠCH DUNG DỊCH KEO
Dung dịch keo có độ phân tán nằm giữa hệ phân tán phân tử (dung dịch thật) và phân tán thô.
10-7m Hạt keo 10-10m
Phân tán Ngưng tụ
Phân tán Ngưng tụ
Phương pháp ngưng tụ: Phương pháp kết tinh từ dung dịch thực quá bão hoà thành những mầm tinh thể có kích thước tương ứng với kích thước của hạt keo.
Phương pháp phân tán: phân chia các hạt đến kích thước cực nhỏ
Dung dịch keo có độ phân tán nằm giữa hệ phân tán phân tử (dung dịch thật) và phân tán thô.
10-7m Hạt keo 10-10m
Phân tán Ngưng tụ
Phân tán Ngưng tụ
Phương pháp ngưng tụ: Phương pháp kết tinh từ dung dịch thực quá bão hoà thành những mầm tinh thể có kích thước tương ứng với kích thước của hạt keo.
Phương pháp phân tán: phân chia các hạt đến kích thước cực nhỏ
HẠT KEO
Từ trên xuống
Từ dưới lên
u
ĐIỀU CHẾ VÀ LÀM SẠCH DUNG DỊCH KEO PHƯƠNG PHÁP PHẤN TÁN
Phương pháp cơ học: Nghiền (thường sử dụng ở dạng huyền phù thô. Để giảm độ cứng vật liệu, thêm chất giảm độ cứng và chất ổn định.
định.
Phương pháp sử dụng năng lượng điện: thực hiện phóng điện qua hai điện cực được làm bằng chất phân tán, nhúng trong môi trường phân tán. Thí dụ như điều chế sol vàng trong môi trường axit hoá.
Phương pháp siêu âm: thực hiện trong môi trường sóng siêu âm có tần số 105 hoặc 106 Hz. Phương pháp này cũng khá phổ biến để chế tạo hệ keo
ĐIỀU CHẾ VÀ LÀM SẠCH DUNG DỊCH KEO PHƯƠNG PHÁP PHẤN TÁN
[(Au)m nAuCl4-]X- xH+
Vàng kim loại bay hơi từ bề mặt điện cực ở dạng các nguyên tử vàng riêng rẽ, sau đó ngưng tụ thành hạt keo vàng. Trên bề mặt các nhân keo hình
Nhân
Lớp Stern (hấp phụ)
Lớp khuyếch tán
Cấu tạo mixen
các nhân keo hình thành các axit HAuCl4
Làm sạch hệ keo bắng phương pháp màng bán thấm
Phương pháp nghiền
PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÁN
PP Sử dụng năng lượng điện
ĐIỀU CHẾ VÀ LÀM SẠCH DUNG DỊCH KEO
PHƯƠNG PHÁP NGƯNG TỤ
*PP Ngưng tụ do phản ứng hoá học:
Dựa trên các phản ứng tạo ra các hợp chất khó tan. Thí dụ như chế tạo hạt keo AgI
*PP Ngưng tụ do hơi: Chế tạo các hệ sol hữu cơ –kim loại
*PP thay thế dung môi: thêm vào dung dịh thực một thể tích tương đối lớn của một chất lỏng khác . Chất lỏng này là dung môi khó tan đối với chất tan và không tan đối với dung môi của dung dịch trên, hình thành một dung dịch quá bão hoà của chất tan trong dung môi mới, chất tan bắt đầu ngưng tụ thành dung dịch keo.
ĐIỀU CHẾ VÀ LÀM SẠCH DUNG DỊCH KEO PHƯƠNG PHÁP NGƯNG TỤ
Qúa trình kết tinh qua hai giai đoạn:
*Giai đoạn tạo mầm
*Giai đoạn phát triển mầm
*Giai đoạn phát triển mầm
tm ptm
v > v Số mầm tạo ra nhiều hơn và kích thước tinh thể sẽ nhỏ hơn
tm ptm
v < v Số mầm tạo ra ít hơn và kích thước tinh thể sẽ lớn hơn
TÍNH CHẤT ĐỘNG HỌC - PHÂN TỬ CỦA HỆ KEO Sự khuyếch tán và chuyển động Brown
Tốc độ chuyển động của các hệ keo trong sol ở trạng thái bền vững nhỏ hơn nhiều so với tốc độ chuyển động của các phân tử hay ion trong dung dịch thực. Phương trình Enstein
trong dung dịch thực. Phương trình Enstein
6 . . . A D RT
r N
= π η
D:hệ số khuyếch tán R:bán kính hình cầu : độ nhớt dung môi R:hằng số khí
T:nhiệt độ K
η
Độ nhớt của dung dịch keo
2
0 (1 A y . B y . )
η η = + +
η Độ nhớt của dung môi