Hóa keo và hấp phụ

CHÀO THẦY VÀ CÁC BẠN
ĐẾN VỚI
BÀI THUYẾT TRÌNH
Thành viên trong nhóm:
NGUYỄN THỊ NHƯ HẢO
NGUYỄN THỊ HỒNG NHI
LÊ THỊ HỒNG THU
DƯƠNG THỊ NGA
LÊ MINH NHỰT
PHẠM HOÀNG LAM
ĐẶNG THANH TUYỀN
Chương 4:
HỆ PHÂN TÁN THÔ,
HỆ BÁN KEO VÀ
HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT
4.1.HỆ CÓ MÔI TRƯỜNG PHÂN TÁN KHÍ
4.1.1. Đặc điểm và phân loại

Sol khí có độ nhớt bé, loãng, sự sa lắng hoặc khuếch tán xảy ra nhanh, không hình thành lớp điện tích kép trên bề mặt hạt phân tán.
Sol khí được chia thành 2 loại:
Lỏng phân tán trong khí (sương mù) có kích thước hạt từ
Rắn phân tán trong khí (khói, bụi).
Các hạt khói có kích thước khoảng từ
Các hạt bụi có kích thước lớn hơn khói một ít, trung bình khoảng
4.1.2. Tính chất của sol khí
Tuân theo các định luật về quang học như các sol lỏng.Ví dụ như hiệu ứng Tyndall (đèn pha chiếu lên bầu trời ban đêm, tia nắng).
Các sol khí cũng hấp thụ ánh sáng nhưng do nồng độ loãng nên sự hấp thụ coi như không đáng kể, cũng có sự phân tán ánh sáng.
Sol khí có độ nhớt của môi trường phân tán nhỏ .
Nhiệt di là sự chuyển động của các hạt do gradien nhiệt độ gây ra. Các hạt chuyển động từ vùng có nhiệt độ cao sang vùng có nhiệt độ thấp hay từ nơi nóng sang nơi lạnh, giống như quá trình tự san bằng nồng độ.
Nhiệt kết tủa là sự sa lắng của các hạt trên bề mặt vật rắn do sự nhiệt di hay do sự nóng không đều của các hạt. Ví dụ bụi bám vào vật rắn.
Nhiệt di và nhiệt kết tủa là do các lực bức xạ gây ra.
Khi hạt được làm nóng không đều nó sẽ di chuyển về phía có nồng độ hay nhiệt độ thấp hơn. Vì do phía bên trong của hạt chuyển động nhiệt với vận tốc lớn hơn va đập vào hạt mạnh và nhiều hơn, phía bên lạnh các hạt chuyển động chậm hơn nên qua đập nhẹ và ít hơn Hạt chuyển động về phía lạnh.
Quang di là hiện tượng di chuyển của các hạt sol khí khi chúng được chiếu sáng từ một phía.
4.1.3.Độ bền vững và phương pháp phá hủy sol khí
Độ bền của son khí: Các sol khí thường kém bền, nhất là các sol khí chứa các hạt quá nhỏ hoặc quá lớn. Các hạt lớn rất dễ bị sa lắng do lực trọng trường, còn các hạt nhỏ chuyển động Brown mạnh, dễ va chạm vào nhau và liên kết lại để giảm điện tích và năng lượng bề mặt.
Phương pháp phá hủy sol khí: Tách pha phân tán ra khỏi môi trường phân tán bằng cách lọc, li tâm, chưng cất hay đông tụ.
 
4.2 HỆ CÓ MÔI TRƯỜNG PHÂN TÁN LỎNG

4.2.1 Huyền phù:
Khi thêm chất điện li vào  các hạt trong huyền phù liên kết tạo thành cấu thể keo tụ.

4.2.3 Bọt
4.3 HỆ CÓ MÔI TRƯỜNG PHÂN TÁN RẮN
K/R
Các hệ với pha phân tán là chất khí trong môi trường rắn gọi là các bọt rắn
Đó là là các hệ vi dị thể hoặc các hệ phân tán thô
Ví dụ: đá bọt, có nguồn góc núi lửa, thủy tinh bọt, những bọt rắn nhân tạo.
Ưu điểm của vật liệu này là có khối lượng riêng nhỏ, độ dẫn nhiệt thấp và độ bền cao.
Ví dụ:
+ Bọt rắn: có thể làm đá mài
+ Thủy tinh bọt và bê tông được sử dụng làm vật liệu xây dựng
+ Những bọt rắn nhân tạo làm chất cách âm

L/R
Các hệ phân tán là lỏng trong môi trường rắn gọi là nhũ tương rắn.
Ví dụ: thủy ngân trong đá
R/R
Các hệ phân tán rắn trong chất rắn có ý nghĩa rất lớn.
Đó là các loại đá quý có màu, thủy tinh màu, men tráng, các đá chứa khoáng vật màu, hợp kim,...
+Thủy tình màu là các thủy tinh silicat có chứa tạp chất keo ở trạng thái keo có màu sắc
+ Men tráng à những chất chất dạng thủy tinh không trong suốt và có màu sắc.
Các hệ gang, thép, hợp kim có thễ có cấu tạo tương ứng với dung dịch phân tử, hệ keo, hệ phân tán.
Ví dụ:
+ Gang là hệ phân tán, trong đó cacbon phân tán trong môi trường sắt,
+ Thép hợp kim là hệ phân tán trong đó các kim loại ( Cr, Cu, Mn,..) phân tán trong mội trường thép với hệ phân tán keo
Các hệ có môi trường phân tán rắn có tính chất keo điển hình là khả năng phân tán ánh sáng khi hệ keo có môi trường phân tán trong suốt.
Các hệ keo vi nhị thể với môi trường phân tán rắn thường được tạo thành bằng phương pháp ngưng tụ từ thể nóng chảy. Khi làm lạnh hệ nóng chảy dồng thể, pha phân tán tách ra thành các hạt kích thước khác nhau phân bố trong hệ đã làm nguội lạnh.
4.4. CÁC HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT
Sức căng bề mặt (SCBM) là kết quả của sự tồn tại một áp suất nội (hay nội áp) gây ra bởi lực hút giữa các phân tử ở trạng thái ngưng tụ - đó là lực kéo các phân tử vào trong lòng chất lỏng theo hướng vuông góc với bề mặt làm cho diện tích bề mặt riêng của chất lỏng giảm đến mức tối thiểu.
Để minh chứng cho sự tồn tại áp suất nội hay lực kéo các phân tử trên bề mặt phân chia pha vào trong lòng chất lỏng, ta phân tích lực tác dụng lên phân tử A và phân tử B như mặt cắt trong hình 4.2.  phân tử A nằm trên bề mặt phân chia pha lỏng- khí, còn phân tử B nằm trong lòng chất lỏng
Hình 4.2. Lực tương tác giữa các phân tử trên bề mặt và trong lòng chất lỏng
 
 
Để hình dung thêm về SCBM cũng như sự giảm diện tích bề mặt của chất lỏng ta thực hiện thí nghiệm như hình 4.3
Nhúng khung hình chữ nhật (có một cạnh là thanh MN có thể chuyển động không ma sát) vào nước và xà phòng rồi lấy ra. Do sức căng bề mặt màng nước xà phòng co lại để giảm diện tích bề mặt, kéo thanh MN dịch chuyển về phía trái một đoạn là dh (lúc đầu  thanh MN ở vị trí M’N’)
Để mà nước xà phòng khỏi co lại càng tác động lên thanh MN một lực f bằng với SCBM, khi đó thanh MN dịch chuyển một đoạn là dh để về vị trí M’N’, diện tích bề mặt tăng theo một đại lượng là dS bằng 2 lần diện tích hình MNN’M’  (vì mà nước xà phòng có hai mặt, mặt trước và mặt sau của khung):
dS = 2.l.dh
 
 
W= f.dh
SCBM phụ thuộc vào bản chất của chất lỏng, khi tương tác giữa các phân tử chất lỏng với nhau mạnh thì công để chống lại nội áp lớn, do vậy SCBM lớn
SCBM còn phụ thuộc vào bản chất của pha tiếp xúc với nó. Ví dụ SCBM của nước trên ranh giới nước- hơi nước khác với ranh giới nước- benzen.
Bảng 4.1 Sức căng bề mặt của một số chất
Khi ta nhỏ một giọt nước lên mặt tắm kính sạch, ta thấy giọt nước lan rộng trên bề mặt. Ngược lại, nhỏ một giọt thủy ngân lên mặt tấm kính đó, ta thấy nó lăn giống như viên bi.  Hiện tượng này gọi là hiện tượng dính ướt và không dính ướt.
 
 
 
 
 
 
VIDEO
 
 
 
4.4.3.2. Hiện tượng mao dẫn
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Giải
4.5. CÁC HỆ BÁN KEO
 
 
Cấu tạo phân tử của chất HĐBM:
- Phần phân cực: những nhóm chức có momen lưỡng cực tương đối lớn và dễ hydrat hóa như (COOH), (OH), (NH2), (CN), v.v...
+ Tan tốt trong dung môi phân cực
+ Khi hòa tan vào dung môi, nhóm phân cực hướng vào trong pha thể tích
- Phần không phân cực: có momen lưỡng cực nhỏ (gốc hydrocacbon) nên bị đẩy đến pha không phân cực, nằm trên ranh giới lỏng – khí và hướng về pha khí.
Trong dung môi nước, người ta chia chất HĐBM thành 4 loại:
+ Chất HĐBM anion, mang điện tích âm;
+ Chất HĐBM cation, mang điện tích dương;
+ Chất HĐBM lưỡng ion, mang cả điện tích dương và âm.
 

4.5.1.3. Trạng thái của chất HĐBM trong dung dịch
C
I
II
 
0
CMXTH
 
 
 
 
 
- Nồng độ CMXTH phụ thuộc vào cấu tạo của chất HĐBM, khi phần không phân cực (hydrocacbon) tăng thêm một nhóm (CH2) thì CMXTH giảm 2 lần. Trong một dãy đồng đẳng, khi gốc hydrocacbon tăng lên 1 nhóm (CH2) thì hoạt tính bề mặt tăng lên 3,2 lần. Đây là qui tắc Duclaux-Traube.
Do: Khi mạch cacbon tăng lên 1 nhóm (CH2) thì momen lưỡng cực bé, độ tan trong nước giảm, các phân tử chất tan tập trung nhiều trên bề mặt làm cho sức căng bề mặt giảm.
4.5.2. Xà phòng
4.5.2.1. Định nghĩa và phân loại
Xà phòng là muối của monoaxit béo. Đây là các chất HĐBM có kích thước phân tử lớn, có tính chất tẩy rửa và nhiều tính năng quan trọng khác trong đời sống, kĩ thuật. Gồm phần phân cực và phần không phân cực.
Gồm 4 nhóm:
- Xà phòng anion hoạt động: Phân tử có 1 hoặc 1 vài nhóm chức. Khi hòa tan trong nước, các nhóm chức có khả năng phân li thành cation kim loại và anion hữu cơ.
- Xà phòng cation hoạt động: Khi tan trong nước, phân tử của các chất này phân li thành anion vô cơ và cation hữu cơ. Các cation hữu cơ này quyết định tính chất hòa tan và các tính chất khác của xà phòng.
- Xà phòng lưỡng tính: Khi tan trong nước sẽ phân li thành anion hay cation hoạt động là tùy thuộc vào độ pH của môi trường. Khi môi trường là axit, chúng sẽ là các cation hoạt động còn khi môi trường là bazơ, chúng sẽ là các anion hoạt động.
- Xà phòng không ion hóa: Phân tử của loại xà phòng này gồm một mạch hydrocacbon dài và nhóm ưa lưu phân cực ít như nhóm hydroxyl hoặc các nhóm este.
4.5.2.2. Tính chất của xà phòng
- Tính hòa tan trong nước: Đây là tính chất quyết định mọi tính chất khác của xà phòng. Xà phòng thường là muối của axit béo có mạch hydrocacbon chứa từ 10 đến 22 nguyên tử cacbon. Khi hòa tan trong nước tạo thành axit béo.
+ Tan tốt trong nước là muối của axit béo với kim loại kiềm: natri panmitat C15H31COONa, natristearat C17H35COONa, natri oleat C17H33COONa.
+ Muối chứa các ion kim loại có hóa trị cao như canxi, magie, nhôm, sắt… không tan trong nước nhưng tạo thành hệ bán keo trong môi trường hydrocacbon.
- Trạng thái của xà phòng trong dung dịch: dạng ion, phân tử hoặc mixen.
- Tính dẫn điện: Trong nước, hầu hết xà phòng phân li thành các ion nên có khả năng dẫn điện.
- Tính chất hoạt động bề mặt: dung dịch xà phòng trong nước có nồng độ trên bề mặt lớn hơn trong pha thể tích.
+ Khi tan vào nước, các nhóm phân cực trong phân tử xà phòng có ái lực với nước quay vào nước, còn mạch hydrocacbon hướng vào pha khí. Bề mặt phân cách nước – không khí được thay thế bằng bề mặt phân cách hydrocacbon – không khí.
+ Sức căng bề mặt hydrocacbon thấp hơn nhiều so với sức căng bề mặt của nước. Do vậy, khi hòa tan xà phòng vào nước, sức căng bề mặt của nước giảm.
- Khả năng thấm ướt: các bề mặt ưa nước như thủy tinh, silicat, xenlulo, tinh bột, các axit…thấm ướt nước rất tốt. Các bề mặt kị nước như parafin, dầu mỡ, lưu huỳnh…thì thấm nước rất kém.
=> Khả năng thấm ướt phụ thuộc vào nồng độ chất hoạt động bề mặt, nhiệt độ, vị trí và bản chất nhóm phân cực, cấu tạo của mạch hydrocacbon.


 
- Khả năng hòa tan keo: Sự hòa tan benzen trong dung dịch xà phòng được gọi là sự hòa tan keo: do khi hòa tan keo, chất hữu cơ (benzen) lách vào bên trong mixen và phân bố vào giữa các phần mạch hydrocacbon của phân tử xà phòng.
Xà phòng có khả năng hòa tan nước trong dầu mỡ, gọi là sự hòa tan keo ngược => có ý nghĩa to lớn trong công nghiệp thực phẩm.
Tính chất tẩy rửa của xà phòng: gắn với các hiệu ứng sau:
+ Xà phòng làm cho sức căng bề mặt của dung dịch giảm xuống, làm tăng được tính thấm ướt của sợi vải đối với chất lỏng tẩy rửa. Chất lỏng sẽ thâm nhập sâu vào mao quản của sợi vải do sức căng bề mặt lớn.
+ Các phân tử xà phòng bị hấp thụ lên bề mặt của sợi và của các chất bẩn rắn hoặc lỏng, tạo nên lớp hấp thụ hydrat hóa. Làm tách các hạt chất bẩn khỏi bề mặt vải. Các màng hấp phụ trên bề mặt hạt bẩn tạo cho hạt có một độ bền vững liên kết, cản trở chúng bám trở lại mặt vải.
+ Dung dịch xà phòng dễ tạo bọt, các hạt bẩn có khả năng thấm ướt sẽ dính vào bề mặt bọt khí.
Khả năng tẩy rửa dầu mỡ của xà phòng thường chỉ có ở nồng độ cao hơn CMXTH. Chứng tỏ khả năng tẩy rửa của xà phòng có liên quan đến sự hòa tan keo của chất bẩn dầu mỡ trong mixen. Nếu chất bẩn không phải dầu mỡ thì ở nồng độ CMXTH khả năng tẩy rửa là hợp lí nhất.
4.5.3 Tanin
- Tanin là những hợp chất poliphenol có trong thực vật, có vị chát được phát hiện dương tính với “thí nghiệm thuộc da”.
- Các hợp chất này có khả năng kết hợp với protein của da sống động vật làm cho da biến thành da thuộc không thối và bền.
- Tanin được định lượng dựa vào mức độ hấp phụ trên bột da sống chuẩn.
Cơ chế thuộc da được giải thích do Tanin có nhiều nhóm (OH) của phenol, tạo nhiều liên kết hydro với các mạch polipeptit của protein.
Nếu phân tử protein càng lớn thì sự kết hợp với protein càng chặt.
Phân tử lượng tanin rơi vào khoảng 500-5000đvC
Khi đun chảy Tanin ta thu được:








Tanin chủ yếu có trong các thực vật bậc cao hai lá mầm như các cây thuộc họ sim, hoa hồng, đậu.
Phân loại Tanin:
Tamin được chia làm hai loại chính:
A. Tamin Pyrogallic (tamin thủy phân được): khi thủy phân loại tamin này bằng axit hay enzim tanat sinh ra đường glucozo (đôi khi có đường hamamelose), phần còn lại là axit (axit gallic). Các axit gallic nối với nhau theo mạch depsid tạo thành axit đigallic, trigallic.
Khi thủy phân tanin ngoài axit gallic, người ta còn gặp các axit như axit ellagic, luteolic, hexahydroxydiphenic và axit chebulic.
Phần đường và phần không phải đường liên kết với nhau qua cầu nối este nên amin loại này còn được xem là pseudoglicisid.
B. Tanin pyrocatechic (Tanin ngưng tụ):
Dưới tác dụng của axit hoặc enzim tạo thành chất đỏ tamin hoặc phlobaphen. Phlobaphen rất ít tan trong nước là sản phẩm của sự trùng hợp kèm theo số oxi hóa.
Tanin ngưng tụ có nhiều trong các chi acacia, Camellia, Cinhona,….
Tanin nhóm này được tạo thành do sự ngưng tụ từ các đơn vị flavan-3-ol hoặc flavan-3,4-điol.
4.5.4 Phẩm màu
Các phẩm màu ở trạng thái dung dịch thể hiện mọi tính chất của chất bán keo như các phẩm màu tổng hợp: benzopurpurin, phẩm màu xanh đen,…
Các nhóm ion hóa ở các chất phẩm màu keo thường là các nhóm cacboxyl, phenol, sunfo, amino,…
Dung dịch các chất phẩm màu này tương tự như dung dịch các chất cao phân tử, chúng có độ bền vững tập hợp tương đối cao. Khi cho thêm chất chất điện li vào hệ thì xảy ra sự kết tủa. Kết tủa có thể tự phân tán trong nước nguyên chất.
Dung dịch các chất phẩm màu cũng thể hiện những sự bất thường về độ dẫn diện và áp suất thẩm thấu như các dung dịch xà phòng và Tamin
Do phân tử có kích thước lớn, sự liên hợp phân tử trong dung dịch các chất phẩm màu mạnh hơn rất nhiều so với các dung dịch xà phòng và phụ thuộc nhiều vào nồng độ, độ pH của hệ, chất điện li và nhiều yếu tố khác.
Giống xà phòng, nhiều chất phẩm màu có thể cho dung dịch bán keo trong nước, nhưng trong rượu thì chúng lại tạo thành dung dịch phân tử (dung dịch thực).