Nghiên cứu hóa keo (In lần thứ 2): Phần 2

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:54

Thêm vào BST

Báo xấu

13
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nối tiếp nội dung phần 1, phần 2 cuốn sách "Hóa keo" cung cấp cho người học các kiến thức: Tính chất các hệ keo, độ bền vững của các hệ keo ghét lưu, các hệ keo trong môi trường lỏng và khí. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu hóa keo (In lần thứ 2): Phần 2

Chương 3 Tính chất các hệ keo 3.1 Tính chất động học phân tử 3.1.1 Sự khuếch tán Nôu t r o n g m ộ t h ệ (hệ khí, d u n g dịch p h â n tử h a y d u n g d ị c h keo) có sự k h ô n g đ ồ n g n h ấ t vê m ậ t độ h ạ t h a y n ồ n g độ thì sẽ có sự di c h u y ê n c á c h ạ t t ừ v ù n g n ồn g độ c a o tới v ù n g n ồ n g độ t h â p , q u á t r ì n h s a n b ă n g n ồ n g độ đó gọi là s ự k h u ế c h tán. s H ỉn h 3.1. D ò n g k h u ế c h tán đi q ua tiết d iệ n s ỉ ) ể c ụ t h ể c h u n g t a h ì n h d u n g m ộ t ô n g h ì n h t r ụ t i ế t d iện s , t r o n g dó n ồ n g độ h ạ t t h a y đối t h e o t r ụ c ô n g ( t r ụ c x), c = C ( x ) . dC G i á t h i ê t t r ê n k h o ả n g c á c h d x n ồ n g dô t h a y đoi dc, d a o h à m — dx dược gọi là g r a đ i e n n ồ n g độ. T r o n g điều kiện đó, lư ợ n g c h ấ t d m đi q u a tiôt d iệ n s t r o n g th òi g i a n d t b ằn g : 53
dC trong đó: D là hê sô khuếch tán. Vì dm > 0, —— < 0 (c giâm chi X dx tăng) nên ờ vô phải có dâu (Từ 3.1) có th ể viết: dm Sdt trong đó i là dòng khuếch tán, đó là lượng chất đi qua mộ dơn vị diện tích trong dơn vị thời gian. Hai hệ thức ( 3. 1 ) và ( 3 .2) được gọi là định luật Fik. Từ (3.2) dễ dàng suy ra đơn vị của D. Trong hệ đỉn vị CGS, D có đơn vị cm /s. C ác khí có hệ sô khuếch tán lớn n h ú. D được tính theo công thức: D = -À U (3.3) 3 trong đó: Ả - quãng đường tự do trung bình, còn u - tóc độ tru n g bình của phân tử khí. Hệ sô' khuếch tán của các h ạ t keo bé hơn nhiều, D đơỢí tính theo công thức: trong đó: k - h ằn g sô" Boltzman, T - nhiệt độ tuyệt dôi, B - lệ S(7 ma sát của h ạt keo trong môi trường phân tán. Đôi V I cá* hạt Ớ hình cầu lớn bán kính r trong môi trường có độ nhớt rị, a cỏ B = 6 tr|r, 7 do đó:
Vi (ỉu / Tì nỉ) hr só klìuỏch tán cua các hạt son co r .">() nm troiìK môi tníónỊí mí(k* (1 nhiệt độ phòng. Gicíỉ. Xước: có (lô nhỏt ì] - 10 p (Poise). Th ay giá trị trong ( ' . • ) ta (‘ó: > n 1.38.10 H’ x 300 _ , .. . . . K 2, 1) ----- _ - .'1, 3.10 cm /s 6 x 3 ,1 4 .1 0 2 X 50 > 10 ' 3 . 1 . 2 Á p suất thẩm thâu C ù n g tương tự như dung dịch phân tư, dung dịch keo dược đạc t rù n g bang áp suất thám thấu là áp suất phai đặt lên clung dịch đê cho dung môi không đi vào dung dịch qua màng bán thám. Đỏi với dung dịch loãng có nồng độ c , áp suât tham thấu 71 ihĩọc tính theo phương trình: 7 = CRT 1 (3.6) So với dung dịch phân tử, dung dịch keo có đặc điểm là non\T (Ịộ h ạ t rất bé, do đó áp suất t h ẩ m thấu cực bé. Ví d ụ 2 . Tính áp suất thẩm t h ấ u cùa dung dịch đường có nờiìịT độ 1 mol/1 ỏ nhiệt độ 3 0 ° c . Giải. Theo hệ thức (3.6) ta có: 7 = CRT = 1 .0 ,0 8 2 .3 0 3 = 2 4 , 8 a t m 1 Ví d ụ 3 . Tính áp suất thâm t h ấ u c ủ a son vàng trong nước có nồng độ 1 0 1:> hạt/em * ỏ 30'V (đav là nồng độ lớn nhất) của chmK dịch son có thê điều chê được. Giái. T a có: c = 101;> hạt/cm * - l() ls hạt/^ — 10 ì(S 6. 10~’* mol/f / _ I 0 IX * 0 082 > 303 5 7 — V Ri 1 = -------------- - 4,1.10 at 111 6 .1 0 "'
3.1.3 C h u y ể n đ ộ n g B r a o Chuyển động Brao được mô t ả trên hình 3.2. Đó là sự chu y ến động hỗn loạn của các h ạ t keo do kết q u á va ch ạm VÓI c á c phân tử dung môi. Đổi với h ạ t lỏn, sự va ch ạm với các phản tử dung môi có thê coi là đồng đều ỏ mọi phía, do đó không có chuyển động Brao. Chỉ đôì vối h ạ t bé, khi x u n g lượng m à h ạ t H ìn h 3.2. H ìn h c h iế u d ư à n g ii của n h ậ n được do va chạm từ một m ột hạt trong c h u y ế n đ ộ n c B r a o p h í a k h ô n g c â n b ằ n g VỚI x u n g ... . ■ u . A ư b Các điếm trên k hiệu vị trí hạ ở các í lư ợ n g nhận dược từ p h ía đối thời điểm khác nhau diện thì h ạ t mỏi chuyên động. Hình 3.2 là hình chiếu của đưòng đi của một hạt lén r a n g giấy. Nếu ta lại chiếu hình này lên một đưòng th an g nào đt t rên tò giây ta được chuyển động B ra o trên một trục. Nôu lây r u n g bình cộng các hình chiếu tương tự của sự chuyên động của hạt tron g thời gian t thì kết quá sẽ bằng không, vì độ dời trunf binh về phía trái bàng độ dời trung bình vê phía phải. Đê đặc n i n g cho sự chuyên dời của hạt trong thời gian t xác định, ngíòũ ta bình phương các hình chiếu, sau đó lấy tru ng bình. Đại Ưíựng thu được gọi là độ dời bình phương tru ng bình A2 trong thò g ia n t. Đại lượng Ã = y — * — * ——— " ’ 4 (căn bình pìưídng tr u n g bình) đặc trưng hoặc cho sự chưyôn dời của h ạt troiìỊ t hơi gian t.
Ly thuyêt chuyên (ỉộng B r a o được Einstein xay (lựng nam 1908. K m s tc m đà tìm ra hộ thức: A = \ 2 1)t / (3.7) Như vậy độ chuyến đòi của h ạ t tỷ lệ với \ . f\ 3.1.4 Sự sa lắng S a lắng là sự kôt tủa củ a các h ạ t keo tương đôi lớn dưới án h hương của trọng trường. Giá thiết có một hạt có khôi lượng hiệu dụng m và bán kính r sa lắng với tốc độ không đổi u. Điêu đó có nghĩa là lực tác (lụng củ a trọng trường lên hạt, f = mg, cân bằng với lực ma sát {(lũa h ạ t và môi trường; r = B U (B - hệ sô ma sát). Ta có: mg = BU (3.8) Đối với h ạ t hình cáu ta có: m = — 7t r a (d - d 0) (3.9) 3 (d và d() tương ứng là khôl lượng riêng của hạt và của môi trường) và B = 6711]!' (3.10) (n là độ nhớt củ a môi trường). T ừ (3.8) và (3.10) suy ra: 2 r2 u = t — ( d - d 0)g (3.11) 9 n Nếu d < d() h ạt sẽ nổi lên; nếu d > d 0 h ạt sẽ chìm xuống (sa lắng). Từ ( 3 . 11 ) ta rút ra: r = L .(3.12) \ị 2(d d0 )g 57
Hệ thức (3.12) là cơ sò của phương pháp phản tích sa lang - xác định sự phân bô kích thước h ạt của một hộ huyên phù lia phản tán. Nguyên tắc của phương pháp như sau: Ch uẩn bị một huyền phù có nồng độ xác định cho vào một ông dong hình trụ, trong đó treo một đĩa cân ỏ độ sáu h so VỚI m ặ t thoáng. Nếu t là thời gian cần thiết đỏ h ạ t có bán kính rt di hết đoạn dường h thì tốc độ sa lắng của hạt là Ư = —, thay vào t (3.12) t a có: h (.113) \ 2( d - d 0 )g t Như vậy, h ạ t càng lớn thì thòi gian sa lắng càng bé. Tại thời điểm t tất cả các h ạ t có bán kính r > r t đểu đã sa t lắng lên đìa, còn các hạt có bán kính r < r t chỉ mới sa lắng một phần. Kí hiệu S m là đại lượng sa lắng cực đại (tổng khổi lượng huyền phù có trong cột dung dịch hình trụ mà đáy là đĩa cân), K là khôi lượng h ạ t đã sa láng có r > r t, L là khôi lượng h ạ t đã sa lắng có r < rt ở thời điểm t. Tỷ sô: K Q(r) = (3.14) '1 1 1 dược gọi là hàm phàn bô tích phàn, đó H ình 3.3. S ơ đ ố d ụ n g c ụ là khôi lượng h ạt có bán kính r > r t p h ả n tích sa lắng trong một đơn vị khôi lượng cua pha phân tán. 58
N gư ờ i ta còn gọi h a m p h à n b ò Vỉ p h â n F ( r) la h à m m à tíc h F ( r ) d r là kh ố ) lư ợ n g h ạ t co h á n k í n h từ r đ ô n r + d r t r o n g m ộ t đơ n v ị k h ô i lư ợ n g p h a p h â n tá n . / T ừ d i n h n g h ĩ a t r ê n ta rỏ: J F (r)d r = 1 0 Q(r) = [l (r)dr - JF(r)dr - Jp(r)dr = 1 - Jp(r)dr r 0 0 0 rìQ(r) — — - - r (1-) dr _ ------ ầ -.-...... * ■—... —I— ---------1 ___ . Ẳ-- -- --- X .— 0 1 2 3 4 5 6 7 8 H ìn h 3.4. Đ ư ờ n g p h ả n b ô tích p h ả n Q(r) và vi phân F(r) = - củ a h u y ế n p h ù oxit n h ó m A l 2 3 tro ng n ư ớ c 0 dr
Đê làm ví dụ trên hình (3.4) trình bày các dường phui bo tích phân Q(r) và vi phân F(r) của bột /M9 3. Có thê nhận tháy O các h ạ t có r = 2 , 2 -r 2,9 |i chiếm tý lệ khá lớn (khoáng 6 0 (>V cá(ĩ ), h ạ t có r = 4 ,2 -r 5,2 |i chiêm tỷ lệ ít hơn (khoảng 6%). C ác lạt có r < 1,8 í-t chiếm tỷ lệ cùng cao nhưng khó x á c định chính >ác va nó đòi hỏi thòi gian sa lắng rấ t lâu. Phương pháp phân tích sa lắng áp dụng đôi với các hệ có cỡ h ạ t r = 5 -ỉ- 100 |i. Các h ạ t có r < 5 |i có khả n ăn g khuê(h tán mạnh chông lại sự sa lắng. Kết quả là trong dung dịch thiH lập một cân b ằ n g khuếch tá n - sa lắng. 3.1.5 Cân b ằn g khuếch tán - sa lắng Cân b ằng khuếch tán - sa lắng xẩy ra khi dòng k h u ê h tán ik bằng dòng sa lắng ig (sô" h ạt đi qua tiết diện 1 c m 2 trong ] giây: is = ik (3.16) Từ hệ thức này có thế chứng ỵ 1 crr~ ^ ' minh được hệ thức sau đây: Ch _ g-mgh/kT (3 17) Co trong đó: Ch và C() là nồng độ hạt Ẳk 1 u ở độ cao h và h = 0; m - khối lượng hạt; g - gia tốc trọng trường; u ^_ r ia ^ k - h ằ n g sô Bonzơman; ' T~~ N -h =0 T - nh iệt độ tuyệt đôi. (Xem hình 3.5). Hình 3 5 Tr? n9 thái cànt>àng k h u ế c h tán sa lẳng, i = i, 60
H ệ th ứ c (.1 1 7 ) th e ỉn ệ n q u y lu ậ t p h â n b ố m ậ t độ h ạ t th e o độ Cíi() t r o n g cân b ả ì ì ^ k h u ỏ c h t á n sa lá n g . V í d ụ / . T í n h (lộ r a o lì m à t ạ i đ ó n ồ n g độ o x i t r o n g k h í q u v ê n tfiá m 2 lá n s o VỎ1 m ạ t d á t. G i ả i . T ừ (.1 1 7 ) ta cỏ: (3 .1 8 ) 2. 1 298 K, k = 1 ,3 8 .1 0 16 ee .K \ 111 : , g = 9 8 0 em .s “ v à o (3 .1 8 ) ta t í n h đươc h = 5,4 k m . 6.10 V í d u 2 . T í n h độ cao để ch o n ồ n g d ộ các h ạ t s o n v à n g có b á n k í n h 4 ,1 5 n m t r o n g d u n g d ịc h g iả m đ i 2 lầ n . G iả i. Khôi lư ợ n g c ủ a hạt son vàng (kh ố i lư ợ n g r iê n g 19,3 Ị;/c m :{) m = — Tĩr Vỉ = — X 3,14 X (4 ,1 5 .1 0 7 c m ) 3 X 19,3 g / c m 3 3 3 T h a y các g iá t r ị h ằ n g sô và o (3 .1 8 ), t a được: (1.38.10 ec.K )(298 K ) l n 2 , — — ------ , • -------------------------- ý ---= 5 cm (5.7.10 l x g)(980 cm/s ) M áy s iê u li t á m N g o à i t r ọ n g t r ư ờ n g của t r á i đ ấ t t h ì lự c li t â m c ũ n g được sử «lụ n g đ ể g â y r a sự sa lắ n g . D u r n a n s k i (1 9 1 2 ) là n g ư ò i đ ầ u t iê n dùng tr ư ờ n g li tâ m để n g h i ê n cứ u sự sa lắ n g , s a u đó S v e d b e r g (1 9 2 3 ) d ã c h ê ra m á y s iê u l i t â m VỚI g ia tố c cao hơn. 61
Các m áy siêu li tâm hiện đại đạt được tốc độ q u ív cờ 1000 vòng/giây, tạo ra gia tốc gấp h àng trăm lần so với g a tô(* c ủ a trọng trường. VỚI gia tốc này có thế làm sa lắng các chít cao phản tủ trong dung dịch với tốc độ đo được. Máy siêu 1 tâ m cũng có thế dùng đế nghiên cứu cân bàng sa lắng, trườnr hỢỊ) này đòi hỏi gia tốc bé hơn ứng với tốc độ quay cỡ 100 vònggiây. Máy siêu li tâ m được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu Cic dổi tượng sinh học. 3.1.6 Độ nhớt Độ nhớt là một đại lượng đặc trưng cho lực ma Sit nội trong sự chảy của một c h ấ t lỏng gây ra do các lớp c h ấ t lỏn[ chảy với tốc độ khác nhau và trượt lên nhau. Nhò lực hút phân ử lớp chảy nhanh lôi kéo lớp chảy chậm, còn lớp chảy chậm kìm hãn lớp chảy nhanh, nghĩa là xẩy ra sự ma sát kèm theo sự phát nhiét. Giả thiết có một ch ất lỏng chảy trong ông hình tri bán kính r theo hướng trục y (hình 3.6). Tốc độ chảy là một hàn của X, u = U(x) (x là khoảng cách tính từ trục y và t h ẳ n g góc T y), ỏi Ư = U max khi X = 0 và u = 0 khi X = r, đó là điểu kiện của (hê độ chảy tầng. ( 7 \ ¥ y 1 dy Hình 3 .6 . S ự c h ả y c ủ a c h ấ t l ỏ n g t r o n g ố n g h ỉn h trụ 62
Pheo đ i n h lu ậ t N e w t o n ta có: f = n S — (3.19) dx trong đó: f lực ma sát; s diện tích tiếp xúc giữa 2 lớp ma sát; dư , — - ¿'radien toc dô theo hướng X t h ă n g góc với truc y; il - hô sô dx tỷ lọ dược gọi là độ nhớt. Từ (3.19) có thể tính được thể tích c h â t lỏng Q chảy ra khỏi ông trong 1 giây: (3.20) tron g (tó: p - hiệu áp suất giữa hai đàu ông hình trụ có bán kính r và chiểu dài c. N h ớ t k ế O s t w a ld . Từ (3.20) có thể tính được thời gian t cần thiêt để một thể tích xác định V của ch ấ t lỏng chảy ra khỏi ông. T a có Qt = V, suy ra: t = v . i í l (3.21) Pur T ừ (3.21) ta thấy thòi gian ch ảy tỷ ]ệ th u ận với độ nhớt của c h ấ t lỏng, đó là cơ sở lí thuyết củ a phương pháp đo độ nhớt bằng: nhớt k ế Ostwald. Đ ơ n vị c ủ a đ ộ n h ớ t Đơn vị của độ nhớt có thể suy r a từ hệ thức (3.19). Trong hệ đơn vị SI, 1] có thứ nguyên N.s.m '2 gọi là Poadây (Poiseuille), kí hiệu P f . 63
1 PC = IN .s.m 2 = 1 Pa.s (P a ~ Pascal) Trong hệ đơn vị CGS, il có thứ nguyên đyn.s.-m gọi là Poa (Poise), kí hiệu P: I P = 1 d y n . s . c m 2 = g.cm = —- p ( = — Pa.s. 10 Độ nhớt trong hệ thức (3.19) là độ nhớt động k c (d/namic viscosity). Nếu chia độ nhỏt động lực cho khôi lượn* ìriéng của c h ấ t lỏng ta được độ nhốt động học. Thứ nguyên củat cộ nhớt động học là m 2.s_1. Đơn vị của độ nhớt động học h Stìíc (St). 1 st = 10~4 m 2/s. Độ nhớt động lực của nước ỏ điều kiện t h u i n g là 1 centi poa (cP = 10"2 P). 3.2 Tính chất quang học 3.2.1 Sự phân tán ánh sáng Một tính ch ất đặc trưng của các hệ keo không d à n điện là k hả n ăn g phân tán ánh sáng mạnh, tính c h ấ t này iưtỢcTmdal p h á t hiện năm 1869 gọi là hiện tượng Tindal. Hiện tư ợ ig đuợc giải thích như sau: Khi chiếu sáng một môi trường vật ch ất, trưin.g ỉiộn từ c ủ a ánh sáng làm phân cực hoá các nguyên tử và ph;âr từ của môi trường. Sự phân cực hoá xảy ra với tầ n s ố bằng t ầ n s ố ánh s á n g đi tới, và các nguyên tử và phân tử tự nc tre th àn h nguồn phát sáng là ánh sáng phân tán. T ron g môi truròìg đổng thể, ví dụ tinh thể lý tưởng, sự phân tán án h sán g n h ư n hau ỏ 64
m ọ i (iiê m , do (tó thí*() n ^ u v è n ]ý H u y g h e n , sự g ia o th o a là m t a t t h a n h p h á n b iê n , va t ia s á n g (li q u a v ậ t t h ô k h ô n g bị p h á n t á n (vạt t r o n g s u ỏ t ). N ố u m ôi trư ờ n g k h ô n g đ ồ n g n h ấ t , sự p h â n cực ỏ các VI vùng k h ô n g g iỏ n g n h a u , sự g ia o th o a k h ô n g là m tá t ho à n toa n t h a n h p h ầ n b iô n , á n h s á n g (ìược p h â n tá n th e o m ọ i phía. T í n h p h a n cực c ủ a v ậ t c h ấ t dược đặ c t r ù n g b ă n g độ t h ấ m d iệ n m ô i còn độ t h ấ m đ iệ n m ô i li ê n hệ với c h ỉ sô k h ú c xạ n (Mia v ậ t c h ấ t b ỏ i h ệ th ứ c : £ = 11“ (3.22) Do v ậ y , m ọ i sự k h ô n g d ồ n g n h ấ t đ ô i với 8 ho ặc n đ ể u g â y ra sự p h á n t á n á n h s á n g ( á n h s á n g m ò đ ụ c). L ý t h u y ế t đ ị n h lư ợ n g đ ầ u t i ê n vê sự p h â n t á n á n h s á n g t r o n g m ô i t r ư ờ n g d ụ c dược R a y lâ v ( R a y le ig h ) x â y d ự n g n ă m 1371. T h e o lý t h u y ế t R a y lả y cư ờ ng độ á n h s á n g p h â n t á n c u a m ộ t đơn v ị th ế t íc h d u n g d ịc h lo ã n g c h ứ a c h ạ t h ì n h cầu có k í c h th ư ớ c n h ỏ so VỚI dộ d à i s ó n g c ủ a t i a tớ i là: r n, - n2 2 „ 2 cV2 _ Ip. = 24 TI3 In (3 .2 3 ) n + ~ 2 n 2 Ằ4 t r o n g đó: n 1 v à ĩ\ọ - c h iê t s u ấ t c ủ a p h a p h â n t á n và m ô i trư ờ n g p h â n tá n ; c - n ồ n g độ h ạ t ; V - th ô tíc h m ộ t h ạ t; X - đ ộ d à i s ó n g c ủ a á n h s á n g tới; I0 c ư ờ n g độ á n h s á n g c ủ a t i a tới.
Hệ thức (3.23) áp dụng được cho những hạt khôl g dần điện có kích thước < — , nghĩa là < 40 -r 5 0 nì|i khi chiếu bỏi ánh sáng tráng. Khi kích thước hạt lỏn hơn X, sự phân tin ánh sáng chuyển thành sự phản xạ ánh sáng. Từ phương trình (3.23) có thế nêu những nhận xét sau đây: 1 - Ipt tỷ lệ th u ận với nồng độ h ạ t c. 2- Ipt tỷ lệ vói bình phương thể tích h ạ t V 2 trong phạm vi áp dụng của phương trình Raylây. 3- IDt tỷ lê vói , cỏ nghĩa là sóng càng ngái càng X phân tán mạnh. Vì vậy, khi chiêu một luồng ánh sáng t r á n g vào mộ đung dịch keo thì khi nhìn thẳn g góc với tia tới ta th ấy dung tịch có m àu xanh (sóng ngắn bị phản xạ), còn nhìn ngược chiều tiii tới ta thấy dung dịch có màu đỏ (sóng dài ít bị phản xạ). Khi xuy dựng lí thuyết vê sự phân tán ánh sáng, mục dich của taylùy chính là nhằm giải thích màu xanh của bầu tròi. Khác rối các dung dịch keo, sự không đồng n h ấ t của khí quyển (dẫn tên ‘Sự phân tán ánh sáng) là do hiện tượng th ăn g giáng của nật tìộ khí quyển. Một trong nhũng ứng dụng của hiện tượng láy là người ta dùng đèn đỏ để báo hiệu nguy hiểm (khả năngxuyọn qua sương mù của ánh sáng đỏ tốt). 3.2.2 Sự hấp thụ ánh sáng Đôi với các h ạt dẫn điện, ví dụ ion kim loại, khi b chiếu sáng từ trường biến thiên của sóng ánh sáng làm xu ấ t hi»n một sức điện động cảm ứng, do đó trong h ạ t x u ấ t hiện dòrg điộn 66
xo a v c h iế u vm t a n sỏ cu a s ó n g đ iệ n từ, k é t q u á là đ iệ n n ă n g b iỏ n t h à n h n h iệ t , đ ó là sụ h ấ p t h ụ á n h sán g. Đ iế u n à y g iả i t h í c h vì sao á n h s á n g k h ỏ n g x u y ê n q u a dược các k i m lo ạ i. S ụ h ấ p t h ụ á n h s á n g t u â n t h e o đ ị n h lu ậ t L a m b e r t - B e e r t h ể h iệ n bơi h ệ th ứ c : — = e k( ' (3 .2 4 ) ¡o hoặc ln — = -k e f (3 .2 5 ) lo t r o n g (ló: I - I() - C ư ờ n g độ á n h s á n g tỏ i; k - H ệ sô h ấ p t h ụ ; c - N ồ n g độ c h ấ t h ấ p t h ụ (mol/1); ( - C h iê u d à y lớp d u n g d ịc h . H ìn h 3.7. S ự h ấ p thụ á n h s á n g bởi d u n g d ịc h T v số’ T = — đươc goi là đô đ i q u a . lo 67
Còn l g — = l g — = D được gọi là m ậ t độ quang. Định luật L am b e - B ia được thiết lập cho dung dịch đổn^ thể nhưng có thể áp dụng cho dung dịch keo có nồng độ loãng và độ phân tán cao. 3.2.3 Kính siêu vi Hạt keo không nhìn thấy qua kính hiển vi thường, V kích thước h ạ t nhỏ hơn khả năn g phân giải d của kính. Theo Hemhon và Abbe: d = ----- ------- 3.26) 2n.sin — 7 trong đó: X - Độ dài sóng ánh s á n g được sử dụng; n - Chiết s u ấ t của môi trường; a - Khẩu độ tức góc tạo thàn h bởi 2 tia bên từ đối tượng khảo sát đến v ậ t kính. Nếu dùng ánh sáng thưòng (Ằ = 4 0 0 -r 7 0 0 ni|i) thì 'ó thể đ ạt được độ phân giải 0,2 ịi. Nếu dùng ánh sáng tử ngoại *ó thể tăn g độ phân giải đến 0,1 [ỉ (10 ° cm ) là giới hạn trên cia các h ạ t keo. Để có thê nhìn thấy h ạt keo, n ă m 1 90 3 Ziedentcpf và Zigmondi đã c h ế ra kính siêu vi làm việc theo nguyên lí sai dây. Ngưòi ta chiếu một tia sán g đi qua dung dịch keo và dùnf kính hiển vi thưòng quan sát h ạ t keo từ hướng thẳng góc với ia tỏi (xem hình 3.8). Như vậy người ta quan sát thấy h ạ t leo là những ch ấm sáng trên nền tối. Nhò đó có thể phát hiện sự có m ặ t của h ạ t keo và theo dõi sự chuyên động của chún^. 68
A H ình 3.8. S ơ đ ố vế n g u y ê n lí hoạt đ ộ n g c ủ a kính s iê u vi A Đèn hổ quang; Ln L2. L3- Hệ thống kính quang học; . K Cuvet đựng dung dịch keo; M - Kinh hiển ví thường; s Khe Khi dùng kính siêu vi dể quan sát các son kim loại có thê (lạt (ỉược độ phân giải 0 ,0 0 5 Ịi, nghĩa là hơn 2 cấp so với kính hit > vi thường. Tuy nhiên đôi với các son phi kim thì độ phân 11 [Ịiai không vượt quá 0,1 Ịi, do đó phương pháp siêu vi không (ỉùng được cho các dung dịch cao phân tử và các đôi tượng sinh học. ĩ)ể có thể quan s á t được các h ạ t r ấ t nhỏ ngưòi ta dùng kính hiển vi electron. Khi chiếu chùm electron với độ dài sóng 0 , 0 2 * 0 , 0 5 Ả vào v ật khảo sát, độ phóng đại đ ạt đên 10;) lần, độ phân giải có thể đạt 5 -f 10 Ả. 3.3 Tính chất điện 3.3.1 C ấu tạo của hạt keo Giá thiêt ta thực hiện phản ứng kêt tủa: AgNO Ị + KI — ■-> Agiị + K N O ;, 69
Agl sẽ kết t ủ a dưới dạng các h ạt keo. Nếu trong (luní dịch thừa KI các onion I sẽ hấp phụ lên bề m ặt hạt keo (ưu tíêì hấp phụ các ion là th à n h ph ần củ a hạt keo), làm cho bể m ặt hít keo tích điện â m , ta gọi ion I trong trường hợp này là lon }uyêt định t h ế hiệu. N hưng h ạ t keo phải đảm bảo tính t.run£ hoa điện, nên phía ngoài lớp I sẽ có một lớp ion dương bù tri điện tích gọi là lớp ion nghịch, đó là ion K+. Lớp này được chia thành hai phần, một ph ần gắn c h ặ t với lớp I được gọi là lớp hấp phụ, còn một phần gắn lỏng lẻo hơn ở ngoài cùng gọi là lớp kluôch tán. Cả hai lớp ion â m (I ) và ion dương (KT) tạo th àn h 1ỚỊ điện kép trên bề m ặ t h ạ t keo. C ấu tạo của h ạ t keo â m Agl rong trường hợp dư KI trong dung dịch được biểu diễn trôn hình (3 9). H 3.9. Cấu tạo của hạt keo ỉnh 1. Nhân; 2. Lớp điện kép; 3. Lớp trong; 4. Lớp khuếch tán Cấu tạo h ạ t keo A gl trong trường hợp này cũng c> t h ể biểu diễn b ằn g công thức s a u đây: 70
[ ( m A g l ) nl (n x)] X K Trong trường hỢỊ) dư AgNO.Ị h ạ t keo Agl sè tích điện diíơng do hap phụ lon A g \ 'rương tự như tron, khi thực hiện phản ứng: F e C l 3 + 3 N a ( ) H ------> F e ( O H ) ;* ị + 3N aCl Ke(OH )} kết tủ a dưới dạng các h ạ t keo dương có công thức sau ị(mFe(OH);j) n F e :i+, 3(n - x) C1 ] 3 X C1 Trong cả 2 trường hợp, h ạt keo bao gồm nhân và lớp điện kốp được* gọi là mixen. Một sô ví dụ: Hạt keo âm: H.^SiO;}, AS 9 3, C u S, PbS, CdS, son Au, Ag, S Pl... Hạt keo dương: Fe(OH )3, Al(O H )3, C r ( O H ) 3. 3.3.2 Cấu tạo lớp điện kép u_ _ a ) M ô h ìn h H e m h o n (ỉle lm h o ltz ) +\ - Theo mô hình này, lốp + \ - điện kép cìược cấu tạo giống + \ - như một tụ điện p hẳng gồm 2 + \- lóp điộn tích trái dấu nhau q+ + V + A và q_ cách xa nh au một khoảng b ằng 2 lần bán kính ion. Lớp điện tích bề m ặ t là lớp ion H 3,10. Lớp điện kép và bước ình quyết định thế hiệu (ví dụ F e :H nhảy điện thế theo mô hình Hemhon 71
trong trường hợp keo Fe(OH)-j), còn lốp điện tích trái dấu Iìằ m trong dung dịch là lớp ion nghịch (ion C1 trong ví dụ trên). Thê hiệu của lớp diện kép giảm r ấ t nhanh theo đường tháng như được biểu diễn trên hình 3.10. Mô hình Hemhon không phù hợp với thực tê vì không xét đến sự phân bô khuếch tán của các lon nghịch. b) M ô h ìn h G o u y - C h a p m a n Theo mô hình này các ion nghịch được phân bô khuếch t á n trong lớp điện kép. do ảnh hưởng của chuyển động nhiột, các ion nghịch không tập t ru n g trên một m ặ t phẳng và nồng (ÎÔ của chúng giảm dần từ bề m ặ t ra ngoài thể tích dung dịch. Vì vậy, đường biểu diễn thê (p(x) (x - khoảng cách từ bề mặt) không phải là đường thẳng mà là đưòng cong (hình 3.11). Khi h ạt keo chuyển động trong dung dịch, một số’ lớp chất lỏng I bám dính vào bề m ặt và chuyển động theo. Vì vậy bề m ặ t trượt AB không — +\ - phải là bề m ặt ch ất rắn I + \ m à ở cách xa bể m ặt một + \ - khoảng A. Mặc dầu người + \ X I1 V Ị -— ta không xác định được A + một cách chính xác, Iìhưng + - trong mọi trường hợp A > ỗ X — — trong mô hình Hemhon. H 3.11. Lớp điện kép và bước nhảy ỉnh Giá trị thê ç (dzêta) của điện thế theo mô hỉnh Gouy - Chapman h ạ t keo tính từ bề m ặ t AB - Bề mạt trượt; (p - Thế điện hoá; 0 trượt A B so vối thê trong c - Thế điện động học 72