Giáo trình Hoá keo - Chương 7

SỰ TẠO CẤU THỂ. HỆ PHÂN TÁN MÔI TRƯỜNG KHÍ Cấu thể là một trạng thái của hệ keo phổ biến trong tự nhiên đó là trạng thái rắn hoặc gần rắn của 1 hệ phân tán, cần thiết cho sự tạo hình của đất, của việc chế biến thực phẩm… Trong chương này cũng đề cập đến hệ phân tán trong môi trường khí (aerosol và bột) đó là loại hệ phân tán vi dị thể đa dạng và đa phân tán thường gặp trong thực tế . ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Hoá keo - Chương 7 Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá keo …………………………………………………………………84 CHƯƠNG VII SỰ TẠO CẤU THỂ. HỆ PHÂN TÁN MÔI TRƯỜNG KHÍ Cấu thể là một trạng thái của hệ keo phổ biến trong tự nhiên đó là trạng thái rắn hoặc gần rắn của 1 hệ phân tán, cần thiết cho sự tạo hình của đất, của việc chế biến thực phẩm… Trong chương này cũng đề cập đến hệ phân tán trong môi trường khí (aerosol và bột) đó là loại hệ phân tán vi dị thể đa dạng và đa phân tán thường gặp trong thực tế . I. Sự tạo cấu thể. 1. Phân biệt keo tụ với cấu thể. Sự keo tụ là trạng thái có tính bền rất kém của hệ, tính phân tán không còn, hệ keo bị phân chia thành 2 pha: pha keo tụ gồm các hạt keo sắp xếp xít nhau và pha kia là môi trường của hệ, như một hệ cụ thể rắn – lỏng, rắn – khí…Sự keo tụ kết thúc như sự kết tủa trong dung dịch, thể tích pha keo tụ thường chiếm tỷ lệ nhỏ so với thể tích của hệ keo ban đầu. Ở pha ấy các hạt bên nhau, không có tính cấu trúc vì lực dính giữa các hạt còn nhỏ. Tuy nhiên ở một số hệ keo, khi làm giảm thế đẩy thì thế hút chiếm ưu thế, thế tổng hợp tăng, các hạt keo dính vào nhau tạo ra một khung cấu trúc xốp có tính bền cơ học và môi trường được nạp đầy trong khung đó. Đó là sự tạo cấu thể, hệ keo đang ở trạng thái phân tán lỏng chuyển sang trạng thái rắn hoặc gần rắn, chiếm phần lớn hoặc toàn bộ thể tích của hệ. V2 V1 V0 b c a Hình III.1: Trạng thái keo tụ và cấu thể: a: keo tụ, thể tích pha keo tụ là V0 b và c: cấu thể, thể tích cấu thể là V1 và V2 Hình VII.1 cho thấy: Thể tích pha keo tụ là V0 rất nhỏ so với thể tích của hệ, cấu thể của keo ghét lưu từ các hạt hình cầu có thể tích V1 lớn hơn thể tích pha keo tụ, nhưng nhỏ hơn thể tích cấu thể V2 của keo ghét lưu từ các hạt dạng hình tấm. Hệ keo ghét lưu tạo cấu thể gọi là gel, ví dụ: gel axít silicic (silicagel). Hệ keo ưa lưu và hệ bán keo tạo cấu thể thì thường gọi là thạch, ví dụ: thạch aga, thạch geletin…. Gel có độ bền cơ học cao và rắn (ví dụ: sự hoá rắn xi măng khi xây dựng chính là sự tạo gel), thạch có độ bền cơ học thấp, nhưng dẻo và đàn hồi đó là đặc điểm cần thiết cho sự tạo hình trong quá trình chế biến thực phẩm. Sau khi bị xấy khô cả gel và thạch chỉ còn lại bộ khung cấu thể. Gel khô xốp nhưng giòn, bề mặt riêng lớn được dùng nhiều làm chất hút ẩm, chất xúc tác, vật liệu xây dựng… Thạch khô rất xốp và đàn hồi cao được ứng dụng trong nghiên cứu sinh học. http://www.ebook.edu.vn 84 Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá keo …………………………………………………………………85 2. Lý thuyết tổng quát về sự tạo cấu thể. Khi thế hút trội, thế đẩy nhỏ thì thế tổng hợp giữa các hạt keo lớn thông thường dẫn hệ tới keo tụ. Nhưng nếu yếu tố kết dính giữa các hạt đạt tới một giá trị xác định thì các hạt đó sẽ dính vào nhau, khi đó va chạm để tạo thành cấu thể giữa các hạt có xác suất rất cao. Lực dính ϕ có giá trị như sau: ϕ = ψT(1 + α) (VII.1) α: hệ số dính của các hạt, có giá trị dương Giá trị α =0 ứng với hạt hình cầu, tính đồng nhất về năng lượng ở mọi điểm là cực đại, khi đó lực dính đúng bằng thế tổng hợp ψT. Hệ keo ở trạng thái cân bằng giữa phân tán và keo tụ. Chỉ khi α>1 nghĩa là khi lực dính lớn hơn hẳn so với thế tổng hợp thì các hạt mới dình vào nhau, tạo cấu thể. Giá trị α phụ thuộc vào hình dạng của hạt. Hệ số dính α đồng biến với tính không đồng nhất của các điểm trên bề mặt hạt. Ở một ψT xác định, nếu α càng lớn thì lực dính ϕ càng lớn. Lực dính ở các hạt hình tấm, hình kim, hình đa dạng lớn hơn so với dạng hình cầu rất nhiều. Ví dụ: sol Fe2O3 dạng hạt bất kỳ thì nồng độ của hệ keo có thể tạo gel là 1%, đối với keo V2O5 hạt dạng hình tấm, hình kim thì nồng độ tạo gel tương ứng là 0,1% và 0,05%. Bề mặt hạt keo không đồng nhất thì lực dính ở các điểm khác nhau là khác nhau. Tại các đỉnh nhọn, góc sắc… thì năng lượng cao nhưng mức độ hydrat hoá nhỏ (lớp dung môi rất mỏng) thì lực dính rất lớn. Trong môi trường nước (phân cực) điểm càng kỵ nước thì lực dính càng lớn và ngược lại. Thế điện động tại điểm nào đó càng nhỏ thì ở đó lực dính càng lớn. Khi các hạt va chạm nhau thì tại những điểm có lực dính lớn các hạt sẽ dính vào nhau, liên kết với nhau rất mạnh, tạo nên cái khung của cấu thể. Mỗi nguyên tố của khung cấu thể là một tế bào cấu thể, lực liên kết của khung ...