Bài giảng Hiện tượng bề mặt hấp phụ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:19

Thêm vào BST

Báo xấu

1
lượt xem 0
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Hiện tượng bề mặt hấp phụ, được biên soạn với mục tiêu nhằm giúp các bạn sinh viên có thể, trình bày được các khái niệm cơ bản, phân loại và đặc điểm của hấp phụ; Phân tích được 5 dạng đường cong hấp phụ khí – rắn và hiện tượng hấp phụ mao quản; Phân tích được các đặc điểm của hấp phụ lỏng – rắn. Viết và giải thích được phương trình Freudlich; Trình bày được cấu trúc, phân loại và các đặc tính chất hoạt động bề mặt.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hiện tượng bề mặt hấp phụ

3/2/2020 HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT HẤP PHỤ 1 HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT Mục tiêu học tập 1. Trình bày được các khái niệm cơ bản, phân loại và đặc điểm của hấp phụ. 2. Phân tích được 5 dạng đường cong hấp phụ khí – rắn và hiện tượng hấp phụ mao quản. 3. Phân tích được các đặc điểm của hấp phụ lỏng – rắn. Viết và giải thích được phương trình Freudlich 4. Trình bày được cấu trúc, phân loại và các đặc tính chất hoạt động bề mặt. 5. Phân tích được một số ứng dụng của hấp phụ và chất hoạt động bề mặt. 2 HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT Nội dung  Các khái niệm  Hấp phụ chất khí lên bề mặt rắn  Hấp phụ chất tan lên bề mặt rắn  Hấp phụ lên bề mặt lỏng Chất diện hoạt 3 1
3/2/2020 CÁC KHÁI NIỆM 4 HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT Các khái niệm  Bề mặt là gì? Chỉ phần giới hạn phân chia các pha: bề mặt tiếp xúc, liên bề mặt  Hấp phụ là gì? Sự tập trung chất lên bề mặt phân cách pha  Háp phụ và hấp thụ khác nhau như thế nào? Hấp thụ không phải là hiện tượng bề mặt, là sự chuyển chất vào trong thông qua bề mặt phân cách pha 5 HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT Tương tác giữa các phân tử trên bề mặt Lực tương tác giữa các phân khác nhau  Nguyên nhân gây nên các hiện tượng bề mặt 6 2
3/2/2020 HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT Sức căng bề mặt và năng lượng bề mặt  Phương pháp đo sức căng bề mặt?  Năng lượng bề mặt A = F. h = .l.h = .S A = G 7 HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT Xu hướng của hệ  Chuyển vể trạng thái bền nhất  Năng lượng thấp nhất  G = .S Giảm diện tích bề mặt của hệ 8 HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT Søc c¨ng bÒ mÆt cña mét sè chÊt (, dyn/cm) ChÊt láng nhiÖt ®é  ChÊt r¾n nhiÖt ®é  Hg 20 485,0 CaF2 30 2500 H2O 20 72,75 SrSO4 30 1400 Glycerin 20 66,0 BaSO4 25 1250 Anilin 20 42,9 PbF2 25 900 Benzen 20 28,9 AgCrO4 26 575 Cloroform 20 27,1 CaSO4 30 270 Etanol 20 21,6 PbI2 30 130 Hexan 20 18,5 9 3
3/2/2020 HẤP PHỤ Khái niệm Hiện tượng tập trung chất lên bề mặt phân cách pha  Hấp phụ lên bề mặt rắn: rắn-lỏng, rắn-khí  Hấp phụ lên bề mặt lỏng: lỏng-rắn, lỏng-lỏng  Hấp phụ lên bề mặt khí: 10 HẤP PHỤ LÊN BỀ MẶT RẮN Các thuật ngữ  Chất bị hấp phụ  Chất hấp phụ  Phản hấp phụ  Cân bằng hấp phụ  Háp phụ cạnh tranh 11 HẤP PHỤ LÊN BỀ MẶT RẮN Đặc điểm hấp phụ lên bề mặt rắn  Năng lượng trên bề mặt rắn lớn Hấp phụ xảy ra mạnh  Phụ thuộc vào bản chất, cấu tạo bề mặt và diện tích bề mặt riêng 12 4
3/2/2020 HẤP PHỤ LÊN BỀ MẶT RẮN Động lực của quá trình hấp phụ  Hấp phụ vật lý Lực hút phân tử hay lực hút Van der Waal  Hấp phụ hóa học Lực liên kết hóa học  Hập phụ trao đổi ion Lực liên kết ion 13 HẤP PHỤ LÊN BỀ MẶT RẮN Đặc điểm của quá trình hấp phụ  Hấp phụ vật lý Lực hút phân tử hay lực Van der Waal. Lực hấp phụ yếu, chậm, tỷ lệ nghịch với nhiệt độ, thuận nghịch  Hấp phụ hóa học Lực liên kết hoá học, mạnh, không thuận nghịch, tỷ lệ thuận với nhiệt độ  Hấp phụ trao đổi ion Lực liên kết hoá học của phản ứng trao đổi ion. mạnh, hấp phụ cạnh tranh giữa các ion 14 PHÂN BIỆT 2 LOẠI HẤP PHỤ HẤP PHỤ VẬT LÝ HẤP PHỤ HOÁ HỌC - Lực hấp phụ: vật lý - Lực hấp phụ: hoá học (lực Van Der Waals) (lực liên kết hoá học) - Nhiệt hấp phụ vài Kcal/mol - Nhiệt phản ứng lớn (100kJ/mol) - HP có tính thuận nghịch - HP không thuận nghịch - Hấp phụ đa lớp - Hấp phụ đơn lớp - “Tốc độ nhanh” - “Tốc độ chậm” - Nhiệt độ tăng, HP giảm - Nhiệt độ tăng, HP tăng - Không đặc hiệu - Đặc hiệu HP vật lý và HP hoá học luôn đi kèm nhau 15 5
3/2/2020 HẤP PHỤ KHÍ LÊN BỀ MẶT RẮN 16 HÊp phô chÊt khÝ Đặc điểm chung Có thể là hấp phụ vật lý hoặc hóa học Bản chất hập phụ phụ thuộc nhiệt độ Xảy ra nhanh hơn hấp phụ chất tan Khí dễ hóa lỏng thì dễ bị hấp phụ Khí dễ hóa lỏng có dung lượng hấp phụ lớn. Thường chịu ảnh hưởng của áp suất Tính bằng thể tích hoặc số mol khí bị hấp phụ trên 1 gam chất hấp phụ 17 18 6
3/2/2020 Freundlich x/m - Phương trình thực nghiệm - Đẳng nhiệt - Đúng ở vùng áp suất thấp P 19 Langmuir x/m - Trung tâm hấp phụ độc lập - Bề mặt đồng nhất - Hấp phụ hóa học đơn lớp - Không có tương tác giữa các phân tử chất bị hấp phụ P 20 Brunauer-Emmet-Teller (BET) x/m -Trung t©m hÊp phô độc lập - BÒ mÆt đồng nhất - HÊp phô vËt lý, ®a líp. - Kh«ng cã t¬ng t¸c gi÷a c¸c chÊt bÞ hÊp phô P 21 7
3/2/2020 Hấp phụ có tương tác x/m -Hấp phụ tại các trung tâm hấp phụ - Bề mặt không đồng nhất - Hấp phụ đa lớp - Có tương tác mạnh giữa các chất bị hấp phụ P 22 NGƯNG TỤ MAO QUẢN (IV) x/m - Dạng II có ngưng tụ mao quản -Hai giai đoạn + BET + Ngưng tụ mao quản P 23 NGƯNG TỤ MAO QUẢN (IV) Phương trình Kelvin p0: Áp suất hơi bão hòa trên bề mặt phẳng p: Áp suất hơi bão hòa trên bề mặt cong (mao quản) : Sức căng bề mặt : Góc thấm ướt Vmol: Thể tích mol chất lỏng r: bán kính mao quản R, T: hằng số khí, nhiệt độ 24 8
3/2/2020 NGƯNG TỤ MAO QUẢN (III) x/ m - Dạng III có ngưng tụ mao quản -Hai giai đoạn: + HP không đồng nhất + Ngưng tụ mao quản P 25 Quá trình phản hấp phụ - Dạng I, II, III: Thuận nghịch. - Dạng IV, V: Không thuận nghịch. Trễ hấp phụ 26 ỨNG DỤNG - Chống độc - Xác định diện tích, cấu trúc bề mặt - Bảo quản thuốc - Động học quá trình sấy khô 27 9
3/2/2020 HẤP PHỤ CHẤT TAN 28 HẤP PHỤ CHẤT TAN §Æc ®iÓm • Hấp phụ chậm, lâu đạt đến trạng thái cân bằng • Khuấy trộn dung dịch để tăng tốc độ khuếch tán Các yếu tố ảnh hưởng - Dung môi - Chất bị hấp phụ - Chất hấp phụ 29 HẤP PHỤ CHẤT TAN Ảnh hưởng của dung môi • Dung môi hấp phụ cạnh tranh với chất tan • Dung môi có sức căng bề mặt càng lớn, chất tan càng dễ HP • Dung môi có nhiệt thấm ướt (bề mặt rắn) càng bé, chất tan càng dễ HP 30 10
3/2/2020 HÊp phô chÊt tan Ảnh hưởng của chất hấp phụ • Chất HP có nhiều lỗ xốp (mao quản) đường kính mao quản càng nhỏ, HP càng tăng • HP xảy ra theo quy tắc Rebinder: Chất HP lên bề mặt phân cách 2 pha làm giảm sự chênh lệch độ phân cực giữa 2 pha • εrắn > εchất tan > εdung môi hoặc εdung môi > εchất tan > εrắn 31 HÊp phô chÊt tan Ảnh hưởng của chất bi hấp phụ • Chất tan phân cực dễ HP lên bề mặt phân cực • Phân tử có kích thước lớn dễ bị HP hơn • Ion có điện tích càng lớn càng dễ bị HP • Ion có cùng điện tích, bán kính ion càng lớn càng dễ bị HP 32 HÊp phô chÊt tan Phư¬ng tr×nh hÊp phô • Phương trình Freundlich 33 11
3/2/2020 Lg(x/m) (x/m) Lg C C Freundlich 34 Phương trình Langmuir a C 35 HẤP PHỤ TRAO ĐỔI ION CHẤT TRAO ĐỔI ION: Chất hữu cơ gồm 2 phần: + Khung polyme không tan (Xốp, nhiều mao quản) + Nhóm hoạt động gắn trên khung (Nhiều nhóm HĐ dung lượng trao đổi ion lớn) Ph©n loại: • Cationit (acid mạnh -SO3H, acid yếu -COOH, -OH) • Anionit (base mạnh R4NOH, base yếu R3NHOH) 36 12
3/2/2020 HẤP PHỤ TRAO ĐỔI ION BẢN CHẤT HẤP PHỤ TRAO ĐỔI ION: - HP hoá học (HP ion chất tan từ dung dịch lên bề mặt rắn, lực HP là lực liên kết ion) - Phản ứng trao đổi ion trên bề mặt rắn - lỏng xảy ra đồng thời với sự HP ion 37 HẤP PHỤ TRAO ĐỔI ION Cơ chế trao đổi ion R1H + Me+ R1Me + H+ (Na+, Ca++, Mg++,…) R2OH + X - R2X + OH – (Cl -, SO4 -2 ,…) 38 ỨNG DỤNG - Loại tạp, chất màu trong tinh chế - Sắc ký giấy, lớp mỏng, cột - Chống độc đường tiêu hoá - Tách các chất tinh khiết, sắc ký điều chế. - Tăng độ tan, hòa tan của dược chất (silica làm chất mang - Loại ion trong nước 39 13
3/2/2020 HẤP PHỤ TRÊN BỀ MẶT CHẤT LỎNG 40 HẤP PHỤ TRÊN BỀ MẶT CHẤT LỎNG  Nhãm v« c¬ o Nhãm ®êng Acid, baz¬ vµ muèi h÷u c¬ C 41 HẤP PHỤ TRÊN BỀ MẶT CHẤT LỎNG P. trình Gibbs: Hấp phụ lên BM dung dịch: C dб Cs = - . RT dC dб/ dC là hoạt tính bề mặt • dб/ dC>0, Cs
3/2/2020 CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT Định nghĩa: • Có khả năng tập tung trên bề mặt phân cách • Làm giảm sức căng bề mặt phân cách Đặc điểm cấu tạo: Phân tử gồm 2 phần: • Phần thân dầu (gốc hydrocacbon R) • Phần thân nước (các nhóm phân cực -SO3H, -COOH, -OH, R-NH2) 43 CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT Quan hệ hoạt tính và cấu trúc • Cấu trúc diphyl • Gốc R tăng, hoạt tính bề mặt tăng (R ≈ 10 - 18C) • Cùng R, độ phân cực tăng, hoạt tính bề mặt tăng (-SO3H > COOH > OH phenol > OH alcol) • Tương quan giữa 2 phần thân dầu - thân nước biểu thị bằng chỉ số HLB 44 CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT Cách tính chỉ số HLB • Của 1 chất đã biết cấu trúc: HLB = CS thân nước -CS thân dầu + 7 45 15
3/2/2020 CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT Cách tính chỉ số HLB ChØ sè cña c¸c nhãm hydrophyl vµ lipophyl Nhãm Hydrophyl ChØ sè Nhãm Lipophyl ChØ sè - SO4 -Na+ 38,7 CH -COO - Na+ 19,1 CH2 0,475 Este (vßng sorbital) 6,8 CH3 Este tù do 2,4 ==CH Hydroxyl tù do 1,9 Hydroxyl(vßng sorbital) 0,5 46 CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT Cách tính chỉ số HLB Các chất diện hoạt có phần thân nước chỉ có ethylene oxide : HLB = E/5 - E = % khối lượng oxyethylene 47 CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT Cách tính chỉ số HLB HLB của các polyol fatty acid esters: - S = chỉ số saponin hoá của esters - A = Chỉ số acid khi thuỷ phân 48 16
3/2/2020 CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT Phân loại chất HĐBM theo cấu trúc • Chất HĐBM cationic • Chất HĐBM anionic • Chất HĐBM lưỡng phân • Chất HDBM không ion hoá 49 MỘT SỐ CHẤT HĐBM THƯỜNG GẶP - Polysorbate Tween (Polyoxyethylene Sorbitan Fatty Acid Esters) - Sorbitan esters - Span. (Sorbitan Fatty Acid Esters) - Polyoxyl Castor Oil - Crermophor (Polyoxyethylene Castor Oil Derivative) - Polyoxyl Fatty Acid Ethers – Brij, Crermophor A (Polyoxyethylene Alkyl Ethers) - Muối của acid béo: Natri lauryl sulphate, Natri laureth sulphate, natri oleate, natri stearate… - Các Polymer lưỡng thân: PVA, Gelatin… 50 CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT Giá trị HLB cña mét sè chÊt H§BM ChÊt H§BM HLB Acid Oleic 1,0 Glyceryl Mono-Stearat 3,8 Sorbitan Mono-Oleat (Span 80) 4,3 Sorbitan Mono-Laurat (Span 20) 8,6 Trietanolamine Oleat 12,0 Polyoxyetylen Sorbitan Mono-Oleat (Tween 80) 15,0 Polyoxyetylen Sorbitan Mono-laurat (Tween 20) 16,7 Natri Oleat 18,0 Natri Lauryl Sulfat 40,0 51 17
3/2/2020 CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT Cách tính chỉ số HLB • HLB hỗn hợp hai chất diện hoạt a: khối lượng của chất HĐBM A b: khối lượng của chất HĐBM B • HLB hỗn hợp nhiÒu chÊt H§BM ? 52 CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT Ý nghĩa của HLB: giúp chọn lĩnh vực sử dụng chất HĐBM • Chống tạo bọt: HLB 1 - 3 • Nhũ hoá N/D: HLB 3 - 8 • Gây thấm: HLB 7 - 9 • Nhũ hoá D/N: HLB 8 - 16 • Tẩy rửa: HLB 13 - 16 • Tăng độ tan: HLB 16 - 30, 40 53 NỒNG ĐỘ TỚI HẠN TẠO MICELLE 54 18
3/2/2020 CƠ CHẾ LÀM TĂNG ĐỘ TAN 55 CÁC ỨNG DỤNG KHÁC - Liposome Chế tạo từ phospholipid - Niosome Chế tạo từ chất diện hoạt - Polymersome Chế tạo từ polymer lưỡng thân 56 19