GIÁO TRÌNH HÓA LÝ LỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG - Chương 4 NĂNG LƯỢNG BỀ MẶT VÀ SỰ HẤP PHỤ, DUNG DỊCH KEO

HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT VÀ NĂNG LƯỢNG BỀ MẶT 4.1.1. Hiện tượng bề mặt Trong thực tế thường gặp những hệ dị thể phân tán cao (gồm hai hay nhiều pha) như huyền phù, nhũ tương, hệ keo… Do có bề mặt riêng lớn, trong hệ dị thể phân tán cao thường xảy ra quá trình tự thu hẹp diện tích bề mặt như keo tụ, hợp thành những hạt hoặc giọt lớn. Muốn ổn định độ phân tán của hệ keo hay nhũ tương cần đưa vào chất bảo vệ có khả năng hấp phụ lên bề mặt phân chia...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
GIÁO TRÌNH HÓA LÝ LỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG - Chương 4 NĂNG LƯỢNG BỀ MẶT VÀ SỰ HẤP PHỤ, DUNG DỊCH KEO Chöông 4 NAÊNG LÖÔÏNG BEÀ MAËT VAØ SÖÏ HAÁP PHUÏ, DUNG DÒCH KEO 4.1. HIEÄN TÖÔÏNG BEÀ MAËT VAØ NAÊNG LÖÔÏNG BEÀ MAËT 4.1.1. Hieän töôïng beà maët Trong thöïc teá thöôøng gaëp nhöõng heä dò theå phaân taùn cao (goàm hai hay nhieàu pha) nhö huyeàn phuø, nhuõ töông, heä keo… Do coù beà maët rieâng lôùn, trong heä dò theå phaân taùn cao thöôøng xaûy ra quaù trình töï thu heïp dieän tích beà maët nhö keo tuï, hôïp thaønh nhöõng haït hoaëc gioït lôùn. Muoán oån ñònh ñoä phaân taùn cuûa heä keo hay nhuõ töông caàn ñöa vaøo chaát baûo veä coù khaû naêng haáp phuï leân beà maët phaân chia pha laøm giaûm söùc caêng beà maët. Söï taêng dieän tích beà maët rieâng caùc tieåu phaân ( hay chia nhoû hôn caùc tieåu phaân ) aûnh höôûng lôùn ñeán tính chaát cuûa heä dò theå phaân taùn cao nhö tính chaát cô hoïc, caáu truùc, tính chaát ñieän, quang hoïc, v.vv… 4.1.2. Naêng löôïng beà maët Naêng löôïng beà maët laø naêng löôïng caàn tieâu toán ñeå taïo ra moät ñôn vò dieän tích beà maët trong ñieàu kieän thuaän nghòch ñaúng nhieät. Giaû söû coù vaät raén coù dieän tích beà maët laø S0, caàn taêng dieän tích beà maët leân S, ta coù: − A = σ (S − S0 ) = σΔS ( 4.1) trong ñoù: S0 = beà maët tieáp xuùc pha raén – khí ban ñaàu, S = beà maët tieáp xuùc pha raén khí sau khi tieâu toán coâng A σ = söùc caêng beà maët cuûa vaät. Daáu (-) tröôùc coâng A bieåu thò quaù trình tieâu toán naêng löôïng chæ ñeå chia nhoû beà maët S0. Giaû söû coâng A tieâu toán chæ duøng ñeå thaéng löïc töông taùc giöõa caùc phaàn töû trong vaät raén, nhö vaäy coâng A ñöôïc ñöa vaøo lôùp beà maët chuyeån thaønh theá naêng döï tröõ, vaäy: − A = ΔGS = σΔS ΔGS goïi laø theá naêng beà maët hay naêng löôïng beà maët vaø : ΔGS (4.2) σ= ΔS σ coù ñôn vò ño laø J.m-2 hoaëc cal.m-2 hoaëc N.m-1 69 Söùc caêng beà maët σ laø coâng caàn thieát ñeå taêng beà maët moät ñôn vò hay laø söï bieán ñoåi cuûa naêng löôïng töï do öùng vôùi moät ñôn vò beà maët môùi taïo thaønh. σ phuï thuoäc vaøo: - Löïc töông taùc giöõa caùc phaàn töû trong vaät raén (löïc töông taùc lôùn, söùc caêng beà maët lôùn). - Phuï thuoäc vaøo pha tieáp xuùc vôùi noù, vaät raén coù pha tieáp xuùc khí seõ coù söùc caêng beà maët lôùn hôn pha tieáp xuùc laø chaát loûng. Nhö vaäy laø pha tieáp xuùc coù löïc töông taùc lôùn thì söùc caêng beà maët seõ nhoû. - Phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä, khi nhieät ñoä taêng söùc caêng beà maët giaûm. 4.2. SÖÏ HAÁP PHUÏ 4.2.1. Ñònh nghóa Söï haáp phuï laø quaù trình taäp trung chaát leân beà maët phaân chia pha vaø goïi laø söï haáp phuï beà maët. Khi phaàn töû caùc chaát haáp phuï ñi saâu vaøo trong loøng chaát haáp phuï, quaù trình naøy laø haáp thuï. Haáp phuï ñöôïc chia thaønh haáp phuï vaät lyù vaø haáp phuï hoùa hoïc: Haáp phuï vaät lyù: khi chaát bò haáp phuï vaø chaát haáp phuï töông taùc vôùi nhau baèng löïc van der Waals thì nhieät haáp phuï coù giaù trò thaáp vaø chaát bò haáp phuï deã bò giaûi haáp phuï. Haáp phuï hoùa hoïc: löïc töông taùc giöõa caùc phaân töû bò haáp phuï vaø chaát haáp phuï baèng löïc hoaù hoïc taïo neân nhöõng hôïp chaát beà maët naøo ñoù. Nhieät haáp phuï hoùa hoïc lôùn vaø vì vaäy raát khoù khöû chaát bò haáp phuï. 4.2.2. Pha haáp phuï vaø pha bò haáp phuï • Pha haáp phuï (chaát haáp phuï) coù theå laø chaát raén, hoaëc loûng coù khaû naêng thu huùt vaø giöõ treân beà maët noù nhöõng ion, nguyeân töû, phaân töû hoaëc haït keo. • Pha bò haáp phuï coù theå laø moät caáu töû hoaëc nhieàu caáu töû ôû pha khí hoaëc pha loûng. Neáu coù nhieàu caáu töû luùc naøy seõ coù söï haáp phuï caïnh tranh, nghóa laø coù caáu töû ñöôïc haáp phuï tröôùc caáu töû khaùc. 4.3. SÖÏ HAÁP PHUÏ TREÂN BEÀ MAËT LOÛNG KHÍ. CHAÁT HOAÏT ÑOÄNG BEÀ MAËT Khi nghieân cöùu söï haáp phuï xaûy ra treân beà maët loûng khí, coù hai tröôøng hôïp cuûa chaát loûng laø chaát loûng nguyeân chaát vaø chaát loûng laø dung dòch. Chaát loûng nguyeân chaát coù thaønh phaàn beà maët vaø trong loøng theå tích laø nhö nhau. Coøn chaát loûng laø dung dòch coù ba tröôøng hôïp xaûy ra nhö sau: 1. Söï hoøa tan chaát tan khoâng laøm thay ñoåi söùc caêng beà maët cuûa dung moâi. 2. Söï hoøa tan chaát tan laøm taêng söùc caêng beà maët cuûa dung moâi. 70 3. Neáu chaát tan khoâng taäp trung treân lôùp beà maët maø chuû yeáu ôû trong loøng dung moâi vaø laøm taêng söùc caêng beà maët cuûa dung moâi ñöôïc goïi laø ch ...