2. • I. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN
• II. SỰ HẤP PHỤ TRÊN BỀ MẶT RẮN –
KHÍ
• III. SỰ HẤP PHỤ TRÊN RANH GIỚI• III. SỰ HẤP PHỤ TRÊN RANH GIỚI
DUNG DỊCH – KHÍ
• IV. SỰ HẤP PHỤ TRÊN BỀ MẶT RẮN –
DUNG DỊCH
2
3. I. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN
• I.1 Những khái niện cơ bản
- Hấp phụ: là hiện tượng bề mặt, đó là sự chất chứa các chất
khí, lỏng hay chất hòa tan trên bề mặt phân chia pha.
- Bề mặt phân chia pha có thể là : khí – lỏng, khí – rắn, lỏng –
rắn..
- Ví dụ : sự hấp phụ khí hoặc axit trên bề mặt than hoạt tính.
- Chất hấp phụ: Than hoạt tính
- Chất bị hấp phụ: Khí, axit…
- Chất hấp phụ , hấp phụ các chất càng mạnh khi bề mặt của nó
càng phát triển.
- Diện tích bề mặt tương ứng với 1 gam chất hấp phụ được gọi
là bề mặt riêng.
3
4. I.2/ Phaân loaïi haáp phuï
Ngöôøi ta phaân laøm 2 loaïi haáp phuï: haáp phuï vaät lyù vaø haáp
phuï hoùa hoïc
TÍNH CHAÁT HAÁP PHUÏ VAÄT LYÙ HAÁP PHUÏ HOÙA HOÏC
LOAÏI LIEÂN KEÁT
NHIEÄT HAÁP PHUÏ
NL HOAÏT HOÙA
Löïc töông taùc vaät lyù (lieân keát
Van der Waals)
Vaøi Kcal/mol
Khoâng quan troïng
Lieân keát hoùa hoïc, coù söï trao
ñoåi ñieän töû
Vaøi chuïc Kcal/mol
Quan troïng
4
NL HOAÏT HOÙA
NHIEÄT ÑOÄ
SOÁ LÔÙP HAÁP PHUÏ
TÍNH ÑAËC THUØ
TÍNH THUAÄN
NGHÒCH
Khoâng quan troïng
Öu ñaõi ôû nhieät ñoä thaáp
Nhieàu lôùp
Ít phuï thuoäc vaøo baûn chaát
cuûa beà maët, phuï thuoäc nhieät
ñoä, aùp suaát
Coù tính thuaän nghòch
Quan troïng
Öu ñaõi ôû nhieät ñoä cao
Ñôn lôùp
Coù tính ñaëc thuø, choïn loïc
cao
Thöôøng baát thuaän nghòch
11. Ta coù:
Neáu ñaët:
Vôùi x: ñoä haáp phuï taïi thôøi ñieåm naøo ñoù
X : ñoä haáp phuï cöïc ñaïi
1
2 1
.
.
k p
k k p
θ =
+
2
1
k
A
k
=
m
x
x
θ =
11
Xm: ñoä haáp phuï cöïc ñaïi
Thì:
m
p
x x
A p
=
+
12. Nhö vaäy:
Ôû p << 1 ⇒
ÔÛ p >> 1 ⇒ x = xm
Ñeå xaùc ñònh A vaø x coù theå
mx
x p
A
=
mx
x p
A
=
12
Ñeå xaùc ñònh A vaø xm,coù theå
chuyeån veà daïng pt ñöôøng thaúng
1
m m
p A
p
x x x
= +
13. II.4/ Phöông trình haáp phuï BET
(Brunauer- Emmett – Teller)
• Nhöõng cô sôû chính cuûa phöông trình BET laø:
• – Beà maët chaát haáp phuï raén laø ñoàng nhaát, töùc laø ñoái vôùi
vieäc haáp phuï phaân töû khí trong lôùp ñaàu tieân thì moïi “vò trí”
ñeàu töông ñöông nhau;
13
• – Caùc phaân töû ñaõ haáp phuï trong lôùp ñaàu tieân ñeàu coù tính
cuïc boä, nghóa laø chuùng ôû vaøo vò trí khoâng theå chuyeån ñoäng
töï do treân beà maët nöõa;
• – Moãi phaân töû haáp phuï trong lôùp ñaàu tieân ñeàu trôû thaønh
“vò trí” cho söï haáp phuï cuûa moät phaân töû khaùc cuûa lôùp thöù
hai ... vaø cöù theá tieáp dieãn, khoâng coù söï giôùi haïn veà soá lôùp
haáp phuï;
15. • Phöông trình BET coù daïng:
• Po: aùp suaát hôi baõo hoøa
• V: theå tích khí haáp phuï ôû aùp suaát p
• Vm: theå tích khí bò haáp phuï ôû lôùp thöù nhaát (lôùp ñôn phaân
töû)
• C: thöøa soá naêng löôïng (C = e∆q/RT, vôùi ∆q laø hieäu soá nhieät
1 1
( )o m m o
p C p
V p p V C V C p
−
= +
−
15
• C: thöøa soá naêng löôïng (C = e∆q/RT, vôùi ∆q laø hieäu soá nhieät
haáp phuï khí trong lôùp ñôn phaân töû vaø nhieät hoùa loûng)
• *Phöông trình BET ñöôïc söû duïng ñeå xaùc ñònh beà maët chaát
haáp phuï
• N: soá Avogadro
• Wm:beà maët chieám bôûi 1ptöû ôû lôùp ñôn ptöû
• Vo: theå tích mol khí ôû ñkc
. .m m
o
o
V N W
S
V
=
16. III. SỰ HẤP PHỤ TRÊN RANH GIỚI DUNG DỊCH
– KHÍ
III.1. Sức căng bề mặt :
- Phân tử nằm trong thể tích sẽ tương tác (hút) đồng đều
với các phân tử xung quanh.
- Phân tử trên BM chỉ tương tác với các phân tử phía
dưới, còn ở phía trên các hóa trị tự do không được bão
hòa, người ta nói các phân tử BM có năng lượng tự do
cao hơn so với trong thể tích.
16
cao hơn so với trong thể tích.
17. Sự chênh lệch về năng lượng tự do ∆G của các phân tử bề mặt (
so với thể tích) qui về 1 đơn vị thể tích BM được gọi là sức
căng BM.
σ =
Do ∆G = − A là công tiêu tốn,
Sức căng bề mặt là công tiêu tốn để tạo ra một đơn vị diện tích
−
S
G
∆
∆
bề mặt (dấu − chỉ công phải tiêu tốn chống lại sức hút để đưa
các phân tử từ thể tích ra bề mặt).
σ = = = = = = 103 dyn/cm
(Sức căng BM là lực tác dụng trên 1 đơn vị độ dài của BM, tiếp
tuyến với BM theo chiều làm giảm diện tích BM)
17
S
G
∆
∆
]m[
]J[
2
]m[
[m]]N[
2
]m[
]N[
cm100
dyn105
18. Thöù nguyeân cuûa σ là N.m-1 hoặc dyn.cm-1
Chất lỏng σ, N.m
-1
(th c
nghi m)
∆H, J.m
-3
l, m
Nước 72,75.10
-3
2,2.10
9
3,12.10
-10
114.10
-3
6
.lH∆
=σ
18
Clorofom 27,6.10
-3
0,55.10
9
5,16.10
-10
47,3.10
-3
n-hexan 18,4.10
-3
0,23.10
9
6.10
-10
23.10
-3
Benzen 28,9.10
-3
0,34.10
9
5,28.10
-10
29.10
-3
19. Xác định sức căng bề mặt bằng phương pháp mao
quản
σn =
σx =
2
ghdr nn
2
ghdr xx
xσ xx hd
19
→ =
r :bán kính mao quản, d khối lượng riêng của chất lỏng,
g : gia tốc trọng trường, h : chiều cao cột nước
σn, dx, dn là các hằng số được xác định chính xác ở các nhiệt
độ khác nhau (tra bảng), do đó đo các độ cao hx và hn ta tính
được σx
n
x
σ
σ
nn
xx
hd
hd
20. Ví dụ: Sự tạo thành giọt khi chất lỏng chảy ra
khỏi mao quản
20
21. • III.2.Phöông trình haáp phuï Gibbs:
• PT Gibbs nêu lên quan hệ giữa lượng chất bị hấp phụ trong
lớp bề mặt Γ, nồng độ chất tan trong dung dịch C và sức
căng bề mặt trên giới hạn dung dịch- khí σ
•
dC
d
RTC
σ1
−=
Γ
21
• Vôùi
• Γ: bieán thieân noàng ñoä chaát trong lôùp beà maët, hay ñoä haáp
phuï, mol/cm2;
• C: noàng ñoä caân baèng trong dung dòch loûng, mol/l;
• σ: söùc caêng beà maët, N/m.
dCRTC
22. III.3. Caùc chaát hoaït ñoäng beà maët
Töø phöông trình Gibbs ta coù caùc tröôøng hôïp sau:
Tröôøng hôïp , Γ < 0 (noàng ñoä chaát tan ôû lôùp
beà maët, thaáp hôn trong theå tích), söùc caêng beà maët taêng
khi noàng ñoä chaát tan taêng. Ñaây laø söï haáp phuï aâm. Chaát
tan laøm taêng σ goïi laø chaát khoâng hoaït ñoäng beà maët. Ñaây
laø tröôøng hôïp cuûa dung dòch caùc chaát ñieän ly.
Tröôøng hôïp , Γ = 0
0
d
d C
σ
>
d σ
22
Tröôøng hôïp , Γ = 0 : Sự hấp phụ không xẩy ra
Tröôøng hôïp , Γ > 0 (noàng ñoä chaát tan ôû lôùp
beà maët cao hôn trong theå tích), söùc caêng beà maët giaûm khi
noàng ñoä chaát tan taêng. Ñaây laø söï haáp phuï döông. Chaát
tan laøm giaûm σ goïi laø chaát hoaït ñoäng beà maët (HÑBM)
0
d
d C
σ
=
0
d
d C
σ
<
23. - Chất HĐBM là chất có khả năng tích tụ lại trong lớp bề mặt,
ta nói rằng có sự hấp phụ dương.
- Chất HĐBM có sức căng bề mặt nhỏ hơn sức căng bề mặt
của dung môi.
- Có độ tan tương đối nhỏ
- Tương tác giữa các phân tử chất tan với các phân tử dung môi
yếu hơn tương tác giữa các phân tử dung môi với nhau. Vì
vậy, các phân tử chất tan bị đẩy từ trong thế tích dung dịchvậy, các phân tử chất tan bị đẩy từ trong thế tích dung dịch
lên bề mặt. Kết quả là sức căng của dung dịch giảm đi so với
dung môi.
- Các chất HĐBM đối với nước : axit béo với gốc HC, các
muối của chúng ( xà phòng), rượu , amin…
23
26. • III.4. Qui taéc Traube
Qui tắc Traube nêu lên ảnh hưởng cấu tạo và kích thước
phân tử chất HĐBM đến sự hấp phụ
• Naêm 1884, Traube ñöa ra qui taéc thöïc nghieäm:
Khi độ dài mạch HC tăng thêm một nhóm CH2 thì tính bề
mặt của axit tăng lên 3,2 lần
• Khi độ dài mạnh cacbon tăng theo cấp số cộng thì hoạt tính
bề mặt tăng theo cấp số nhân.
26
bề mặt tăng theo cấp số nhân.
• NN: khi độ dài mạch C tăng thì độ tan của chất HĐBM
giảm dẫn tới độ hấp phụ tăng lên.
• Qui taéc Traube chæ ñuùng cho töôøng hôïp dung moâi laø nöôùc
(moâi tröôøng raát phaân cöïc). Vôùi dung moâi khoâng phaân
cöïc thì tính hoøa tan cuûa chaát HÑBM seõ taêng vaø laøm
giaûm tính HÑBM.
27. I.V. SỰ HẤP PHỤ TRÊN BỀ MẶT RẮN – DUNG
DỊCH
• IV.1/ Söï haáp phuï phaân töû
• Löôïng chaát bò haáp phuï x (mmol/g) ñöôïc tính töø coâng thöùc:
• C C : noàng ñoä ban ñaàu vaø caân baèng cuûa chaát bò haáp phuï
1( )
.100oC C V
x
m
−
=
27
• C0,C1: noàng ñoä ban ñaàu vaø caân baèng cuûa chaát bò haáp phuï
(mol/l)
• V: theå tích trong ñoù xaûy ra söï haáp phuï (l)
• m: löôïng chaát haáp phuï (g)
• Söï haáp phuï treân ranh giôùi loûng-raén coù theå ñöôïc bieåu dieãn
baèng caùc ñöôøng ñaúng nhieät haáp phuï Langmuir hay
Freundlich
28. Söï haáp phuï phaân töû chòu aûnh höôûng cuûa caùc yeáu toá sau:
AÛnh höôûng cuûa dung moâi: giöõa dung moâi vaø chaát tan
thöôøng coù söï caïnh tranh haáp phuï leân beà maët raén. Caáu töû
naøo coù SCBM nhoû hôn seõ öu tieân haáp phuï.
AÛnh höôûng cuûa tính chaát chaát haáp phuï: beà maët phaân cöïc
seõ haáp phuï toát chaát bò haáp phuï phaân cöïc vaø ngöôïc laïi.
Aûnh höôûng cuûa tính chaát chaát bò haáp phuï
- Quy taéc Rebinder: chaát chæ haáp phuï leân ranh giôùi pha khi
28
- Quy taéc Rebinder: chaát chæ haáp phuï leân ranh giôùi pha khi
söï hieän dieän cuûa noù trong lôùp beà maët laøm caân baèng ñoä
phaân cöïc cuûa hai pha.
- Sự hấp phụ xảy ra nếu độ phân cực của vật C có hằng số
điên môi ɛ nằm giữa giá trị hằng số điện môi của A và B
ɛA > ɛC> ɛB
ɛA < ɛC< ɛB
29. Ví dụ:Trên danh giới giữa nước có ɛ = 81 và toluen có ɛ = 2,4
thì anilin tan trong toluene có ɛ = 7,3 là chất HĐBM
- Trên danh giới toluen – không khí ɛ = 1 anilin có ɛ lớn
hơn toluen , nên toluene ( tan trong anilin) là chất HĐBM
- Rebinder cũng cho thấy rằng phân tử chất HĐBM sẽ định
hướng trên bề mặt phân cách pha thế nào cho nhóm phân
cực hướng vào MT phân cực, nhóm không phân cực
hướng vào MT không phân cựchướng vào MT không phân cực
+ Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ
Hieän töôïng haáp phuï phaân töû coù yù nghóa raát lôùn vì noù dieãn
ra trong cô theå ñoäng vaät vaø trong nhieàu quaù trình kyõ
thuaät khaùc nhö: saéc kyù, laøm saïch chaát loûng…
29
30. IV.2/ Söï haáp phuï caùc chaát ñieän ly
Caùc ion trong dung dòch laø nhöõng phaàn töû tích ñieän, cho
neân söï haáp phuï caùc ion laø quaù trình dieãn ra söï phaân boá
laïi ñieän tích.
Do töông taùc tónh ñieän caùc ion traùi daáu ñöôïc huùt ñeán gaàn
lôùp beà maët phaân chia töôùng vaø hình thaønh lôùp ñieän keùp.
A- Haáp phuï choïn loïc
30
A- Haáp phuï choïn loïc
Caùc ion chaát ñieän ly ñöôïc haáp phuï öu tieân theo nhöõng
tính chaát sau:
- Beà maët chaát haáp phuï coù ñieän tích xaùc ñònh neân chæ haáp
phuï caùc ion tích ñieän traùi daáu vôùi noù.
- Khaû naêng haáp phuï phuï thuoäc baûn chaát caùc ion:
31. Ñoái vôùi ion cuøng hoùa trò, ion naøo coù baùn kính lôùn nhaát seõ
coù khaû naêng bị haáp phuï cao nhaát:
VD:Khaû naêng haáp phuï cuûa caùc ion cuøng hoùa trò
Li+ < Na+ < K+ < Rb+ < Cs+
Mg2+ < Ca2+ < Sr2+ < Ba2+
Cl- < Br- < NO3
- < I- < CNS-
31
Ñoái vôùi caùc ion coù hoùa trò khaùc nhau, ion naøo coù hoùa trò
caøng cao (ñieän tích lôùn) caøng deã bò haáp phuï.
K+ < Ca2+ < Al3+ < Th4+
Trong hoùa keo, vaán ñeà quan troïng laø söï haáp phuï caùc ion
trong dung dòch leân beà maët tinh theå baèng löïc hoùa hoïc ñeå
hình thaønh heä keo.