Sự keo tụ trong các hệ keo bằng chất điện ly – Nghiên cứu khoa học – Khoa Khoa học tự nhiên – Đại học Duy Tân

Keo tụ trong hệ keo là quá trình khi các hạt kết dính lại với nhau khi chúng va chạm vào nhau.

Khi các yếu tố làm cho hệ keo trở nên bền không còn tồn tại hoặc đã mất đi, hệ sẽ bị keo tụ. Các yếu tố như thời gian, thay đổi nồng độ chất phân tán, thay đổi nhiệt độ, tác động cơ học, ánh sáng, chất điện ly… đồng thời cũng ảnh hưởng đến sự keo tụ của hệ keo, nhưng sự keo tụ bằng chất điện ly được coi là quan trọng và có ý nghĩa nhất.

1. Quá trình keo tụ của các dung dịch keo bằng chất điện ly

Sự keo tụ của các hệ keo sau khi thêm chất điện ly vào có ý nghĩa quan trọng trong lĩnh vực lý thuyết và thực tiễn. F. Selmi, Th. Graham và I. Borshov đã chỉ ra rằng tất cả các chất điện ly đều có khả năng gây ra sự keo tụ, bao gồm cả những chất điện ly được sử dụng làm chất bền cho hệ keo. Tuy nhiên, trong trường hợp này, nồng độ chất điện ly phải đủ lớn để tạo ra lớp điện tích kép trên bề mặt các hạt keo và giảm điện năng của hàng rào, tạo điều kiện cho các hạt keo kết dính với nhau khi va chạm.

Sự keo tụ dưới tác động của chất điện ly tuân theo quy tắc Schulze và Hardy: chỉ có những ion trái dấu với hạt keo mới có khả năng keo tụ. Các cation gây keo tụ trong dung dịch keo có hạt keo âm và các anion gây keo tụ trong dung dịch keo có hạt keo dương.

Một đại lượng được sử dụng để đánh giá khả năng gây keo tụ của các chất điện ly đối với một dung dịch keo cụ thể là ngưỡng keo tụ (g). Ngưỡng keo tụ là nồng độ tối thiểu của chất điện dương trong dung dịch keo mà phải vượt qua để bắt đầu quá trình keo tụ và nó được đo bằng đơn vị miliđương lượng gam cho mỗi lít dung dịch keo, để đánh giá khả năng keo tụ có thể quan sát được. Sự keo tụ có thể được nhận biết thông qua các dấu hiệu như thay đổi màu sắc, xuất hiện vẩn đục. Ngưỡng keo tụ càng thấp thì khả năng gây keo tụ càng lớn.

Có Thể Bạn Quan Tâm :   Hoạt tinh là gì cũng như Nguyên nhân, triệu chứng và cách chữa trị

Theo Schulze và Hardy, khả năng gây keo tụ của các ion tăng khi hoá trị của chúng tăng lên. Các nghiên cứu sau đó cũng đã chỉ ra rằng, đối với một hệ keo cụ thể, khả năng gây keo tụ của các ion cùng hoá trị tăng theo bán kính ion.

Để hiểu rõ hơn về các quy tắc trên, chúng ta hãy xem xét ngưỡng keo tụ đối với keo asen sunfua và keo bạc iođua với các hạt keo tích điện âm (bảng 5.1)

Bảng 1: Ngưỡng keo tụ của các chất điện ly

Keo

Chất điện ly

Ngưỡng keo tụ (g)

mlđlg/l

As2S3 (keo âm)

AgI (keo âm)

NaCl

MgCl2

AlCl3

LiNO3

NaNO3

KNO3

51.000

0.710

0.093

600.000

360.000

260.000

Các ion hữu cơ có khả năng gây keo tụ mạnh hơn so với các ion vô cơ có cùng hoá trị. Điều này xảy ra do chúng có tính phân cực mạnh hơn và có khả năng hấp phụ mạnh trên bề mặt hạt keo.

2. Một số hiện tượng đặc biệt trong quá trình keo tụ bằng chất điện ly

* Sự đổi dấu điện tích của hạt keo

Khi thêm từ từ một lượng ion có khả năng gây keo tụ cao (thường có khả năng hấp phụ mạnh) vào dung dịch keo như Fe3+, Al3+, Th4+, ban đầu dung dịch vẫn ổn định, sau đó dung dịch keo bắt đầu keo tụ ở một mức nồng độ nhất định, và nếu tiếp tục thêm ion keo tụ với nồng độ cao hơn nữa, dung dịch keo lại trở nên ổn định và cuối cùng, khi thêm ion keo tụ nữa, dung dịch lại bị keo tụ. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng đổi dấu điện của hạt keo.

Thực chất, hiện tượng đổi dấu điện của hạt keo không phụ thuộc vào các cation hóa trị cao mà chính là do sản phẩm thủy phân của chúng.

* Keo tụ bằng hỗn hợp chất điện ly

Trong kỹ thuật, thường sử dụng một số chất điện ly để gây keo tụ. Khi sử dụng hai chất điện ly, có ba trường hợp:

a. Hai chất điện ly có tác động độc lập, khả năng gây keo tụ của từng chất điện ly không thay đổi trong hỗn hợp và tác động keo tụ được xác định bằng cách tổng hợp hiệu quả của cả hai chất điện ly.

Có Thể Bạn Quan Tâm :   Kahoot là gì? Cách sử dụng Kahoot hiệu quả nhất

b. Hai chất điện ly có tác động ngược nhau: sự có mặt của một chất điện ly làm giảm tác động keo tụ của chất điện ly kia và ngược lại.

c. Hai chất điện ly tăng cường tác động của nhau. Đây được coi là tác động hỗ trợ.

* Keo tụ dị thể và keo tụ tương hỗ

Keo tụ dị thể là quá trình trong đó các hạt trong hệ phân tán kết dính vào một bề mặt không cùng loại với chúng. Nguyên nhân của điều này là do chất làm bền bị tách ra khỏi hạt keo và hấp phụ lên bề mặt khác. Điều này xảy ra do sự tương tác hóa học hoặc sự có điện tích trái dấu giữa chất làm bền và bề mặt không đồng loại.

Keo tụ tương hỗ là quá trình keo tụ xảy ra khi hai hạt sol có điện tích trái dấu gặp nhau. Ở một số trường hợp, cả hai loại sol cùng dấu điện cũng gây ra hiện tượng keo tụ tương hỗ.

* Sự bảo vệ và chỉ số bảo vệ

Các hệ keo thông thường rất nhạy cảm với tác động của chất điện ly. Tuy nhiên, nếu trước khi thêm một chất điện ly gây keo tụ, chúng ta thêm vào hệ một chất có phân tử lớn lên bề mặt hạt keo, thì độ bền của hạt keo được cải thiện.

Hiện tượng này được gọi là hiện tượng bảo vệ. Để đánh giá tác động bảo vệ của chất có phân tử lớn, người ta sử dụng thuật ngữ “số vàng”. Đó là số nguyên chất có phân tử lớn cần thêm vào 10ml dung dịch vàng để ngăn không cho nó chuyển đổi thành màu xanh khi thêm 1ml dung dịch NaCl 10%.

3. Sự keo tụ do các yếu tố vật lý

Trong thực tế, nhiều yếu tố vật lý khác nhau cũng gây ra sự keo tụ của các hệ keo, bao gồm: thời gian, tác động cơ học, nhiệt độ, làm loãng hoặc đậm đặc dung dịch keo, ánh sáng, tia cực tím, tia X, siêu âm, trường điện,…. Dưới đây, chúng ta sẽ xem xét một số trường hợp quan trọng nhất.

Có Thể Bạn Quan Tâm :   Vải dệt kim là gì? Ưu nhược điểm và ứng dụng của vải dệt kim

* Sự keo tụ tự phát: Khi hệ keo được để trong một thời gian dài, do có các phản ứng xảy ra chậm hoặc va chạm hiệu quả giữa các hạt keo, hệ sẽ bị phá vỡ. Ví dụ, độ bền của keo thủy ngân sunfua giảm nhanh khi dung dịch được để trong bình mở, khi khí hiđro sunfua (chất làm bền) thoát ra khỏi dung dịch. Để tránh điều này, khi để dung dịch này trong thời gian dài, nó cần được đổ vào bình và đậy nắp kín.

* Sự keo tụ do tác động cơ học thông qua khuấy trộn mạnh hoặc vận chuyển dung dịch keo qua đường ống. Nguyên nhân dẫn đến sự keo tụ là sự phá vỡ cân bằng của chất làm bền. Sự keo tụ cũng có thể xảy ra khi hệ keo được đặt ở nơi có rung động hoặc tiếng ồn siêu âm. Ví dụ, trong xử lý rung các cấu trúc bê tông, ban đầu các cấu trúc keo bị phá vỡ tạo điều kiện thuận lợi cho sự lấp đầy của vật liệu keo.

* Sự keo tụ có thể xảy ra dưới tác động của trường điện. Các ứng dụng của trường điện bao gồm việc tách nước khỏi nhũ tương dầu mỏ và tách tạp chất khỏi dầu khoáng.

* Sự keo tụ cũng xảy ra khi dung dịch keo được làm loãng hoặc đậm đặc. Khi làm loãng dung dịch keo trong nước, các hạt keo sẽ mất khả năng hấp phụ chất điện ly làm cho hệ bền, dẫn đến giảm điện tích của các hạt keo. Khi triển khai dung dịch keo, nồng độ hạt keo, nồng độ chất điện ly và nồng độ ion đôi tăng làm giảm độ bền của hạt keo.

* Sự keo tụ cũng có thể xảy ra khi dun nóng hoặc làm lạnh dung dịch keo. Khi đun nóng, chất làm bền bị mất khả năng hấp phụ, động lượng Brownian tăng làm cho các hạt keo kết hợp với nhau. Khi làm lạnh hệ keo, độ tan của các chất giảm, tạo ra điều kiện bão hoà và dẫn tới sự keo tụ.

Back to top button