CHƯƠNG 3 CHƯƠNG 3

TÍNH CHẤT CÁC HỆ KEO TÍNH CHẤT CÁC HỆ KEO

Sự sa lắng

TÍNH CHẤT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ - Sự khuếch tán - Áp suất thẩm thấu - Chuyển động Brao - - Cân bằng khuếch tán  sa lắng - Độ nhớt TÍNH CHẤT QUANG HỌC Sự phân tán ánh sáng - - Sự hấp thụ ánh sáng - Kính siêu vi TÍNH CHẤT ĐIỆN - Cấu tạo của hạt keo - Cấu tạo lớp điện kép - Các hiện tượng điện động học

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Sự khuếch tán

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Sự khuếch tán

Nếu trong một hệ (hệ khí, dung dịch phân tử hay dung dịch keo) có sự không đồng nhất về mật độ hạt hay nồng độ thì sẽ có sự di chuyển các hạt từ vùng nồng độ cao tới vùng nồng độ thấp, quá trình san bằng nồng độ đó gọi là sự

khuếch tán.

S

gradien nồng độ

x

dC dx

dm =  DS dt

dC dx

i = =  D

(i là dòng khuếch tán )

dm Sdt

dC dx

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

- Hệ số D của chất khí:

 quãng đường tự do trung bình U

D = 

tốc độ trung bình của phân tử khí

U

1 3

- Hệ số D của hạt keo:

D =

kT B

k: hằng số Boltzman, B hệ số ma sát của hạt keo trong MT phân tán

Đối với các hạt hình cầu lớn bán kính r trong MT có độ nhớt  ta có B = 6 r

D =

kT  6

r

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Áp suất thẩm thấu

Đối với dung dịch loãng có nồng độ C áp suất thẩm thấu  được tính theo phương trình:

 = CRT

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Chuyển động Brao

Einstein đã tìm ra hệ thức:

 = Dt2

Chỉ đối với hạt keo bé, khi xung lượng mà hạt nhận được do va chạm từ một phía không cân bằng với xung lượng nhận được từ phía đối diện thì hạt mới chuyển động.

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Sự sa lắng

Giả thiết một hạt keo sa lắng với tốc độ không đổi u

mg = BU

Đối với hạt hình cầu:

4 3

m = r3 (d  d0)

B = 6r

2 Do đó: U = (d  d0)g 9

2r 

r =

2(d

 U 9 g)d- 0

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

sa lắng của hạt

U =

Nếu t là thời gian cần thiết để hạt có bán kính rt đi hết đoạn đường h thì tốc độ h t

.

rt =

h t

2(d

 9 g)d- 0

Q(r) =

hàm phân bố tích phân

h

K mS

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

hàm phân bố vi phân F(r) là hàm mà tích F(r).dr là khối lượng hạt có bán k

ính từ r đến (r + dr) trong một đơn vị khối lượng pha phân tán

dr )r( F

= 1

0

r

r

dr )r( F

dr )r( F

dr )r( F

dr )r( F

Q(r) = =  = 1 

0

r

0

0

= F(r)

)r(dQ dr

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

1,0 -

Q(r)

F(r)=-

0,8 -

dQ(r) dr

0,6 -

0,4 -

0,2 -

8

4

3

6

7

2

1

Đường phân bố tích phân Q(r) và vi phân F(r) = 

của huyền phù oxit n

5 )r(dQ dr

hôm Al2O3 trong nước

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Cân bằng khuếch tán  sa lắng

1cm2

iS = iK

hC

h

ik

Người ta chứng minh được hệ thức sau đây:

= emgh/kT

C C

0

h

u

is C0

h=0

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Độ nhớt

x

r

x

y

Giả thiết một chất lỏng chảy trong ống hình trụ. Tốc độ chảy U = U(x) U = Umax (x = 0) và U = 0 (x = r) điều kiện của chế độ chảy tầng Theo định luật Newton ta có:

dU dx

dy

f = S

Thể tích chất lỏng Q chảy ra khỏi ống trong 1 giây:

4

Q =

 rP 8 

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Nhớt kế Ostwald

Có thể tính được thời gian t cần thiết để một thể tích xác định V của chất lỏng chảy ra khỏi ống. Ta có Q.t = V, suy ra:

t = V

 8 4rP 

Từ PT trên ta thấy được thời gian chảy tỷ lệ thuận với đ ộ nhớt của chất lỏng, (cơ sở lý thuyết của phương phá p đo độ nhớt bằng nhớt kế Ostwald)

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Đơn vị của độ nhớt

[] =

]f[ ]S[

[x] [u]

Trong hệ đơn vị SI,  có thứ nguyên N.s.m-2 (Poiseuille), kí h

iệu Pl.

1Pl = 1N. s.m-2 = 1Pa.s

Trong hệ đơn vị CGS,  có thứ nguyên dyn.s.cm-2 gọi là Poa

(Poise), kí hiệu P:

1P = 1 dyn.s.cm-2 = g.cm-1.s-1 = pl = Pa.s

1 10

1 10

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

TÍNH CHẤT QUANG HỌC Sự phân tán ánh sáng

Trường điện từ của ánh sáng làm phân cực hoá các nguyên tử và phâ Trường điện từ của ánh sáng làm phân cực hoá các nguyên tử và phâ

n tử của môi trường n tử của môi trường

Hiện tượng Tindal được giải thích như sau: Hiện tượng Tindal được giải thích như sau:

Sự phân cực hoá xảy ra với tần số bằng tần số ánh sáng đi tới Sự phân cực hoá xảy ra với tần số bằng tần số ánh sáng đi tới

Các nguyên tử và phân tử tự nó trở thành nguồn phát sáng là ánh Các nguyên tử và phân tử tự nó trở thành nguồn phát sáng là ánh

sáng phân tán sáng phân tán

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Lý thuyết định lượng về sự phân tán ánh sáng trong môi trường đục được Rayleigh xây dựng năm 1871

2

2CV 4 

I0

2 2  n n Ipt = 24 3 1 2 2  n2 n 1

2 2

  

  

n1 và n2 chiết suất của pha phân tán và môi trường phân tán C nồng độ hạt; V Thể tích một hạt  Độ dài sóng của ánh sáng tới; I0 Cường độ ánh sáng của tia tới

 10

Hệ thức áp dụng được cho những hạt không dẫn điện có kích thước < nghĩa là < 40  50 m khi chiếu bởi ánh sáng trắng

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Từ phương trình Rayleigh ta thấy:

1. Ipt tỷ lệ thuận với nồng độ hạt C

2. Ipt tỷ lệ với bình phương thể tích hạt V2 trong p hạm vi áp dụng của phương trình Rayleigh

3. Ipt tỷ lệ với 1/4, sóng càng ngắn càng phân tán mạnh

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Sự hấp thụ ánh sáng

Sự hấp thụ ánh sáng tuân theo định luật Lambert  Beer thể hiện bởi hệ thức:

= ekCl

I 0I

I

l

I0 I Cường độ ánh sáng đi qua dung dịch I0 Cường độ ánh sáng tới k Hệ số hấp thụ C Nồng độ chất hấp thụ (mol/l) l Chiều dày lớp dung dịch

T = được gọi là độ đi qua

I 0I

lg = lg = D được gọi là mật độ quang

1 T

I 0I

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Kính siêu vi

Hạt keo không nhìn thấy qua kính hiển vi thường, vì kích thước hạt nhỏ hơn

khả năng phân giải d của kính. Theo Hemhon và Abbe:

 sin(

.n2

)2/

d =

 Độ dài sóng ánh sáng được sử dụng n Chiết suất của môi trường  góc tạo thành bởi 2 tia biên từ đối tượng khảo sát đến vật kính

Nếu dùng ánh sáng thường ( = 400  700 m) đạt được độ

phân giải 0,2 m

Nếu dùng ánh sáng tử ngoại có thể tăng độ phân giải đến 0,1 m là giới hạ

n trên của các hạt keo

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

TÍNH CHẤT ĐIỆN Cấu tạo của hạt keo

Khi ta thực hiện phản ứng:

AgNO3 + KI  AgI + KNO3

+

2

+

+

+

Cấu tạo của hạt keo AgI

+

+

+

3

+ 4

1

1. Nhân 2. Lớp điện kép 3. Lớp trong 4. Lớp khuếch tán

+

+

Cấu tạo hạt keo AgI trong trường hợp này cũng có thể biểu diễn bằng công thức sau đây:

+

[(m AgI) nI (n  x)]x K+

+

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Cấu tạo lớp điện kép Mô hình Hemhon (Helmholtz)

Theo mô hình này lớp điện kép được cấu tạo giống như một tụ điện phẳng Lớp điện tích bề mặt là lớp ion quyết định thế hiệu

+ + + + + + + + + +

x

Mô hình Hemhon không phù hợp với thực tế vì không xét đến sự phân bố khuếch tán của các ion nghịch

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Mô hình Gouy Chapman

 A

Lớp điện kép và bước nhảy điện thế theo mô hình GouyChapman



AB Bề mặt trượt 0 Thế điện hoá 

Thế điện động học

B

+ + + + + + + + + +

x

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

A

1





2



3



B

x

Ảnh hưởng của nồng độ chất điện li đến bề dày của lớp điện kép và thế 

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Mô hình Stec (Stern)

A



1

 (1) 





2

 (2) 

Stern cho rằng ngoài lực tĩnh điện (tương tác âm dương) còn lực hấp phụ (tương tác phân tử)

B

Biến thiên thế hiệu theo x 1. Bề mặt không đổi dấu 2. Bề mặt đổi dấu điện tích  Lớp hấp phụ ion nghịch AB Bề mặt trượt 0 Thế điện hoá (1), (2) Thế Hemhon 1; 2 Thế điện động học

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Các hiện tượng điện động học Điện di

Điện li là sự dịch chuyển của các hạt keo tích điện dưới tác dụng của

điện trường về phía điện cực trái dấu

3

+

1

2

+

+++ +++

SiO2

+ + +

Cat«t

§Êt sÐt

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Điện thẩm

+ + + + + + +

+

+

+

C

M

+

+

+

D

+

+

+

+

+ + + + + + +

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

Thế sa lắng và thế chảy

Khi thực hiện sự sa lắng trong một ống thẳng đứng có gắn điện cực ở phía trên và phía dưới, các hạt keo tích điện sẽ truyền điện tích cho điện cực ở dưới, điện cực ở trên sẽ được tích điện trái dấu. Kết quả xuất hiện một thế hiệu giữa hai cực điện gọi là thế sa lắng.

Tương tự như vậy, khi ta nén chất lỏng (nước) đi qua màng xốp mà hai bên có hai điện cực, nước sẽ cuốn theo các ion nghịch tronglớp điện kép của thành mao quản và truyền điện tích cho điện cực ở phía sau màng xốp, điện cực phía trước sẽ tích điện trái dấu, kết quả là xuất hiện một thế hiệu giữa hai điện cực gọi là thế chảy.

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo

THANKS FOR YOUR ATTENTION!

Chương 3: Tính chất các hệ keo Chương 3: Tính chất các hệ keo