Chương 1. Mục tiêu Giúp tìm hiểu các vấn đề liên quan đến dung dịch như: trạng thái dung dịch, dung dịch keo, thành phần của dung dịch và tính chất của các dung dịch không điện li. Nội dung chương 2.1 Hệ phân tán và dung dịch Dung dịch là một trạng thái của các chất có cấu trúc và tính chất đặc trưng riêng. Dung dịch là hệ phân tán nhưng không phải hệ phân tán nào cũng là dung dịch.1 Định nghĩa Hệ phân tán là hệ trong đó có ít nhất 1 chất phân bố ( gọi là chất phân tán) vào 1 chất khác (gọi là môi trường phân tán) dưới dạng những hạt có kích thước nhỏ bé.2 Phân loại Có thể phân loại các hệ phân tán dựa vào: - Trạng thái tập hợp của chất phân tán và môi trường phân tán: Ví dụ:Hệ Khí – Khí (K-K) Khí – Lỏng (K-L) Khí – Rắn (K-R) Lỏng – Khí (L-K) Lỏng – Lỏng (L-L) Lỏng – Rắn (L-R) Rắn – Khí (R-K) Rắn – Lỏng (R-L) Rắn– Rắn (R-R) - Kích thước các hạt phân tán, người ta chia làm 3 loại hệ phân tán: * Hệ phân tán thô : Kích thước các hạt 10-5-10-2 cm , do đó ta có thể nhìn thấy các hạt bằng mắt thường hoặc bằng kính hiển vi quang học.
Tùy thuộc vào trạng thái của chất phân tán mà người ta phân biệt dạng huyền phù hay nhũ tương. + Dạng huyền phù thu được khi có sự phân bố hạt chất rắn trong chất lỏng. Ví dụ: hệ đất sét trong nước. + Dạng nhũ tương thu được khi có sự phân bố chất lỏng trong chất lỏng.
Ví dụ: Sữa là hệ gồm các hạt mỡ lơ lửng trong chất lỏng. Các hệ phân tán thô không bền vì các hạt phân tán có kích thước quá lớn so với phân tử và ion nên dễ dàng lắng xuống. * Hệ phân tán cao (hệ keo ) : Các hạt phân tán có kích thước trong khoảng 10 đến 10–5cm, do đó để quan sát được các hạt phải dùng kính siêu hiển vi có độ –7 phóng đại lớn. 1 Ví dụ: Gelatine, keo dán, sương mù, khói.
Hệ này không bền vì các hạt keo dễ liên hợp nhau thành hạt có kích thước lớn hơn và lắng xuống. * Hệ phân tán phân tử ion (dung dịch): Khi các hạt có kích thước ở phân tử hay ion nghĩa là nhỏ hơn 10–7cm thì các hệ phân tán trở thành đồng thể và được gọi đơn giản là dung dịch. Kích thước vô cùng bé nhỏ của các hạt làm cho chúng phân bố đồng đều trong môi trường và dẫn đến sự đồng nhất về thành phần, cấu tạo và tính chất trong toàn bộ thể tích của hệ, cũng như làm cho hệ rất bền không bị phá hủy khi để yên theo thời gian. Ví dụ: Hòa tan đường và muối ăn vào nước, các hạt đường phân tán dưới dạng phân tử, còn các hạt muối phân tán dưới dạng ion.2 Dung dịch Dung dịch là hệ đồng thể gồm 2 hay nhiều chất mà thành phần của chúng có thể thay đổi trong giới hạn rộng.
Trong dung dịch, chất phân tán được gọi là chất tan, môi trường phân tán được gọi là dung môi. Các loại dung dịch thường được nhắc đến: - Dung dịch loãng : là dung dịch chứa một lượng ít chất tan. - Dung dịch đậm đặc : là dung dịch chứa một lượng lớn chất tan. - Dung dịch chưa bão hòa : là dung dịch mà chất tan có thể tiếp tục tan thêm.
- Dung dịch bão hòa : là dung dịch mà chất tan không thể tan thêm được nữa ở một nhiệt độ xác định. - Dung dịch quá bão hòa: dung dịch chứa một lượng chất tan vượt quá so với độ tan.2 Dung dịch keo 2.1 Khái niệm hệ keo Các hạt có kích thước lớn hơn phân tử và ion nhưng không đủ lớn để có thể quan sát được bằng các loại kính hiển vi quang học được gọi là các hạt keo ( kích thước từ 10–7 – 10–5cm ). Hạt keo có thể là chất vô cơ hay hữu cơ. Hầu như tất cả các chất đều có thể tồn tại ở dạng keo.
2 Một hệ keo luôn bao gồm các hạt keo gọi là chất phân tán và 1 chất làm môi trường phân tán. Môi trường phân tán quan trọng thường gặp là nước và không khí.2 Cấu tạo hạt keo Trung tâm của hạt keo có thể là tinh thể ion rất nhỏ, hoặc có thể là một nhóm phân tử, hoặc chỉ có thể là một phân tử kích thước lớn. Chúng hấp thụ một lớp ion cùng điện tích từ môi trường, lớp ion này đến lượt nó lại hấp thụ một lớp ion có điện tích trái dấu bao quanh. Kết quả dẫn đến các hạt keo phần bên ngòai đều có cùng điện tích.
Do có cùng điện tích nên các hạt keo sẽ đẩy nhau, không thể kết hợp lại được thành hạt có kích thước lớn tách ra khỏi hệ. Chính lực đẩy tĩnh điện này làm cho hệ keo bền trong một khoảng thời gian dài. ion dương ion âm Hình 1.1 Cấu tạo hạt keo 2.3 Phân loại hệ keo Dựa trên trạng thái vật lý của hạt keo và môi trường phân tán.1 Các kiểu hệ phân tán Pha bị phân tán Chất khí Chất lỏng Chất rắn Sương mù Khói Chất khí Môi trường phân tán Sol khí Sol khí Nhũ tương Huyền phù Chất lỏng Bọt Sol Sol Hợp kim Chất rắn Gel Gel Sol rắn Dựa vào hình dạng của hạt keo. Dạng không gian 3 chiều giống như quả bóng, dạng không gian 2 chiều giống như tấm phim dạng không gian 1 chiều như sợi chỉ.
Các tính chất cơ học của hạt keo phụ thuộc chủ yếu vào hình dạng hạt keo. 3 Ví dụ: Các hạt keo có dạng hình cầu sẽ có độ nhớt nhỏ hơn các hạt keo có dạng hình sợi.4 Tính chất của hệ keo Các hệ keo có tính chất tương tự như dung dịch. Các hạt keo không tách ra khỏi hệ như các hạt có kích thước lớn khác và có thể xuyên qua được giấy lọc. Tuy nhiên tốc độ khuếch tán của các hệ keo trong hệ chậm hơn tốc độ khuếch tán của các hạt trong dung dịch như phân tử và ion.
Sự tán xạ ánh sáng là 1 thuộc tính quan trọng của hệ keo. Khi chiếu ánh sáng đi qua 1 hệ keo ta có thể quan sát đường đi của chùm sáng từ mặt bên thẳng góc với phương truyền của chùm sáng. Đây là hiệu ứng Tyndall được dùng để phân biệt hệ keo với dung dịch. Độ tăng nhiệt độ sôi, độ hạ nhiệt độ đông đặc, độ giảm áp suất hơi và áp suất thẩm thấu cũng phụ thuộc vào các hạt keo có trong hệ.
Do có kích thước nhỏ nên các hạt keo có tỉ lệ bề mặt lớn so với thể tích của hạt keo nên các hạt keo có khả năng hoạt động bề mặt lớn, chúng có khả năng hấp thụ các phân tử và ion có mặt trong hệ.5 Phương pháp điều chế keo Chúng ta có thể tạo ra 1 hệ keo bằng cách tạo ra các loại hạt có kích thước hạt keo và phân tán chúng vào môi tường. Hạt có kích thước hạt keo có thể tạo thành bằng 2 phương pháp. * Phương pháp phân tán : Bằng cách phân chia các hạt có kích thước lớn thành hạt có kích thước hạt keo, ví dụ nghiền mịn bột màu. * Phương pháp cô đặc : Kết hợp các hạt có kích thước nhỏ với nhau thành các hạt có kích thước hạt keo.
Ví dụ: Mây được hình thành khi có lượng lớn các phân tử nước đông tụ lại, chúng sẽ tạo ra các giọt nước rất nhỏ. Một số ít chất rắn khi cho vào nước, chúng tự phân tán một cách tự nhiên vào nước và hình thành hệ keo. Ví dụ như: gelatin, hồ, bột thuộc loại này và quá trình này được gọi là sự peptit hóa. Các hạt đó bản thân chúng đã có kích thước của hạt keo, nước chỉ làm nhiệm vụ phân tán chúng.
Hệ nhũ tương được điều chế bằng cách lắc chung 2 chất lỏng không có khả năng tan lẫn vào nhau. Sự lắc mạnh làm vỡ chất lỏng thành các hạt nhỏ có kích thước hạt 4 keo và phân tán chúng vào nhau. Tuy nhiên các hạt chất lỏng của pha phân tán thường có khuynh hướng tái hợp với nhau, hình thành giọt lớn hơn và sau đó tách thành 2 hợp chất lỏng riêng biệt. Do đó để làm các hạt keo này bền vững phải sử dụng các chất nhũ hóa.
Ví dụ: Sữa là 1 hệ nhũ bền của các hạt mỡ trong nước với chất nhũ hóa là casein. Nước sốt là hệ nhũ của dầu trong giấm với chất nhũ hóa là lòng đỏ trứng.6 Sự keo tụ Để phá hủy hệ keo (còn gọi là sự keo tụ), chúng ta có thể dùng cách đun nóng hoặc thêm các chất điện ly. * Sự đun nóng làm tăng tốc độ của các hạt làm cho chúng có đủ năng lượng để vượt ra lớp rào ion bên ngoài và do đó có thể kết hợp lại với nhau. Quá trình này được lặp đi lặp lại nhiều lần nên kích thước hạt sẽ lớn lên và lắng xuống được.
* Thêm chất điện ly vào có tác dụng trung hòa lớp ion bị hấp thụ bên ngoài hạt keo và do đó các hạt keo có thể kết hợp lại với nhau để lắng xuống. Sự keo tụ dẫn đến sự hình thành các tam giác chân ở cửa sông. Khi gặp biển làm cho các hạt keo trong nước sông đông tụ hình thành các tam giác chân. Sự loại bỏ mồ hóng khói là một ví dụ khác về sự keo tụ.
Khí từ nhà máy được dẫn qua một hệ tĩnh điện, các hạt bụi mồ hóng sẽ bị giữ lại do keo tụ, điều này giúp làm sạch không khí ở các thành phố công nghiệp nặng.3 Nồng độ của dung dịch 2.1 Nồng độ phần trăm khối lượng Là số gam chất tan trong 100g dd.1) mdd Ví dụ: dd NaOH 20% : 100g dd có 20g NaOH 2.2 Nồng độ mol/l Là số mol chất tan trong 1 lít dung dịch.2) Vdd Câu hỏi ôn tập 1. Hòa tan 20 gam đường vào 215g nước. Tìm C% của từng chất. Hòa tan 50 gam KNO3 vào 200 gam dung dịch NaCl 10%.
Hòa tan 25 gam chất tan vào 100 gam nước, dung dịch có khối lượng riêng d=1,143g/ml. Tìm C% và V của dung dịch thu được. Hòa tan 20gam dung dịch NaOH vào nước thành 250ml dung dịch. Tìm CM dung dịch.
Xác định CM của dung dịch HNO3 12,2M (d=1,35 g/ml). Giải thích hiện tượng xảy ra khi chiếu tia sáng qua hệ keo? 7. Thế nào là hiện tượng keo tụ? 6 Chương 2. DUNG DỊCH CÁC CHẤT ĐIỆN LI ---------- 1.