1. Một số khái niệm về hệ phân tán

Hệ phân tán là hệ gồm 2 hay nhiều chất trong đó chất này được phân bố trong chất kia dưới dạng những hạt rất nhỏ.

Chất phân bố được gọi là chất phân tán (pha phân tán). Chất chứa pha phân tán gọi là môi trường phân tán.

Chất phân tán được gọi là chất phân tán có thể ở 1 trong 3 trạng thái: rắn, lỏng, khí.

Ví dụ:

- Đường tan trong nước thì đường là chất phân tán, còn nước là môi trường phân tán.

- Bụi phân tán vào không khí thì bụi là chất phân tán, còn không khí là môi trường phân tán.

Tính chất của hệ phân tán, đặc biệt tính bền của nó phụ thuộc vào kích thước của pha phân tán. Pha phân tán có kích thước hạt càng lớn thì chúng càng dễ lắng xuống và như thế hệ càng không bền. Dựa vào kích thước hạt phân tán người ta chia làm 3 hệ phân tán:

a. Hệ phân tán thô: là hệ có kích thước của hạt phân tán từ 10^-7đến 10^-4m.

- Đặc điểm không bền, chất phân tán dễ tách ra khỏi môi trường phân tán.

- Có 2 dạng:

+ Huyền phù: chất phân tán là rắn, pha phân tán là lỏng. Ví dụ: nước phù sa, vữa sơn, vôi dầu, nước đục, ....

+ Nhũ tương: chất phân tán là lỏng, pha phân tán là lỏng. Ví dụ: sữa có lẫn đường hạt mỡ.

b. Hệ keo: là hệ trong đó kích thước của hạt phân tán từ 10^-9 đến 10^-7.

- Đặc điểm tương đối bền, chỉ bị sa lắng khi điều kiện bên ngoài thay đổi.

Ví dụ: sương mù (hệ phân tán lỏng- khí), khói (hệ phân tán rắn khí).

c. Dung dịch thực (dung dịch): kích thước của hạt phân tán 10^-10 (bằng kích thước phân tử hoặc ion), trong đó chất phân tán và dung môi giữa chúng không có bề mặt phân chia, tạo thành một khối đồng nhất gọi là dung dịch thực.

Chất phân tán gọi là chất tan, môi trường phân tán gọi là dung môi. Với một lượng dung môi nhất định, lượng chất tan có thể biến thiên trong một giới hạn nhất định.

Vậy: dung dịch là hệ một pha nhiều cấu tử mà thành phần của nó có thể biến đổi trong một giới hạn nhất định.

Trong thực tế các dung dịch quan trọng nhất là dung dịch lỏng, đặc biệt là dung dịch có dung môi là nước.

2. Sự hòa tan, hiệu ứng nhiệt của quá trình hòa tan

- Sự hòa tan: quá trình hòa tan là quá trình phân tán chất tan dưới dạng ion, nguyên tử, phân tử vào trong khắp thể tích của dung môi đồng thời xảy ra quá trình tương tác giữa các phân tử của dung môi với các phần tử (ion, nguyên tử, phân tử) của chất tan để tạo thành các hợp chất hóa học được gọi là sonvat, nếu dung môi là nước thì gọi là hidrat.

- Cơ chế của quá trình hòa tan bao gồm 2 giai đoạn:

+ Quá trình vật lý: là quá trình các chất tan phá vỡ trạng thái tập hợp ban đầu của nó để tạo thành các ion, nguyên tử, phân tử để khuếch tán vào toàn bộ thể tích dung môi.

Quá trình này cần tiêu tốn một năng lượng là ∆H₁ > 0.

+ Quá trình hóa học: quá trình hòa trộn và tương tác hóa học giữa các tiểu phân chất tan với các phân tử dung môi (hình thành liên kết hidro, VanderWalls, ...) để tạo thành hợp chất Sonvat gọi là quá trình Sonvat hóa, nếu dung môi là nước thì tạo thành hợp chất hidrat (hidrat hóa). Quá trình Sonvat hóa này giải phóng năng lượng gọi là năng lượng Sonvat hóa, ∆H₂ < 0.

Thông thường, người ta hay sử dụng dung môi là nước, phần lớn các hợp chất hidrat không bền; có một số trường hợp tương đối bền, khi tách khỏi dung dịch dưới dạng tinh thể gọi là tinh thể hidrat và nước trong tinh thể gọi là nước kết tinh.

Ví dụ: CuSO₄.5H₂O; MgSO₄.7H₂O; Na₂CO₃.10H₂O

- Nhiệt hòa tan: hiệu ứng nhiệt ∆H_ht của quá trình hòa tan (nhiệt tạo thành dung dịch).

∆H_ht = ∆H₁ + ∆H₂

Vì ∆H₁ > 0, ∆H₂ < 0 nên ∆H_ht có thể âm hay dương nghĩa là quá trình hòa tan có thu hay phát nhiệt.

∆H_ht > 0 khi │∆H₁│ > │∆H₂│: như khi hòa tan chất rắn, chất lỏng vào dung môi.

∆H_ht < 0 khi │∆H₁│ < │∆H₂│: như khi hòa tan chất khí vào dung môi lỏng vì các phân tử khí ở xa nhau nên ∆H₁ = 0.

∆H_ht = 0 khi │∆H₁│ = │∆H₂│: dung dịch lý tưởng (dung dịch loãng).

Vậy, nhiệt lượng thoát ra hay thu vào khi hòa tan 1 mol của một chất vào lượng dung môi ở nhiệt độ, áp suất xác định được gọi là nhiệt hòa tan của chất đó.

Ví dụ: khi hòa tan 1 mol CaCl₂ vào nước thoát ra một nhiệt lượng là 72,802kJ. Vậy ∆H_ht (CaCl₂) = -72,802kJ.

- Dung dịch bão hòa, dung dịch quá bão hòa

Quá trình hòa tan là quá trình thuận nghịch hóa học

Chất tan  +  dung môi  ⇔ Dung dịch, ∆H_ht

    (rắn, lỏng, khí)

Quá trình thuận: là quá trình hòa tan.

Quá trình nghịch: là quá trình kết tinh (nếu chất tan là chất rắn), ngưng tụ tách lớp (chất tan là chất lỏng), thoát khí (chất tan là chất khí).

Khi đạt đến trạng thái cân bằng (∆G = 0) thì dung dịch ứng với trạng thái này được gọi là dung dịch bão hòa, là dung dịch không thể hòa tan thêm chất tan ở nhiệt độ nhất định.

Dung dịch có lượng chất tan thấp hơn lượng chất tan chứa trong dung dịch bão hòa gọi là dung dịch chưa bão hòa, có thể hòa tan thêm chất tan ở nhiệt độ nhất định.

Khi hòa tan các chất rắn, đôi khi tạo thành dung dịch quá bão hòa, có lượng chất tan lớn hơn lượng chất tan trong dung dịch bão hòa

3. Độ hòa tan

Ở một nhiệt độ nhất định, độ hòa tan của một chất trong một dung môi xác định bằng nồng độ dung dịch bão hòa chất đó.

Thông thường độ tan của chất rắn trong một chất lỏng được biểu thị bằng số mol chất tan có trong 1 lit dung dịch.

Đối với chất khí tan trong chất lỏng thì độ tan được biểu diễn bằng thể tích chất khí bão hòa trong một thể tích xác định của dung môi.

Độ tan thường được kí hiệu là S

- Khi dung dịch có nồng độ nhỏ hơn độ tan ta có dung dịch chưa bão hòa, chất tan có thể tan thêm.

- Khi dung dịch có nồng độ lớn hơn độ tan ở cùng nhiệt độ ta có dung dịch quá bão hòa. Các dung dịch quá bão hòa không bền, nếu khuấy, lắc hoặc thêm vào dung dịch một vài tinh thể chất rắn đó sẽ có sự kết tinh chất tan từ dung dịch và dung dịch sẽ trở về trạng thái bão hòa.

Độ hòa tan của một chất phụ thuộc vào:

+ Bản chất của dung môi và chất tan.

+ Nhiệt độ.

+ Áp suất (nếu chất tan là chất khí).

3.1 Ảnh hưởng của bản chất của chất tan và dung môi tới độ tan

- Các chất có cấu tạo phân tử tương tự nhau dễ hòa tan vào nhau, phân tử dung môi phân cực lớn thì hòa tan tốt các chất phân cực và ngược lại.

Ví dụ: Dung môi là nước là các phân tử phân cực → chỉ hòa tan các chất mà phân tử phân cực hoặc hợp chất ion như NaCl.

Nước ít hòa tan I₂ vì I₂ không phân cực.

Benzen không phân cực nên benzen không tan trong nước.

I₂ tan tốt trong benzen → có màu tím.

- Có thể ứng dụng tính chất này trong chiết tách các hợp chất hữu cơ.

3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ tan

Các chất rắn khi hòa tan trong nước có độ tan phụ thuộc vào nhiệt độ.

- Độ tan của một chất tăng khi nhiệt độ tăng nếu quá trình hòa tan đó là thu nhiệt.

Ví dụ: NH₄Cl, KNO₃, ... tan nhiều khi đun nóng.

- Độ tan của chất khí giảm khi nhiệt độ tăng vì quá trình hòa tan của chất khí tỏa nhiệt.

- Các chất lỏng khi trộn lẫn với nhau xảy ra một trong các trường hợp sau:

+ Hòa tan vô hạn: chúng hòa tan trong nhau không theo tỉ lệ. Ví dụ: rượu và nước, axit sunfuric và nước.

+ Hòa tan có giới hạn: chúng hòa tan một phần trong nhau. Ví dụ: ete và nước, anilin và nước.

+ Không tan: thực tế chúng không tan trong khi trộn lẫn. Ví dụ: thủy ngân và nước, benzen và nước.

Đa số trường hợp khi nhiệt độ tăng thì độ tan tương hỗ vào nhau của chất lỏng tăng.

3.3 Ảnh hưởng của áp suất (đối với chất khí). Định luật Henry

Chất tan _(khí)  +  dung môi  ⇔ Dung dịch.

Khi P tăng thì độ hòa tan S tăng.

Khi P giảm thì độ hòa tan S giảm.

" Ở nhiệt độ không đổi, lượng chất khí hoà tan trong một thể tích chất lỏng xác định tỉ lệ thuận với áp suất của nó trên bề mặt chất lỏng"

                                    S = k.P

            Trong đó: k là hệ số tỉ lệ phụ thuộc vào bản chất chất khí và dung môi.

      S: độ tan chất khí (mol/l).

      P: áp suất của nó trên bề mặt chất lỏng.

Nếu trên bề mặt của chất lỏng có một hỗn hợp khí thì độ tan của mỗi khí tỉ lệ với áp suất riêng phần của từng khí.

Định luật Henry chỉ đúng cho chất khí có độ tan nhỏ (dung dịch loãng), ở áp suất không lớn và chất khí tác dụng với dung môi.

» Tin mới nhất:

• CÁC NGUYÊN TẮC SƯ PHẠM VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC CHỦ YẾU ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG GIẢNG DẠY CHẤT HỮU CƠ - PHẦN: HYDROCACBON NO (tiếp theo) (18/07/2022)
• Tính các giá trị thống kê thực nghiệm bằng phần mềm Excel (11/07/2022)
• Ước lượng cho phương sai của tổng thể bằng Minitab (19/06/2022)
• CÁC HIỆN TƯỢNG ĐẶC BIỆT CỦA ĐIỆN TỬ TRONG BÁN DẪN III-V (19/06/2022)
• CÁC NGUYÊN TẮC SƯ PHẠM VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC CHỦ YẾU ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG GIẢNG DẠY CHẤT HỮU CƠ - PHẦN: HYDROCACBON NO (tiếp theo) (18/06/2022)

» Các tin khác:

• Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân vỏ trấu bằng enzyme cellulase (13/05/2019)
• SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG HÓA HỌC (18/04/2019)
• Một số dụng cụ ở phòng thí nghiệm môn Hóa học đại cương (18/04/2019)
• CÁC NGUYÊN TẮC SƯ PHẠM VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC CHỦ YẾU ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG GIẢNG DẠY CHẤT HỮU CƠ - Phần Peptit và Protein (18/04/2019)
• CÁC NGUYÊN TẮC SƯ PHẠM VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC CHỦ YẾU ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG GIẢNG DẠY CHẤT HỮU CƠ - Phần Amino axit (18/04/2019)
• CÁC NGUYÊN TẮC SƯ PHẠM VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC CHỦ YẾU ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG GIẢNG DẠY CHẤT HỮU CƠ - phần Amin (18/03/2019)
• Ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng (18/03/2019)
• CÁC NGUYÊN TẮC SƯ PHẠM VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC CHỦ YẾU ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG GIẢNG DẠY CHẤT HỮU CƠ - phần Polysaccarit (18/03/2019)
• Dung dịch đệm (18/03/2019)
• Nghiên cứu hành vi vượt quá vận tốc trong linh kiện bán dẫn (18/03/2019)