Hoa silicat: Chương 3 (Phần I)

Chia sẻ: Nguyễn Việt Cường | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:24

0
388
lượt xem
229
download

Hoa silicat: Chương 3 (Phần I)

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo sách 'hoa silicat: chương 3 (phần i)', kỹ thuật - công nghệ, hoá học - dầu khí phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Hoa silicat: Chương 3 (Phần I)

  1. Chöông 3: Traïng thaùi keo trong silicat 63 CHÖÔNG 3 TRAÏNG THAÙI KEO TRONG SILICAT 3.1 NHÖÕNG KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN Nhö ta ñaõ bieát hoãn hôïp vaät chaát naèm ôû traïng thaùi keo thoâng thöôøng goàm coù hai pha taïo neân moät heä keo. Trong hai pha ñoù ñöôïc phaân bieät nhö sau: - Dung moâi duøng ñeå hoøa tan, phaân taùn ñeán vaät chaát trong noù goïi laø moâi tröôøng phaân taùn. - Vaät chaát coù kích thöôùc voâ cuøng nhoû phaân taùn ñeàu trong dung moâi goïi laø pha phaân taùn. Traïng thaùi keo ñöôïc duøng trong lónh vöïc silicat ta hay gaëp laø coâng nghieäp xi maêng khi chuaån bò phoái lieäu xuùt coâ pha ñaát seùt phaân taùn ñeàu trong moâi tröôøng nöôùc taïo neân buøn pat. Khi ñoùng raén caùc khoaùng xi maêng vaø chaát keát dính giai ñoaïn ñaàu tieân laø phaân taùn ñeàu xi maêng vôùi nöôùc, sau ñoù ñeán giai ñoaïn taïo neân nhöõng gel cuûa keo. Trong saûn xuaát goám söù chuû yeáu duøng nhieàu laø nguyeân lieäu ñaát seùt, cao lanh luùc gia coâng phaûi nghieàn öôùt, laøm giaøu taïo neân huyeàn phuø ñaát seùt, maè ñaát seùt laø pha phaân taùn, nöoùc laø moâi tröôøng phaân taùn. Trong saûn xuaát thuûy tinh thì nhöïng nguyeân toá taïo maøu seõ phaân taùn ñeàu trong thuûy tinh noùng chaûy taïo neân tt maøu maø chaát taïo maøu coù theå laø phaân töû, ion…Vì theá nhöõng chaát taïo maøu laø pha phaân taùn. Traïng thaùi keo cuûa silicat coù yù nghóa khoa hoïc vaø kyõ thuaät raát lôùn trong ngaønh silicat. Qua hoaù hoïc vaø hoùa lyù nhöõng chaát keo silicat coù theå ñi saâu nghieân cöùu veà hoaù hoïc ñoùng raén caùc chaát keát dính, tìm ra nhieàu chaát taïo maøu thuûy tinh, tìm ra nhöõng quy luaät gia coâng cheá taïo söù theo nhöõng phöông phaùp laøm giaøu nguyeân lieäu, taïo hình khaùc nhau… Muoán hieåu traïng thaùi keo cuûa silicat ta khoâng theå boû qua nhöõng khaùi nieäm cô baûn veà caùc chaát keo, ñoàng thôøi ñi saâu vaøo moät soá tính chaát cuûa keo coù theå aùp duïng cho heä keo silicat. a- Möùc ñoä phaân taùn: trong thöïc teá hieän nay khi pha phaân taùn trong moâi tröôùng phaân taùn coù theå taïo neân huyeàn phuø, dung dòch keo vaø dung dòch thaät. Giöõa ba loaïi treân veà cô baûn goàm coù hai pha, nhöõng baûn chaát cuûa chuùng coù theå khaùc nhau. b- Dung dòch huyeàn phuø: ví duï ta khuaáy ñaát seùt phaân taùn ñeàu trong nöôùc nhö khi chuaån bò buøn past (trong coâng nghieäp xi maêng), hoà ñuùc roùt. Hoà ñaát seùt, cao lanh (trong coâng nghieäp goám söù) ta thu ñöôïc dung dòch goïi laø huyeàn phuø. Pha ñaát seùt laø pha phaân taùn thoâ vôùi côõ haït phaân taùn 0,1-0,2 μm (baèng 0,0001 – 0,0002 mm) vaø lôùn hôn nöõa. Heä huyeàn phuø laø heä khoâng beàn vì vaät chaát phaân taùn töï noù hay noù bò laéng ñoïng chaäm döôùi taùc duïng cuûa troïng löïc baûn thaân haït vaät chaát, ngoaøi ra vaät chaát raén trong phaân taùn trong huyeàn phuø coù theå duøng cô hoïc taùch ra khoûi pha dung moâi phaân taùn nhö: loïc khung baûn trong coâng nghieäp söù, loïc thuøng quay trong coâng nghieäp xi maêng…Ñieàu ñaùng chuù yù laø huyeàn phuø laø moät heä khoâng ñoàng nhaát vì trong noù coù nhöõng haït kích thöôùc khaùc nhau coù theå quan saùt ñöôïc baèng maét thöôøng hay döôùi kính hieån vi.
  2. Chöông 3: Traïng thaùi keo trong silicat 64 c- Dung dòch thaät: laø pha phaân taùn döôùi daïng phaân töû hay ion nhö caùc dung dòch hoùa chaát- axit kieàm, muoái hoøa tan…coù kích thöôùc haït giôùi haïn 0,1 – 1 μm (1 μm = 0,001 μ = 0,000001mm) laø heä hoaøn toaøn beà vöõng. Ñaëc bieät khoâng coù khaû naêng taùch pha phaân taùn ra khoûi dug moâi phaân taùn baèng con ñöôøng cô hoïc. d- Dung dòch keo: theo möùc ñoä phaân taùn cuûa vaät chaát trong dung moâi phaân taùn laø dung dòch naèm trung gian giöõa dung dòch huyeàn phuø vaø dung dòch thaät. Kích thöôùc haït vaät chaát trong giôùi haïn 1 mmμ – 0,1 μ (0,1 μ - ??mmμ) tính chaát cuûa nhöõng dung dòch keo dó nhieân noù cuõng naèm giöõa tính chaát cuûa huyeàn phuø vaø dung dòch thaät. Dung dòch keo coù tính chaát töông doái beàn coù theå baûo toaøn heä khoâng thay ñoåi trong moät thôøi gian nhaát ñònh. Khi loïc, nhö nhöõng dung dòch thoâng thöôøng noù coù theå qua töï do pheãu loïc, giaáy loïc, nhöng khoâng coù khaû naêng ñi qua maøng baùn thaåm (thaåm thaáu), töông töï nhö dung dòch thaät khoâng theå duøng maét thöôøng hay kính hieån vi thoâng thöôøng coù theå phaân bieät caùc haït keo trong dung dòch theo töøng kích thöoùc khaùc nhau. Muoán phaân bieät caùc haït keo ngöôøi ta phaûi duøng kính hieån vi nghieân cöùu teá vi cuûa vaät chaát. Tuy nhieân dung dòch keo khaùc dung dòch thaät ôû choã noù laø heä khoâng ñoàng theå. Ñeå khaùi quaùt ta coù theå phaân loaïi dung dòch huyeàn phuø, dung dòch keo vaø dung dòch thaät baèng giôùi haïn kích thöôùc cuûa haït vaät chaát pha phaân taùn. Hình Phaân boá heä phaân taùn theo kích thöôùc haït cuûa pha phaân taùn trong dung moâi phaân taùn I- Dung dòch huyeàn phuø- phaân taùn thoâ II- Dung dòch phaân taùn daïng keo III- Dung dòch phaân taùn ion hay phaân töû 3.1.1 Phaân loaïi heä keo: heä keo ñöôïc phaân loaïi theo nhieàu caùch - Theo traïng thaùi taäp hôïp - Tính chaát thuaän nghòch cuûa söï hoøa tan - Theo thaønh phaàn hoaù hoïc - Theo quan heä vôùi dung moâi hoøa tan a- Dung dòch keo thuaän nghòch vaø khoâng thuaän nghòch Theo Ziecroângñi phaân loaïi heä keo döïa vaøo tính chaát hoøa tan thuaän nghòch vaø khoâng thuaän nghòch maø coù khaû naêng taùch pha phaân taùn ra khoûi dung moâi phaân taùn baèng coâ ñaëc cho dung moâi bay hôi, caën coøn laïi laø pha phaân taùn. Neáu sau khi coâ ñaëc ta ñöôïc pha phaân taùn, sau ñoù laïi cho dung moâi ban ñaàu vaøo hoøa tan seõ thu ñöôïc trôû laïi dung dòch keo cuõ ta goïi laø heä keo thuaän nghòch. Neáu sau khi coâ ñaëc ta ñöôïc pha phaân taùn, sau ñoù cho dung moâi cuõ hoøa tan vaãn khoâng thu ñöôïc dung dòch keo ta goïi laø heä keo khoâng thuaän nghòch.
  3. Chöông 3: Traïng thaùi keo trong silicat 65 Keo thuaän nghòch ví duï nhö keo gieâlatin khi taùch dung moâi phaân taùn ra khoûi heä noù chuyeån thaønh ñoân sau sang gel cuûa keo. Muoán taïo thaønh dung dòch keo ta cho dung moâi vaøo gel vaø kích thích nhieät seõ thu ñöôïc. Keo khoâng thuaän nghòch ví duï nhö ñoân cuûa axit silic, oxit nhoâm, oxit saét vaø moät vaøi chaát khaùc. Nhöõng ñoân naøy khi khöû bôùt (laáy bôùt, cho boác hôi, coâ ñaëc) dung moâi phaân taùn thì ñoân daàn daàn ñoâng laïi vaø taïo thaønh gel. Trong gel coøn chöùa moät löôïng nhaát ñònh dung moâi phaân taùn. Khi ta cho theâm dung moâi vaøo gel môùi taïo thaønh khoâng taïo ngöôïc trôû laïi thaønh dung dòch keo. b- Phaân loaïi theo thaønh phaàn hoaù hoïc: ôû ñaây chuû yeáu xeùt ñeán dung dòch keo ôû daïng huyeàn phuø vaø nhuõ töông. Loaïi dung dòch keo huyeàn phuø ñaát seùt nöôùc coøn coù caùc muoái kieàm hoaëc dung dòch keo taïo neân bôûi muoái kim loaïi raát nhaïy caûm vôùi caùc chaát ñieän ly vì khi cho theâm löôïng nhoû chaát ñieän ly töø dung dòch taùch ra daïng keát tuûa goïi laø keo ngöng tuï. Ñoä nhôùt cuûa nhöõng dung dòch keo naøy raát gaàn ñoä nhôùt cuûa dung moâi nguyeân chaát. Dung dòch keo heä nhuõ töông nhö nöôùc CO2 chuùng khoâng nhaïy caûm vôùi caùc chaát ñieän ly vaø muoán taùch ra khoûi dung dòch thaønh pha phaân taùn rueâng bieät ñoøi hoûi noàng ñoä chaát ñieän ly raát lôùn. Ñoä nhôùt cuûa dung dòch keo nhuõ töông raát khaùc ñoä nhôùt cuûa dung moâi. Ngoaøi ra ôû khoaûng trung gian hai loaïi keo huyeàn phuø, nhuõ töông coøn loaïi keo do caùc hyrat nhöõng oxit taïo neân. c- Theo töông quan vôùi dung moâi phaân taùn: heä keo coù theå chia thaønh hai loaïi laø keo gheùt nöôùc vaø keo öa nöôùc. Coù nhöõng vaät chaát khi phaân taùn trong dung moâi chuùng taùc duïng maïnh vôùi dung moâi vaø phaân taùn ñeàu trong dung moâi thaønh dung dòch keo ta goïi laø keo öa nöôùc. Ngoaøi ra coù nhuõng vaät chaát phaân taùn trong dung moâi nhöng khoâng taùc duïng vôùi dung moâi maø vaãn taïo thaønh dung dòch keo daïng huyeàn phuø ta goïi laø keo khoâng öa nöôùc. d- Theo traïng thaùi taäp hôïp cuûa vaät chaát Tuøy theo traïng thaùi taäp hôïp cuûa moâi tröôøng phaân taùn vaø pha phaân taùn Osvanña chia ra thaønh heä keo: 1- Moâi truôøng phaân taùn vaø pha phaân taùn laø raén-raén Ví duï: thuûy tinh maøu ngoïc bích moâi tröôøng phaân taùn laø pha thuûy tinh goùc coøn pha phaân taùn laø kim loaïi: vaøng, baïc, ñoàng taïo cho thuûy tinh coù maøu daïng keo. 2- Moâi tröôøng phaân taùn laø vaät chaát raén, coøn pha phaân taùn laø chaát loûng Ví duï: vaät chaát raén chöùa beân trong noù moät löôïng chaát loûng phaân taùn ñeàu trong toaøn khoái vaät chaát raén ñoù. 3- Moâi tröôøng phaân taùn laø vaät chaát raén, coøn pha phaân taùn laø vaät chaát khí Ví duï: vaät chaát raén chöùa beân trong cuûa moät löôïng chaát khí phaân taùn ñeàu trong khoái vaät chaát raén ñoù. 4- Moâi tröôøng phaân taùn laø chaát loûng, pha phaân taùn laø chaát raén Ví duï: raát nhieàu dung dòch gel cuûa kim loaïi, sunfat kim loaïi, oxit… huyeàn phuø ñaát seùt phaân taùn trong nöôùc.
  4. Chöông 3: Traïng thaùi keo trong silicat 66 5- Pha phaân taùn laø chaát loûng, moâi tröôøng phaân taùn laø chaát loûng Ví duï: nhuõ töông cuûa daàu nhôøn vaø nöôùc 6- Pha phaân taùn laø chaát khí, moâi tröôøng phaân taùn laø chaát loûng Ví duï: boït xaø phoøng… 7- Moâi tröôøng phaân taùn laø chaát khí, pha phaân taùn laø chaát raén Ví duï: buïi khoùi loø 8- Moâi tröôøng phaân taùn laø chaát khí, pha phaân taùn laø chaát loûng Ví duï: söông muø 9- Moâi tröôøng phaân taùn laø khí, pha phaân taùn cuõng laø khí Qua phaân loaïi cuûa Osvanñô roõ raøng trong thieân nhieân coù raát nhieàu daïng keo. Ñoái vôùi silicat ñìeàu ñaëc bieät chuù yù laø heä keo taïo neân bôûi moâi tröôøng phaân taùn laø chaát loûng coøn pha phaân taùn laø vaät chaát raén. Ngoaøi ra trong thuûy tinh coøn phaûi chuù yù ñeán moâi tröôøng phaân taùn laø chaát raén, pha phaân taùn laø chaát raén. Neáu ñoä saâu phaân tích quaù trình naáu thuûy tinh maøu thì ta coi thuûy tinh goùc khi noùng chaûy laø chaát loûng ñoàng nhaát coù ñoä nhôùt cao, coøn caùc vaät chaát taïo maøu nhö kim loaïi laø vaät chaát raén phaân taùn ñeàu trong khoái thuûy tinh loûng noùng chaûy. 3.1.2 Nhöõng gel trong heä keo a- Quaù trình taïo gel: gel ñöôïc taïo thaønh coù theå baèng con ñöôøng duøng chaát ñieän ly ñeå laéng ñoân trong dung dòch thaønh gel khi ta ñaõ taùch ra khoûi heä phaàn lôùn dung dòch phaân taùn ôû ñieàu kieän nhieät ñoä. Söï taïo gel cuõng coù theå tröû nhöõng chaát keo thoâ thuaän nghòch baèng caùch do dung moâi hoøa tan chaát keo khoâ thuaän nghòch khi ñoù noù huùt dung moâi vaø tröông nôõ thaønh gel. Toùm laïi coù theå noùi quaù trình taïo gel do keo thuaän nghòch vaø khoâng thuaän nghòch traûi qua giai ñoaïn keo tuï thaønh ñoân cuûa keo, sau ñoù töø ñoân tuøy noàng ñoä, tuøy chaát ñieän ly vaø bieän phaùp xöû lyù taùch dung moâi ra khoûi pha phaân taùn seõ laøm cho ñoân daàn daàn quaùnh laïi thaønh chaát ñoäng vaø chuyeån hoùa thaønh gel. Khi keo tuï nhöõng chaát keo khoâng thuaän nghòch (ñoân kim loaïi doâi cuûa nhöõng sunfat kim loaïi… ) pha phaân taùn ñöôïc taùch ra khoûi dung moâi phaân taùn döôùi daïng vaät chaát boät vaø khi keo tuï nhöõng chaát keo thuaän nghòch (gieâlatin, keo daùn, cracsnam…) vaø nhöõng chaát keo naèm ôû traïng thaùi trung gian giöõa thuaän nghòch vaø khoâng thuaän nghòch (hydrat oxit kim loaïi Fe2O3, Al2O3, SiO2…) taïo thaønh thoâng thöôøng trong tröôøng hôïp ñoân coù noàng ñoä nhoû laø daïng caën keát tuûa nhö boâng trong chuùng chöùa moät löôïng lôùn pha phaân taùn hay trong chuùng noàng ñoä pha phaân taùn khaù lôùn. Daïng keo nay daàn daàn trôû thaønh chaát ñoäng nhöng ngoaøi pha phaân taùn chính trong noù coøn chöùa moät löôïng lôùn cuûa dung moâi phaân taùn. Quaù trình taïo thaønh chaát ñoäng töø vaät chaát keo thuaän nghòch vaø vaät chaát keo trung gian ta coøn goïi laø quaù trình gieâlatin hoùa cuûa ñoân. Quaù trình gieâlatin hoùa cuûa ñoân coù nhieàu yeáu toá aûnh höôûng nhö; khi giaûm nhieät ñoä quaù trình xaûy ra vôùi toác ñoä nhanh, khi taêng noàng ñoä cuûa ñoân cuõng laøm cho toác ñoä taêng leân. Ñieàu ñaùng chuù yù laø taùc duïng cuûa chaát ñieän ly thích hôïp cuõng laøm taêng nhanh quaù trình keo hoùa (gieâlatin hoùa). Ví duï trong thôøi gian thaám taùch (taùch ly) ñoân cuûa axit silicic, oxit Fe2O3 vaø
  5. Chöông 3: Traïng thaùi keo trong silicat 67 nhöõng ñoân oxit khaùc neáu ta ñöa vaøo moät löôïng chaát ñieän ly taïo ñoân thích hôïp seõ laøm cho ñoân chuyeån thaønh chaát loûng vaø cuoái cuøng taïo thaønh gel cuûa heä keo. b- Caáu truùc cuûa gel: theo Nagen nghieân cöùu chi tieát caáu truùc cuûa gel döôùi kính hieån vi vaø neâu leân giaû thuyeát veà caáu truùc toå ong trong ñoù kích thöôùc loã toå ong khoaûng moät vaøi phaàn ngaøn milimet. Tuy nhieân giaû thuyeát naøy khoâng hoaøn chænh khi aùp duïng vaøo caáu truùc thaät cuûa gel, trong ñoù raát phöùc taïp vì gel coù theå taïo neân bôûi nhöõng haït gel naøy taäp hôïp laïi thaønh nhöõng gel coù ñoä nghieân cöùu raát lôùn. Khaùi nieän veà mixen cuõng do Nagon nghieân cöùu ñaàu vaø ñöa ra giaû thuyeát laø mixen chính laø taäp hôïp phaân töû ñaúng höôùng coù kích thöôùc raát nhoû. Nhöõng taäp hôïp phaân töû nhö vaäy seõ taïo thaønh haït keùo thì thöù töï tröôùc heát taïo thaønh ñoân sau môùi thaønh gel. Theo quan ñieåm hoùa keo hieän ñaïi thì mixen goàm coù nhöõng phaàn vaät chaát ôû traïng thaùi sau: 1- Nhaân cuûa haït keo thöôøng coù trong nhöõng heä keo huyeàn phuø, noù coù caáu truùc tinh theå vaø coù hình daïng thoûi hay taám, trong tröôøng hôïp nhöõng haït vaät chaát voâ ñònh hình thì mixen coù daïng hình caàu. 2- Nhöõng ion lieân keát vôùi beà maët cuûa haït vaät chaát vaø coù tích ñieän vôùi giaù trò döông hay aâm ñaõ xaùc ñònh. 3- Nhöõng ion traùi daáu khaùc trong ñoù coù moät phaàn ñieän tích cuûa chung ñaõ ñöôïc buø tröø. 4- Lôùp khuyeách taùn cuûa ion. 5- Maøng chaát loûng bao xung quanh. Vì theá cho neân mixen taïo thaønh raát phöùc taïp. Ta nhôø laïi mixen khoâng keát dính vôùi nhau ñeå taïo thaønh haït lôùn nhö nhöûng gioït chaát loûng nhoû taïo neân gioït chaát loûng lôùn. Tuy nhieân mixen baûo toaøn ñöôïc tính chaát rieâng cuûa noù vaø cuõng baûo toaøn ñöôïc maøng nöôùc bao xung quanh noù. Roõ raøng gel laø taäp hôïp nhöõng haït vaät chaát nhoû lieân keát vôùi nhau thaønh toå hôïp lôùn nhöng chuùng coù caáu truùc raát mòn. Ñoái vôùi nhieàu loaïi gel caáu truùc cuûa chuùng coù mixen laø daïnh tinh theå, nhung cuõng coù loaïi gel nhö axit silixic, gen oxit thieác thì caáu truùc cuûa noù mixen laïi laø vaät chaát noù ñònh hình trong ñoù coù theå mixen chöùa moät löôïng khaù lôùn nhöõng haït coi nhö tinh theå coù kích thöôùc cöõc nhoû- nhoû hôn ñoân vaø micromet raát nhieàu (sieâu nhoû). c- Nhöõng tính chaát cuûa gel Quaù trình taïo thaønh gel, caáu truùc cuûa gel coù theå chia ra thaønh hai loaïi gel. Loaïi thöù nhaát taïo neân nhöõng gel coù ñoä deûo coù khaû naêng tröông nôû maïnh khi tieáp xuùc vôùi chaát loûng. Khi ñoù roõ raøng laø coù choã khoâng nhöõng chæ chöùa ñaày chaát loûng trong mao daãn cuûa gel maø nhöõng hôïp chaát haáp phuï cuûa keo tröông nôû vôùi chaát loûng nöõa laøm cho taêng theå tích cuûa gel leân raát nhieàu. Tính chaát cuûa loaïi gel daãn tôùi tröông nôû vôùi chaát loûng laø vaán ñeà raát coù yù nghóa trong kyõ thuaät. Döïa vaøo tính chaát naøy Mikha Eric ñeà xuaát ra nhöõng thuyeát giaûi thích hieän töôïng khi doùng raén khoaùng xi maêng. Loaïi gel thöù hai laø khoâng deûo nhö gel cuûa axit litixic gen cuûa kim loaïi Al, Fe… vì chuùng khoâng tröông nôû khi tieáp xuùc vôùi chaát loûng. Khi saáy hay khöû nöôùc chuùng bò co theå tích laïi ñeán giôùi haïn nhaát ñònh sau ñoù cho tieáp xuùc vôùi chaát loûng hoaøn toaøn
  6. Chöông 3: Traïng thaùi keo trong silicat 68 khoâng taêng theå tích nöõa vì luùc ñoù chaát loûng chæ laøm nhieäm vuï chöùa ñaày oáng mao daãn cuûa gel. Thöïc teá hai loaïi gel treân thuoäc hai heä keo thuaän nghòch vaø khoâng thuaän nghòch coøn goïi hai loaïi gel treân thoäc gel öa nöôùc vaø gheùt nöôùc. Baûn chaát gel neáu ñi saâu coù nhieàu tính chaát quan troïng. Qua nhöõng tính chaát quan troïng, ñaëc bieät cuûa gel ngöôøi ta aùp duïng vaøo kyõ thuaät ngaønh silicat laøm saùng toû nhöõng hieän töôïng khi gia coâng, cheá bieán saûn phaåm vaø cuõng coù theå do tìm ra nhöõng vaät lieäu môùi ví duï xi maêng gel. d- Söï ñoùng raén cuûa gel: qua nhieàu thöïc nghieäm vaø nhieàu hieän töôïng töï nhieân ta bieát laø yeáu toá thôøi gian ñoùng vai troø quan troïng trong quaù trình taïo neân ñoä xoáp, ñoä cöùng vaø cöôøng ñoä cô hoïc cuûa nhöõng chaát keùo daïng chaát ñoùng raén- gel. Neáu ta laáy ñoân cuûa axit silixic vaø cheá taïo ñeå noù bò gieâlatin hoùa thaønh gel thì sau moät thôøi gian 2-3 ngaøy khi ñoå ra khoûi coác noù vaãn khoâng maát hình daïng ban ñaàu cuûa noù, nhöng sau vaøi ngaøy nöõa chaát ñoâng ñoù ñaõ khoâng ñoå ñöôïc ra khoûi coác thaäm chí taùc ñoäng cô hoïc vaøo coác cuõng khoâng ñoå ñöôïc. Neáu tieáp tuïc ñeå moät thôøi gian nöõa thì chuùng ñaõ coù cöôøng ñoä cô hoïc raát roõ raøng. Duôùi aûnh höôûng cuûa thôøi gian gel bò thay ñoåi baûn chaát daàn daàn taïo neân gel goïi laø “gel bò giaø” laøm cho khoái vaät chaát keo xít chaët laïi. Sau ñoù nhöõng sieâu tinh theå (kích thöôùc voâ cuøng nhoû) daàn daàn ñöôïc phaùt trieån thaønh tinh theå coù kích thöôùc lôùn hôn, töø ñoù daãn tôùi taêng cöôøng ñoä cô hoïc vaø ñoä cöùng cuûa gel. Trong thieân nhieân hieän töôïng ñoù nhö moät khoaùng agat, Khanxi ñoân laø xuaát xöù töø keo voâ ñònh hình SiO2 bò taùi keát tinh taïo thaønh vaät chaát coù cöôøng ñoä raát cao, ñoä cöùng raát lôùn. Töø ñoù roõ raøng laø quaù trình taïo gel vaø dieãn bieán quaù trình xít ñaëc gel, taùi keár tinh gel laø baûn chaát nhöõng thôøi ñieåm dieãn bieán quaù trình ninh keát vaø ñoùng raén cuûa xi maêng. e- Söï khuyeách taùn trong gel : gel thöôøng ngöôøi ta coi nhö moät moâi tröôøng maø trong ñoù seõ xaûy ra nhöõng quaù trình hoùa lyù khaùc nhau. Ví duï: hieän töôïng khuyeách taùn cuûa nhöõng chaát keo xaûy ra trong tröôøng hôïp caùc gel coù noàng ñoä raát nhoû luùc ñoù coi nhö söï khuyeách taùn coù tính chaát töï do nhö trong chaát loûng tinh khieát. Ñoái vôùi gel coù noàng ñoä cao hôn roõ raøng laø söï khueách taùn trôû neân khoù khaên hôn vì luùc ñoù trong gel coù raát nhieàu mao daãn maø thaønh oáng mao daãn trôû neân nhöõng böùc töôøng khoâng thaám (thaåm thaáu) ñoái vôùi vaät chaát ñöôïc khuyeách taùn. Do gel noàng ñoä cao hôn gaây caûn trôû, khoù khaên lôùn cho söï khuyeách taùn. Neáu ta taêng troïng löôïng phaân töû cuûa vaät chaát khuyeách taùn cuõng laøm giaûm chaâm khuyeách taùn trong gel. Ñoái vôùi vaät chaát hoøa tan daïng keo thì haàu nhö khoâng coù khaû naêng khuyeách taùn trong gel. g- Söï keát tinh trong gel: ta coi gel nhö moät moâi tröôøng trong ñoù seõ xaûy ra nhöõng quaù trình keát tinh. Neáu toác ñoä khuyeách taùn cuûa vaät chaát trong gel raát nhoû, khoâng ñaùng keå maø löôïng vaät chaát ñöôïc keát tinh ñi vaøo taâm cuûa gel laïi khoâng coù nöõa thì söï keát tinh trong gel xaûy ra vôùi ñieàu kieän raát khoù khaên laøm cho söï phaùt trieån kích thöôùc vaät chaát trong gel thaønh tinh theå coù kích thöôùc nhaát ñònh cuõng trôû neân phöùc taïp 3.2 KEO NHAÂN TAÏO VAØ THIEÂN NHIEÂN TRONG HEÄ SILICAT
  7. Chöông 3: Traïng thaùi keo trong silicat 69 Ñoái vôùi silicat daïng keo thuoäc loaïi silicat voâ cô, silicat tinh theå hay voâ dònh hình khoâng tan trong nöôùc coù beà maët rieâng (tyû dieän) lôùn hôn 25m2/g töông öùng 100μkt. Ñoân vaø gel cuûa silicat trong nhöõng ñieàu kieän thí nghieäm ñieàu cheá ñöôïc baèng phaûn öùng phaân huûy vaø trao ñoåi giöõa silicaêt Na vôùi muoái cuûa kim loaïi naëng. Khi thuûy phaân nhöõng haït SiO2 haáp phuï nhöõng ion thu ñöôïc laø Si3O32- coù tích ñieän aâm. Phaûn öùng thuûy phaân SiO2 ñeå taïo neân SiO32- xaûy ra raát chaäm vì theá trong phoøng thí nghieäm thoâng thöôøng ta laáy thuûy tinh loûng theo tyû leä Na2O : SiO2 trong dung dòch dao ñoäng töø 1 : 1 ñeán 1 : 4 ñeå phaûn öùng vôùi muoái kim loaïi naëng. Neáu nhöõng dung dòch thuûy tinh loûng khoâng loaõng quaù khi cho vaøo dung dòch moät löôïng muoái kim loaïi naëng thích hôïp chuùng taïo thaønh chaát caën gieâlatin hoùa, thaønh phaàn chaát caën phuï thuoäc tyû leä Na2O, SiO2 trong dung dòch thuûy tinh loûng vaø phuï thuoäc vaøo tính chaát muoái kim loaïi naëng, noàng ñoä vaät chaát phaûn öùng, tyû leä töông ñoái cuûa chuùng trong dung dòch phaûn öùng… Do söï thuûy phaân nhuõng silicat saûn phaåm phaûn öùng cuûa muoái kim loaïi vôùi meâtasilicat natri seõ chöùa moät haøm löôïng lôùn SiO2 vaø hydroxit kim loaïi. Phaàn lôùn silicat ôû daïng dung dòch nöôùc voâ ñònh hình ñieàu cheá ñöôïc baèng con ñöôøng keát tuûa cuûa dung dòch nöôùc töông öùng. Hoãn hôïp keo ñöôïc taïo thaønh coù theå coi nhö saûn phaåm cuûa söï haáp phuï nhöõng ion kim loaïi treân gel SiO2 hay laø keo tuï ñoàng thôøi cuøng moät luùc nhöõng hydroxit kim loaïi coù tích ñieän döông vaø SiO2 ôû daïng keo coù tích ñieän aâm. Vì theá cho neân nhöõng silicat daïng keo coù theå bò thay ñoåi töø nhöõng toå hôïp cuûa chaát keo ñoàng theå maø trong chuùng chöùa nhöõng haït ñaàu tieân coù kích thöôùc voâ cuøng nhoû- ñoù laø nhöõng haït poli axit silixic vaø hydro kim loaïi, chuyeån thaønh khoái vaät chaát keo dò theå trong chuùng hoaëc SiO2 hoaëc hydroxit kim loaïi coù daïng nhöõng haït keo rieâng bieät lieân keát vôùi nhöõng haït khaùc (coøn goïi laø caáu töû khaùc). 3.2.1 Nhöõng daïng keo SiO2 – Gel cuûa SiO2 Daïng keo ñieån hình cuûa SiO2 trong thieân nhieân laø opan ngoaøi ra coøn coù Khanxeâñoân vaø moät phaàn thaïch anh. Opan (SiO2.nH2O) gel ngaäm nöôùc raén taïo thaønh do quaù trình maát nöôùc cuûa gel SiO2 chöùa nhieàu nöôùc. Khi taïo thaønh opan voâ ñònh hình, SiO2 ñaàu tieân ñöôïc taùch ra döôùi daïng khoái vaät chaát gen meàm, sau ñoù noù daàn daàn bò ñoùng raén vaø theå hieän tính chaát nhieãu xaï. Maãu cuûa opan raát khaùc bieät, thöôøng laø maãu traéng hay gaàn nhö traéng. Opan thoâng thöôøng laø vaät chaát khoâng trong suoát maø noù maøu hôi vaøng, xanh ñoû, naâu…Rieâng opan coù maøu traéng, xanh da trôøi laø loaïi opan quyù. Ñoä cöùng cuûa opan laø 6,5, tính chaát quang hoïc laø ñaúng höôùng hay gaàn nhö ñaúng höôùng. Trong opan cöùa 21% nöôùc. Chæ soá chieát suaát cuûa gel cuõng nhö tyû troïng cuûa opan vaø gel nhaân taïo SiO2 phuï thuoäc vaøo haøm löôïng nöôùc chöùa trong chuùng. Söï phuï thuoäc tính chaát gel SiO2 vaøo haøm löôïng nöôùc
  8. Chöông 3: Traïng thaùi keo trong silicat 70 Baûng 14 Haøm löôïng nöôùc % Chieát suaát Tyû troïng g/cm3 3,55 1,460 2,160 6,33 1,453 2,096 8,97 1,446 2,036 28,.64 1,409 1,731 (gel nhaân taïo) Ñoái vôùi opan nhöõng taïp chaát bò haáp phuï laø manheâ. ÔÛ ñieàu kieän nhieät ñoä thöôøng cuûa voû traùi ñaát, taïo thaønh trong opan moät löôïng cristobalit, xuaát hieän cristobalit khi keát tinh gel SiO2. ñaïi löôïng kích thöôùc tinh theå cristobalit trong opan khoâng vöôït quaù 1μK. Ñoâi khi ta thaáy trong moät soá opan coøn chöùa caû triñimit. Raát nhieàu opan theo ñaëc tröng cuûa nhieãu xaï coù gel haàu nhö khoâng khaùc gì thuûy tinh thöïc teá laø nhieãu xaï Rônghen cuûa vaät chaát voâ ñònh hình. Trong thieân nieân ta coøn thaáy moät vaøi loaïi SiO2 voâ ñònh hình khaùc nhö: ñiañoâmit, radiolarit, tôøreâpen, apen… Diañoâmit- khoaùng traàm tích goàm coù nhöõng caën cuûa opan hình thaønh töø khueâ taûo hydro. Khoaùng opan traàm tích goàm coù nhöõng vaät theå opan raát nhoû khoâng coù daáu veát cuûa nhöõng xöông hay nhöõng phaàn xaùc ñoäng vaät goïi laø ñeâreâpen. Ppoâka laø nhöõng daïng coù ñoä xít ñaëc khaùc nhau cuûa ñoâreâpen. Phaàn lôùn söï bieán ñoåi cuûa SiO2 voâ ñònh hình trong voû traùi ñaát xaûy ra laø do chuùng taùc duïng vôùi nöôùc. Nhöõng ñaëc tính cô baûn cuûa heä SiO2 – nöôùc (SiO2 – H2O) laø khuynh höôùng daãn tôùi taïo thaønh dung dòch keo hay khoái vaät chaát hydrat. Giaû thieát laø khi taïo thaønh chaát loõi SiO2 (maïnh SiO2) thì söï keát tuûa gel SiO2 ñoâi khi xaûy ra söï phaùt tieån nhöõng tinh theå SiO2 keøm theo. Ñoä hoøa tan cuûa quaéc (thaïch anh) vaø SiO2 voâ ñònh hình xaûy ra hoaøn toaøn khaùc nhau. Do ñoù cô cheá cuûa quaù trình taùc duïng hoaù hoïc treân beà maët tieáp xuùc SiO2 vôùi nöôùc seõ quyeát ñònh bôûi nhöõng tính chaát cuûa moái lieân keát Si-O khi tieáp xuùc vôùi H2O. Söï hoøa tan SiO2 raén trong nöôùc xaûy ra ñoàng thôøi quaù trình, hydrat vaø phaù vôõ moái polime hoùa. (SiO 2 ) n + 2nH 2O → nSi(OH) 4 Do ñoù neáu SiO2 chuyeån vaøo dung dòch thì phaûi coù nhuõng choã taïi ñoù söï taùc duïng hoaù hoïc xaûy ra treân beà maët pha raén vôùi nöôùc, nhôø coù söï taùc duïng hoaù hoïc beà maët laøm cho lôùp SiO2 ôû treân beà maët bò hydrat hoùa- moãi nguyeân töû Si bao xung quanh noù laø nhöõng nguyeân töû O2 seõ bò taùch ra khoûi beà maët SiO2 vaø sau ñoù taùc duïng vôùi nöôùc taïo neân moâno axit silixic hoøa tan. “SiO2 daïng keo” hay “ñoân SiO2” coù theå coi nhö “huyeàn phuø cuûa SiO2 trong moâi tröôøng loûng, trong ñoù kích thöôùc haït SiO2 naèm trong vuøng giôùi haïn cuûa chaát keo”. Hieän nay ta bieát caùc phöông phaùp cheá taïo dung dòch nöôùc cuûa ñoân SiO2 laø: a- Trung hoøa dung dòch silicat Na vaø phaân ly qua maøng baùn thaám.
  9. Chöông 3: Traïng thaùi keo trong silicat 71 b- Duøng phöông phaùp ñieän phaân c- Duøng phöông phaùp hoøa tan Si nguyeân toá trong dung dòch nöôùc amiaêc hay amin. d- Trung hoøa silicat Na baèng axit (tuøy theo löôïng axit ta coù theå thu ñöôïc ñoân coù tính chaát hay kieàm. e- Peptit hoøa tan gel ôû ñieàu kieän nhieät ñoä cao. g- Duøng nhöïa trao ñoåi ion ñaåy ion Na+ ra khoûi dung dòch silicat Na. Neáu dung dòch thu döôïc quaù baõo hoøa axit moânosilixic ta ñeå thaät laâu cuoái cuøng pha raén seõ ñöôïc taïo thaønh laø SiO2 voâ ñònh hình. SiO2 naøy coù theå xuaát hieän ôû daïng nhöõng haït keo hay keát tuûa thaønh gel. Giaû thieát laø söï chuyeån hoùa thaønh moânoaxit silixic phaûi qua giai ñoaïn trung gian döôùi daïng poliaxit silixic roài môùi sang monoaxit silixic coù nghóa laø söï bieán ñoåi heä ñeán traïng thaùi coù naêng löôïng beà maët laø cöïc tieåu. Toång quaùt phöông trình polime hoùa SiO2 laø: nSi(OH) 4 → (SiO 2 ) n + 2nH 2 O Theo quan ñieåm cuûa Vaâyla tính khoâng beàn vöõng cuûa phaân töû Si(OH)4 laø keát quaû cuûa tính chaát khoâng hoaøn chænh veà phoái trí cuûa nguyeân töû Si4+ vôùi ion OH-. Vaâyla ñaõ giaûi thích quaù trình polime hoùa Si(OH)4 do söï phaân boá saép xeáp nhöõng ion OH- giöõa nhöõng nguyeân töû Si4+ khaùc nhau daãn tôùi taïo neân nhöõng maét polime maø trong ñoù moãi nguyeân töû Si4+ bao xung quanh noù coù 6 ion OH-. Coù theå coù khaû naêng taêng soá phoái trí töø Si4+ töø 4 ñeán 6 theo sô ñoà sau: Khi coù maët moät löôïng kieàm nhoû thì axit silixic coù theå bò polime hoùa ñeå taïo thaønh nhöõng haït keo phaân taùn beàn vöõng nhöng trong dung dòch xit thì gel SiO2 seõ ñöôïc taïo thaønh. Beà maët ngoaøi nhuõng haït SiO2 daïng keo raát lôùn vì theá coù theå laø SiO2 hydrat daïng keo. Giôùi haïn baõo hoøa laø töù dieän /SiO4/ töông uùng phaân töû H4SiO4. Giaû thieát söï hydrat cuûa SiO2 chæ xaûy ra treân beà maët cuûa noù vaø treân ñoù quaù trình taïo thaønh töù dieän ñöôïc coi laø keát thuùc. SiO2 coù khaû naêng hydrat thaønh möùc ñoä baát kyø naøo ñoù, trong ñoù möùc ñoä hydrat SiO2 chæ phuï thuoäc vaøo kích thöôùc haït ñaõ nghieàn mòn, phuï thuoäc vaøo H4SiO4 chuyeån hoùa thaønh SiO2 daïng keo daãn tôùi kích thöôùc tinh theå lôùn hay taïo thaønh khoái vaät chaát voâ ñònh hình cuûa SiO2 khan nöôùc.
  10. Chöông 3: Traïng thaùi keo trong silicat 72 Hình Sô doà bieán ñoåi phoái trí cuûa Si Toùm laïi quaù trình taïo gel cuûa SiO2 coi nhö phaûn öùng xaûy ra theo hai giai ñoaïn. Giai ñoaïn thöù nhaát ñaàu tieân taïo thaønh H2SiO4 bò ngöng keát ñeå taïo thaønh nhöõng haït keo. Trong dung dòch loaõng söï phaùt trieån kích thöôùc haït lieân tuïc vaø chaäm laø 1 söï thay ñoåi ñoàng nhaát cuûa heä nhöng khi noàng ñoä khoaûng 1% SiO2 thì nhöõng haït ban ñaàu coù khaû naêng bò ngöng keát laïi ñeå taïo neân caáu truùc lieân tuïc, caáu truùc naøy ñöôïc phaùt trieån qua moâi tröôøng cuûa noù vì theá baûo ñaûm möùc ñoä cöùng chaéc nhaát ñònh cuûa caáu truùc (coøn goïi laø möùc ñoä beàn vöõng cuûa caáu truùc). Caû hai giai ñoaïn cuûa söï polime hoùa keo theo söï ngöng keát ñeå taïo neân nhöõng lieân keát Si-O-Si. Söï khaùc nhau cuûa hai giai doaïn laø: giai ñoaïn ñaàu ngöng keát daãn tôùi taïo thaønh nhöõng haït lôùn cuûa SiO2, giai ñoaïn sau soá lieân keát Si-O-Si giöõa caùc haït nhoû hôn soá lieân keát Si-O ngay chính beân trong haït. Soá lieân keát ñuû lôùn ñeå lieân keát ñöôïc nhöõng haït xung quanh cuøng moät luùc ôû nhöõng vò trí ñaõ xaùc ñònh, nhôø ñoù maø coù khaû naêng taïo neân ñoä beàn cuûa maïng caáu truùc coù nhieàu loã roãng. Tính thuaän nghòch cuûa nhöõng quaù trình taïo thaønh vaø tính co cuûa gel ñöôïc hình thaønh chuû yeáu do tính ngöng keát thuaän ngòch trong ñoù taïo thaønh moái lieân keát Si-O-Si Döïa vaøo soá lieäu cuûa Cacman theo söï polime hoùa vaø söï taïo thaønh nhöõng haït keo, gel coù theå dieãn taû quaù trình theo sô ñoà sau: po lim e hoùa taä p hôï p Si(OH)4 ⎯⎯⎯⎯ nhöõ ng haï t keo ⎯⎯⎯ nhöõ ng haï t keo → → (daï ng ñoâ n) (daï ng gel) Ñoâ n noà ng ñoä thaá p ⎯⎯⎯ Chaá t keá t tuû a hay gel yeá u taä p hôï p → taä p hôï p Ñoâ n ngöng keá t ⎯⎯⎯ gel ñoâ ng cöù ng coù ñoä beà n → saáy Gel aå m ⎯⎯ gel khoâ (beà maë t cuû a haï t vaä t chaá t trong gel → bò bao xung quanh bôû i nhöõ ng haï t Si(OH)4
  11. Chöông 3: Traïng thaùi keo trong silicat 73 Thöïc teá cuoái cuøng xung quanh gel bò bao phuû bôûi nhöõng nhoùmSi(OH)4. Söï taäp hôïp cöïc tieåu xaûy ra treân nhöõng phaân töû axit polisilixic hay laø treân nhöõng haït keo ñoù tích ñieän aâm. Söï taäp hôïp xaûy ra ôû döôùi ñieåm trung hoøa hay khi ñoù coi nhöõng muoái trung hoøa tan cho ta phaûn öùng kieàm, vì ôû nhöõng ñieàu kieän nhö theá tích ñieän laø cöïc tieåu. 3.2.2 Hieän töôïng hoùa keo trong heä ñaát seùt nöôùc Ñaát seùt- laø khoaùng traàm tích raát phoå bieán, chuùng goàm coù nhöõng haït coù ñoä phaân taùn cao ñaëc bieät laø nhöõng haït khoaùng seùt coù ñoä phaân taùn cao nhaát, ngoaøi ra trong ñaát seùt coøn coù nhöõng haït thoâ cuûa khoaùng goác, nöôùc vaø nhöõng taïp chaát khaùc. Ñaát seùt sau khi baõo hoøa nöôùc, caáu truùc töï nhieân cuûa noù bò phaù vôõ laøm cho noù bò tôi, xoáp vaø daàn daàn theo thôøi gian ñaát seùt bò bieán ñoåi vaø xít ñaëc laïi. Ñaát seùt bò nöôùc phaù vôõ caáu truùc töï nhieân seõ bieán thaønh heä keo ôû daïnh gel, do ñoù daát seùt thuoäc nhöõng chaát keo haùo nöôùc, ria nöôùc, huùt nöôùc trong chuùng chöùa moät löôïng nöôùc khaù lôùn. Phaàn lôùnlöôïng nöôùc trong heä keo ñaát seùt maèm ôû daïng nhöõng maøng moûng phaân bieät haït vaät chaát raén ñaõ tröông nôû vôùi moâi tröôøng nöôùc. Haøm löôïng nöôùc taêng leân daãn tôùi taêng chieàu daøy lôùp chaát loûng vaø luùc ñoù seõ taùch ñöôïc nhöõng haït phaân taùn ra xa nhau, dó nhieân seõ laøm giaûm tính beàn cuûa heä. Ñaùnh giaù ñuùng ñaén tính chaát khoái vaät chaát ñaát seùt ñeå duøng vaøo caùc lónh vöïc coâng ngheä nhö: döôïc lieäu, goám söù, ñuùc, khoan khai thaùc daàu, khí coâng nghieäp thöïc phaåm, coâng nhieäp xi maêng vaø caùc lónh vöïc khaùc chæ coù khaû naêng khi ta ñaõ laøm saùng toû baûn chaát hoùa lyù cuûa nhöõng quaù trình xaûy ra trong heä ñaát seùt- nuôùc laø moät trong soá nhöõng vaán ñeà cô baûn cuûa heä. Khi taùc duïng cuûa nhöõng haït khoaùng seùt vôùi nöôùc seõ xaûy ra nhöõng quaù trình laøm bieán ñoåi tính chaát cuûa ñaát seùt vaø cuûa nöôùc. Do ñoù trình töï ta seõ xeùt ñeán tính chaát cuûa nöôùc, tính chaát hoùa lyù cuûa ñaát seùt vaø tính chaát huyeàn phuø ñaát seùt vaø nöôùc… 3.2.2.1 Tính chaát nöôùc trong heä ñaát seùt nöôùc Theo Dumanski döïa vaøo ñaëc tính lieân keát cuûa pha phaân taùn vaø moâi tröôøng phaân taùn phaân loaïi nöôùc nhö sau: 1- Nöôùc lieân keát hoaù hoïc. 2- Nöôùc lieân keát lyù hoïc. 3- Nöôùc töï do. Veà quan ñieåm lyù hoïc hay nöôùc lieân keát beàn vöõng ñeàu goïi chung laø nöôùc lieân keát ñöôïc giöõ chaët bôûi nhöõng löïc phaân töû coù moät naêng löôïng lieân keát roõ raøng, naêng löôïng naøy ñöôïc xaùc ñònh theo thöïc nghieäm, cuûa nhieät thaám öôùt coù theå goïi laø nhieät haáp phuï. Tính beàn cuûa nöôùc lieân keát theå hieän roõ raøng ñoái vôùi lôùp nuôùc haáp phuï ñôn phaân töû vaø chuùng coù tính ñaøn hoài, bieán daïng. Theo Reâbinñe keát luaän laø phöông phaùp cô baûn, ñuùng nhaát ñaùnh giaù daïng nöôùc lieân keát, phaân loaïi nöôùc lieân keát chuû yeáu duøng ñaïi löôïng naêng löôïng cuûa moái lieân keát coøn goïi laø naêng löôïng töï do cuûa quaù trình khöû nöôùc ñaõ ñöôïc söû duïng vaøo nhieät
  12. Chöông 3: Traïng thaùi keo trong silicat 74 ñoäng hoùa hoïc. Naêng löôïng töï do ñaúng nhieät cuûa moái lieân keát xaùc ñònh theo coâng thöùc: PS ΔF = A = RT ln = − RT ln ϕ P( W ) PS: aùp suaát hôi baõo hoøa cuûa nöôùc töï do ôû nhieät ñoä ñaõ cho P(W): aùp suaát caân baèng cuûa hôi nöôùc ôû cuøng nhieät ñoä aùp suaát naøy laø hôi nöôùc treân vaät lieäu coù möùc ñoä huùt nöôùc ñaõ cho laø W. Trò soá P(W) caøng nhoû thì ñoä beàn cuûa nöôùc lieân keát bôûi vaät lieäu ôû ñieàu kieän möùc ñoä huùt nöôùc ñaõ cho seõ beàn hôn. Khi heä coù maët nöôùc töï do seõ theå hieän nöôùc lieân keát khoâng coù tính beàn vôùi ñieàu kieän: P( W ) = PS vaø A=0 Döïa vaøo ñaïi löôïng naêng löôïng lieân keát, tính chaát naêng löôïng lieân keát maø Reâbinñe chöùa nöôùc trong heä keo so vôùi vaät lieäu phaân taùn (pha phaân taùn) thaønh 4 loaïi theo söï giaûm naêng löôïng lieân keát nhö sau: 1- Nöôùc lieân keát hoaù hoïc ôû daïng ion hydroxil trong nhöõng saûn phaåm hydrat vaø nöôùc cuûa nhöõng saûn phaåm hydrat keát tinh (nhöõng tinh theå hydrat)- rieâng nöôùc trong nhöõng tinh theå hydrat lieân keát yeáu nhaát. 2- Nöôùc lieân keát haáp phuï (ôû daïng nöôùc cuûa lôùp ñôn phaân töû) coù aùp suaát caân P( W ) baèng cuûa hôi hay ñoä aåm caân baèng ϕ = ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc ñaúng nhieät PS haáp phuï cuûa hôi nöôùc (hình ???). Trong ñoù ñöôïc phaân bieät nhöõng ñöôøng ñaúng nhieät cuûa nhöõng beà maët huùt nöôùc, beà maët gheùt nöôùc vaø beà maët trung gian. 3- Nöôùc lieân keát baèng mao daãn, tröôøng hôïp naøy aùp suaát hôi khi coù ñoä thaám öôùt döông treân beà maët loõm, loài trong oáng mao daãn luoân luoân giaûm hôn so vôùi aùp suaát hôi vaøo ñöôøng bieåu dieãn maët cong cuûa nöôùc ôû nhöõng beà maët giôùi haïn giöõa nöôùc vaø hôi nöôùc bieåu dieãn theo coâng thuùc Kenvanh: 2σ ϑ P( r ) = PS .exp(− . ) = P( W ) r RT P(r): aùp suaát hôi treân beà maët nhöõng gioït nöôùccoù baùn kính r P: aùp suaát hôi treân beà maët phaúng cuûa chaát loûng V: theå tích mol 4- Nöôùc töï do- do tính chaát giöõ nöôùc cô hoïc baèng caáu truùc phaân taùn vaø chuùng chöùa ñaày khoâng gian cuûa caùc loã xoáp, roãng. Theo caùch phaân chia cuûa Reâbinño hoaøn toaøn tính ñeán taát caû nhöõng caáu truùc ñaëc bieät, tính chaát beà maët cuûa vaät chaát phaân taùn khi taùc duïng vôùi nöôùc xuaát phaùt töø nguyeân taéc toång quaùt ñaùnh giaù heä pha raén vôùi moâi tröôøng baèng caùc phöông phaùp cuûa hoùa keo. Löôïng nöôùc lieân keát haáp phuï cuûa ñaát seùt thöôøng raát nhoû so vôùi toång löôïng nöôùc coù trong heä ñaát seùt nöôùc. Neáu ta taêng beà maët rieâng cuûa pha phaân taùn- ngóa laø taêng möùc ñoä phaân taùn cuûa ñaát seùt seõ laøm taêng tyû troïng cuûa nöôùc ñôn phaân töû so vôùi toång caân baèng cuûa nöôùc trong heä.
  13. Chöông 3: Traïng thaùi keo trong silicat 75 3.2.2.2 Söï töông quan giöõ nöôùc vaø ñaát seùt trong huyeàn phuø ñaát seùt Vôùi nhöõng ñaëc tính cuûa caùc loaïi nöôùc ôû treân , ta xeùt ñoái vôùi heä maø pha phaân taùn laø ñaát seùt , moâi tröôøng laø nöôùc taïo neân heä keo huyeàn phuø ñaát seùt. Khi aùp suaát hôi cuûa nöôùc trong moâi tröôøng xung quanh beù hôn 0,55 thì ñaát seùt coù tính huùt aåm maïnh. Tính huùt aåm ñoù xaûy ra laø do löïc ñieän tích xuaát hieän treân beà maët haït ñaát seùt. Löôïng nöôùc do ñaát seùt huùt vaøo beà maët taïo neân lôùp nöôùc ñôn phaân töû vì theá chuùng ôû daïng nöôùc haáp phuï ñôn phaân töû ( theo phaân loaïi cuûa Reâbinñe ). Khi aùp suaát hôi nöôùc lôùn hôn 0,55, ñaát seùt seõ bò hydrat hoùa taïo neân maøng hydrat bao quanh haït ñaát seùt. Quaù trình dieãn bieán ñaàu tieân taïo neân nöôùc phaân cöïc bao laáy haït ñaát seùt treân beà maët coù tích ñieän , sau taïo thaønh lôùp nöôùc ña phaân töû , cuoái cuøng laø phaân töû nöôùc coù ñònh höôùng hình thaønh nöôùc lieân keát daïng tôi xoáp laøm aûnh höôûng ñeán tính chaát huyeàn phuø cuûa ñaát seùt. Bao xung quanh haït ñaát seùt ngoaøi lôùp nöôùc haáp phuï keá tieáp nhau laø lôùp nöôùc khuyeách taùn, ngoaøi cuøng laø lôùp nöôùc töï do maø trong chuùng ñeàu chöùa nhöõng phaân töû nöôùc coù naêng löôïng lieân keát khaùc nhau. Chieàu daøy cuûa maøng nöôùc bao xung quanh haït ñaát seùt ,theo soá lieäu cuûa Ñeâ- ri- a-gin , phuï thuoäc vaøo tính chaát beà maët cuûa pha phaân taùn ( ñaát seùt ) . Chieàu daøy maøng nöôùc dao ñoäng raát maïnh , coù theå baèng ñoä daøy vaøi phaân töû hay haøng chuïc phaân töû nöôùc , coù khi ñaït ñoä daøy treân 10-6 cm. Hình 21 Phaân töû caùc lôùp nöôùc Nhieàu taùc giaû chöùng minh chieàu daøy cuûa maøng nöôùc bao xung quanh haït ñaát seùt coù theå ñaït tôùi moät vaøi traêm ??? vaø chöùa haøng nghìn lôùp. Theo Ñeâ-ri-a-gin, maøng nöôùc bao xung quanh haït ñaát seùt coù tính chaát ñaøn hoài nhö vaät chaát raén ( ñaëc tröng
  14. Chöông 3: Traïng thaùi keo trong silicat 76 bôûi ??? chuyeån ñoäng , giôùi haïn chaûy ). Nhöõng tính chaát naøy bò thay ñoåi tuøy theo ñt\oä daøy cuûa maøng nöôùc, tuøy theo böôù nhaûy chuyeån hoùa ??? maøng nöôùc sang beà maët giôùi haïn nöôùc töï do. Nöôùc lieân keát haáp phuï coù tyû troïng khaù cao vaø ??? haïn 1,2 - 2,4, ñaëc bieät ôû lôùp phaân töû ñaàu tieân ??? nhieät cuûa chuùng laø 0,68 - 0,7 , nhieät ñoä baêng gia - 780oC, ñoä daãn ñieän giaûm do ñoù nöôùc lieân keát haáp phuï khoâng phaûi laø chaát dung moâi hoøa tan. Hình 23 Phaân boá caùc lôùp nöôùc bao xung quanh hat ñaát seùt - Caáu taïo nhaân mixen Neáu chieàu daøy maøng nöôùc ñaït moät vaøi phaàn thaäp phaân cuûa microâmeùt ( vaøi traêm nanomeùt ) chöùng toû chuùng coù aûnh höôûng tröïc tieáp ñeán nhöõng haït ñaát seùt keà lieàn ñoù taïo neân caân baèng aùp suaát thaåm thaáu cuûa lôùp nöôùc beà maët giôùi haïn chuùng vôùi moâi tröôøng khí, töø ñoù taïo neân söï oxit hoùa laøm caûn trôû söï keo tuï cuûa ñaát seùt. Ñoái vôùi baûn thaân pha phaân taùn ñaát seùt, ta chöa noùi ñeán laãn chaát khoaùng, tính chaát ñaëc thuø cuûa khoaùng ñaát seùt (xem ôû döôùi) thì tính chaát taùc duïng beà maët haït ñaát seùt vôùi nöôùc trong ñoù lieân keát hydro seõ ñoùng vai troø quan troïng. Cô sôû cuûa lieân keát naøy laø ion H+ seõ cho lôùp ñieän töû laøm cho nhaân khoâng coù ñieän töû hay löôïng ñieän töû coøn laïi voâ cuøng nhoû (nhoû hôn haèng 1000 laàn so vôùi nguyeân töû H). Ion H+ khoâng töï ñaåy ñöôïc nhöõng vaønh ñieän töø xung quanh maø laïi coù xu höôùng keùo chuùng laïi, ngoaøi ra caàn chuù yù naêng löôïng lieân keát hoaù hoïc cuûa hydro lôùn hôn naêng löôïng cuûa daïng lieân keát hydro tôùi 1-20 laàn. Neáu xeùt phaân töû nöôùc khi phaân ly cho ta H 2O H + + OH − Trong ñoù ion H+ töï noù khoâng toàn taïi vaø ñöôïc taùc duïng vôùi phaân töû nhôø tính chaát daïng moái lieân keát hydro ñeå taïo neân ion H3O+. Theo quan ñieåm caáu truùc ñieän töû cuûa nöôùc thì söï taïo thaønh ion H3O+ coù theå dieãn taû theo sô ñoà
  15. Chöông 3: Traïng thaùi keo trong silicat 77 Neáu xeùt cho heä keo noùi chung thì giöõa caùc haït keo coù theå lieân keát vôùi nhau baèng moái lieân keát hydro (Becnen). Ví duï: Lieân keát hydro ñöôïc toàn taïi trong ñaát seùt laø ion H+ vaø ion O2- treân beà maët töù dieän [SiO4] cuûa maïng löôùi ñaát seùt. Treân beà maët ñaát seùt xuaát hieän maïng löôùi phaúng daïng hexan do nhöõng phaàn töû nöôùc taùc duïng treân beà maët vaø ñöôïc giöõ laïi treân ñoù baèng nhöõng moái lieân keát hydro. Khi aùp suaát hôi nöôùc ≈ 0,8 löôïng aåm seõ ñi vaøo oáng mao daãn vaø taïo neân nhöõng maët caàu loài, loõm khaùc nhau, luùc ñaát seùt baõo hoøa nöôùc nhöõng maët caàu treân seõ bieán maát. Khi aùp suaát hôi nöôùc ≈ 0,94 thì ñaát seùt trôû neân baõo hoøa aåm vaø löôïng nöôùc do ñaát seùt huùt laø cöïc ñaïi. Baûn thaân ñaát seùt bò thaám öôùt bôûi caùc chaát loûng khaùc nhau cuõng cho ta nhöõng trò soá khaùc nhau. Thoâng thöôøng ta duøng nöôùc vaø benzen ñeå thí nghieäm töø ñoù tìm ra heä soá loïc cuûa ñaát seùt laø tyû leä nhieät thaám öôùt ñaát seùt baèng nöôùc treân nhieät thaám öôùt ñaát seùt baèng benzen. Heä soá loïc laø 1 ñôn vò duøng ñaùnh giaù ñoä huùt nöôùc cuûa ñaát seùt. Löôïng nöôùc lieân keát bôûi 1 gam ñaát seùt coù thaønh phaàn ñaõ cho seõ coù töông quan tyû leä vôùi beà maët rieâng coù hieäu quaû cuûa ñaát seùt. Löôïng nöôùc lieân keát bôûi 1 ñôn vò beà maët ñaát seùt ñaëc tröng cho ñoä huùt nöôùc cuûa beà maët. Ñeå xaùc ñònh löôïng nöôùc lieân keát ngöôøi ta döïa treân cô sôû ño theå tích nöôùc khoâng bò baõo hoøa trong nhöõng chaát chæ thò nhö glucoâ, xakharoâ, clorua kim loaïi kieàm hay kieàm thoå. Neáu baèng phöông phaùp calorimet ño nhieät thaåm öôùt cuûa ñaát seùt ta coù theå xaùc ñònh löôïng nöôùc lieân keát ñoái vôùi ñaát seùt khoâ taùc duïng thaám öôùt baèng nöôùc laø: - Xaùc ñònh beà maët rieâng coù hieäu quaû cuûa ñaát seùt Q Q.4,186.107 S= = cm 2 / g q 116 Q: nhieät thaám öôùt 1 gam ñaát seùt (cal/g) q: nhieät thaám öôùt 1 cm2 beà maët ñaát seùt baèng 116 зpr/cm2 hay 116.10-7.
  16. Chöông 3: Traïng thaùi keo trong silicat 78 10-7.4,186 heä soá chuyeån ñoåi calo sang зpr hay 4,186 chuyeån calo sang J. Neáu ta duøng chaân khoâng huùt heát khoâng khí trong ñaát seùt seõ laøm taêng ñaïi löôïng Q töø ñoù daãn tôùi taêng ñaïi löôïng S. Khi ñaát seùt haáp phuï, lieân keát lôùp phaân töû nöôùc ñaàu tieân bao xung quanh noù seõ tìm ra löôïng nhieät luùc ñoù laø lôùn nhaát. Chieàu daøy lôùp nöôùc ñaàu tieân goïi laø h = 2,76.10-8 cm vaø löôïng nöôùc bò 1 gam ñaát seùt haáp phuï seõ laø: A = S.h.d d: tyû troïng cuûa lôùp nöôùc haáp phuï = 1,3 Q Neáu ta thay S = , ta coù: q Q Q.2, 76.10−8.d.4,186.107 A= .h.d = q 116 Q.d Q 100 A= , neáu = ≈ 80 cal/g = 80 x 4,186=334,88 J 100 A d Döïa vaøo tính chaát, caùch xaùc ñònh ôû treân maø Ovôtraren ko thieát laäp neân baûng soá lieäu ñoái vôùi ñaát seùt, cao lanh (baûng 15) Baûng 15 Khoaùng seùt Nhieät thaám öôùt Beà maët Löôïng Heä soá loïc 7 4,186.10 rieâng ñaát nöôùc keát Tröôùc khi Sau khi seùt sau hôïp khöû khöû khi khöû A% khoâng khí khoâng khí khoâng khí Cao lanh 1 2,1 76 1,23 2,2 Cao lanh 2 0,5 19 Ñaát seùt chòu löûa 5,6 198 5,12 3,2 Ñaát seùt thöôøng 2,6 3,2 115 3,17 Bentoânit 1 19,57 20,38 760 20,18 3 Bentoânit 2 10,98 11,68 422 11,56 3.2.2.3 Tính chaát hoùa lyù huyeàn phuø ñaát seùt 1- Caáu truùc huyeàn phuø ñaát seùt Baûn chaát huyeàn phuø ñaát seùt goàm coù nhöõng haït vaät chaát tinh theå laø ñaát seùt coù ñoä phaân taùn cao trong moâi tröôøng phaân taùn laø nöôùc. Do ñoù huyeàn phuø ñaát seùt coi nhö maïng khoâng gian coù söï saép xeáp hoãn ñoän nhöõng haït ñaát seùt trong nöôùc. Khi pha phaân taùn (pha raén) trong moâi tröôøng phaân taùn laø nöôùc seõ coù hieän töôïng xuaát hieän tích ñieän treân beà maët vaät chaát raén. Daáu cuûa lôùp beà maët haït ñaát seùt phuï thuoäc vaøo hai yeáu toá cô baûn, möùc ñoä cuûa söï khoâng baõo hoøa nhöõng moái lieân keát giöõa nhöõng ion vôùi nhau do chuùng bò phaù vôõ (ñöùt), söï thay theá ñoàng hình cuûa nhöõng ion laïi beân ngoaøi maïng löôùi vaät chaát. Daáu ñieän tích xuaát hieän treân beà maët haït vaät chaát raén vöøa môùi bò nghieàn phaù vôõ caáu truùc laø do keát quaû cuûa söï khoâng baõo hoøa nhöõng moái lieân keát môùi phaù vôõ.
  17. Chöông 3: Traïng thaùi keo trong silicat 79 SiO2 vaø Al2O3 trong khoaùng seùt thöôøng bò thay theá ñoàng hình nguyeân toá noï cho nguyeân toá kia. Do ñoù söï thay theá ñoàng hình nhöõng ion hoùa trò cao baèng nhöõng ion hoùa trò thaáp (ví duï Ca2+, Al3+ seõ daãn tôùi dính nhau theo nhöõng maët phaúng taïo neân caáu truùc töông töï hình maùng coøn goïi laø caáu truùc kieåu maët phaúng- maët phaúng) ñoù laø nguyeân nhaân daãn tôùi söï keo tuï gheùt nöôùc. Ñoái vôùi ñaát seùt thì maët phaúng cuûa khoaùng seùt neáu coù tích ñieän aâm coøn maët caùt khai cuûa chuùng bò trung hoøa bôûi nhöõng cation hoùa trò cao nhö Ca2+, Al3+ cuõng daãn tôùi tính chaát treân. Thöïc teá söï thay theá ñoàng hình Si4+ baèng Ca2+, Al3+ hay Mg2+ laøm cho beà maët haït ñaát seùt trôû neân xuaát hieän söï tích ñieän aâm buø tröø hay daãn tôùi trung hoøa ñieän beà maët haït vaät chaát chaát kieàm coù noàng ñoä ñuû cao gaây neân huyeàn phuø coù tính keo tuï öa nöôùc vaø taïo neân caáu truùc kieåu tieáp xuùc caùc goùc vôùi nhau hay tieáp xuùc caïnh vaø maët phaûng, caáu truùc kieåu naøy seõ giöõ laïi moät löôïng nöôùc lôùn ôû nhöõng choã tieáp xuùc vaø raát deã taùch maøng hydrat ra, vì theá kieåu caáu truùc naøy coù löïc keùo phaân töû ñaït trò soá cöïc ñaïi. Khi coù maët cation kieàm thoå vaø OH- trong moät soá huyeàn phuø ñaát seùt neáu noàng ñoä cation kieàm thoå thaáp laøm cho caáu truùc coù caùc maøng hydrat xít laïi gaàn nhau taêng löôïng tích ñieän aâm dö thöøa vaø nhöõng haït ñaát seùt coù löïc ñaåy taêng leân. Trong nhöõng huyeàn phuø noàng ñoä pha phaân taùn nhoû thì söï taäp hôïp caùc haït theo kieåu caáu truùc maët phaúng – maët phaúng laøm yeáu caáu truùc vì toång soá ñôn vò caáu truùc trong huyeàn phuø khi ñoù bò giaûm ñi , ngöôïc laïi nhöõng huyeàn phuø noàng ñoä cao coù caáu truùc theo kieåu maët phaúng – maët phaúng soá ñôn vò caáu truùc seõ taêng leân chöùa ñaày vaøo caùc choã troáng laøm cho ñoä beàn cuûa heä cuõng taêng leân. Khi kieåu caáu truùc goùc – goùc hay caïnh – maët phaúng taïo cho caáu truùc cuûa huyeàn phuø chöùa nhieàu chaát loûng nhöng taïo neân ñoä giôùi haïn chaûy taêng cao hôn kieåu caáu truùc maët phaúng – maët phaúng maëc daàu luùc ñoù heä vaãn coù ñoä nhôùt. Neáu taêng noàng ñoä cuûa huyeàn phuø daãn tôùi nhöõng haït xích gaàn nhau, giaûm bôùt luôïng nöôùc trong caáu truùc nhöõng chæ soá cô cheá huyeàn phuø taêng leân. Ñoái vôùi nhöõng huyeàn phuø noàng ñoä cao maø pha phaân taùn laø nhöõng haït hình caàu khoâng taùc duïng töông hoã vôùi nhau thì ñoä nhôùt trung bình η xaùc ñònh baèng phaàn theå tích V cuûa caùc haït trong pha loûng theo coâng thöùc 1, 25V 2 η = η0 (1 + ) V 1− 0, 74 η: ñoä nhôùt Newton lôùn nhaát- coù nghóa laø ñoä nhôùt tieâu chuaån haèng soá trong ñieàu kieän khoâng phaù vôõ caáu truùc. 2- Löïc ñaåy do taùc duïng cuûa lôùp ñieän tích keùp Löïc ñaåy nhöõng nhaân cuûa haït coù tích ñieän dö cuøng daáu lôùn, ñoù cuõng laø löïc ñaåy cuûa nhöõng maøng nöôùc löôõng cöïc, cuûa ion traùi daáu ôû moâi tröôøng lôùp khuyeách taùn. Nhöõng löïc daåy naøy ñöôïc phaân boá vôùi khoaûng caùch xa nhau tôùi 250 A0 vaø phaân boá vôùi khoaûng caùch lôùn hôn cuûa löïc keùo.
  18. Chöông 3: Traïng thaùi keo trong silicat 80 Hình 24 Caáu truùc huyeàn phuø ñaát seùt a- caáu truùc maët tröôït maët phaúng – maët phaúng b- caáu truùc maùi nhaø goùc – goùc hay caïnh – maët phaúng Söï taùc duïng cuûa nhöõng haït vaät chaát seùt quyeát ñònh bôûi, taát caû caùc löïc taïo neân löïc toång quaùt laøm ruùt ngaén khoaûng caùch giöõa caùc haït laïi gaàn nhau. Taêng toång caùc löïc ñaåy, taêng baùn kính giôùi haïn seõ daãn tôùi phaù vôõ ñoä beàn taäp hôïp cuûa huyeàn phuø laøm giaûm ñoä beàn vöõng caáu truùc. Theo nghieân cöùu cuûa Ñeâriagin veà lyù thuyeát taùc duïng troïng löôïng giöõa caùc beà maët vaät chaát raén vôùi moâi tröôøng coøn khuyeách taùn thì ñoä beàn vaø nhöõng tính chaát cuûa heä phaân taùn lieân quan chaët cheõ ñeán söï xuaát hieän nhöõng aùp löïc thaùo, phaù vôõ nhöõng maøng hydrat khi bao haït laø moâi tröôøng ion hoùa. Söï xuaát hieän aùp löïc treân taïo neân söùc caûn naêng löôïng laøm caûn trôû tính tieáp xuùc vaø söï dính keát caùc haït seùt vôùi nhau. Söï neùn eùp lôùp khueách taùn cuûa caùc ion khi ñoù giaûm theá naêng ξ (ví duï döôùi taùc duïng cuûa cation hoùa trò 2, 3, nhöõng muoái vaø axit) laøm giaûm baùn kính taùc duïng cuûa caùc löïc ñaåy vaø laøm bieán maát söùc caûn naêng löôïng khi ñoù heä baét ñaàu keo tuï vaø taêng tính beàn cuûa caáu truùc. Taùc duïng ngöôïc laïi laø môû roäng lôùp ñieän tích keùp vaø taêng theá naêng ξ (döôùi taùc duïng cuûa chaát ñieän ly kieàm coù pH lôùn).
  19. Chöông 3: Traïng thaùi keo trong silicat 81 Hình 25 Sô ñoà taùc duïng lôùp ñieän tích leân haït ñaát seùt –OH-H trong moâi tröôøng nöôùc Hình 26 Sô ñoà taùc duïng lôùp ñieän tích leân mixen ñaát seùt –OH-Na trong moâi tröôøng kieàm Taùc duïng cuûa chaát ñieän ly leân haït ñaát seùt hình caàu trong nöôùc ñöôïc bieåu dieãn treân hình 25 vaø hình 26 theo keát quaû nghieân cöùu cuûa Newton vaø Dzoânson treân cô sôû lyù thuyeát Naude vaø Kiecson. Treân beà maët nhöõng haït ñaát seùt laø maøng ion OH- tích ñieän aâm cuûa lôùp ñieän tích keùp. Ñöôøng bieåu dieãn cho ta söï giaûm löïc keùo A vaø löïc ñaåy R xa lôùp beà maët haït ñaát seùt. Daáu + laø ion traùi daáu Na beân trong naøy nöôùc khuyeách taùn vaø trong moâi tröôøng nöôùc. ÔÛ ñieåm P treân khoaûng caùch d2 tích ñieän lôùp ñieän tích keùp xaáp xæ baèng khoâng luùc ñoù löïc ñaåy vaø keùo caân baèng nhau. Nhöõng haït trong huyeàn phuø coù noàng ñoä giôùi haïn coù xu höôùng ñöôïc phaân boá caùch xa nhau gaáp ñoâi ñeå töø haït ñoù ñeán ñieåm P. Taïi d löïc ñaåy cuûa lôùp ñieän tích keùp quaù dö so vôùi löïc keùo luùc ñoù laø cöïc ñaïi (veà löïc ñaåy so vôùi löïc keùo h luùc ñoù laø cöïc ñaïi). Trong moâi tröôøng OH- ñaát seùt Na+ so vôùi moâi tröôøng OH- cuûa ñaát seùt H+ maøng hydrat taïo neân lôùp keùp ñaåy caùc ñieåm P, d1, d2 bò ñaåy khoûi beà maët haït seùt. Treân hình 26 laø tính chaát caáu truùc seõ giaûm ñi coøn tính beàn cuûa huyeàn phuø seõ taêng leân so vôùi hình. Trong moâi tröôøng kieàm yeáu theá naêng seõ cao hôn bôûi vì lôùp keùp trôû neân khaù ñaày vaø ñoä thaám thaân ñieän cuûa moâi tröôøng bò giaûm, ion traùi daáu Na+ bò taùch khoûi maøng beân trong cuûa ion OH-. Khi ñöa vaøo huyeàn phuø cation muoái ion hoùa trò R3+ vaø R2+ roõ raøng doä haáp phuï beàn vöõng cuûa lôùp cuoái cuøng, lôùp khuyeách taùn bò neùn laïi vaø theá naêng ξ bò giaûm vaø quaù trình seõ nhö hình 25. Roõ raøng laø caûn trôû caùc haït xích laïi gaàn nhau vaø nhöõng maøng coù löïc keùo bò phaù vôõ seõ daõn roäng ra (taêng löïc ñaåy). Khi ñoù tính chaát caáu truùc ñöôïc taêng leân, ñoä beàn keo tuï bò giaûm ñi.
  20. Chöông 3: Traïng thaùi keo trong silicat 82 AÛnh höôûng cuûa theá naêng ξ ñeán khaû naêng thay ñoåi chieàu daøy lôùp khuyeách taùn laø do nhöõng ion phaân boá treân beà maët haït seùt vaø ion traùi daáu naèm trong lôùp khueách taùn, nhöõng ñaïi löôïng tích ñieän dö seõ töông quan ñeán ñoä giaûm theá naêng cuûa moâi tröôøng haït pha phaân taùn. Treân hình 27 theo ac laø phaân boá nhöõng tích ñieän aâm treân beà maët haït seùt (maøng beân trong cuûa lôùp keùp). Phía beân phaûi phaân boá theo daõy thöù töï ion ñöùng lieân keát beàn vì xa, ñöôøng bd laø nhöõng ion traùi daáu chuyeån ñoäng cuûa lôùp khueách taùn. Theá naêng nhieät ñoäng cuûa hai pha raén loûng laø ñoä giaûm toaøn phaàn cuûa theá naêng coù nghóa laø hieäu soá cuûa muïc ab vaø bd. Theá naêng ξ laø phaàn toång quaùt cuûa söï giaûm theá naêng töø maët bd cuûa lôùp ion khoâng chuyeån doäng ñeán cuoái lôùp khuyeách taùn. Ñöoøng aom vaø asm laø chieàu giaûm theá naêng cuûa hai lôùp khuyeách taùn coù chieàu daøy khaùc nhau (ñieåm cuoái cuûa hai lôùp laø m1 vaø m2). Tröôøng hôïp thöù nhaát baèng mm, tröôùng hôïp thöù hai khi lôùp khuyeách taùn daøy hôn ξ = ?? nghóa laø ñaïi löôïng ñoù lôùn nhaát. Lôùp khuyeách taùn cuûa nhöõng ion ñaëc tröng laø chieàu daøy cuûa maøng nöôùc. Lôùp giôùi haïn bò neùn eùp thì ξ = 0. Hình 27 Söï giaûm theá naêng ñieän ñoäng khi thay ñoåi chieàu daøy lôùp khuyeách taùn. 3- AÛnh höôûng vaät chaát hoaït tính beà maët ñeán tính chaát caáu truùc huyeàn phuø ñaát seùt Reâcinac vaø Secbin khi nghieân cöùu veà chaát hoaït tính beà maët taùc duïng ñeán caáu truùc huyeàn phuø ñaát seùt phaân loaïi nhu sau: a- Chaát ñieän ly kieàm: nhöõng chaát naøy ñöa trong dung dòch nhöõng ion R+ vaø OH- gaây neân giaûm chæ soá tính chaát caáu truùc, phaù vôõ caáu truùc vaø ion ñinh nhöõng haït huyeàn phuø vôùi ñieàu kieän ñöa vaøo huyeàn phuø moät löôïng 0,05 – 0,15% Na2O theo troïng löôïng ñaát seùt. Neáu quaù trình gaây neân keo tuï hay taêng ñoä nhôùt cuûa huyeàn phuø cao lanh vaø giaûm theá naêng ξ . Nhöõng chaát ñieän ly töông töï laø NaOH, Na2CO3, thuûy tinh loûng Na, phosphat, ñaëc bieät laø polophotphat Na (Na5P3O10).Na6P4O13(NaPO3)n.
Đồng bộ tài khoản