物理化學(xué)：第十一章 膠體化學(xué)

1、111 、分散系統(tǒng)的概念、分散系統(tǒng)的概念一、分散系統(tǒng)一、分散系統(tǒng)： 一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中所構(gòu)成的系一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中所構(gòu)成的系統(tǒng)。統(tǒng)。通常把被分散的物質(zhì)稱為通常把被分散的物質(zhì)稱為分散相分散相，起到分散作起到分散作用的物質(zhì)叫用的物質(zhì)叫分散介質(zhì)分散介質(zhì)。 分兩大系統(tǒng)：分兩大系統(tǒng)： 均相分散系統(tǒng)均相分散系統(tǒng) 分散相及分散介質(zhì)之間分散相及分散介質(zhì)之間無相界面無相界面存在，是熱力學(xué)存在，是熱力學(xué)穩(wěn)定的系統(tǒng)。穩(wěn)定的系統(tǒng)。 非均相分散系統(tǒng)非均相分散系統(tǒng) 物質(zhì)以微相形態(tài)分散在分散介質(zhì)中所形成的多物質(zhì)以微相形態(tài)分散在分散介質(zhì)中所形成的多相系統(tǒng)。相系統(tǒng)。第十一章第十一章 膠體化學(xué)膠體化學(xué)

2、 按按分散相分散相及及分散介質(zhì)分散介質(zhì)的聚集態(tài)分類的聚集態(tài)分類 2、分散系的分類分散系的分類2013年，浙大高分子系高超課題組用石墨烯制造出了目前世界上最輕的固體材料“碳海綿”（氣凝膠）?！疤己＞d”對有機(jī)溶劑有超快超高的吸附力，且彈性很好，可用來處理海上原油泄漏事件，儲能保溫材料、催化劑催化劑載體及高效復(fù)合材料，應(yīng)用前景廣闊 。碳海綿”每立方厘米重0.16毫克，比氦氣還要輕，約是同體積大小氫氣重量的兩倍。2011年，美國科學(xué)家合作制造了一種鎳構(gòu)成的氣凝膠，密度為0.9毫克/立方厘米，是當(dāng)時最輕的固體材料。把這種材料放在蒲公英花朵上，蒲公英茸毛幾乎沒變形。 按分散質(zhì)的質(zhì)點大小分類按分散質(zhì)的質(zhì)點大

3、小分類類類 型型 粒徑的大小粒徑的大小 實實 例例真溶液真溶液 10-9m 空氣、固體溶液、NaOH溶液膠體分散系統(tǒng)膠體分散系統(tǒng) 10-910-6m Al(OH)3水溶膠粗分散系統(tǒng)粗分散系統(tǒng) 10-6m 泥漿3 3、 膠體分散系統(tǒng)膠體分散系統(tǒng) 分散相的粒子只要它們至少有分散相的粒子只要它們至少有一維空間一維空間的尺寸在的尺寸在10- -910- -6m范范圍圍。膠體分散系統(tǒng)包括：。膠體分散系統(tǒng)包括： （1）溶膠）溶膠 溶膠也叫憎液溶膠憎液溶膠：難溶物分散在分散介質(zhì)中，相的界面明顯。粒子能通過濾紙，但不能透過半透膜，擴(kuò)散速度慢，在普通顯微鏡下看不見。 其主要基本特征基本特征是： 高度分散的、多相

4、的、熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)。高度分散的、多相的、熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)。 （2）高分子溶液）高分子溶液 大分子物質(zhì)分散于分散介質(zhì)之中（也叫親液溶膠親液溶膠）。無明顯界面。其主要特征是； 高度分散的、均相的、熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)高度分散的、均相的、熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)。 （3）締合膠體）締合膠體 通常由結(jié)構(gòu)中含有非極性的碳?xì)浠衔锊糠趾洼^小的極性基團(tuán)的電解質(zhì)分子締合成的粒子（表面活性劑）稱為膠束，分散于另一相中形成的系統(tǒng)。粒子與分散介質(zhì)之間存在相的界面， 特征：高度分散的，多相的，高度分散的，多相的，熱力學(xué)較穩(wěn)定系統(tǒng)熱力學(xué)較穩(wěn)定系統(tǒng)的系統(tǒng)的系統(tǒng)。 三種膠體分散系統(tǒng)的共同特性三種膠體分散系統(tǒng)的共同特性: 透明透明(或不透

5、明或不透明)；可發(fā)生光；可發(fā)生光散射；膠粒擴(kuò)散速度慢；不能透過半透膜；有較高的滲透壓。散射；膠粒擴(kuò)散速度慢；不能透過半透膜；有較高的滲透壓。 3 3、粗分散系統(tǒng)、粗分散系統(tǒng) 粗分散系統(tǒng)包括乳狀液、懸浮液、泡沫等，它們在性質(zhì)及研究方法上與膠體分散系統(tǒng)有許多相似之。 112、溶膠的制備和凈化、溶膠的制備和凈化1、溶膠的溶膠的制備制備：粒子大小在膠體范圍內(nèi)。粒子大小在膠體范圍內(nèi)。 分散法分散法: 大變小。大變小。 凝聚法凝聚法: 小變大。小變大。一是分散相在介質(zhì)中的溶解度要??；二是需要加入第三者作為穩(wěn)定劑。 溶膠質(zhì)點大小 1nm 1000nm小分子溶液質(zhì)點大小 1mm小變大小變大大變小大變小凝聚法凝

6、聚法分散法分散法更換溶劑法更換溶劑法化學(xué)反應(yīng)法化學(xué)反應(yīng)法物理凝聚法物理凝聚法電弧法電弧法超聲分散法超聲分散法研磨法研磨法物理凝聚法物理凝聚法： 蒸氣凝聚法：（蒸汽凝聚儀蒸氣凝聚法：（蒸汽凝聚儀P617圖圖12.1.1） 過飽和法：（溶劑改變、降溫）過飽和法：（溶劑改變、降溫）化學(xué)凝聚法化學(xué)凝聚法：制制金金溶膠溶膠KAuO2+3HCHO+K2CO32Au+3HCOOK+KHCO3制制硫化砷硫化砷溶膠溶膠2H3AsO3 + 3H2S As2S3溶膠溶膠 + 6H2O制制氫氧化鐵氫氧化鐵溶膠溶膠FeCl3+3H2O(沸水沸水) Fe(OH)3溶膠溶膠 + 6H2O(1)凝聚法凝聚法(2)分散法: 由

7、粗分散系統(tǒng)的較大分子分散成較小的溶膠分子。由粗分散系統(tǒng)的較大分子分散成較小的溶膠分子。機(jī)械研磨：機(jī)械研磨： 球磨機(jī)，膠體磨球磨機(jī)，膠體磨(需加入少量的表面活需加入少量的表面活性劑）。性劑）。超聲波分散：高于超聲波分散：高于16000Hz超聲波通入體系。超聲波通入體系。電弧法：將欲分散的金屬作電極，冷水中有少量電弧法：將欲分散的金屬作電極，冷水中有少量NaOH，通直流電，調(diào)節(jié)電極距離產(chǎn)生電弧，金屬原，通直流電，調(diào)節(jié)電極距離產(chǎn)生電弧，金屬原子蒸發(fā)、冷卻，成金屬膠體。子蒸發(fā)、冷卻，成金屬膠體。2、溶膠的凈化、溶膠的凈化 少量的電解質(zhì)可使溶膠穩(wěn)定；少量的電解質(zhì)可使溶膠穩(wěn)定； 過量的電解質(zhì)可使溶膠聚沉。

8、過量的電解質(zhì)可使溶膠聚沉。 最常見的是最常見的是“滲析法滲析法”。 使用半透膜。使用半透膜。電滲析法。電滲析法。 目的：去除多余的電解質(zhì)或雜質(zhì)。目的：去除多余的電解質(zhì)或雜質(zhì)。(流動的)蒸餾水 Fe3+ Cl 半透膜 Fe(OH)3溶膠電極 半透膜超過濾：超過濾： 利用具有微孔的薄膜或濾片，在加壓或吸濾的情況下，讓利用具有微孔的薄膜或濾片，在加壓或吸濾的情況下，讓介質(zhì)連同其中的電解質(zhì)或低分子雜質(zhì)透過濾膜成為濾液，從而介質(zhì)連同其中的電解質(zhì)或低分子雜質(zhì)透過濾膜成為濾液，從而分離膠粒與介質(zhì)。分離膠粒與介質(zhì)。介質(zhì)、可溶性雜質(zhì) 漏斗 微孔薄膜或濾片溶膠 加壓氣源 加料口 滲析和超過濾技術(shù)在生物化學(xué)、滲析和

9、超過濾技術(shù)在生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥物學(xué)等方面應(yīng)用廣泛。醫(yī)學(xué)、藥物學(xué)等方面應(yīng)用廣泛。 例1：利用超過濾法測定蛋白質(zhì)、 酶分子的大小。在微生物學(xué)中，研究病毒和細(xì)菌的大小等。例2：在生物醫(yī)學(xué)中，人工腎是滲析和超過濾原理應(yīng)用的典型例子。 腎臟的功能之一是利用它的滲析膜來除去血液中的有害物質(zhì)和排泄 成分。（聚甲基丙烯酸甲酯膜） 溶膠 丁達(dá)爾現(xiàn)象的實質(zhì)是丁達(dá)爾現(xiàn)象的實質(zhì)是溶膠對光的散射作用（乳光溶膠對光的散射作用（乳光現(xiàn)象）?，F(xiàn)象）。透鏡光源丁達(dá)爾效應(yīng)11-3 溶膠的性質(zhì)溶膠的性質(zhì) 1、溶膠的光學(xué)性質(zhì)、溶膠的光學(xué)性質(zhì)（1）丁達(dá)爾效應(yīng)）丁達(dá)爾效應(yīng) 由于溶膠的光學(xué)不均勻性，當(dāng)一束波長大于溶膠分散相粒由于溶膠的光學(xué)

10、不均勻性，當(dāng)一束波長大于溶膠分散相粒子尺寸的入射光照射到溶膠系統(tǒng)，可發(fā)生子尺寸的入射光照射到溶膠系統(tǒng)，可發(fā)生散射現(xiàn)象散射現(xiàn)象丁達(dá)爾現(xiàn)丁達(dá)爾現(xiàn)象。象。 如圖所示：（2）雷利公式）雷利公式2222222104222219( , )(1cos)22nnVI RIRnn 光學(xué)現(xiàn)象：當(dāng)光線照射到微粒上時，可能發(fā)生情況：光學(xué)現(xiàn)象：當(dāng)光線照射到微粒上時，可能發(fā)生情況： a、微粒尺寸大于入射光波長很多時，發(fā)生光的反射、微粒尺寸大于入射光波長很多時，發(fā)生光的反射(或折射或折射)； b、 若微粒尺寸小于入射光波長時，則發(fā)生光的散射；若微粒尺寸小于入射光波長時，則發(fā)生光的散射； C、微粒尺寸等于入射光波長時，則發(fā)生

11、光的吸收。、微粒尺寸等于入射光波長時，則發(fā)生光的吸收?？梢姽獾牟ㄩL在可見光的波長在400760nm的范圍，大于一般溶膠粒子（小的范圍，大于一般溶膠粒子（小于于100nm）的尺寸。）的尺寸。I 1/4 天空是天空是，夕陽是紅色的。，夕陽是紅色的。 防霧燈用防霧燈用燈燈, 禁止信號燈用禁止信號燈用. I V 2 溶膠散射強(qiáng)烈，真溶液散射極弱。溶膠散射強(qiáng)烈，真溶液散射極弱。I n ， 濁度計原理濁度計原理 I 1/ I 2= c 1/ c 22204VIn2（n）防霧燈用防霧燈用黃色黃色燈燈 高度分散的憎液溶膠從外觀上看是完全透明的，利用雷高度分散的憎液溶膠從外觀上看是完全透明的，利用雷諾散射原理設(shè)

12、計的超顯微鏡。應(yīng)用電子顯微鏡，可以將物諾散射原理設(shè)計的超顯微鏡。應(yīng)用電子顯微鏡，可以將物像放大像放大10萬萬50萬倍，能直接觀察到粒子形狀及測定某些萬倍，能直接觀察到粒子形狀及測定某些膠核的大小。膠核的大小。顯微鏡觀察膠體光線聚光鏡 強(qiáng)光源照射；強(qiáng)光源照射； 在與入射光垂直的方向觀察在與入射光垂直的方向觀察 閃閃發(fā)亮、不斷移動的光點閃閃發(fā)亮、不斷移動的光點 黑暗視野黑暗視野 （如黑夜觀看漫天星斗）（如黑夜觀看漫天星斗）光點是散射光點，而不是膠體粒子本身，光點的大小實際比光點是散射光點，而不是膠體粒子本身，光點的大小實際比粒子本身大數(shù)倍之多。粒子本身大數(shù)倍之多。超顯微鏡不能直接觀察到粒子的形狀和

13、大小。超顯微鏡不能直接觀察到粒子的形狀和大小。1 1、估測粒子的平均半徑、估測粒子的平均半徑2 2、推測粒子的形狀、推測粒子的形狀 不閃光的球形（對稱，有光但不閃）、正四面 體、正八面體等 靜止時閃光，流動時不閃光棒形 靜、動均閃光的片形 3 3、估計溶膠的分散均勻度、估計溶膠的分散均勻度發(fā)光點的亮度相差不多系統(tǒng)分散度比較均勻所有發(fā)光點的亮度相差較大分散很不均勻 （較大粒子散射較多光）圖9-2布朗運動(a) 2 2、溶膠的動力學(xué)性質(zhì)、溶膠的動力學(xué)性質(zhì) 溶膠是一種高度分散的多相系統(tǒng)，在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的。溶膠是一種高度分散的多相系統(tǒng)，在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的。溶膠會自動聚結(jié)為大粒子，使整個膠體系統(tǒng)遭

14、到破壞。但溶膠溶膠會自動聚結(jié)為大粒子，使整個膠體系統(tǒng)遭到破壞。但溶膠卻能穩(wěn)定存在，其主要原因是溶膠的動力學(xué)性質(zhì)。卻能穩(wěn)定存在，其主要原因是溶膠的動力學(xué)性質(zhì)。 （1）布朗運動與擴(kuò)散）布朗運動與擴(kuò)散 在顯微鏡下可觀察到懸浮在水中的花粉顆粒作永不停息的無在顯微鏡下可觀察到懸浮在水中的花粉顆粒作永不停息的無規(guī)則運動，稱為布朗運動。用超顯微鏡可以觀察規(guī)則運動，稱為布朗運動。用超顯微鏡可以觀察布朗運動布朗運動。 產(chǎn)生布朗運動的原因是分散介產(chǎn)生布朗運動的原因是分散介質(zhì)分子對膠粒撞擊的結(jié)果。質(zhì)分子對膠粒撞擊的結(jié)果。圖10-2布朗運動(b) 愛因斯坦用幾率的概念和分子愛因斯坦用幾率的概念和分子運動論的觀點，導(dǎo)出

15、了愛因斯坦運動論的觀點，導(dǎo)出了愛因斯坦- -布朗平均位移公式布朗平均位移公式rLRTtx3 溶膠粒子的布朗運動會引起溶膠中分散相粒子的溶膠粒子的布朗運動會引起溶膠中分散相粒子的擴(kuò)散作用擴(kuò)散作用。推動力是推動力是濃度梯度。可用濃度梯度?？捎媒?jīng)推導(dǎo)：rLRTD6式中D為擴(kuò)散系數(shù)，它的物理意義是在單位濃度梯度下，單位時間內(nèi)，通過單位面積的質(zhì)量。從D可求得粒子的大小。粒子的半徑越小，介質(zhì)的粘度越小，溫度越高，則粒子的半徑越小，介質(zhì)的粘度越小，溫度越高，則D越大，粒越大，粒子越易擴(kuò)散。子越易擴(kuò)散。rLRTD6SdndcDAdtdx （2）沉降與沉降平衡）沉降與沉降平衡 多相分散系統(tǒng)中的物質(zhì)粒子，由于多相

16、分散系統(tǒng)中的物質(zhì)粒子，由于受自身的重力作用而下沉受自身的重力作用而下沉的過程，稱之為的過程，稱之為沉降沉降。沉降平衡：沉降平衡：若擴(kuò)散速率等于沉降速率若擴(kuò)散速率等于沉降速率（動態(tài)平衡）。（動態(tài)平衡）。濃度梯度不隨時間變化。 達(dá)到沉降平衡時，粒子濃度隨高度的分布為： )(1 (ln12012hhRTMgcc式中，c2、c1分別為高度h2、h1截面上粒子的濃度； 及0分別為分散相(粒子)及分散介質(zhì)的密度；M為粒子相對分子質(zhì)量；上式不受粒子形狀的限制，但要求粒子大小相等。h1h2 表表11113 3 不同大小的粒子的高度分布不同大小的粒子的高度分布 藤黃懸浮體藤黃懸浮體 2.3010- -7 310

17、- -5 粗分散金溶膠粗分散金溶膠 1.8610- -7 210- -7 金溶膠金溶膠 8.3510- -9 210- -2 高分散金溶膠高分散金溶膠 1.8610- -9 2.15 氧氣氧氣 2.7010- -10 5103 體體 系系 粒子直徑（粒子直徑（m） 粒子濃度降低一半時的高度（粒子濃度降低一半時的高度（m） 分散相的粒子很小，沉降速度極為緩慢，有時無法測定其沉降速分散相的粒子很小，沉降速度極為緩慢，有時無法測定其沉降速度?？衫贸x心機(jī)（其離心力可達(dá)地心引力的度。可利用超離心機(jī)（其離心力可達(dá)地心引力的106倍以上）加倍以上）加快沉降速度?？斐两邓俣?。如：蛋白質(zhì)、核酸、病毒等生命物

18、質(zhì)的研究，就利用超速離心機(jī)分離如：蛋白質(zhì)、核酸、病毒等生命物質(zhì)的研究，就利用超速離心機(jī)分離 。選擇題：選擇題：1、下列物系中哪一種不是膠體分散系（、下列物系中哪一種不是膠體分散系（ ） a、云霧；、云霧； b、金屬合金；、金屬合金； c、 蛋白質(zhì)溶液；蛋白質(zhì)溶液； d、云彩。、云彩。2、對于憎液溶膠，下列說法不正確的是：（、對于憎液溶膠，下列說法不正確的是：（ ）。）。 a、高分散、高界面；、高分散、高界面； b、動力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)；熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)；、動力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)；熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)； c、動力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)、動力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng) ，熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)；，熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)； d、粒徑在、粒徑在10-910-

19、6m之間。之間。3、Tyndall現(xiàn)象是光的（現(xiàn)象是光的（ ）現(xiàn)象。）現(xiàn)象。 a、散射、散射、b、反射；、反射； c、透射；、透射；d、折射；、折射；4、下列不屬于動力學(xué)性質(zhì)的是（、下列不屬于動力學(xué)性質(zhì)的是（ ） a、布朗運動；、布朗運動； b、擴(kuò)散；、擴(kuò)散； c、電泳；、電泳； d、沉降；、沉降；作業(yè)：作業(yè)：P657-658 12.1；12.2；12.711-3 、溶膠的電學(xué)性質(zhì)溶膠的電學(xué)性質(zhì) （1）電動現(xiàn)象）電動現(xiàn)象 實驗顯示：實驗顯示：正溶膠向負(fù)極移動；正溶膠向負(fù)極移動；負(fù)溶膠向正極移動；負(fù)溶膠向正極移動； 電泳電泳 在外加電場作用下，帶在外加電場作用下，帶電的分散相粒子在分散介電的分散

20、相粒子在分散介質(zhì)中向相反符號電極移動質(zhì)中向相反符號電極移動的現(xiàn)象。如圖所示。的現(xiàn)象。如圖所示。 圖11.1-Fe(OH)3溶膠向陰極移動 Fe(OH)3膠體粒子帶正電膠體粒子帶正電 + + 電泳的應(yīng)用：電泳的應(yīng)用：a）生化中分離各種氨基酸和蛋白質(zhì)）生化中分離各種氨基酸和蛋白質(zhì). N+HRCOOH， NH2RCOOH （等電點）（等電點） NH2RCOO（醫(yī)學(xué)判斷患者肝硬度）（醫(yī)學(xué)判斷患者肝硬度）b）紙上電泳）紙上電泳 ，凝膠電泳，凝膠電泳(生化分析生化分析)c）高壓毛細(xì)管電泳）高壓毛細(xì)管電泳(化學(xué)分析化學(xué)分析)d）顯微電泳）顯微電泳 (測測 電位電位)e）靜電除塵）靜電除塵f）電泳鍍漆）電泳鍍

21、漆g）電泳電鍍）電泳電鍍+圖圖11.211.2電泳電泳 電滲電滲 在外加電場作用下，分散介質(zhì)在外加電場作用下，分散介質(zhì)(由過剩由過剩反離子所攜帶反離子所攜帶)通過多孔膜或極細(xì)的毛細(xì)管通過多孔膜或極細(xì)的毛細(xì)管移動的現(xiàn)象移動的現(xiàn)象(此時帶電的固相不動此時帶電的固相不動)。+ + + + + + + + + + + + + + + +圖11-3 電滲電滲現(xiàn)象示意圖電滲現(xiàn)象示意圖 正極粘土粒子不斷富集，水變渾濁，正極粘土粒子不斷富集，水變渾濁，且水面略下降，且水面略下降， 負(fù)極管內(nèi)水慢慢負(fù)極管內(nèi)水慢慢上升。上升。 (多孔材料脫水）多孔材料脫水） 流動電勢和沉降電勢流動電勢和沉降電勢 流動電勢流動電勢

22、在外加壓在外加壓力下，迫使液體流經(jīng)相對靜力下，迫使液體流經(jīng)相對靜止的固體表面止的固體表面(如毛細(xì)管如毛細(xì)管)而而產(chǎn)生的電勢叫流動電勢產(chǎn)生的電勢叫流動電勢(它它是電滲的逆現(xiàn)象是電滲的逆現(xiàn)象)。氣體V壓力毛細(xì)管圖11-4 流動電勢沉降電勢沉降電勢 由于固體粒由于固體粒 子或液滴在分散介質(zhì)中沉降子或液滴在分散介質(zhì)中沉降使流體的表面層與底層之間使流體的表面層與底層之間產(chǎn)生的電勢差叫產(chǎn)生的電勢差叫沉降電勢沉降電勢(它是電泳的逆現(xiàn)象它是電泳的逆現(xiàn)象)。圖11-5 沉降電勢+V（2）帶電原因）帶電原因（a）吸附：吸附：固體表面可以從溶液中有固體表面可以從溶液中有選擇的吸附選擇的吸附某種離子而帶電。某種離子而

23、帶電。與膠粒有相同的化學(xué)元素的離與膠粒有相同的化學(xué)元素的離子可優(yōu)先吸附。子可優(yōu)先吸附。（b）電離電離：固體表面上的物質(zhì)粒子，在溶液中發(fā)固體表面上的物質(zhì)粒子，在溶液中發(fā)生電離，也可導(dǎo)致固體表面帶電。生電離，也可導(dǎo)致固體表面帶電。 （c）非電解質(zhì)之間的摩擦非電解質(zhì)之間的摩擦： 介電常數(shù)介電常數(shù)D大者帶正電，小者帶負(fù)電。大者帶正電，小者帶負(fù)電。 圖11.6- 雙電層模型(a)+ + + + +-+-+-斯特恩層(緊密層)擴(kuò)散層e(a)斯特恩模型斯特恩模型-固體表面斯特恩面滑動面 雙電層結(jié)構(gòu)雙電層結(jié)構(gòu)斯特恩模型斯特恩模型 如如圖所示：圖所示： 熱力學(xué)電勢熱力學(xué)電勢 由固體表面至溶液本體間的電由固體表面

24、至溶液本體間的電 勢差勢差 e； 斯特恩電勢斯特恩電勢 由緊密層與擴(kuò)散層之間的分界由緊密層與擴(kuò)散層之間的分界 處至溶液本體間的電勢差處至溶液本體間的電勢差 ； 電勢電勢(動電電勢動電電勢) 由滑動面至溶液本體間的電勢由滑動面至溶液本體間的電勢 差。反映了膠粒帶電的程度。差。反映了膠粒帶電的程度。 電泳參數(shù)。電泳參數(shù)。（3）雙電層結(jié)構(gòu)雙電層結(jié)構(gòu)熱力學(xué)電勢熱力學(xué)電勢與電動電勢與電動電勢的區(qū)別的區(qū)別： 1）、數(shù)值不同：）、數(shù)值不同： = + e； 2）影響因素不同：）影響因素不同： 只與被吸附的離子濃度有關(guān)；只與被吸附的離子濃度有關(guān)； 不僅與被吸附的離子濃度有關(guān)也與其他離子濃度不僅與被吸附的離子濃度

25、有關(guān)也與其他離子濃度有關(guān)；有關(guān)； 等電狀態(tài)：等電狀態(tài)： =0 3） 電勢與電泳速度有關(guān)，電勢與電泳速度有關(guān)， 與電泳速度無關(guān)。與電泳速度無關(guān)。 電遷移率電遷移率 vuEvE若在溶膠中加入電解質(zhì)，則會若在溶膠中加入電解質(zhì)，則會對電泳有顯著影響。隨溶膠中對電泳有顯著影響。隨溶膠中外加電解質(zhì)的增加，電泳速度外加電解質(zhì)的增加，電泳速度常會降低至變?yōu)榱?，甚至改變常會降低至變?yōu)榱?，甚至改變膠粒的電泳方向。膠粒的電泳方向。 （3）、溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)）、溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu) 溶膠中的分散相與分散介質(zhì)之間存在著界面。因此，按擴(kuò)散溶膠中的分散相與分散介質(zhì)之間存在著界面。因此，按擴(kuò)散雙電層理論，可以設(shè)想出溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)。以

26、雙電層理論，可以設(shè)想出溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)。以KI溶液滴加至溶液滴加至AgNO3溶液中形成的溶液中形成的AgI溶膠溶膠(正溶膠）為例：膠團(tuán)結(jié)構(gòu)式見圖正溶膠）為例：膠團(tuán)結(jié)構(gòu)式見圖 固相固相滑動層滑動層擴(kuò)散層擴(kuò)散層 (AgI)m nAg+（n-x）NO3-x+xNO3-溶液溶液本體本體膠核膠核膠粒膠?；瑒用婊瑒用婺z團(tuán)膠團(tuán) 膠粒帶電，可隨電泳移動；膠粒帶電，可隨電泳移動； 整個膠團(tuán)不帶電。整個膠團(tuán)不帶電。碘化銀膠團(tuán)結(jié)構(gòu)及示意圖（AgNO3為穩(wěn)定劑）NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-（AgI）mAg +Ag +Ag +Ag +Ag +Ag +Ag

27、 +Ag +Ag +Ag +Ag +Ag +膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)也可以用下面的剖面圖來描述。練習(xí)：練習(xí)： 寫出下列溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)：寫出下列溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)： 1、FeS溶膠，穩(wěn)定劑溶膠，穩(wěn)定劑H2S； 2、SiO2溶膠，穩(wěn)定劑溶膠，穩(wěn)定劑SiO32-； 3、Fe（OH）3溶膠，穩(wěn)定劑溶膠，穩(wěn)定劑FeCl3；11-4 11-4 溶膠的穩(wěn)定和破壞溶膠的穩(wěn)定和破壞 1 1、溶膠的穩(wěn)定機(jī)制、溶膠的穩(wěn)定機(jī)制 DLVO理論理論，其理論要點為：其理論要點為： （1）溶膠帶電）溶膠帶電膠團(tuán)之間存在著斥力勢能和吸力勢能。膠團(tuán)之間存在著斥力勢能和吸力勢能。 斥力勢能斥力勢能是由于膠團(tuán)間的排斥力引起的。是由于膠團(tuán)間的排斥力引起

28、的。 吸力勢能吸力勢能是由于膠團(tuán)之間存在吸引力引起的是由于膠團(tuán)之間存在吸引力引起的 （2）系統(tǒng)的總勢能系統(tǒng)的總勢能E是斥力勢能是斥力勢能ER和引力勢能和引力勢能EA的加和的加和 ER exp-xEmaxFCx0Born排斥E勢壘EEAnx1 德拜參量 當(dāng)當(dāng) x 縮小，先出現(xiàn)一極縮小，先出現(xiàn)一極 小值小值F，則發(fā)生粒子的聚集，則發(fā)生粒子的聚集 稱為稱為絮凝絮凝（可逆的）（可逆的）。 當(dāng)當(dāng) x 再縮小，則出現(xiàn)極再縮小，則出現(xiàn)極 大值大值Emax。只有兩膠粒通過。只有兩膠粒通過 熱運動積聚的動能超過熱運動積聚的動能超過15kT 時才有可能超過此能量值。時才有可能超過此能量值。溶膠穩(wěn)定。溶膠穩(wěn)定。 x

29、 再縮小再縮小又出現(xiàn)極小值又出現(xiàn)極小值C，在此處發(fā)生粒子間的在此處發(fā)生粒子間的聚沉聚沉（不可逆）。（不可逆）。 E = ER + EA 即系統(tǒng)的總勢能，如下圖所示。即系統(tǒng)的總勢能，如下圖所示。 （3）電解質(zhì)的加入會影響斥力勢能，適當(dāng)調(diào)整電解電解質(zhì)的加入會影響斥力勢能，適當(dāng)調(diào)整電解質(zhì)的濃度，可以得到相對穩(wěn)定的膠體。質(zhì)的濃度，可以得到相對穩(wěn)定的膠體。 （4）膠體的膠體的溶劑化作用溶劑化作用引起的聚結(jié)穩(wěn)定性，也是使引起的聚結(jié)穩(wěn)定性，也是使溶膠穩(wěn)定的重要原因。水化外殼的存在勢必增加溶膠溶膠穩(wěn)定的重要原因。水化外殼的存在勢必增加溶膠聚合的機(jī)械阻力，而有利于溶膠的穩(wěn)定性。聚合的機(jī)械阻力，而有利于溶膠的穩(wěn)定

30、性。 （5）膠粒由于膠粒由于布朗運動布朗運動，能夠克服重力場的影響而，能夠克服重力場的影響而不下沉，溶膠的這種性質(zhì)，稱為動力穩(wěn)定性。一般說不下沉，溶膠的這種性質(zhì)，稱為動力穩(wěn)定性。一般說來，分散相與分散介質(zhì)的密度差愈小，分散介質(zhì)的粒來，分散相與分散介質(zhì)的密度差愈小，分散介質(zhì)的粒度越小，分散相的顆粒愈小，布朗運動愈強(qiáng)烈，溶膠度越小，分散相的顆粒愈小，布朗運動愈強(qiáng)烈，溶膠的動力穩(wěn)定就越強(qiáng)。的動力穩(wěn)定就越強(qiáng)。 3 3、溶膠的破壞、溶膠的破壞 因溶膠屬熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)，終究要聚沉。因溶膠屬熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)，終究要聚沉。聚沉速聚沉速度與外界因素有關(guān)。度與外界因素有關(guān)。（1）電解質(zhì)對溶膠聚沉作用的影響）電解

31、質(zhì)對溶膠聚沉作用的影響 少量電解質(zhì)的存在對溶膠起穩(wěn)定作用；少量電解質(zhì)的存在對溶膠起穩(wěn)定作用； 過量的電解質(zhì)的存在對溶膠起破壞作用（聚沉）。過量的電解質(zhì)的存在對溶膠起破壞作用（聚沉）。 聚沉值：聚沉值：使一定量的溶膠在一定時間內(nèi)完全使一定量的溶膠在一定時間內(nèi)完全聚沉所需電解質(zhì)的最小濃度。聚沉所需電解質(zhì)的最小濃度。 聚沉能力：聚沉能力：聚沉值的倒數(shù)，聚沉值的倒數(shù)，某電解質(zhì)的聚某電解質(zhì)的聚沉值愈小，表明其聚沉能力愈強(qiáng)。沉值愈小，表明其聚沉能力愈強(qiáng)。As2O3（負(fù)溶膠）（負(fù)溶膠） mmol.dm-3Au（負(fù)溶膠）（負(fù)溶膠）mmol.dm-3LiCl58NaCl24NaCl 51KNO3 25KCl49

32、.51/2K2SO423KNO3 50CaCl20.65CaCl20.41MgCl20.72BaCl20.35MgSO40.81AlCl30.0931/2 Al2(SO4)30.0091/2Al2(SO4)30.096Ce(NO3)3 0.003Th(NO3)40.009聚沉有下幾條規(guī)律：聚沉有下幾條規(guī)律： 起聚沉作用的主要是反號離子起聚沉作用的主要是反號離子。聚沉能力隨離子價的增加而顯著增加，這個規(guī)律稱舒聚沉能力隨離子價的增加而顯著增加，這個規(guī)律稱舒爾采爾采哈迪價數(shù)規(guī)則。哈迪價數(shù)規(guī)則。 Me+ : Me2+ : Me3+ = 1 : 70.7 : 532一般可近似地表示為反離子價數(shù)的一般可近

33、似地表示為反離子價數(shù)的6次方之比，即次方之比，即 Me+ : Me2+ : Me3+ =16 : 26 : 36 = 1 : 64 : 729它表明反號離子的價數(shù)愈高，聚沉值越低，聚沉能力它表明反號離子的價數(shù)愈高，聚沉值越低，聚沉能力愈強(qiáng)。但是也有反常現(xiàn)象，如愈強(qiáng)。但是也有反?，F(xiàn)象，如H+雖為一價，卻有很強(qiáng)雖為一價，卻有很強(qiáng)的聚沉能力。的聚沉能力。 同價的正離子同價的正離子（如堿金屬或堿土金屬）（如堿金屬或堿土金屬）對負(fù)電膠體的聚沉能力，是隨著離子水對負(fù)電膠體的聚沉能力，是隨著離子水化半徑減少而減弱。如堿金屬離子對負(fù)化半徑減少而減弱。如堿金屬離子對負(fù)電膠體的聚沉能力為：電膠體的聚沉能力為： L

34、i+Na+K+Rb+Cs+離子半徑越小，水化能力越強(qiáng)；水化層離子半徑越小，水化能力越強(qiáng)；水化層越厚（水化半徑大），被吸附的能力越越厚（水化半徑大），被吸附的能力越小，使聚沉能力減弱。小，使聚沉能力減弱。 對于一價負(fù)離子聚沉能力是：對于一價負(fù)離子聚沉能力是：CNS- -I- -Br- -ClO3- - Cl- - BrO2- - IO3- - F- - 負(fù)離子水化能力弱負(fù)離子水化能力弱,所以半徑越小所以半徑越小,吸附能力越強(qiáng)，聚沉能力吸附能力越強(qiáng)，聚沉能力也越強(qiáng)。這種將帶有相同電荷的離子，按聚沉能力大小排列的也越強(qiáng)。這種將帶有相同電荷的離子，按聚沉能力大小排列的順序，稱為順序，稱為感膠離子序感膠

35、離子序。 欲使膠體聚沉而加入電解質(zhì)的量并不是越多越好。當(dāng)加入量欲使膠體聚沉而加入電解質(zhì)的量并不是越多越好。當(dāng)加入量過大時，由于反離子過多，甚至可以使膠粒帶電的符號改變過大時，由于反離子過多，甚至可以使膠粒帶電的符號改變（相應(yīng)（相應(yīng)電勢也變號），膠體反而不聚沉。電勢也變號），膠體反而不聚沉。 與溶膠電性同號的離子也有一定的作用與溶膠電性同號的離子也有一定的作用：大的或大的或高價的負(fù)（或正）離子對負(fù)（或正）電性膠體有一定高價的負(fù)（或正）離子對負(fù)（或正）電性膠體有一定的穩(wěn)定作用。的穩(wěn)定作用。 例題：在三個燒杯中分別盛有例題：在三個燒杯中分別盛有0.020 dm3的的Fe(OH)3溶膠，分別加入溶膠，

36、分別加入NaCl、Na2SO4及及Na3PO4 溶液使溶膠發(fā)生聚沉，最少需要加入溶液使溶膠發(fā)生聚沉，最少需要加入:物質(zhì)物質(zhì)NaClNa2SO4Na3PO4濃度濃度/mol.dm 3 1.005.01033.333103體積體積/dm30.0210.1250.0074試計算各電解質(zhì)的聚沉值、聚沉能力之比，并指試計算各電解質(zhì)的聚沉值、聚沉能力之比，并指出膠體粒子的帶電符號。出膠體粒子的帶電符號。（2）高分子化合物的聚沉和保護(hù)）高分子化合物的聚沉和保護(hù) 少量高分子化合物可使溶膠聚沉少量高分子化合物可使溶膠聚沉 搭橋效應(yīng)：絮凝搭橋效應(yīng)：絮凝 脫水效應(yīng)：高分子對水有很強(qiáng)的親水力；脫水效應(yīng)：高分子對水有很

37、強(qiáng)的親水力；可是膠粒脫水而聚沉；可是膠粒脫水而聚沉； 電中和效應(yīng)：電中和效應(yīng)： 帶電正負(fù)號不同的溶膠相互也會產(chǎn)生聚沉作帶電正負(fù)號不同的溶膠相互也會產(chǎn)生聚沉作用。正負(fù)電性膠體相互中和，即發(fā)生聚沉。聚沉用。正負(fù)電性膠體相互中和，即發(fā)生聚沉。聚沉?xí)r產(chǎn)生的絮狀物表面積并不減少，稱為絮凝。時產(chǎn)生的絮狀物表面積并不減少，稱為絮凝。 大量高分子化合物使溶膠保護(hù)作用。大量高分子化合物使溶膠保護(hù)作用。高濃度高濃度低濃度低濃度絮凝保護(hù)11-5 乳狀液乳狀液 乳狀液：由兩種（或兩種以上）不互溶（或部分互溶）乳狀液：由兩種（或兩種以上）不互溶（或部分互溶）的液體所形成的分散系。的液體所形成的分散系。1、乳狀液分類及鑒

38、別、乳狀液分類及鑒別乳狀液分為水包油型（乳狀液分為水包油型（O/W）和油包水（）和油包水（W/O）。）。鑒別方法：鑒別方法：（1）染色法）染色法（2）稀釋法）稀釋法（3）導(dǎo)電法）導(dǎo)電法 2、乳狀液的穩(wěn)定乳狀液的穩(wěn)定 加乳化劑（表面活性劑）可使乳狀液穩(wěn)定。加乳化劑（表面活性劑）可使乳狀液穩(wěn)定。原因：原因： （1）降低界面張力。（增溶作用）降低界面張力。（增溶作用） （2）形成定向楔的界面。（膠束作用）形成定向楔的界面。（膠束作用） （3）形成擴(kuò)散雙電層。（防止分散相粒子相互碰撞）形成擴(kuò)散雙電層。（防止分散相粒子相互碰撞）（4）界面膜的穩(wěn)定作用。（油水界面膜厚度、強(qiáng)度、韌度）界面膜的穩(wěn)定作用。（油

39、水界面膜厚度、強(qiáng)度、韌度）3、3、乳狀液的去乳化、乳狀液的去乳化 消除乳化劑的保護(hù)作用。（破乳或去乳化作用）消除乳化劑的保護(hù)作用。（破乳或去乳化作用） 方法：見方法：見P641膠體化學(xué)小結(jié)膠體化學(xué)小結(jié)基本要求基本要求:1 1、理解分散系統(tǒng)的分類及膠體的定義。、理解分散系統(tǒng)的分類及膠體的定義。2 2、理解溶膠的光學(xué)性質(zhì)、動力學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)、理解溶膠的光學(xué)性質(zhì)、動力學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)3 3、理解雙電層結(jié)構(gòu)的斯特恩模型，、理解雙電層結(jié)構(gòu)的斯特恩模型，4 4、理解溶膠的穩(wěn)定和破壞的原因。、理解溶膠的穩(wěn)定和破壞的原因。5 5、了解乳狀液的類型與穩(wěn)定性。、了解乳狀液的類型與穩(wěn)定性。重點：重點： 1.1.分

40、散系統(tǒng)的分類及膠體的定義分散系統(tǒng)的分類及膠體的定義2.2.膠體系統(tǒng)的光學(xué)性質(zhì)與動力性質(zhì)膠體系統(tǒng)的光學(xué)性質(zhì)與動力性質(zhì)3.3.溶膠系統(tǒng)的電學(xué)性質(zhì)溶膠系統(tǒng)的電學(xué)性質(zhì)基本概念高分子溶液特征基本概念高分子溶液特征 分散系（組成、分類）；膠體分散系（溶膠、高分子分散系（組成、分類）；膠體分散系（溶膠、高分子溶液、締合膠體）；溶膠特征：高度分散的、多相的、溶液、締合膠體）；溶膠特征：高度分散的、多相的、熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)；高分子溶液特征：高度分散的、均熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)；高分子溶液特征：高度分散的、均相的、熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)相的、熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)。 溶膠的性質(zhì)：溶膠的性質(zhì)： 1、光學(xué)性質(zhì)：丁達(dá)爾效應(yīng)；光學(xué)性質(zhì)：丁達(dá)爾效應(yīng)； 2204VIn2（n）瑞利公式瑞利公式2、動力學(xué)