Bài giảng Hiện tượng bề mặt-Hấp phụ

nHP có tính thuận nghịch HP không thuận nghịchTốc độ hấp phụ nhanh Tốc độ hấp phụ chậmNhiệt độ tăng, HP giảm Nhiệt độ tăng, HP tăngHP vật lý và HP hoá học luôn đi kèm nhauHẤP PHỤ TRAO ĐỔI IONHP hoá học đồng thời với phản ứng trao đổi ion trên bề mặt rắn - lỏngHẤP PHỤ TRAO ĐỔI IONCHẤT 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 khungXốp, nhiều mao quản + Nhiều nhóm HĐ dung lượng TĐ ion lớnPhân 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 ionHẤP PHỤ TRAO ĐỔI IONNGUYÊN 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 IONLoại tạp ion trong điều chế nước khử khoáng, nước cấtĐiều chế, tinh chế hoạt chất từ dịch chiếtHấp phụ dược chất tạo thuốc tác dụng kéo dàiĐẶC ĐIỂM HẤP PHỤ CHẤT KHÍ TRÊN BỀ MẶT RẮNBản chất là hấp phụ vật lý hoặc hấp phụ hoá họcTốc độ hấp phụ nhanhKhí càng dễ hoá lỏng (hơi của chất lỏng có To sôi thấp) càng dễ hấp phụTo không đổi, áp suất tăng hấp phụ tăng LÝ THUYẾT HẤP PHỤ KHÍ TRÊN BỀ MẶT RẮNHấp phụ trên bề mặt đồng nhất - phương trình LangmuirBề mặt HP chỉ có một số trung tâm HPMỗi trung tâm chỉ hấp phụ 1 tiểu phân (đơn lớp)Bề mặt hấp phụ đồng nhấtCác tiểu phân bị HP không tương tác nhauLÝ THUYẾT HẤP PHỤ KHÍ TRÊN BỀ MẶT RẮNHấp phụ trên bề mặt không đồng nhất - phương trình của Freundlich và phương trình TemkinThực nghiệm cho thấy nhiệt HP giảm khi tăng độ che phủ bề mặtDo các phân tử bị HP có tương tác lẫn nhauDo 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 BETNhư giả thiết Langmuir: bề mặt hấp phụ đồng nhấtHấp 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 lỏngSố lớp HP trở nên vô cùng ở áp suất bão hoàHẤP PHỤ CHẤT TAN TRONG DUNG DỊCH LÊN BỀ MẶT RẮNTốc độ hấp phụ chậmẢnh hưởng của dung môi Dung môi hấp phụ cạnh tranh với chất tanDung môi có sức căng bề mặt càng lớn, chất tan càng dễ HPDung 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 tăngHP 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 phaεrắn > εchất tan > εdung môi hoặc εdung môi > εchất tan > εrắnHẤP PHỤ CHẤT TAN TRONG DUNG DỊCH LÊN BỀ MẶT RẮNẢnh hưởng của đặc điểm chất bị hấp phụ (chất tan)Chất tan phân cực dễ HP lên bề mặt phân cựcPhân tử có kích thước lớn dễ bị HP hơnIon có điện tích càng lớn càng dễ bị HPIon có cùng điện tích, bán kính ion càng lớn càng dễ bị HPQuan hệ giữa lượng chất bị hấp phụ và nồng độPhương trình FreundlichPhương trình LangmuirHẤP PHỤ TRÊN BỀ MẶT CHẤT LỎNGPhương trình Gibbs áp dụng cho sự HP chất tan lên bề mặt dung dịch C dб a = - . RT dCdб/ dC là hoạt tính bề mặtdб/ dC>0, a0 hấp phụ dương, chất tan hoạt động bề mặtThiết 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 MẶTĐịnh nghĩa: Là chấtCó khả năng tập tung trên bề mặt phân cách Làm giảm sức căng bề mặt phân cáchĐặc điểm cấu tạo: phân tử gồm 2 phầnPhần 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 tạoGốc 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 HLBCHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶTCông thức tính HLB:HLB = ∑(chỉ số nhóm thân nước) - ∑(chỉ số nhóm thân dầu) + 7Ý nghĩa của HLB: giúp chọn lĩnh vực sử dụng chất HĐBMChống tạo bọt: HLB 1 - 3Nhũ hoá N/D: HLB 3 - 8Gây thấm: HLB 7 - 9Nhũ hoá D/N: HLB 8 - 16Tẩy rửa: HLB 13 - 16Tăng độ tan: HLB 16 - 30, 40