2. 2
NỘI DUNG 30 tiết
Chương 1. Nhiệt hóa học
Chương 2. Chiều và giới hạn của quá trình
Chương 3. Cân bằng hóa học
Chương 4. Lý thuyết cân bằng pha
Chương 5. Cân bằng pha trong hệ một cấu tử
Chương 6. Dung dịch, cân bằng lỏng - hơi
Chương 7. Cân bằng lỏng – rắn
Chương 8. Hóa keo
4. 4
MỤC TIÊU CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC
• Nghiên cứu các quy luật về sự biến chuyển tương
hỗ của hóa năng và các dạng năng lượng khác
trong các quá trình hóa học.
• Nghiên cứu các điều kiện tự diễn biến (phản ứng
hóa học) và các điều kiện bền vững (trạng thái cân
bằng) của các hệ hóa học.
5. 5
1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
• Systems and Surroundings (Hệ
thống và môi trường)
• System (Hệ): part of the universe
we are interested in.
• Surroundings(môi trường ): the rest
of the universe.
6. 6
a. Hệ:
là lượng nhất định của một hay nhiều chất ở điều kiện
nhiệt độ, áp suất và nồng độ nhất định
- Hệ mở
- hệ kín
- hệ cô lập
- hệ đoạn nhiệt
- Hệ đồng thể, dị thể,
1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
7. 7
b. Trạng thái
tập hợp tất cả các tính chất vĩ mô của hệ
- Thông số trạng thái: T, P, V, m, C, d, Cp,…
- Thông số cường độ: T, P, C, d,..
- Thông số dung độ: V, m, U,..
- Hàm trạng thái
U = f(T,P,n,…)
1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
8. 8
c. Quá trình
Con đường mà hệ chuyển từ TT này sang TT khác
- Quá trình mở
- Quá trình kín (chu trình)
- Quá trình có V, P, T, q = const
- Hàm quá trình
d. Pha
tập hợp những phần đồng thể của hệ có cùng tính chất
lý hóa
1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
9. 9
2. NHIỆT VÀ CÔNG
Năng lượng là thước đo độ vận động của vật chất.
ứng với những hình thái vận động khác nhau của
vật chất chúng ta có những hình thái năng lượng
khác nhau như thế năng, động năng, nội năng…
Hai dạng thể hiện của năng lượng hóa học là:
NHIỆT (Q) và CÔNG (W)
Lưu ý: không có giá trị năng lượng bằng 0 tuyệt
đối mà chỉ có năng lượng bằng 0 ứng với một hệ
quy chiếu chuẩn nào đó.
10. 10
Nhiệt
Nhiệt (q) là thước đo sự chuyển động hỗn loạn (chuyển
động nhiệt) của các tiểu phân tạo nên chất hay hệ.
Công
Công (w) là thước đo sự chuyển động có trật tự và có
hướng của các tiểu phân theo hướng của trường lực
Nội năng (U)
Nội năng (U) là năng lượng có sẵn, ẩn dấu bên trong hệ
11. 11
Quy ước về dấu
Theo qui ước về dấu của nhiệt động học:
• Nếu hệ tỏa nhiệt thì nhiệt có trị số âm, q < 0.
• Nếu hệ thu nhiệt thì nhiệt có trị số dương, q > 0.
• Nếu hệ nhận công thì công có trị số âm, W < 0.
• Nếu hệ sinh công thì công có trị số dương, W > 0.
12. 12
3. NGUYÊN LÝ I – NHIỆT ĐỘNG HỌC
BIỂU THỨC TOÁN HỌC
Nếu qi và wi là nhiệt và công trao đổi giữa hệ với môi
trường ngoài theo đường quá trình i thì qi và wi riêng rẽ
thay đổi theo đường quá trình nhưng tổng số qi + wi luôn
luôn là một hằng số không tùy thuộc đường quá trình mà
chỉ tùy thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối của hệ
mà thôi
U = Q+A∆
Do quy ýớc về dấu nên biểu thức nguyên lý 1 được viết lại
như sau:
U = Q- A∆
13. 13
NHIỆT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ QUÁ TRÌNH
a. Quá trình đẳng tích
V= hằng số, dV=0
QV = ΔU
b. Quá trình đẳng áp
P = hằng số, dP=0
Qp = ΔH
Nếu hệ là khí lý tưởng thì pV=nRT
Wp = nRΔT
ΔUp = Qp – nRΔT
14. 14
c. Quá trình giản nở đẳng nhiệt KLT
Định luật Joule: nội năng của khí lý tưởng chỉ
phụ thuộc vào nhiệt độ
ΔUT = 0
NHIỆT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ QUÁ TRÌNH
15. 15
4. ĐỊNH LUẬT HESS
Nội dung định luật Hess
Trong quá trình đẳng áp hay đẳng tích, nhiệt phản
ứng chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái
cuối mà không phụ thuộc vào trạng thái trung gian
của quá trình
QV = ΔU và Qp = ΔH
Đối với các quá trình của khí lý tưởng:
ΔH = ΔU + RTΔn.
H = U + PV ( enthalpy) – hàm trạng thái
18. 18
MỐI QUAN HỆ GIỮA ENTANPI VÀ NỘI NĂNG
Đối với những quá trình có chất phản ứng hay sản phẩm
phản ứng ở thể khí thì ∆H và ∆U có thể khác xa nhau.
Với chất khí:
P∆V = ∆nRT
Trong đó ∆n là hiệu số phân tử gam của các sản phẩm khí
với số phân tử gam của các chất khí tham gia phản ứng.
Như vậy:
∆Η = ∆U + ∆nRT
Khi ∆n = 0 thì ∆H = ∆U , nhưng khi ∆n ≠ 0 thì ∆H ≠ ∆U
19. 19
5. NHIỆT DUNG (C)
Nhiệt dung: Nhiệt dung riêng của một chất bất kỳ
là nhiệt lượng cần cung cấp cho một đơn vị khối
lượng chất đó để làm tăng nhiệt độ thêm 1o
- Nhiệt dung riêng Q
c
dT
δ
=
- Nhiệt dung đẳng tích
- Nhiệt dung đẳng áp
Qp
cp dT
δ
=
Qvcv dT
δ
=
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến nhiệt dung
Cp = ao + a1.T + a2.T2 + ..
20. 20
6. NHIỆT CHUYỂN PHA (λcp)
• Nhiệt chuyển pha là nhiệt lượng cần thiết cần cung cấp cho
một đơn vị khối lượng chất thực hiện quá trình chuyển pha
• Quá trình chuyển pha các chất nguyên chất là đẳng nhiệt
- Nhiệt hóa hơi và nhiệt ngưng tụ:
λhh = - λnt
- Nhiệt nóng chảy và nhiệt đông đặt:
λnc = - λđđ
- Nhiệt thăng hoa
λth = λnc + λhh
21. 21
7. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu ứng
nhiệt phản ứng
Định luật Kirchhoff
∆HT = ∆Ho + ∫∆CpdT
Công thức gần đúng (trong khoảng nhiệt độ hẹp)
∆HT2 = ∆H1 + ∆Cp(T2 – T1)
23. Nguyen Huu Son2
1. Sự biến đổi tự nhiên (spontaneous change)
Là một biến đổi xảy ra được một cách tự nhiên mà không cần
tác động của yếu tố bên ngoài.
Một biến đổi tự nhiên không nhất thiết phải xảy ra nhanh.
Chiều của biến đổi tự nhiên có thể phụ thuộc vào nhiệt độ.
Xét về mặt năng lượng các quá trình hóa học có xu hướng tự
diễn ra khi có sự giảm enthalpy.
24. Nguyen Huu Son3
Tuy nhiên, một số quá trình vẫn diễn ra khi enthalpy
bằng 0 hoặc lớn hơn 0.
Do đó, chỉ dựa vào sự biến đổi nội năng (hay Enthalpy
∆H) thì không thể tiên đoán được chiều phản ứng.
Để tiên đoán chính xác chiều hướng của phản ứng ta
cần phải xem xét một yếu tố nữa đó là ĐỘ MẤT TRẬT
TỰ của hệ (được thể hiện qua giá trị ENTROPY ký hiệu là
S)
1. Sự biến đổi tự nhiên (spontaneous change)
25. Nguyen Huu Son4
Các quá trình thuận nghịch
Reversible Processes
Trong một quá trình thuận nghịch hệ
thống thay đổi theo cách hệ thống và
môi trường xung quanh có thể trở lại
trạng thái ban đầu bởi quá trình thuận
nghịch
(In a reversible process the system
changes in such a way that the
system and surroundings can be put
back in their original states by
exactly reversing the process)
Sự thay đổi là rất nhỏ ở quá trình thuận
nghịch
(Changes are infinitesimally small in a
reversible process.)
26. Nguyen Huu Son5
Quá trình bất thuận nghịch
Irreversible Processes
Quá trình bất thuận nghịch không thể thực hiện quá
trình ngược lại khi hệ thống thay đổi
(Irreversible processes cannot be undone by exactly
reversing the change to the system)
Tất cả các quá trình tự phát đều là bất thuận nghịch
(All Spontaneous processes are irreversible)
Tất cả các quá trình xảy ra thực tế là bất thuận nghịch
(All Real processes are irreversible )
27. Nguyen Huu Son6
2. Entropy
Entropi (S) là thước đo độ hỗn loạn của trạng thái của hệ
thống. Các biến đổi xảy ra tự nhiên thì đi kèm với sự tăng
entropy
Entropy là một hàm trạng thái
Cho 1 hệ thống: ∆S = Scuối - Sđầu
Nếu ∆S > 0 hệ thống mất trật tự hơn
∆S < 0 hệ thống trật tự hơn
28. Nguyen Huu Son7
Tính chất của entropi
Mỗi chất có giá trị entropi riêng của mình , phân tử càng phức tạp thì
entropi càng lớn.
Entropi của mọi chất ở 0K đều bằng 0 vì chúng chỉ còn một trạng
thái sắp xếp duy nhất (W=1).
Entropi của các chất tăng theo sự tăng của nhiệt độ.
Entropi là một hàm trạng thái do đó sự tăng entropi của một quá
trình tính theo công thức:
∆So
r = ΣnSsản phẩm - ΣnStác chất
29. Nguyen Huu Son8
Entropy tiêu chuẩn
Là giá trị Entropy của 1 mol chất đo ở điều kiện điều kiện tiêu
chuẩn có áp suất 1 atm (760 mm Hg), và nhiệt độ bằng 25oC
(298.15K)
Đơn vị tính của S0
298 là cal/mol.K hoặc J/mol.K
S0
298
30. Nguyen Huu Son9
Sự biến đổi entropy
Entropy Changes
Nhìn chung, entropy tăng khi :
+Khí được tạo ra từ dạng lỏng và rắn
+ Dung dịch hoặc chât hòa tan được tạo
ra từ chất rắn
+ Số lượng phân tử khí tăng
+ Số lượng phân tử tăng
In general, entropy increases when
Gases are formed from liquids and
solids.
Liquids or solutions are formed from
solids.
The number of gas molecules
increases.
The number of moles increases.
31. Nguyen Huu Son10
Định luật 3 nhiệt động học
Third Law of Thermodynamics
Entropy của chất kết tinh hoàn toàn ở nhiệt độ không tuyệt đối
là bằng không
(The entropy of a pure crystalline substance at absolute zero is
0).
32. Nguyen Huu Son11
Một số quy tắc để dánh giá sự biến thiên của
entropy S trong các quá trình hóa học:
So tăng (∆So>0) khi các chất chuyển từ trạng thái rắn sang lỏng
hay khí.
Ví dụ: H2O (r) → H2O (l) ∆So>0
So tăng (∆So>0) khi một chất rắn hay lỏng hòa tan vào nước hay
dung môi.
So giảm (∆So<0) khi một chất khí hòa tan vào nước hay dung
môi.
So tăng khi M (khối lượng phân tử) tăng.
Ví dụ: So(O2) < So(O3)
33. Nguyen Huu Son12
So giảm ở chất rắn mạng liên kết cộng hóa trị, So tăng khi liên
kết có một phần tính kim loại.
Ví dụ: So C(diamond) < So C(graphite)
So tăng tỷ lệ với độ yếu và độ mềm của liên kết giữa các
nguyên tử.
So tăng theo độ phức tạp của phân tử.
Một số quy tắc để dánh giá sự biến thiên
của entropy S trong các quá trình hóa học:
34. Nguyen Huu Son13
3. Nguyên lý II
Nguyên lý II
Không thể có quá trình tự chuyển năng lượng từ vật thể có các
tiểu phân chuyển động trật tự sang vật thể có các tiểu phân
chuyển động kém trật tự hơn.
Hay
Trong điều kiện năng lượng không đổi, hệ có khuynh hướng
chuyển từ trạng thái có độ mất trật tự thấp sang trạng thái có
độ mất trật tự cao hơn.
Nếu hệ là cô lập và quá trình là TN:
Nếu hệ là cô lập và quá trình là BTN:
35. Nguyen Huu Son14
Nếu xét chiều hệ không cô lập, ta có thể cô lập hệ bằng cách
ghép thêm môi trường vào hệ
Nếu: dS > 0 → Quá trình tự xảy ra
Entropy là tiêu chuẩn xét chiều
trong hệ cô lập
dS = 0 → Quá trình đạt cân bằng
∆Stc = ∆Shệ + ∆Smôi trường
36. Nguyen Huu Son15
Entropy hệ cô lập – chiều hướng của quá trình
Hệ cô lập = hệ khảo sát + nguồn nhiệt bên ngoài
∆Shệ cô lập = (∆Shệ khảo sát + ∆Snguồn nhiệt) ≥ 0
Nếu quá trình diễn ra là thuận nghịch (CB) thì
entropy của hệ cô lập là không đổi:
∆Shệ cô lập = 0
Trong hệ cô lập diễn ra quá trình không thuận nghịch thì
những quá trình này làm cho entropy của hệ cô lập tăng lên:
∆Shệ cô lập > 0
3. Nguyên lý II
37. Nguyen Huu Son16
TN
Q
dS
T
δ
=
Ở một nhiệt độ xác định
Khi hệ chuyển từ TT1 sang
TT2
Nếu quá trình là bất thuận
nghịch (BTN) hay tự xảy ra
Nếu quá trình thuận nghịch
(TN)
2. Entropy một số quá trình
38. Nguyen Huu Son17
Quá trình đẳng áp hoặc đẳng tích
Entropy của một số quá trình
thuận nghịch
dS = C.(dT/T)
Quá trình đẳng nhiệt
∆ST = QT/T
Nếu hệ là KLT:
∆ST = nR.ln(V2/V1) = nR.ln(P1/P2)
39. Nguyen Huu Son18
Ảnh hưởng của môi trường
∆Stổng cộng = ∆Shệ + ∆Smôi trường
∆Smôi trường tỷ lệ thuận với lượng nhiệt tỏa ra từ hệ thống (-∆H)
và tỷ lệ nghịch với nhiệt độ T.
Tại áp suất không đổi, ta có thể viết :
∆Smôi trường = -∆H/ T
tức là: ∆Stổng cộng = ∆Shệ - ∆H/ T
40. Nguyen Huu Son19
Ví dụ:
Phản ứng 2 Mg (r) + O2 (k) → 2 MgO(r)
có ∆So
r = -217 J.K-1.mol-1 <0
Tuy nhiên phản ứng vẫn xảy ra vì:
∆Ho
r<<0 (∆Ho
r=-1202 kJ.mol-1).
Ta có:
∆Stổng cộng = ∆Shệ thống - ∆H/ T
= -217 J.K-1.mol-1+ 1202.103 J.mol-1/298 K
= 3.81.103 J.K-1.mol-1>0
Ảnh hưởng của môi trường
42. Nguyen Huu Son21
4. Năng lượng tự do G (Free Energy)
∆Stổng cộng = ∆Shệ - ∆H/ T
Hay: -T.∆Stổng cộng = ∆H – T.∆Shệ
Biểu diễn khái niệm biến đổi của entropy tổng bằng một đại lượng
gọi là năng lượng tự do Gibbs:
∆G = -T∆Stổng cộng
Ta có: ∆G = ∆H - T∆S
Như vậy, thay vì xem xét sự biến đổi của entropy tổng cộng cuả cả
hệ thống và môi trường xung quanh, nay ta chỉ xét sự biến đổi của
năng lượng tự do G của bản thân hệ thống để dự đoán một biến đổi
có xảy ra tự nhiên hay không.
43. Nguyen Huu Son22
= – Gibbs Free Energy
Cân bằng này tương tự (Make this equation nicer)
4. Năng lượng tự do G (Free Energy)
44. Nguyen Huu Son23
1. Nếu dG số âm, phản ứng là tự
phát
(If DG is negative, the forward
reaction is spontaneous).
• Nếu dG bằng 0 , hệ thống cân
bằng
If DG is 0, the system is at
equilibrium.
3. Nếu dG là số dương, phản ứng
là tự phát ở hướng ngược lại
(If ∆G is positive, the reaction
is spontaneous in the reverse
direction).
4. Năng lượng tự do G (Free Energy)
45. Nguyen Huu Son24
Năng lượng tự do tiêu chuẩn
Là biến thiên năng lượng tự do của quá trình tạo
thành 1 mol chất ở điều kiện tiêu chuẩn (250C, 1
atm) xuất phát từ các đơn chất bền.
Đơn vị của ∆G0 là Kcal/mol hoặc KJ/mol
Các đơn chất bền ở điều kiện tiêu chuẩn có ∆G0 = 0
Giá trị ∆G0 của các chất được xác định bằng thực nghiệm.
Có thể tra cứu các đại lượng ∆G0 trong các sổ tay hóa học.
∆Go
298
Năng lượng tự do của phản ứng hóa học
∆G = Σ∆Gsản phẩm - Σ∆Gtác chất
46. Nguyen Huu Son25
Năng lượng tự do tiêu chuẩn ∆Go chính là thước đo độ bền
tương đối của một hợp chất so với các nguyên tố tạo thành nó.
Nếu ∆Go <0 tại một nhiệt độ xác định thì có nghĩa là các
nguyên tố có khuynh hướng tự nhiên tạo thành hợp chất tại
nhiệt độ đó tức tại điều kiện chuẩn hợp chất này là bền hơn
các nguyên tố tạo thành nên nó.
Còn nếu ∆Go >0 thì điều ngược lại sẽ xảy ra, hợp chất có
khuynh hướng tự nhiên là phân hủy trở lại thành các nguyên
tố.
4. Năng lượng tự do G (Free Energy)
47. Nguyen Huu Son26
Ở điều kiện bình thường, Chúng ta có thể sử dụng DG
thay cho DG°.
Under non-standard conditions, we need to use DG
instead of DG°.
Q is the reaction quotiant from chapter 15.
Note: at equilibrium: ∆G = 0.
away from equil, sign of ∆G tells which way rxn goes
spontaneously.
Mối quan hệ giữa thế đẳng áp và HSCB K
48. Nguyen Huu Son27
Mối quan hệ giữa thế đẳng áp và HSCB K
Ta có: ∆Gr = ∆Go
r + RT lnK
Tại cân bằng: 0 = ∆Go
r + RT lnK
hay ∆Go
r= – RT lnK
Ví dụ: Tính Kp tại 25oC cho cân bằng sau
N2O4 (k) 2 NO2 (k)
Ta có: ∆Go
r = 2 ∆Go
r (NO2,k) - ∆Go
r(N2O4,k)
= 2 × 51.31 – 97.89 kJ.mol-1
= +4.73 kJ.mol-1
Mà ln Kp = -∆Go
r / RT
= -(4.73 kJ.mol-1/ 2.4790 kJ.mol-1) = -1.91
Suy ra Kp = 0.15
49. Nguyen Huu Son28
1 J = 1 N.m= 1 Pa.m3 = 1 kg. m2. s-2
1 erg = 10-7 J
1 cal = 4,184 J
1 eV = 1,6021892 x 10-19 J
L.atm = 101,325 J
cm-1 = 1,986477 x 10-23 J
1 Pa = 1 N.m-2 = 1 kg. m-1. s-1
1 bar = 105 Pa
1 atm = 101,325 Pa
1 atm = 760 torr
1 psi = 6897, 7572 Pa
Chuyển đổi đơn vị đo lường
R = 8,31441 J.K-1mol-1
= 1,987 cal. K-1mol-1
= 0,0831441 L.bar. K-1.mol-1
= 0,0820568 L.atm.K-1.mol-1
50. CÂN BẰNG HOÁ HỌC
http://www.chem1.com/acad/webtext/chemeq/
51. 2 Nguyen Huu Son
1. Khái niệm về cân bằng hóa học
Phản ứng thuận nghịch
Cân bằng hóa học
Là trạng thái mà tại đó nồng độ các chất trong
phản ứng không đổi theo thời gian
N2O4(g) 2NO2(g)
G
dG=0
Cân bằng (Kcb)
52. 3 Nguyen Huu Son
V
Vt
Vn
Vcb
tcb
t
0
1. Khái niệm về cân bằng hóa học
dC
dt
= 0
53. 4 Nguyen Huu Son
1. Khái niệm về cân bằng hóa học
54. 5 Nguyen Huu Son
Toùm laïi:
Caân baèng coù tính chaát ñoäng, nghóa laø luùc caân baèng veà
maët thöïc teá thaønh phaàn caùc hôïp chaát khoâng thay ñoåi
nhöng thöïc teá phaûn öùng vaãn xaûy ra vôùi vthuaän = vnghòch
.
Khuynh höôùng töï nhieân cuûa moät phaûn öùng hoùa hoïc
laø luoân höôùng tôùi caân baèng.
Caân baèng seõ ñaït ñöôïc khi ∆G=0, luùc naøy caân baèng
hoùa hoïc laø söï caân baèng giöõa hai yeáu toá aûnh höôûng leân
phaûn öùng laø nhieät vaø entropy.
1. Khái niệm về cân bằng hóa học
55. 6 Nguyen Huu Son
Xét phản ứng
H2 + I2 → 2HI
a) Nếu ta bắt đầu bằng một hỗn hợp I2 và H2 (tỷ lệ bất
kỳ), phản ứng sẽ đạt tới cân bằng tương ứng với
nồng độ không đổi của H2, I2 và HI.
b) Tuy nhiên nếu ban đầu ta chỉ có HI và không I2 hay
H2, phản ứng vẫn xảy ra. I2 và H2 được tạo thành
cho tới khi các nồng độ đạt tới cân bằng
2. Hằng số cân bằng hóa học
57. 8 Nguyen Huu Son
Dù thành phần tác chất ban đầu và thành phần sản
phẩm ra sao, các nồng độ luôn đạt tới một tỷ lệ như
nhau tại cân bằng
Cho một phản ứng bất kỳ
Biểu thức của hằng số cân bằng là
với Kc là hằng số cân bằng
aA + bB(g) pP + qQ
[ ] [ ]
[ ] [ ]ba
qp
cK
BA
QP
=
2. Hằng số cân bằng hóa học
58. 9 Nguyen Huu Son
Các dạng hằng số cân bằng
2. Hằng số cân bằng hóa học
60. 11 Nguyen Huu Son
2. Hằng số cân bằng hóa học
Mối quan hệ giữa HSCB và năng lượng nhiệt động
Ở điều kiện
V= const ,T= const
P= const ,T= const
∆Go
r= – RT lnKcb
61. 12 Nguyen Huu Son
Độ lớn của hằng số cân bằng
Hằng số cân bằng, K, là tỷ lệ của sản phẩm trên tác chất.
Do đó:
K càng lớn thì tại cân bằng nồng độ sản phẩm càng lớn.
Ngược lại, K càng nhỏ thì tại cân bằng nồng độ tác chất
càng lớn
Nếu K >> 1, các sản phẩm chiếm ưu thế tại cân bằng và
cân bằng chuyển sang phải
Nếu K << 1, các tác chất chiếm ưu thế tại cân bằng và cân
bằng chuyển sang trái
2. Hằng số cân bằng hóa học
63. 14 Nguyen Huu Son
ÖÙng duïng cuûa haèng soá caân baèng trong hoùa hoïc
Xét chiều của phản ứng
We define Q, the reaction quotient, for a general reaction
as
where [A], [B], [P], and [Q] are molarities at any time.
Q = K only at equilibrium.
aA + bB(g) pP + qQ
[ ] [ ]
[ ] [ ]ba
qp
Q
BA
QP
=
64. 15 Nguyen Huu Son
Predicting the Direction of Reaction
• If Q > K then the reverse reaction must occur to
reach equilibrium (i.e., products are consumed,
reactants are formed, the numerator in the
equilibrium constant expression decreases and Q
decreases until it equals K).
• If Q < K then the forward reaction must occur to
reach equilibrium.
ÖÙng duïng cuûa haèng soá caân baèng trong hoùa hoïc
65. 16 Nguyen Huu Son
3. Nguyên lý Le Chatelier
Henri le Châtelier (1850-1936)
Contents of this page
What is the le Châtelier Principle and why is it important?
How do changes in temperature affect equilibria?
How do changes in pressure affect equilibria?
The le Châtelier Principle and physiology
66. 17 Nguyen Huu Son
3. Nguyên lý Le Chatelier
Xét phản ứng
As the pressure increases, the amount of ammonia
present at equilibrium increases.
As the temperature decreases, the amount of ammonia at
equilibrium increases.
Can this be predicted?
Nguyên lý Le Chatelier: Trong một phản ứng cân
bằng, nếu thay đổi một yếu tố làm xáo trộn mức cân
bằng sẽ làm cân bằng dời đổi theo chiều chống lại
sự thay đổi ấy.
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
68. 19 Nguyen Huu Son
Change in Reactant or Product Concentrations
The unreacted nitrogen and hydrogen are recycled with the new
N2 and H2 feed gas.
The equilibrium amount of ammonia is optimized because the
product (NH3) is continually removed and the reactants (N2 and
H2) are continually being added.
Effects of Volume and Pressure
As volume is decreased pressure increases.
Le Chatelier’s Principle: if pressure is increased the system will
shift to counteract the increase.
3. Nguyên lý Le Chatelier
69. 20 Nguyen Huu Son
Effects of Volume and Pressure
That is, the system shifts to remove gases and decrease
pressure.
An increase in pressure favors the direction that has fewer
moles of gas.
In a reaction with the same number of product and reactant
moles of gas, pressure has no effect.
Consider
N2O4(g) 2NO2(g)
3. Nguyên lý Le Chatelier
70. 21 Nguyen Huu Son
Effects of Volume and Pressure
An increase in pressure (by decreasing the volume) favors the
formation of colorless N2O4.
The instant the pressure increases, the system is not at
equilibrium and the concentration of both gases has increased.
The system moves to reduce the number moles of gas (i.e. the
forward reaction is favored).
A new equilibrium is established in which the mixture is lighter
because colorless N2O4 is favored.
3. Nguyên lý Le Chatelier
71. 22 Nguyen Huu Son
Effect of Temperature Changes
The equilibrium constant is temperature dependent.
For an endothermic reaction, ∆H > 0 and heat can be considered
as a reactant.
For an exothermic reaction, ∆H < 0 and heat can be considered
as a product.
Adding heat (i.e. heating the vessel) favors away from the
increase:
• if ∆H > 0, adding heat favors the forward reaction,
• if ∆H < 0, adding heat favors the reverse reaction.
3. Nguyên lý Le Chatelier
72. 23 Nguyen Huu Son
Effect of Temperature Changes
Removing heat (i.e. cooling the vessel), favors towards the
decrease:
• if ∆H > 0, cooling favors the reverse reaction,
• if ∆H < 0, cooling favors the forward reaction.
Consider
for which DH > 0.
• Co(H2O)6
2+ is pale pink and CoCl4
2- is blue.
Cr(H2O)6(aq) + 4Cl-
(aq) CoCl4
2-
(aq) + 6H2O(l)
3. Nguyên lý Le Chatelier
73. 24 Nguyen Huu Son
Effect of Temperature Changes
3. Nguyên lý Le Chatelier
74. 25 Nguyen Huu Son
Effect of Temperature Changes
• If a light purple room temperature equilibrium mixture is
placed in a beaker of warm water, the mixture turns deep
blue.
• Since ∆H > 0 (endothermic), adding heat favors the forward
reaction, i.e. the formation of blue CoCl4
2-.
• If the room temperature equilibrium mixture is placed in a
beaker of ice water, the mixture turns bright pink.
• Since ∆H > 0, removing heat favors the reverse reaction
which is the formation of pink Co(H2O)6
2+.
Cr(H2O)6(aq) + 4Cl-
(aq) CoCl4
2-
(aq) + 6H2O(l)
3. Nguyên lý Le Chatelier
75. 26 Nguyen Huu Son
The Effect of Catalysts
A catalyst lowers the activation energy barrier for the reaction.
Therefore, a catalyst will decrease the time taken to reach
equilibrium.
A catalyst does not effect the composition of the equilibrium
mixture.
3. Nguyên lý Le Chatelier
76. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA
QUÁ TRÌNH CÂN BẰNG PHA
CHƯƠNG 4
77. 1. MỘT SỐ KHÁI NiỆM CƠ BẢN
Pha
Là tập hợp các phần đồng thể tồn tại của hệ. Chúng
phải có thành phần hóa học, tính chất hóa lý ở mọi điểm
là như nhau.
Pha thường ký hiệu là f.
Số hợp phần
Hay còn gọi là hợp phần là tổng số các chất có mặt
trong hệ. Ký hiệu là r.
Số cấu tử
Là số tối thiểu hợp phần đủ để tạo ra hệ.
Ký hiệu là k
78. 1. MỘT SỐ KHÁI NiỆM CƠ BẢN
Số cấu tử
Trong một hệ có thể tồn tại nhiều cấu tử (hợp phần) tuy nhiên
để tạo thành hệ không nhất thiết phải có mặt đầy đủ các cấu
tử mà chỉ cần một trong số cấu tử đó là có thể tạo nên hệ.
Vậy
k = r – q. Trong đó q là số các phương trình quan hệ về nồng
độ của các cấu tử tại điểm cân bằng
Độ tự do
Hay còn gọi là bậc tự do, là số thông số nhiệt động độc lập đủ
để xác định hệ tại điển cân bằng. Ký hiệu là c.
Hệ có c = 0 gọi là hệ vô biến.
Hệ có c = 1 gọi là hệ nhất biến.
Hệ có c = 2 gọi là hệ nhị biến.
79. 2. ĐiỀU KiỆN CÂN BẰNG PHA
Hệ dị thể bao gồm k cấu tử và f pha nằm cân
bằng nhau.
3 điều kiện cân bằng pha như sau:
Nhiệt độ
Áp suất
Hóa học
βα κT =T =...=T
βα κP =P =...=P
βα κμ =μ =...=μ
1 1 1
βα κμ =μ =...=μ
2 2 2
βα κμ =μ =...=μ
3 3 3
----------
βα κμ =μ =...=μ
k k k
80. 3. QUI TẮC PHA GIBBS
Với n thông số bên ngoài tác động và hệ
c = k – f + n
Nếu T và P là hằng số
c = k – f
Nếu T là hằng số hoặc P là hằng số
c = k – f + 1
Ví dụ: Tính độ tự do cho hệ gồm nước lỏng cân bằng
với hơi nước.
H2O (l) = H2O (h).
81. 4. GiẢN ĐỒ PHA VÀ QUY TẮC PHA
4.1. Cách biểu diễn các thông số nhiệt động trên
giản đồ pha.
Đối với các thông số nhiệt độ, thể tích hay áp suất
Biểu diễn trên trục số
Biến độ lớn
Nghịch đảo
logarit
Biểu diễn thành phần của hệ 2 cấu tử
82. 4. GiẢN ĐỒ PHA VÀ QUY TẮC PHA
Biểu diễn thành phần của hệ 3 cấu tử
hh h
CA B%A = ,%B = và%C =
h h h
xA + xB + xC = 1
hay yA + yB + yC = 100%.
83. 4. GiẢN ĐỒ PHA VÀ QUY TẮC PHA
Với cách biểu diễn như trên, ta có nhận xét
Những điểm nằm trên cùng một đường thẳng song song
với cạnh của tam giác thì tất cả điểm ấy đều có cùng
thành phần của cấu tử đối diện với cạnh đó.
Những điểm nằm trên đường thẳng đi qua một đỉnh của
tan giác thì biểu diễn những hệ có cùng tỷ lệ thành phần
của 2 cấu tử ứng với hai đỉnh kia.
Khi tăng lượng tương đối của một cấu tử thì điểm hệ
chung sẽ di chuyển về gần với cấu tử đó trên đường thẳng
đi qua đỉnh đó.
84. 4. GiẢN ĐỒ PHA VÀ QUY TẮC PHA
4.2. Các qui tắc của giản đồ pha
Qui tắc liên tục
“các đường hoặc các mặt trên giản đồ pha biểu diễn sự phụ
thuộc giữa các thông số nhiệt động của hệ sẽ liên tục nếu trong
hệ không xảy sự thay đổi số pha hoặc dạng các pha”
85. 4. GiẢN ĐỒ PHA VÀ QUY TẮC PHA
4.2. Các qui tắc của giản đồ pha
Qui tắc đòn bẩy
“Nếu có ba điểm hệ liên hợp M, N và H thì lượng tương đối của
chúng được tính theo qui tắc đòn bẩy như sau ”
86. 4. GiẢN ĐỒ PHA VÀ QUY TẮC PHA
4.2. Các qui tắc của giản đồ pha
Qui tắc khối tâm
“nếu một hệ gồm n hệ con thì điểm biểu diễn của nó phải nằm ở
khối tâm vật lý của đa giác có đỉnh là các điểm biểu diễn của n
hệ con ”
Ví dụ: Hệ H gồm ba hệ con là H1, H2 và H3 vậy H phải nằm ở khối tâm vật
lý của tam giác H1H2H3.
87. 4. GIẢN ĐỒ PHA VÀ QUY TẮC PHA
4.2. Các qui tắc của giản đồ pha
Qui tắc khối tâm
Ví dụ: Hệ H gồm ba hệ con là H1, H2 và H3 vậy H phải nằm ở khối tâm vật
lý của tam giác H1H2H3.
90. 1. Đặc điểm của quá trình chuyển pha trong hệ một
cấu tử
Trong các hệ một cấu tử, các pha riêng biệt đều
là cùng một chất ở các trạng thái tập hợp khác
nhau như rắn, lỏng và khí
Ở trạng thái rắn thì có nhiều dạng thù hình khác
nhau thì mỗi dạng thù hình là một pha
Có hai phương pháp khảo sát các hệ, nhiệt
động:
Phương pháp giải tích
phương pháp giản đồ trạng thái
91. 2. Phương trình Clapeyron
A (α) ↔ A (β)
Ldp
dT VT
=
∆
L: là nhiệt quá trình pha hoặc nhiệt chuyển pha
∆V = V(β) - V(α)
92. 3. Áp dụng phương trình Clapeyron cho các
trường hợp chuyển pha
3.1. Hệ rắn - lỏng
Quá trình nóng chảy hầu hết các chất đều kèm theo tăng thể tích của
chúng, có nghĩa là Vl - Vr >0
> 0
l r
nc
T(V V )dT
dp L
−
=
dT
dp
93. 3. Áp dụng phương trình Clapeyron cho các
trường hợp chuyển pha
3.2. Hệ rắn -hơi
Phương trình Clapeyron =
∆
dT L
dp T V
H H Hncth hh
∆ = ∆ + ∆
Phương trình Clausius dp L
dT TV
h
=
∆
= 2
dlnp H
dT RT
94. 4. Một số giản đồ pha cơ bản
4.1. Giản đồ pha của nước
Đường OK: đường hóa hơi
Ở những nhiệt độ T > TK sự chuyển pha
từ lỏng sang hơi là liên tục không có
giới hạn phân chia pha
Đường OA là đường thăng hoa
Đường OB là đường nóng chảy
Đường OC là đường quá lạnh
95. 4.2. Giản đồ pha của Lưu huỳnh
Điểm O là điểm ba không bền ứng với
cân bằng không bền của lưu huỳnh lỏng
quá lạnh, tinh thể quá nóng và hơi lưu
huỳnh quá bão hòa trên tinh thể rắn
4. Một số giản đồ pha cơ bản
96. 4. Một số giản đồ pha cơ bản
4.3. Giản đồ pha của Cacbon
98. 1. MỘT SỐ KHÁI NiỆM
1.1. Dung dịch
Dung dịch là 1 hỗn hợp đồng nhất của một hay nhiều
chất, các chất phân tán đều nhau, dung dịch là hệ 1 pha
1.2. Dung môi & Chất tan
Dung môi
Chất tan
1.3. Sự tạo thành dung dịch
Dung dịch là 1 hệ vật lý vừa là hệ hóa học
Dung dịch bão hòa
99. 2. CÁCH BiỄU DiỄN THÀNH PHẦN
Nồng độ %
Nồng độ phân tử gam (CM)
Nồng độ đương lượng gam (CN)
Nồng độ Molan (Cm)
Nồng độ phần mol (Ni)
100. 3. PHÂN LOẠI DUNG DỊCH
3.1. Dung dịch lý tưởng
Dung dịch mà hóa thế của mọi cấu tử i ở mọi nồng
độ đều tuân theo phương trình:
Lực tương tác giữa các phân tử cùng loại và
khác loại giống nhau
Tính chất của dung dịch chỉ phụ thuộc vào thành
phần của các chất
Khi tạo thành dung dịch không kèm theo hiệu
ứng nhiệt và sự thay đổi thể tích (ΔU=0, ΔH=0,
ΔV=0)
0
ι ι iμ =μ (T,P)+RTlnx
101. 3. PHÂN LOẠI DUNG DỊCH
3.2. Dung dịch vô cùng loãng
Xem như dd lý tưởng
3.3. Dung dịch thực
Lực tương tác giữa các phân tử khác nhau
Luôn kèm theo các hiệu ứng khi hòa tan
102. 4. SỰ HÒA TAN KHÍ TRONG LỎNG
Là quá trình hấp thụ
Độ hòa tan của chất khí trong chất lỏng phụ
thuộc vào
Bản chất của dung môi và chất tan
Các tạp chất có trong dung môi (chất điện ly)
Nhiệt độ
Ảnh hưởng của áp suất
Định luật Henry (khí lý tưởng):
Xi = KH. Pi
103. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Áp dụng phương trình đẳng nhiệt Van’t-
Hoff cho cân bằng
Quá trình hòa tan của khí vào trong lỏng
= ngưng tụ và pha loãng
x
2
p
lnK ΔH
=
T RT
∂
∂
ht nt plΔH = λ + ΔH
4. SỰ HÒA TAN KHÍ TRONG LỎNG
104. 4. SỰ HÒA TAN KHÍ TRONG LỎNG
Ảnh hưởng của nhiệt độ
Phương trình Sreder: dung dịch lý tưởng thì ΔHpl
= 0
i i
2
p
lnx λ
=
T RT
∂
∂
i
i 0
λ 1 1
lnx = - -
R T T
Trong đó:
xi: là độ tan của khí trong dung dịch.
T0: nhiệt độ ngưng tụ hay nhiệt độ sôi của khí khi
nguyên chất.
105. 5. CÂN BẰNG LỎNG-HƠI
5.1. Dung dịch lý tưởng tan lẫn vô hạn
a) Áp suất hơi – ĐL Raoult
Pi = kR.xl
i
Áp suất hơi dung môi của dd vô cùng loãng
Pi = Po
i.xl
i
b) Giản đồ áp suất – thành phần
106. b) Giản đồ áp suất – thành phần
Trong trường hợp này ta chỉ xét hệ gồm 2 chất
lỏng tan lẫn vô hạn vào nhau
5. CÂN BẰNG LỎNG-HƠI
107. c) Thành phần pha hơi
Định luật Konovalop 1
Xét dung dịch gồm 2 cấu tử A - B cân bằng nhau với pha hơi của
chúng. Theo định luật Dalton
Áp dụng định luật Raoult ta có
.
l
l
x x
x x
α
h 0 l
B B B B
h 0 l
A A A A
x P
= =
x P
h h
B B B
h h
A A A
x n P
= =
x n P
α
0
B
0
A
P
=
P
5. CÂN BẰNG LỎNG-HƠI
108. d) Giản đồ thành phần lỏng - hơi
.
l
l
x x
x x
α
h 0 l
B B B B
h 0 l
A A A A
x P
= =
x P
( )
l
h B
B l
B
α.x
x =
1+ α-1 x
5. CÂN BẰNG LỎNG-HƠI
109. e) Giản đồ nhiệt độ - thành phần
Định luật Konovalop 2
1. Đường TS
AlTS
B là đường
sôi hay gọi là đường
lỏng.
2. Đường TS
AhTS
B là đường
hơi hay còn gọi là
đường sương.
5. CÂN BẰNG LỎNG-HƠI
111. ThS. NGUYỄN HỮU SƠN
1. TÍNH CHẤT DUNG DỊCH LOÃNG
Ảnh hưởng của nồng độ chất tan (không bay
hơi) đối với tính chất của dung dịch
Giảm áp suất hơi
Tăng nhiệt độ sôi và giảm nhiệt độ kết tinh
Xuất hiện áp suất thẩm thấu
112. ThS. NGUYỄN HỮU SƠN
1. TÍNH CHẤT DUNG DỊCH LOÃNG
1.1. Sự giảm áp suất hơi
Áp suất hơi của dung dịch chứa chất tan không
bay hơi
P = P1 = P0
1 . x1 = P0
1. (1-x).
Suy ra
x
0
1
P
ΔP
0
1
P
P0
1
P
x0
1
P0
1
PP
==
−
−=
113. ThS. NGUYỄN HỮU SƠN
1. TÍNH CHẤT DUNG DỊCH LOÃNG
1.2. Sự tăng điểm sôi & hạ điểm đông
∆T = K . Cm
∆T = T0 – T .
Cm là nồng độ mplan của dung dịch.
K là hằng số nghiệm đông Kđ hoặc
hằng số nghiệm sôi Ks.
114. ThS. NGUYỄN HỮU SƠN
1. TÍNH CHẤT DUNG DỊCH LOÃNG
Solvent Tb(oC) Kb Tf(oC) Kf
acetic acid 118.2 2.93 17 3.90
chloroform 61.2 3.63
naphthalene 80 6.8
water 100 0.52 0 1.86
camphor 179 40
carbon tetrachloride 76.6 5.03
ethanol 78.6 1.22
n-octane 125.7 4.02
1.2. Sự tăng điểm sôi & hạ điểm đông
115. ThS. NGUYỄN HỮU SƠN
1. TÍNH CHẤT DUNG DỊCH LOÃNG
1.3. Áp suất thẩm thấu
CRT=π
: là áp suất thẩm thấu.
C: là nồng độ, mol/l.
R: hằng số khí lý tưởng.
T: nhiệt độ tuyệt đối.
π
116. ThS. NGUYỄN HỮU SƠN
2. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN SỰ HÒA TAN
Phương trình Sreder
i(rắn) = i (dung dịch, xi) + ∆Hht
incphlncht HH λλλ ==∆+=∆
2
ln
RTdT
Kd ix λ
=
)(
)(
rx
dx
K
i
i
x =
2
. RT
i
i
ekx
λ−
=
117. ThS. NGUYỄN HỮU SƠN
3. SỰ KẾT TINH DUNG DỊCH HAI CẤU TỬ
3.1. Giản đồ nhiệt độ - thành phần
118. ThS. NGUYỄN HỮU SƠN
3. SỰ KẾT TINH DUNG DỊCH HAI CẤU TỬ
3.2. Giản đồ đa nhiệt
Hệ Q2 = lỏng l2 + rắn r2
22
22
rQ
Ql
=
2
B
ml
mr
Tính toán lượng tương đối
của các pha trong hệ
Hệ H = pha lỏng e + hệ rắn
chung Rc
eH
HR
m
m C
R
e
C
=
CA
CB
R
R
RR
RR
m
m
B
A
=
119. ThS. NGUYỄN HỮU SƠN
3. SỰ KẾT TINH DUNG DỊCH HAI CẤU TỬ
3.3. Hỗn hợp Eutecti
Ở áp suất không đổi, hỗn hợp eutecti sẽ kết tinh ở nhiệt độ không
đổi theo đúng thành phần của nó (phù hợp với độ tự do c = 0)
Khi có sự tác động của cả nhiệt độ và áp suất bên ngoài:
c = k - f + 2 = 2 - 3 + 2 = 1
Điều này chứng tỏ rằng nếu thay đổi áp suất thì không những
nhiệt độ kết tinh của dung dịch eutecti thay đổi mà cả thành phần
của hỗn hợp eutecti cũng thay đổi theo
120. ThS. NGUYỄN HỮU SƠN
3. SỰ KẾT TINH DUNG DỊCH HAI CẤU TỬ
3.4. Quá trình kết tinh đẳng nhiệt
mr
lm
m
m
l
r
=
121. ThS. NGUYỄN HỮU SƠN
4. HỆ HAI CẤU TỬ TẠO THÀNH DUNG RẮN TAN
LẪN VÔ HẠN
Giản đồ nhiệt độ - thành phần (T-X)
122. ThS. NGUYỄN HỮU SƠN
5. HỆ HAI CẤU TỬ TẠO THÀNH DUNG RẮN TAN
LẪN GIỚI HẠN
Giản đồ nhiệt độ - thành phần (T-X) có Eutecti
Có các hệ như NaNO3-KNO3,
Pb-Sn, Cu-Ag
P là dung dịch rắn của Sn
tan trong Pb và S là dung
dịch rắn của Pb tan trong Sn
Đường aeb là đường lỏng,
biểu diễn nhiệt độ bắt đầu kết
tinh của các dung dịch rắn P
và S nằm cân bằng với nhau
123. ThS. NGUYỄN HỮU SƠN
5. HỆ HAI CẤU TỬ TẠO THÀNH DUNG RẮN TAN
LẪN GIỚI HẠN
Giản đồ nhiệt độ - thành phần (T-X) có Peritecti
P là dung dịch rắn của Ag tan
trong Pt và A là dung dịch rắn của
Pt tan trong Ag
Đường apb là đường lỏng
Đường ar1 và br2 là những đường rắn
Đường r1x và r2y là những đường rắn
125. 1.1. Hệ phân tán
• Chất phân tán
• Môi trường phân tán
Người ta chia hệ phân tán làm 2 loại
• Hệ đồng thể
• Hệ vi dị thể
Độ phân tán
1
D
a
=
1. MỘT SỐ KHÁI NiỆM
126. 1.2. Phân loại hệ phân tán
a. Phân loại dựa trên trạng thái tập hợp của các
pha
• Nếu môi trường phân tán là rắn: Xerosol
– R/R: bê tông
– L/R: tế bào, trái cây
– K/R :bông gòn
• Nếu môi trường phân tán là lỏng (L): Liosol
– R/L huyền phù
– L/L nhũ tương
– K/L soda,nước ngọt
1. MỘT SỐ KHÁI NiỆM
127. 1.2. Phân loại hệ phân tán
a. Phân loại dựa trên trạng thái tập hợp của các
pha
• Nếu môi trường phân tán là khí ( K): Aserosol
– R/K bụi
– L/K sương mù
– K/K khói, hương thơm trong không khí
b. Phân loại dựa trên mức độ liên kết giữa pha
phân tán và môi trường phân tán
• Hệ keo ưu lưu: fA-S > fA-A, fS-S
• Hệ keo ghét lưu: fA-S < fA-A, fS-S
1. MỘT SỐ KHÁI NiỆM
128. 1.2. Phân loại hệ phân tán
c. Phân loại dựa trên trạng thái tập hợp của các
pha
• Hệ phân tán thô: > 10-5 cm
• Hệ keo:10-5đến 10-7 cm
• Dung dịch: < 10-7 cm
d. Phân loại theo sự đồng nhất
• Hệ đơn phân tán: đồng đều
• Hệ đa phân tán: không đồng đều
1. MỘT SỐ KHÁI NiỆM
129. 2.1. Khái niệm
Các hạt có kích thước lớn hơn phân tử và ion
nhưng không đủ lớn để có thể quan sát được bằng
kính hiển vi quang học được gọi là các hạt keo
Hạt keo là một hệ phức tạp tạo nên bởi một số
lượng lớn khoảng từ 103 đến 105 nguyên tử, có
khối lượng khoảng 104-109 đvC
Một hệ keo luôn luôn bao gồm các hạt keo gọi là
chất phân tán và một chất làm môi trường phân tán
2. HỆ KEO
130. 2.2. Phân loại hệ keo
Dựa trên trạng thái vật lý của hạt keo và môi trường phân tán
Dựa vào hình dạng của hạt keo: dạng không gian 3 chiều
giống như quả bóng, dạng không gian hai chiều giống như tấm
phim, dạng không gian một chiều như sợi chỉ…
Hệ Môi trường
phân tán
Chất phân
tán
Loại hệ
Sương mù Khí Lỏng aerosol lỏng
Khói Khí Rắn aerosol rắn
Sữa Lỏng Lỏng Nhũ tương
Sơn Lỏng Rắn Dung dịch keo
Hợp kim Rắn Rắn Dung dịch keo rắn
Kem Lỏng Khí Bọt
2. HỆ KEO
131. 2.3. Cấu tạo hạt keo
Nhân keo: là tinh thể ion rất nhỏ, hoặc một nhóm phân
tử, hoặc chỉ có thể là một phân tử kích thước lớn
Lớp ion tạo thế: lớp ion hấp phụ trên nhân keo
Lớp ion hấp phụ: lớp ion nghịch
Lớp ion khuếch tán
2. HỆ KEO
132. 2.3. Cấu tạo hạt keo
m
(1) (2) (3) (4)
(1): nhaân
(2): lôùp ion quyeát ñònh theá hieäu
(3): lôùp ion nghòch haáp phuï
(4): lôùp ion nghòch khueách taùn
2. HỆ KEO
133. 2.3. Cấu tạo hạt keo
Khảo sát quá trình hình thành keo AgI bằng cách người ta
cho từ từ KI vào dung dịch AgNO3:
AgNO3 + KI → KNO3 + Ag I
Khi thiếu KI: Lúc này hạt keo tích điện dương.
2. HỆ KEO
134. 2.3. Cấu tạo hạt keo
Khi thừa KI: Lúc này hạt keo tích điện âm
m
(1) (2) (4)
(1): nhaân
(2): lôùp ion quyeát ñònh theá hieäu
(3): lôùp ion nghòch haáp phuï
(4): lôùp ion nghòch khueách taùn
I
(3)
K+.
-
K+
2. HỆ KEO
135. 3. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ HỆ KEO
Điều kiện hình thành hệ keo:
- Chất phân tán và môi trường phân tán không tan vào nhau hay tan
rất ít
- Hạt keo phải có một lớp hấp phụ và có chất ổn định để giữ cho hệ
keo không bị tách pha gây nên sự keo tụ. Chất ổn định thường sử
dụng là chất hoạt động bề mặt hay bằng phản ứng hóa học để tạo ra
chất ổn định
Các phương pháp điều chế:
• Phương pháp phân tán
• Phương pháp ngưng tụ
136. 3. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ HỆ KEO
3.1. Phương pháp phân tán
Phương pháp cơ học
Phương pháp siêu âm: Người dùng những bước sóng cực ngắn
có tần số 20.000 → 50.000 Hz để bắn bể những hạt to thành
những hạt nhỏ hơn
Phương pháp hồ quang: Dùng một dòng điện có hiệu điện thế
lớn để hóa hơi chất phân tán
Phương pháp keo tán: Đây là một quá trình ngược với quá trình
keo tụ, tức là người ta dùng một nhân tố nào đó để phân tán khối
keo tụ trở lại môi trường phân tán
• Biện pháp rữa giải
• Bằng chất điện ly
137. 3. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ HỆ KEO
3.2. Phương pháp ngưng tụ
Là quá trình ngưng tụ hệ keo là quá trình kết tinh từ dung dịch quá
bão hòa. Quá trình này gồm 2 giai đoạn:
- Giai đoạn tạo mầm tinh thể q b
1 1
b
C C
V k x
C
−
=
- Giai đoạn phát triển mầm 2 q b
DS
V (C C )= −
δ
Nếu V1 > V2: Hệ đơn phân tán.
Nếu V1 < V2 : Hệ đa phân tán.
138. 3. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ HỆ KEO
3.2. Phương pháp ngưng tụ
a. Phương pháp vật lý
- Ngưng tụ trực tiếp: khi thay đổi các thông số trạng thái của hệ
- Sự thay thế dung môi: Cũng như trên khi thay đổi thông số
trạng thái
b. Phương pháp hóa học
Nhóm phương pháp hóa học này cũng dựa trên nguyên tắc
tạo tướng mới bằng cách ngưng tụ các chất từ dung dịch quá
bão hòa
AgNO3 + KI → AgI + KNO3
139. 3. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ HỆ KEO
3.3. Tinh chế hệ keo
a. Phương pháp thẩm tích
b. Phương pháp điện thẩm tích
Phương pháp điện thẩm tích dùng một phương tiện để thúc
đẩy quá trình trao đổi chất nhanh hơn bằng điện trường
c. Phương pháp siêu lọc
140. 4. SỰ KEO TỤ
4.1. Keo tụ bởi yếu tố vật lý
Tác động cơ học
Sự thay đổi nhiệt độ
4.2. Keo tụ bởi chất điện ly
-Ngưỡng keo tụ: là nồng độ tối thiểu của chất điện ly cần thiết
để gây ra sự keo tụ với một tốc độ ổn định, đơn vị của nó là
mMol/l
- Ion chất điện ly gây ra sự keo tụ là ion trái dấu với ion quy
định thế hiệu
- Trong cùng một điện tích ion nào có bán kính càng lớn tiết diện
bề mặt càng cao thì sự tương tác với ion quy định thế hiệu càng
mạnh
141. 5. TÍNH CHẤT HỆ KEO
5.1. Tính chất điện học
5.2. Tính chất quang học
Tính chất điện di
Tính điện thẩm
Tính sa lắng
Tính chảy
a. Tính phân tán ánh sáng
Trường hợp phản xạ ánh sáng
Trường hợp tán xạ ánh sáng
b. Tính hấp thụ ánh sáng
IL=I0.e-kd
142. 5. TÍNH CHẤT HỆ KEO
5.3. Tính chất động học
Tính chuyển động nhiệt
Tính khuếch tán
Tính thẩm thấu