Giáo trình Hóa học hệ phân tán keo

Nội dung text: Giáo trình Hóa học hệ phân tán keo

1. Frendrich nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ (áp suất của chất khí) đến đại lượng hấp phụ ở nhiệt độ không đổi nhận thấy rằng: các đường hấp phụ đẳng nhiệt có dạng gần giống với 1 nhánh của đường parabol nên ông đã đề nghị công thức thực nghiện sau: Với chất khí: a = x/m = k.P1/n Với chất tan trong dung dịch a = x/m = k.C1/n (3.1) Trong đó: x là số mol chất bị hấp phụ. m là khối lượng vật hấp phụ (gam). P là áp suất cân bằng của khí (C là nồng độ cân bằng của chất tan) quanh vật hấp phụ. k và n là các hằng số đặc trưng cho khả năng hấp phụ của từng chất. Tại vùng có P hay C thấp thì a tỷ lệ bậc thấp với P, C. Tại vùng có P hay C cao thì a = amax không phụ thuộc vào P, C nữa vì quá trình hấp phụ đã đạt bão hoà. a lga C lgC Hình 3.1. Đường cong hấp phụ đẳng nhiệt Frendlich Có thể tìm các hằng số trong phương trình Frendlich từ đồ thị bằng cách lấy lg 2 vế để chuyển về dạng đường thẳng: lga = lgk+ /n.lgP. (Phương trình bậc nhất dạng y = ax + b). 3.1.2.2. Phương trình Langmuir Khi nghiên cứu về sự hấp phụ của chất khí trên bề mặt vật rắn. Langmuir đã đưa ra lý thuyết về sự hấp phụ lý học đơn phân tử dựa trên các giả thiết sau: 1. Sự hấp phụ do lực hóa trị gây ra. 2. Sự hấp phụ xảy ra trên các hoá trị tự do của các nguyên tử hay phân tử trên bề mặt vật hấp phụ. 3. Vì bán kính tác dụng của lực hoá trị bé nên mỗi hóa trị tự do chỉ hấp phụ một phân tử - nghĩa là trên bề mặt vật hấp phụ chỉ hình thành một lớp hấp phụ đơn phân tử. 4. Phân tử bị hấp phụ chỉ bị giữ trên bề mặt vật hấp phụ một thời gian nhất định: sau đó do thăng giáng về năng lượng, nó bị rứt ra - đó là sự giải hấp phụ. Khi tốc độ giải hấp phụ bằng tốc độ hấp phụ, khi đó trong hệ thiết lập một cân bằng hấp phụ. 5. Lực tương tác giữa các phân tử chất bị hấp phụ trên bề mặt vật hấp phụ được bỏ qua. Tại thời điểm t, áp suất chẩt bị hấp phụ trong pha khí là P. Xét một đơn vị diện tích bề mặt vật hấp phụ, phần bề mặt (đã bị che phủ bởi V thể tích chất bị hấp phụ ở điều kiện tiêu chuẩn). là  thì (1 -  ) sẽ là phần bề mặt tự do. Gọi amax là đại lượng hấp phụ cực đại khi 100% bề mặt bị che phủ (thể tích đơn lớp) thì  = a/amax Vì tốc độ hấp phụ tỷ lệ với áp suất và phần bề mặt tự do nên ta có tốc độ quá trình hấp phụ là: vhp = kP.(1 -  ) ; còn tốc độ giải hấp tỷ lệ với phần bề mặt bị che phủ nên: vphp = k’. Ở trạng thái cân bằng tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp, ta có vhp = vphp: kP.(1 -  ) = k’. ( ở đây k và k’ tương ứng là hằng số hấp phụ và giải hấp).  k Như vậy: = P; 1  k' k  bP Đặt b = => = Bp =>  = (3.2) k' 1  1 bP bP Ta có  = a/amax nên a = amax. (3.3) 1 bP 11
2. Hệ thức (3.1) là phương trình hấp phụ đẳng nhiệt do Langmuir thiết lập áp dụng cho sự hấp k phụ đơn lớp trên bề mặt đồng nhất. Đại lượng b = có ý nghĩa của hằng số cân bằng hấp k' phụ được gọi là hệ số hấp phụ, nó tăng theo hàm số mũ với nhiệt hấp phụ ở áp suất thấp. + Khi áp suất thấp: ta có bP (1 + bP) = 1 => a = amax.bP (3.4) Hệ thức (3.1) mô tả sự phụ thuộc tuyến tính giữa đại lượng hấp phụ vào áp suất. + Khi áp suất cao: ta có bP >> 1 => (1 + bP) = bP => => a = amax. (3.5) Hệ thức (3.5) ứng với sự hấp phụ cực đại. Biết Vm ta có thể tính được diện tích bề mặt của chất hấp phụ theo hệ thức: Vm -20 2 S = .N0.Am.10 , m /g 22414 3 0 Trong đó: Vm - thể tích hấp phụ cực đại tính bằng cm ở 0 C và 1atm; N0 - số Avogađro; 0 Am - diện tích chiếm bởi một phân tử bị hấp phụ trên bề mặt. Đối với nitơ lỏng (-195 C), Am = 2 16,2. Đối với benzen Am = 10 . a amax P Hình 3.2. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 3.1.2.3. Phương trình BET Ở một số trường hợp, đường hấp phụ đẳng nhiệt không tiệm cận với đường nằm ngang mà có dạng hình chữ s ngược. a C Hình 3.3. Đường cong hấp phụ đẳng nhiệt dạng hình chữ s ngược. Có 2 khả năng cho trường hợp này: Một là: với các vật hấp phụ xốp, các phân tử chất bị hấp phụ có thể bị ngưng tụ trong các lỗ xốp mao quản của vật hấp phụ, ở đó áp suất hơi bão hoà bé hơn áp suất hơi bão hoà của nó ở trên bề mặt thoáng. Đây là sự ngưng tụ mao quản. Hai là: theo Poliani, trong một số trường hợp, bán kính tác dụng của lực phân tử lớn hơn bán kính tác dụng của lực hoá trị dư trong thuyết Langmuir, khi đó sự hấp phụ không chỉ tạo lớp hấp phụ đơn phân tử mà thành nhiều lớp phân tử chồng lên nhau (lớp đa phân tử). Brunaoe, Emet và Tele đã khái quát hoá các lý luận của Langmuir và Poliani và đưa ra phương trình hấp phụ đẳng nhiệt cho quá trình này như sau: P 1 C 1 P = + . (3.7) V (Po P) Vm.C Vm.C Po Trong đó: Po là áp suất hơi bão hoà 12
3. V là thể tích khí bị hấp phụ ở áp suất đã cho. Vm là thể tích khí bị hấp phụ ở lớp đơn phân tử. C là thừa số năng lượng với C = e  / R Theo các tác giả này thì miền tạo lớp đơn phân tử là từ gốc toạ độ đến điểm uốn, còn sau đó là sự hấp phụ lớp đa phân tử. 3.2. CÁC QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ CƠ BẢN 3.2.1. Sự hấp phụ trên giới hạn dung dịch khí a. Sức căng bề mặt Nếu so sánh một phân tử nước nằm trong thể tích và một phân tử nước nằm trên bề mặt ta sẽ thấy phân tử nước nằm trong thể tích tương tác (hút) đồng đều với các phân tử xung quanh (lực hút hiển thị bằng các mũi tên), còn phân tử nước nằm trên bề mặt chỉ tương tác với các phân tử phía dưới, còn ở phía trên các hoá trị tự do không được bão hoà, người ta nói các phân tử bề mặt có năng lượng tự do cao hơn so với trong thể tích. Giả thiết có một cốc nước với bề mặt phân cách pha nước - không khí (hình 3.4 ) Kh«ng khÝ N­íc Hình 3.4. Sức căng bề măt nước Sự chênh lệch về năng lượng tự do G của các phân tử bề mặt (so với thể tích) quy về một đơn vị diện tích bề mặt gọi là sức căng bề mặt, ký hiệu  : G  = (3.8) S Vì G = -A là công tiêu tốn, do đó có thể định nghĩa sức căng bề mặt là công tiêu tốn để tạo ra một đơn vị diện tích bề mặt (dấu - chỉ công phải tiêu tốn chống lại sức hút để đưa các phân tử từ thể tích ra bề mặt). Như vậy, sự tạo ra bề mặt là không lợi về năng lượng. Hệ dị thể luôn luôn có khuynh hướng thu hẹp bề mặt. Về mặt hình học, đối với một thể tích xác định, bề mặt bé nhất là mặt cầu, điều này giải thích tại sao giọt nước có hình cầu. Vì công bằng lực nhân với độ dài, do đó có thể viết: G  = = [J]/[m2 ] = [N].[m]/[m2 ] = [N]/[m] = 105dyn/100cm = 103dyn.cm-1 (3.9) S Như vậy, trong hệ đơn vị SI sức căng bề mặt có thứ nguyên J.m-2 hoặc N.m-1 (trong hệ CGS thứ nguyên của  là ec.cm-2 hoặc dyn.cm-1. Từ (3.9) có thể định nghĩa sức căng bề mặt là lực tác dụng nên một đơn vị độ dài. Để hiểu rõ bản chất của lực này, ta tưởng tượng có một màng nước xà phòng được tạo ra trên một khung cứng hình chữ U và một thanh ngang di động có độ dài l (hình 3.5)  = f  = 1 Hình 3.5. Sức căng bề mặt trên màng nước xà phòng. 13
4. Nếu giả thiết thanh ngang có thể di chuyển tự do không ma sát thì màng nước sẽ co lại theo chiều mũi tên để giảm bề mặt (có lợi về năng lượng). Lực tác dụng trên một đơn vị độ dài chính là sức căng bề mặt. Ta có:  = f/2l. Hệ số 2 được đưa vào vì lực f tác dụng nên cả 2 mặt (trước và sau) của màng. Vậy có định nghĩa thứ 2 tương đương với định nghĩa thứ nhất: Sức căng bề mặt là lực tác dụng trên một đơn vị độ dài của bề mặt, tiếp tuyến với bề mặt và hướng theo chiều giảm diện tích bề mặt. Trong các chất lỏng ở điều kiện thường (không kể Hg), nước có sức căng bề mặt lớn nhất. Vì sức căng bề mặt  có nguồn gốc từ lực hút giữ các phân tử, do đó  (lỏng) <  (rắn);  giảm khi nhiệt độ tăng. Ta có thể đư ra một phép tính gần đúng về tương quan giữa sức căng bề mặt và nhiệt bay hơi (đặc trưng cho lực hút giữa các phân tử). Bảng 3.1. Sức căng bề mặt của một số chất. Chất lỏng  (20oC), N.m-1 (*) Kim loại, muối nóng chảy , N.m-1 n-hexan 18,4.10-3 Hg (20oC) 472.10-3 -3 o -3 C2H5OH 22,0.10 Ag (970 C) 800.10 Xyclohexan 26,5.10-3 NaCl (1000oC) 98.10-3 -3 o -3 Benzen 28,9.10 BaSO4 (25 C) 1250.10 -3 o -3 H2O 72,75.10 CaF2 (25 C) 2500.10 Giả thiết có 1m3 chất được phân chia thành phân tử tự do, năng lượng tiêu tốn cho quá trình này là nhiệt hoá hơn H. Mặt khác nếu giả thiết các phân tử hình lập phương có cạnh l thì ta sẽ nhận được 1/l3 hình lập phương, mỗi hình lập phương có diện tích bề mặt là 6l2, tổng diện tích bề mặt S = 6l2.1/l3 = 6/l, công hình thành bề mặt S là S. , đó chính là nhiệt hoá hơi. Ta có: H = 6 /l hay  = H .l/6 (3.11) Kích thước phân tử l có thể tính theo công thức: l = [V/No]1/3 (3.12) Trong đó: V - thể tích mol của chất lỏng; No - số Avogađro. Các kết quả tính toán  theo công thức (3.11) và giá trị thực nghiệm của một số chất lỏng được đưa ra ở bảng 3.2. Bảng 3.2. So sánh sức căng bề mặt  tính toán và thực nghiệm Chất lỏng , N.m-1 (thực nghiệm) H, J.m-3 l, m  = H .l/6 Nước 72,75.10-3 2,2.109 3,12.10-10 114.10-3 Clorofom 27,6.10-3 0,55.109 5,16.10-10 47,3.10-3 n-hexan 18,4.10-3 0,23.109 6.10-10 23.10-3 Benzen 28,9.10-3 0,34.109 5,28.10-10 29.10-3 (*) V× 1N = 105 dyn; 1m = 102 cm nªn 1N.m-1 = 103 dyn.cm-1. VÝ dô trong hÖ CGS  (n-hexan) = 18,4 ®yn.cm-1. 14
5. Từ bảng 3.2, nếu lưu ý đến tính gần đúng của phép tính thì có thể xem sự phù hợp giữa giá trị  tính toán và thực nghiệm là khá tốt. Phương pháp xác định sức căng bề mặt: Có nhiều phương pháp xác định sức căng bề mặt, một trong số đó là phương pháp mao quản dựa trên hệ thức:  = r.d.gh/2 (3.13) Người ta dùng một mao quản lần lượt nhúng vào hai chất lỏng khác nhau, trong đó một chất làm chuẩn là nước (n) mà sức căng bề mặt đã biết chính xác, còn chất lỏng thứ 2 (x) là chất cần đo. Viết hệ thức:  = r.d.gh/2 cho hai chất lỏng n và x ta có:  n = r.dn.ghn/2 và  x = r.dx.ghx/2 Chia hai biểu thức này cho nhau ta được:  x / n = dxhx/dnhn (3.14)  n, 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  x , theo hệ thức (3.14). Sở dĩ người ta không sử dụng ngay hệ thức (3.13) vì việc xác định bán kính mao quản thường kém chính xác. Ví dụ 3: Xác định sức căng bề mặt của benzen ở 200C biết khi nhúng một ống mao quản vào benzen cột chất lỏng dâng lên hx = 5cm, còn khi nhúng vào nước hn = 11,3cm 0 Giải: Thay vào hệ thức (3.14) các số liệu thực nghiệm hn, hx và số liệu tra bảng (ở 20 C). 3 3  n = 72,75dyn/cent; dn = 0,997g/cm ; dx = 0,899g/cm 0,899.11,3 Ta được:  x = 72,75. = 28,8 dyn/cm 0,997.5 b. Phương trình Gibbs Phương trình Gibbs thiết lập mối liên hệ giữa lượng chất bị hấp phụ trên lớp bề mặt, nồng d độ chất tan trong dung dịch C, nhiệt độ T và biến thiên sức căng bề mặt theo nồng độ dC d Cd a = - = - (3.15) RTd ln C RTdC [ Thiết lập: Giả thiết có một dung dịch gồm 2 cấu tử: dung môi 1 và chất tan 2, có bề mặt tiếp xúc s với khí quyển. Năng lượng tự do Gibbs của hệ có thể biểu diễn bởi hệ thức: G =  s +  1n1 +  2n2 Trong đó :  - sức căng bề mặt;  1- hoá thể, ni - số mol cấu tử i Lấy vi phân toàn phần ta có: dG =  ds + sd +  1dn1 + n1d  1 +  2dn2 + n2d  2 (3.15a) Mặt khác, G là một hàm của nhiệt đọ, áp suất, diện tích bề mặt và số mol các cấu tử: G = G(T, P, s, n1, n2). do đó lấy vi phân toàn phần ta có: dG = [  G/  T]Psni dT + [  G/  P]Tsni dP + [  G/  S]TPni dS + [  G/  n1]TPSn2 dn1 + [  G/  n2]TPSn1 dn2 Nếu lưu ý đến các hệ thức nhiệt động học sau đây: [  G/  T]Psni = -S(entropi); [  G/  P]Tsni = V (thể tích) [  G/  S]TPni =  (sức căng bề mặt); [  G/  ni]TPSni =  i (hoá thể) Thì ta có: dG = -SdT+ Vdp +  ds +  1dn1 +  2dn2 (3.15b) So sánh (3.15a) và (3.15b) ta rút ra: SdT- Vdp +  ds +  1dn1 +  2dn2 = 0 Ở T, P = const (2.18) trở thành:  ds +  1dn1 +  2dn2 = 0 (3.15c) Bây giờ ta tưởng tượng chia dung dịch thành lớp bề mặt và lớp thể tích Líp bÒ mÆt 15 Líp dung dÞch
6. n 2 n1 0 n 2 0 n1 Hình 3.6. Lớp bề mặt và lớp thể tích chất lỏng. 0 0 Gọi n1 và n2 là số mol cấu tử 1 và 2 trong lớp thể tích; n1 và n2 tương ứng là số mol trong lớp bề mặt. Đối với lớp bề mặt có thể áp dụng hệ thức (3.15c) ; đối với lớp thể tích, vì s = 0 0 0 nên thay cho (3.15c) ta có: n1 d  1 + n2 d  2 = 0 0 0 Từ đó suy ra: d  1 = -n2 d  2 /n1 thay d  1 vào ta được 0 0 0 0 sd + (n2 -n1)n2 d  2/n1 = 0 hoặc - d /d  2 = (n2 -n1)n2 /n1 /s Tử số ở vế phải là hiệu giữa 2 đại lượng: n2 - số mol chất tan 2 (trong n1 mol dung môi) ở 0 0 trong lớp bề mặt; n2 n1/n1 - số mol chất tan 2 trong lớp thể tích quy về n1 mol dung môi. Vậy hiệu này là số mol dư của chất tan 2 ở trên bề mặt so với trong thể tích, nếu qui về 1 đơn vị diện tích bề mặt thì đó chính là đại lượng hấp phụ, kí hiệu a. Vậy ta có: a = -d /d  2 Đối với dung dịch loãng có nồng độ C theo nhiệt động học ta có: 0  2 =  2 + RTlnC hay d  2 = RTdlnC. d Cd Do đó: a = - = - ] RTd ln C RTdC c. Chất hoạt động bề mặt Từ phương trình Gibbs (3.15) ta phân biệt 2 trường hợp sau đây: d Trường hợp 1: Ta thấy a > 0 khi 0 nghĩa là: sức căng bề mặt tăng khi nồng độ chất dC tan tăng. a < 0 có nghĩa là nồng độ chất tan ở bề mặt cao hơn trong thể tích. Ta gọi đó là sự hấp phụ âm. Các chất làm tan làm tăng sức căng bề mặt được gọi là chất không hoạt động bề mặt. phần lớn các chất này là các chất điện ly. d. Phương trình Sitkopxky Khi nồng độ chất HĐBM nhỏ,  của dung dịch giảm tỉ lệ bậc nhất với nồng độ C của chất HĐBM và:  o -  =  = k.C Trong đó: k là hệ số tỷ lệ  o là sức căng bề mặt của dung môi  là sức căng bề mặt của dung dịch Khi nồng độ chất HĐBM lớn, tỉ lệ này không phải bậc nhất mà tuân theo phương trình Sitkopxky:  o -  =  =  o.B.ln (C/A + 1) (3.16) Trong đó: B là hằng số ( thường có giá trị bằng 0,2 tạI 20oC) và ít phụ thuộc vào bản chất của chất HĐBM; còn 1/A là hằng số mao quản và là đại lượng đặc trung cho từng chất HĐBM. Phương trình này áp dung tốt cho các axits béo có mạch C không quá lớn. Phương trình Sitkopxky dạng vi phân có thể được sử dụng để chuyển phương trình Gibbs thành phương trình Langmua e. Quy tắc Traube - Ducle 16
7. Thực nghiệm cho thấy độ HĐBM càng tăng khi mạch cacbon trong phân tử chất HĐBM càng dài. Chẳng hạn, trong một dãy đồng đẳng (ví dụ dãy các axit béo) độ HĐBM tăng trung bình 3,2 lần khi tăng thêm một nhóm CH2. Điều này được tổng kết trong quy tắc Traube - Ducle sau đây: “ Khi chiều dài của các axit béo tăng theo cấp số cộng thì đại lượng Gibbs tăng theo cấp số nhân”. Cần lưu ý rằng, ngoài các axit béo, quy tắc này còn nghiệm đúng cho các dãy đồng đẳng khác của chất HĐBM như rượu, amin Ngoài ra, nó chỉ đúng với dung môi là nước (dung môi phân cực mạnh). Quy tắc Traube - Ducle có thể giải thích như sau: Đối với chất HĐBM, mạch cacbon càng dài thì tính không phân cực càng trội, độ tan trong nước (dung môi phân cực) càng giảm, do đó các phân tử có khuynh hướng tập trung ở bề mặt làm cho sức căng bề mặt giảm. Điều này thấy rõ khi so sánh độ tan trong nước của các axít sau đây: Axit butyric C3H7COOH tan trong nước (hạn chế) Axít valeric C4H7COOH ít tan (khoảng 4%) Axit caproic C5H11COOH không tan. f. Cấu tạo lớp bề mặt trên gianh giới dung dịch - khí Khi các phân tử chất HĐBM tập trung ở bề mặt (hấp phụ dương) chúng tạo thành một lớp màng trên bề mặt. Tuỳ theo nồng độ chất HĐBM các màng này có thể ở trạng thái khí (hai chiều ) hoặc màng ngưng tụ (lỏng hoặc rắn). o o o oooooooooooooooooo a) b) Hình 3.7. a. màng khí ; b. màng ngưng tụ . Ở nồng độ loãng, các phân tử chất HĐBM ở xa nhau, chuyển động tự do trên bề mặt (hai chiều) tạo ra màng khí hai chiều, trong đó nhóm phân cực (chấm tròn) nằm trong nước, còn nhóm không phân cực (đuôi thẳng) hướng ra không khí. Để giảm bớt năng lượng, các đuôi hidrôcacbon không hướng thẳng góc bề mặt, mà nằm ngang trên bề mặt. 3.2.2. Sự hấp phụ trên giới hạn bề mặt rắn - dung dịch. Đây là quá trình quan trọng nhất với hoá học chất keo, vì nó gắn liền với các hiện tượng và ứng dụng của hệ keo. a. Sự hấp phụ phân tử Khi chất phân tán trong dung dịch dạng phân tử thì xảy ra sự hấp phụ phân tử. Chẳng hạn: quá trình tảy trắng dầu thực vật bằng than hoạt tính, đất sét hoạt hoá Lượng chất bị hấp phụ V (Co C) được tính theo công thức: a = 103 (3.17) m Trong đó: a là đại lượng hấp phụ (mol/gam) V là thể tích dung dịch (lit) Co là nồng độ chất tan trong dung dịch trước khi hấp phụ (mol/lít) C là nồng độ chất tan trong dung dịch sau khi hấp phụ (mol/lít) m là khối lượng vật hấp phụ (g) Nếu biết bề mặt riêng của vật hấp phụ, lượng chất hấp phụ này sẽ được quy về một đơn vị diện tích bề mặt (cm2). Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ phân tử, bao gồm: Ảnh hưởng của nồng độ chất bị hấp phụ: với nồng độ loãng, sự phụ thuộc này có thể mô tả bằng phương trình hấp phụ đằng nhiệt Frendlich hay phương trình Langmuir. Cũng có thể dùng phương trình Gibbs, song vì thường không xác định được sức căng bề mặt  trên giới hạn vật rắn-dung dịch nên không thể tính toán trực tiếp từ phương trình này được. Ảnh hưởng của dung môi: Giữa môi trường và chất tan thường xảy ra sự cạnh tranh trong quá trình hấp phụ lên bề mặt vật rắn. Về mặt nhiệt động họ, chất nào có  nhỏ hơn sẽ bị hấp phụ mạnh hơn. 17
8. Ảnh hưởng của bản chất vật hấp phụ: bản chất và độ xốp của vật hấp phụ ảnh hưởng rất lớn đến khả năng hấp phụ của nó. Vật hấp phụ càng xốp thì khả năng hấp phụ càng cao và ngược lại. Chất hấp phụ phân cực sẽ hấp phụ tốt chất phân cực và ngược lại. Ảnh hưởng của bản chất bị hấp phụ: Theo Rebiđia, nếu sự có mặt của chất bị hấp phụ có tác dụng làm giảm càng nhiều sự khác biệt về độ phân cực trên bề mặt phân cách pha thì khả năng bị hấp phụ của nó càng cao. Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ: sự hấp phụ trong dung dịch xảy ra chậm hơn nhiều so với trong pha khí vì sự khuyếch tán ở đây diễn ra chậm hơn. Đặc biệt các chất bị hấp phụ có kích thước rất lớn khó khuyếch tán vào các vật hấp phụ có đường kính lỗ xốp nhỏ, do đó cần thời gian tiếp xúc dài để đạt được trạng thái cân bằng. Khi tăng nhiệt độ, quá trình khuyếch tán tăng làm giảm thời gian đạt cân bằng, nhưng độ hấp phụ bị giảm xuống do tăng quá trình hấp phụ các phân tử khỏi bề mặt vật hấp phụ. Tuy nhiên, mức độ giảm ở đây thấp hơn so với trong pha khí. b. Sự hấp phụ ion trong dung dịch các chất điện li Các chất điện li là những chất không hoạt động bề mặt. Sự có mặt của chúng trong dung d dịch làm tăng sức căng bề mặt của dung dịch so với dung môi nguyên chất, khi đó > 0 nên dC  < 0, nghĩa là trên bề mặt thoáng của dung dịch, chúng bị hấp phụ âm. Khi cho vật hấp phụ rắn vào trong dung dịch sẽ xảy ra sự hấp phụ dương các ion chất điện li lên bề mặt rắn của vật hấp phụ. Quá trình này thường có tính chất chọn lọc và mang đặc tính trao đổi. Vật hấp phụ trao đổi với các ion dương được gọi là cationit; với các ion âm được gọi là anionit; với các ion dương và ion âm (tuỳ thuộc vào phản ứng của môi trường ) được gọi là vật hấp phụ lưỡng tính. Mức độ hấp phụ ion phụ thuộc vào hóa trị, bán kính và mức độ solvat hóa của các ion. Các cation hoá trị cao bị hấp phụ mạnh hơn các cation hoá trị thấp, với các cation cùng hoá trị thì bán kính ion càng lớn sẽ bị hấp phụ càng mạnh (lớp vỏ solvat hóa của chúng càng mỏng). Do có khả năng hấp phụ trao đổi với các ion H+ và OH- chúng có thể làm thay đổi pH của môi trường. 3.2.3. Hiện tượng thấm ướt a. Sự thấm ướt Khi cho một giọt chất lỏng lên trên bề mặt chất rắn, nếu các phân tử chất lỏng có tương tác mạnh với các phân tử trên bề mặt rắn hơn là giữa các phân tử chất lỏng với nhau thì chất lỏng sẽ chảy loang ra trên bề mặt rắn. Đó là sự thấm ướt. Mức độ thấm ướt của chất lỏng trên bề mặt rắn được quyết định bởi tương quan giữa các sức căng bề mặt rắn - lỏng, rắn - khí và lỏng - khí và được đặc trưng bởi góc thấm ướt (hay góc tiếp xúc ). Hình 3.3. Biểu diễn mặt cắt của một giọt chất lỏng L trên bề mặt chất rắn R, H là pha hơi, góc  tạo bởi đường tiếp tuyến với bề mặt chất lỏng tại điểm tiếp xúc T với bề mặt chất rắn, lấy về phía chất lỏng, được gọi là góc tiếp xúc. Tại điểm tiếp xúc giữa 3 pha có 3 lực tác dụng, đó là các sức căng bề mặt  giữa các cặp pha tương ứng. Nếu xét cân bằng lực trên bề mặt chất rắn thì tổng hợp lực tại T phải bằng không nên ta có:  RL +  LHcos =  RH . (3.18) Khi cân bằng được thiết lập, giữa góc thấm ướt và sức căng bề mặt có một mốI liên hệ:   cos 23 13 12 Trong đó, 12, 13 vaì 23 lần lượt là sức căng bề mặt trên giới hạn lỏng - không khí, rắn - lỏng và rắn – khí. 12 2 18 23 1 13 3 Hình 3.8. Để thiết lập phương trình Young về góc tiếp xúc.