TR
Ạ Ọ
ƯỜ KHOA HÓA H C NG D
NG Đ I H C TRÀ VINH Ọ Ứ
ỤNG & D B Đ I H C
Ự Ị Ạ Ọ
BÁO CÁO HÓA LÝ 2 – HÓA KEO
GVHD: Mai Th Thùy Lam
ị
SVTH: Nhóm 5
ễ
ươ
ng
ễ
ồ
1. V ng Nguy n Trúc Anh 2. Lâm Th Xuân Ph ươ ị 3. Nguy n H ng Nhung 4. Ngô Xuân H ngươ
Trà Vinh, tháng 08 năm 2014
CH
ƯƠ
NG III: TÍNH CH T C A CÁC H KEO Ấ Ủ
Ệ
B. TÍNH CH T Đ NG H C PHÂN T C A CÁC H KEO
Ấ Ộ
Ử Ủ
Ọ
Ệ
III.4. CHUY N Đ NG BROWN (BRAO) Ể Ộ
Chuy n đ ng nhi ộ ể ư ệ ạ
ệ ủ ộ ừ ễ ể
ng bên ngoài và chuy n đ ng càng m nh khi nhi ị ụ t đ càng ể ồ ệ ộ ượ ể ạ ộ
t c a các h t pha phân tán trong h keo cũng nh trong các h vi d ệ th g i là chuy n đ ng Brown. Chuy n đ ng Brown di n ra không ng ng, không ph ể ọ ộ thu c và các ngu n năng l ộ cao.
Các phân t ng phân tán trong chuy n đ ng nhi ạ ệ ể ườ
ộ ỗ ộ ể
ạ các h ồ ử ướ ộ ế ạ ủ
ể ượ ề ừ ự ng khác nhau c a các phân t ộ
c và kh i l ấ ị ạ ố ượ
ứ c m t s va ch m c c l n t các phân t ộ ằ ạ
i 10 ố ườ
ị ể ễ ị
ộ ơ ướ
ả ặ ủ ạ ể ờ
ấ ượ ị ạ ừ ị ả ể ể ể ị
t va ch m v i các h t keo c a môi tr ớ ạ ử ủ c đ nh thì m t cách h n đ n làm cho các h t keo chuy n đ ng. N u h t keo có kích th ướ ủ ỏ ộ ng, làm cho môi tr các va ch m không đ ng đ u t ườ ạ c các xung l c khác nhau và chuy n đ ng theo m t qu đ o xác đ nh. Khi h t nh n đ ộ ậ ỹ ạ ạ t tiêu các va ch m tăng ng h t l n làm tăng quán tính, xác su t tri kích th ạ ớ ệ ướ d n đ n làm cho các h t ch dao đ ng quanh v trí cân b ng ho c đ ng yên (không có ị ộ ỉ ặ ạ ế ẫ môi chuy n đ ng Brown). Các h t keo nh n đ ự ớ ừ ộ ố ạ ử ậ ượ ể 20 l n trong m t giây. Vì v y ta ng và t c đ liên t c t tr ng nên có thay đ i h ầ ậ ộ ụ ớ ộ ổ ướ ượ ng đi th c c a h t keo, nh ng d dàng xác đ nh đ không th xác đ nh đ c c đ ư ự ườ ạ ủ ượ kho ng cách trung bình mà h t d ch chuy n trong m t đ n v th i gian. D i kính hi n vi ị ờ ể ể ạ ị ằ c v trí c a h t sau nh ng kho ng th i gian b ng ho c siêu hi n vi ta có th đánh d u đ ữ nhau. S chuy n đ ng c a các h t t v trí này sang v trí khác có th bi u th b ng các ộ đo n th ng là hình chi u c a qu đ o chuy n đ ng dích d c c a h t trên m t ph ng. ỹ ạ ể ủ ế ủ ị ằ ẳ ể
ự ạ ẳ Trên th c t ế ự ị ị
ắ ủ ạ ủ ạ ướ ộ ể ạ ủ ể
chúng ta quan tâm đ n s chuy n d ch c a h t theo m t h ự ế ự ộ ướ ủ ể ể ấ ạ ị
ạ ượ ộ ị ậ
ặ ng xác đ nh ộ ướ ng nghiên c u. Tuy nhiên xác ứ ng khác nhau là nh nhau, nên đ chuy n d ch ộ ư ng đ d ch chuy n trung bình chúng ta ng trung bình. Các hình chi u c a đ d ch chuy n theo c xác đ nh theo m i kho ng th i gian nh nhau và đ d ch chuy n bình ể ế ủ ộ ị ộ ị ể ể ư ờ
ộ ộ ị ng x đ ượ ng trung bình đ nào đó, đó là s chuy n đ ng trung bình c a h t theo h ộ su t chuy n đ ng c a h t theo các h trung bình c ng b ng 0. Vì v y, thay cho đ i l ằ ph i l y đ d ch chuy n bình ph ươ ể ph ị ỗ c tính theo bi u th c: ph ượ ả ấ ươ ươ ả ứ ể
ng trung bình. Trong đó: : : đ d ch chuy n bình ph ộ ị ể
ng x. ươ ộ ị ươ ể
ế ố
ế ủ ượ ộ
∆1, ∆2, ∆3... hình chi u đ d ch chuy n theo ph ế n : là s hình chi u. Lý thuy t c a chuy n đ ng Brown đã đ ể ủ ả ự ệ c Einstein và Smoluchowski nghiên c u và ng trình c b n do ẳ ứ ơ ả ươ ị
k t qu th c nghi m c a Perrin và Svedberg kh ng đ nh là đúng. Ph ế Einstein và Smoluchowski (1906) đ a ra là: ư
ng x (m). ướ
2).
ộ ị ả ủ ạ ầ
Trong đó: : : đ d ch chuy n trung bình c a h t theo h ể t : kho ng th i gian gi a hai l n đo (giây). ờ ữ r : bán kính c a h t (m). ủ ạ η : đ nh t c a ch t l ng (N.giây/m ấ ỏ ớ ủ N : s Avogadro. ộ ố
ệ ố
R : h ng s khí. ố ằ T : nhi t đ tuy t đ i. ệ ộ k : h ng s Boltzmann. ố ằ
III.5. S KHU CH TÁN TRONG DUNG D CH KEO Ự Ế Ị
i tác d ng c a chuy n đ ng nhi ế ế ụ ủ ể ộ
ồ di n bi n trong h d ệ ướ ệ ự ặ ấ
ệ ể t đ , ion ho c các h keo. S khu ch tán là b t thu n ngh ch ị ậ ế ủ ệ ạ c san b ng hoàn toàn. Nghĩa là khi entropi c a h đ t ằ
Khu ch tán là quá trình t ự ễ san b ng n ng đ c a các phân t ử ộ ủ ní di n ra cho t i khi n ng đ c đ ộ ượ ồ ớ giá tr c c đ i. ằ ễ ị ự ạ
1. Đ nh lu t khu ch tán th nh t c a Fick ứ ấ ủ ế ậ ị
ị ậ ụ ườ ổ ng h p khueecgs tán n đ nh, nghĩa là ng v i gradien ị ứ ợ ớ
ộ
t di n th ng t l Đ nh lu t này áp d ng cho tr ổ ậ ỉ ệ ớ ồ v i gradien n ng ẳ
n ng đ không đ i. ồ ị ệ ấ đ , v i ti t di n th ng các h t đi qua và th i gian khu ch tán: ộ ớ ế ng ch t khu ch tán qua ti ế ế ượ ế ạ Theo đ nh lu t này thì l ệ ẳ ờ
Trong đó: dm : là l ng ch t khu ch tán qua di n tích S sau kho ng th i gian dt. ế ệ ả ấ ờ
ượ ệ ố
ươ ộ
D : h s khu ch tán. ế : là gradien n ng đ theo ph ồ H s khu ch tán D ph thu c vào tính ch t c a h t khu ch tán và môi ụ ng x. ộ ấ ủ ệ ố ế ế ạ
tr ng. ườ
D u tr đ ng trình là do s khu ch tán x y ra v ươ ự ế ả ề
c đ t ừ ượ ặ ở ế phía n ng đ gi m, nghĩa là có giá tr âm, đ dm luôn d ng. ồ ươ
k, đó
v ph i c a ph ả ủ ể c trình bày d ị ể ượ ứ ấ ướ ạ ế
là l Đ nh lu t Fick th nh t có th đ ị ể ượ ấ ộ ả ậ ấ ng ch t chuy n qua m t đ n v di n tích trong m t đ n v th i gian: ị ệ ộ ơ i d ng m t đ dòng khu ch tán i ộ ơ ậ ộ ị ờ
ụ ề ể ộ ộ ờ ệ ẽ
thi N u t o đi u ki n đ gradien n ng đ không ph thu c vào th i gian, trong h s ệ ồ ế ạ t l p tr ng thái d ng, khi đó ta có: ừ ế ậ ạ
S = 1, t = 1 , N u l y ế ấ
Ta có:
Nh v y, h s khu ch tán b ng l m = D ệ ố ị ề ặ ượ ế ằ
2) ủ ệ ố
ộ ơ ứ ị ế ộ ằ ấ ồ ơ
ng ch t khu ch tán qua m t đ n v b m t (1cm ư ậ trong m t đ n v th i gian (1giây) khi gradien n ng đ b ng đ n v . Th nguyên c a h s ộ ơ khu ch tán đ ị ờ c xác đ nh nh sau: ượ ư ế ị
ặ ệ ị ể ườ ườ ấ
ố ớ ệ ị ờ i ta th ủ ữ ệ
ng l y m t ngày đêm ộ (24gi ) làm đ n v th i gian thay cho giây, vì t c đ khu ch tán c a nh ng h này r t nh . ỏ ấ ng phân H s khu ch tán D ph thu c vào tính ch t các h t c a pha phân tán, môi tr Chú ý: đ i v i h phân tán keo ho c h vi d th , ng ế ạ ủ ố ộ ấ ườ ụ ộ
ờ ệ ố tán và nhi
Bi u th c c a đ nh lu t Fick th nh t: ơ ế t đ . ệ ộ ứ ủ ị ứ ấ ể ậ
ph ng trình trên chính là ph ng trình Einstein – Smoluchowski. ươ ươ
2. Đ nh lu t khu ch tán th 2 c a Fick ứ ủ ế ậ ị
Bi u th c c a đ nh lu t Fick th hai: ứ ủ ị ứ ể ậ
ủ ng trình trên là bi u th c toán h c bi u di n đ nh lu t th 2 v s khu ch tán c a ề ự ứ ể ể ễ ế ậ ị ươ
i d ng khác: ph ứ Fick. Bi u th c này có th vi ứ ọ t d ể ế ướ ạ ể
Laplace. g i là toán t ọ ử
3. Ph ng pháp th c nghi m xác đ nh h s khu ch tán ươ ệ ố ự ế ệ ị
ị ề ế ắ
ươ ế Các ph ị ệ
ế i ngăn cách rõ r t. Đ ệ ự ộ ổ ở
ữ nhi ệ ộ ờ ả ị
i phân cách và xa d n vào dung d ch. Khi xác đ nh n ng đ đ ớ ặ ệ ứ ố ư ớ ề ạ ồ ị i các l p tính t ớ ầ
ng pháp xác đ nh h s khu ch tán D đ u d a trên nguyên t c chung là cho ể ớ t đ không đ i và trong đi u ki n hoàn toàn i n ng đ dung d ch ộ ị c ộ ượ ồ ế t ị ng pháp: so màu, đo đ h p th ánh sáng ho c chi ộ ấ ươ ụ ụ ặ
ừ ấ
c h s khu ch tán D và đ nh t c a dung d ch t ng trình ph ệ ố dung d ch ti p xúc v i dung môi sao cho gi a chúng có m t ranh gi ti n hành phép đo, đ t h đ ng yên không có rung đ ng và đ i l u. Sau kho ng th i gian xác đ nh, đo l ộ t ranh gi ừ ạ áp d ng b ng m t trong các ph ộ ằ su t... T đó tính ra D. Khi xác đ nh đ ượ ệ ố ươ ủ ừ ế ộ ớ ị ị
Einstein:
c bán kính r c a h t: có th tính đ ể ượ ủ ạ
và kh i l ng mol h t c a pha phân tán: ố ượ ạ ủ
Trong đó: ρ là kh i l ng riêng c a pha phân tán. ố ượ ủ
III.6. ÁP SU T TH M TH U C A DUNG D CH KEO Ấ Ủ Ấ Ẩ Ị
ự ẩ ế ằ
ư ế ự ấ ự ủ ệ ấ ể ẩ ấ ị ị
ồ S th m th u chính là s khu ch tán ch t tán và dung môi đ a đ n s san b ng n ng ấ đ trong toàn th tích c a h . Các dung d ch th c có áp su t th m th u tuân theo đ nh lu t ậ ự ộ VantHoff:
π = C.R.T
Trong đó: π là áp su t th m th u. ấ
ng.
Đ nh lu t VantHoff v áp su t th m th u hoàn toàn có th áp d ng keo có n ng đ ể ồ ị
ấ ẩ C là n ng đ tính b ng mol/l. ằ ồ ộ R là h ng s khí lý t ưở ố ằ t đ Kelvin. T là nhi ệ ộ ề ấ ng h p này n ng đ C đ ấ ộ ẩ ồ ườ ợ ộ ụ c hi u là s mol h t keo trong 1 lít dung ạ ể ố ượ
ậ th p (loãng). Trong tr ấ d ch keo: ị
Trong đó: γ là n ng đ h t (s h t trong 1 lít dung d ch). ố ạ ộ ạ ồ ị
Nh v y áp su t th m th u c a dung d ch keo là: ư ậ ị N là s Avogadro. ấ ủ ấ ố ẩ
hay
π = k.T.γ ụ ỉ ộ Áp su t th m th u c a dung d ch keo ch ph thu c vào s h t ch không ph thu c ấ ủ ố ạ ụ ứ ấ ẩ ộ
ị ướ ủ ạ ả
Khác v i dung d ch th c, dung d ch keo l ng kém b n, kích th ị c c a h t keo. ự ướ ủ ạ
ụ ạ
ỏ ề bên ngoài, các h t keo có th ng tác d ng c a các y u t ế ố ủ ặ i thành h t l n h n ho c tách ra thành các h t nh h n. Đi u đó làm cho n ng đ ị t khi ch u nh h ị ả ơ c c a h t luôn thay ể ộ ề ạ ồ
ỏ ơ ấ ưở ặ ổ ạ ớ ị ẩ ấ ổ
ữ ấ
ươ ố ượ ệ ấ ạ
vào b n ch t và kích th ấ ớ đ i. Đ c bi ệ ổ k t l ế ạ h t c a dung d ch keo thay đ i và do đó áp su t th m th u cũng thay đ i. ạ ủ ấ ặ ủ ẩ ấ ụ ng pháp đo áp su t th m th u không áp d ng ẩ ng h t keo. M t khác s có m t c a ch t đi n ly ự c c a áp su t th m th u và vì ượ ủ ấ ị
Do nh ng nguyên nhân trên mà ph c và kh i l đ c đ xác đ nh kích th ặ ướ ị ượ ể trong dung d ch keo cũng đ c th hi n trong giá tr đo đ ể ệ ượ ị v y giá tr đó không ph i là giá tr th c c a dung d ch keo. ị ự ủ ậ ả ị ị
III.7. S SA L NG TRONG CÁC H KEO Ự Ắ Ệ
1. Cân b ng sa l ng ằ ắ
Trong khi xét v khu ch tán, chúng ta ch a đ ý đ n l c tr ng tr ư ể ọ
ế ự ấ
ờ
ng. Các h keo có ệ ế ủ i tác d ng c a l c hút trái đ t làm chúng b sa l ng (k t t a). t c chúng b k t ị ế ộ ỏ ộ ệ ệ ạ
ố
Đ nh lu t phân b các phân t ế ề ườ ng đ i l n, d các h t t ướ ố ớ ủ ự ắ ị ụ ạ ươ N u nh các h t ch t phân tán đ l n, đ n ng thì sau m t th i gian t ạ ấ ấ ả ủ ặ ủ ớ ư ế t a h t (đ i v i các h phân tán thô). Đ i v i các h có đ phân tán cao h n (có h t nh ố ớ ơ ố ớ ủ ế h n) s t n t ộ ẽ ồ ạ ự ơ ộ ậ ị i s phân b cân b ng theo đ cao. ằ khí theo đ cao (còn g i là đ nh lu t áp k ) c a Laplace: ị ử ế ủ ậ ố ọ
Ph ươ ng trình cân b ng sa l ng: ằ ắ
ng trình cân b ng sa l ng áp d ng cho các h phân tán. đây s khu ch tán và ươ ụ ệ ắ Ở ự ế
ng đ ằ ng nhau. ươ
đây là ph s sa l ng là t ắ ự ự ươ ố ạ ớ ệ ơ
ố ớ ệ ị ứ ạ ế ỉ ỗ ộ ự ự ố
ậ ơ ư ọ ạ ạ ỗ ạ ạ ủ ự ự ụ ế
Chú ý: S phân b h t theo đ cao tuân theo đ nh lu t áp k ch đúng v i h đ n phân ố tán. Đ i v i h đa phân tán thì s phân b ph c t p h n, do m i lo i h t có s phân b khác nhau và tác d ng c a l c khu ch tán cũng nh tr ng l c lên m i lo i h t cungc khác nhau.
2. Ph ng pháp phân tích sa l ng ươ ắ
ể ề ề ệ ễ ộ ị
Đ i v i các h huy n phù kém b n v ng đ ng h c, chúng ta d dàng có th xác đ nh ọ ố ớ c h t phân tán d a vào k t qu theo dõi v n t c sa l ng. Ta có v n t c sa c kích th ả ữ ế ậ ố ậ ố ướ ự ắ ạ
đ ượ l ng:ắ
N u coi các h t d ng hình c u bán kính r, phân b trong môi tr ạ ạ ế ầ ố ườ ng có đ nh t thì: ộ ớ
B = 6π.η.r
và cho nên:
ư ậ thu n v i bình ph ớ ớ ự ỉ ệ ươ ậ
ng phân tán, t l ắ ấ ỉ ệ ườ
ệ ng bán kính h t, v i s chênh l ch ớ ủ ngh ch v i đ nh t c a ớ ộ c, có th xác đ nh ị ể ạ ị ướ ộ ệ ắ
Nh v y, v n t c sa l ng t l ậ ố ữ ố ượ t v n t c sa l ng trong m t h phân tán cho tr ườ ế ậ ố c h t phân tán: c kích th ng riêng gi a ch t phân tán và môi tr ng. Khi bi ướ ạ kh i l môi tr đ ượ
ậ ố ệ ả ự
Trong các h đ n phân tán, v n t c sa l ng nh nhau, nên s sa l ng trong h x y ra ụ ở ư ề ặ ệ ơ ể ậ ố ắ ớ ề ắ ị
ắ đ ng đ u. Có th xác đ nh v n t c sa l ng theo b m t phân chia l p huy n phù đ c ồ phía trên. phía d i và l p dung môi trong su t ề ướ ố ở ớ
ậ ố ự c xác đ nh b ng cách theo dõi s sa ằ ị
ộ ạ
V i h đ n phân tán, v n t c sa l ng có th đ ể ượ l ng c a m t h t nào đó có trong h b ng kính hi n vi. ể ắ ấ ớ ệ ơ ủ ố ớ ề ặ ớ ị
ắ ắ ữ ộ ắ ệ ằ ắ ướ
ờ ng h p này, phân tích sa l ng chuy n sang xác đ nh t c đ Đ i v i các h đa phân tán, khi l ng trông th y trên b m t l p sa l ng b nhòe (không c, trong cùng m t th i gian sa l ng, có nh ng đo n ạ ộ ể ắ ố ị ườ
ệ rõ nét) vì các h t không cùng kích th đ ợ ườ tích t
ể ắ
c dùng đ phân tích sa l ng là cân sa l ng. ng bi u di n s sa l ng c a huy n phù đa phân tán có ủ ễ ự ắ ắ ề ể
t b đ ế ị ượ ng h p chung, đ ườ ợ ng cong. ườ ứ ng cong ng v i s sa l ng c a các h t có bán kính thay đ i t ủ ớ ự r ổ ừ 1 ắ ạ
ạ ng khác nhau. Trong tr c a k t t a. ụ ủ ế ủ M t trong nh ng thi ữ ộ Trong tr ườ d ng m t đ ộ ườ ạ M i đo n trên đ ỗ ạ đ n rế n.
ệ ố ộ ớ ẽ ỉ ệ ạ ề ư ự
ng sa l ng là m t đ ắ Khi h là đ n phân tán, t c đ sa l ng c a các h t đ u nh nhau, s phân l p s t l ủ ng th ng. ẳ
ắ
ng đ ắ ộ ườ ạ ụ ươ ị
ạ ố ị
ơ v i th i gian, đ ườ ờ ớ Đ i v i các h phaant tán mà các h t không ph i là hình c u, phép phân tích sa l ng cho ầ ả ệ ố ớ ắ c giá tr bán kính hi u d ng (bán kính t ng). Phép phân tích sa l ng ta th y đ ươ ệ ấ cho k t qu đúng khi các h t phân tán không b solvat hóa, h t ạ ng đ i loãng và các h t ệ ươ ế sa l ng đ c l p. ượ ả ộ ậ ắ
