HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT - HẤP PHỤ

• Hiện tượng bề mặt (phân cách giữa các pha)• Hấp phụ (khác hấp thụ?)• Bề mặt riêng• Hệ phân tán• Kích thước tiểu phân phân tán (phương pháp xác định:

pp rây, pp kính hiển vi, pp sa lắng)• Nồng độ pha phân tán (%KL/KL, n/V…)• Sức căng bề mặt Năng lượng bề mặt

б = F/2l G = б.s

HẤP PHỤ TRÊN BỀ MẶT RẮN

PHÂN BIỆT 3 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/molNhiệt phản ứng hoá học lớn• HP có tính thuận nghịch HP không thuận nghịch• Tốc độ hấp phụ nhanh Tốc độ hấp phụ chậm• Nhiệt độ tăng, HP giảm Nhiệt độ tăng, HP tăng• HP vật lý và HP hoá học luôn đi kèm nhau

HẤP PHỤ TRAO ĐỔI ION

• HP hoá học đồng thời với phản ứng trao đổi ion trên bề mặt rắn - lỏng

HẤP PHỤ TRAO ĐỔI ION

CHẤT HP TRAO ĐỔI ION: (đặc điểm, phân loại, dung lượng trao đổi ion)

• Chất hữu cơ gồm 2 phần:

Khung polyme không tan + Nhóm hoạt động gắn trên khung

Xốp, nhiều mao quản + Nhiều nhóm HĐ dung lượng TĐ ion lớn

• Phân loại: Cationit (acid mạnh -SO3H, acid yếu -COOH, -OH)

Anionit (base mạnh R4NOH, base yếu R3NHOH)

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 hoá học)

• Phản ứng trao đổi ion trên bềmặt rắn - lỏng xảy ra đồng thời với sự HP ion

HẤP PHỤ TRAO ĐỔI ION

NGUYÊN LÝ HẤP PHỤ TRAO ĐỔI ION

R1H + Me+ R1Me + H+ (Na+, Ca++, Mg++,…)

R2OH + X - R2X + OH – (Cl -, SO4 -2 ,…) các ion (tạp chất, hoạt chất)

ỨNG DỤNG CỦA HẤP PHỤ TRAO ĐỔI ION• Loại tạp ion trong điều chế nước khử khoáng, nước cất• Điều chế, tinh chế hoạt chất từ dịch chiết• Hấp phụ dược chất tạo thuốc tác dụng kéo dài

ĐẶC ĐIỂM HẤP PHỤ CHẤT KHÍ TRÊN BỀ MẶT RẮN

• Bản chất là hấp phụ vật lý hoặc hấp phụ hoá học• Tốc độ hấp phụ nhanh• Khí càng dễ hoá lỏng (hơi của chất lỏng có To sôi thấp)

càng dễ hấp phụ• To không đổi, áp suất tăng hấp phụ tăng

LÝ THUYẾT HẤP PHỤ KHÍ TRÊN BỀ MẶT RẮN

Hấp phụ trên bề mặt đồng nhất - phương trình Langmuir

• Bề mặt HP chỉ có một số trung tâm HP• Mỗi trung tâm chỉ hấp phụ 1 tiểu phân (đơn lớp)• Bề mặt hấp phụ đồng nhất• Các tiểu phân bị HP không tương tác nhau

LÝ THUYẾT HẤP PHỤ KHÍ TRÊN BỀ MẶT RẮN

Hấp phụ trên bề mặt không đồng nhất - phương trình của Freundlich và phương trình Temkin

• Thực nghiệm cho thấy nhiệt HP giảm khi tăng độ che phủ bề mặt

• Do các phân tử bị HP có tương tác lẫn nhau• Do bề mặt không đồng nhất (trung tâm HP mạnh, có

nhiệt HP lớn sẽ HP trước)

Hấp phụ vật lý nhiều lớp - phương trình của BET• Như giả thiết Langmuir: bề mặt hấp phụ đồng nhất• Hấp phụ nhiều lớp (tiểu phân HP ở lớp trước trở thành

trung tâm HP ở lớp tiếp theo)• Từ lớp thứ 2 trở lên, nhiệt HP bằng nhau và bằng nhiệt

hoá lỏng• Số lớp HP trở nên vô cùng ở áp suất bão hoà

HẤP PHỤ CHẤT TAN TRONG DUNG DỊCH LÊN BỀ MẶT RẮN

Tốc độ hấp phụ chậmẢnh 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 HPẢnh hưởng của chất hấp phụ (chất rắn)• 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

HẤP PHỤ CHẤT TAN TRONG DUNG DỊCH LÊN BỀ MẶT RẮN

Ảnh hưởng của đặc điểm chất bị hấp phụ (chất tan)• 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

Quan hệ giữa lượng chất bị hấp phụ và nồng độ• Phương trình Freundlich• Phương trình Langmuir

HẤP PHỤ TRÊN BỀ MẶT CHẤT LỎNG

• Phương trình Gibbs áp dụng cho sự HP chất tan lên bề mặt dung dịch

C dб a = - . RT dC• dб/ dC là hoạt tính bề mặt• dб/ dC>0, a<0 hấp phụ âm, chất tan không hoạt động bề

mặt• dб/ dC<0, a>0 hấp phụ dương, chất tan hoạt động bề

mặt• Thiết lập phương trình Gibbs: G hệ = G bề mặt + G trong hệ

= б.s + n1.μ1 + n2.μ2

(ở điều kiện cân bằng và dung dịch loãng)

CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT

Định nghĩa: Là chất• Có khả năng tập tung trên bề mặt phân cách • Làm giảm sức căng bề mặt phân cáchĐặc 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)Quan hệ giữa hoạt tính bề mặt và đặc điểm cấu tạo• 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

CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT

Công thức tính HLB:

• HLB = ∑(chỉ số nhóm thân nước)

- ∑(chỉ số nhóm thân dầu) + 7

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