物理化学第7版胶体分散系.

1、第九章第九章 胶体分散系统胶体分散系统分散系（分散系（dispersed system ）：一种或几种物质分散）：一种或几种物质分散在另一种物质中所形成的系统。被分散的物质叫分散在另一种物质中所形成的系统。被分散的物质叫分散相，容纳分散相的介质称为分散介质。相，容纳分散相的介质称为分散介质。分散系的分类：分散系的分类：分分散散系系均均相相分分散散系系（只只有有一一相相）非非均均相相分分散散系系（两两相相及及以以上上）分分散散系系真真溶溶液液（分分散散相相粒粒子子 1 10 00 0n nm m）胶胶体体溶溶胶胶（分分散散相相：多多个个分分子子、原原子子聚聚集集体体）高高分分子子溶溶液液（分分散

2、散相相：大大分分子子）缔缔合合胶胶体体（分分散散相相：胶胶束束）第一节第一节 溶胶的分类和基本特征溶胶的分类和基本特征 溶胶的分散相是由数目巨大的原子或分子、离子溶胶的分散相是由数目巨大的原子或分子、离子构成的聚集体。构成的聚集体。一、溶胶的分类一、溶胶的分类分散相分散相分散介质分散介质气气液液固固名称名称气气雾雾烟烟气溶胶气溶胶液液泡沫泡沫牛奶牛奶油漆油漆液溶胶液溶胶固固泡沫塑料泡沫塑料宝石宝石有色玻璃有色玻璃股溶胶股溶胶胶胶体体溶溶胶胶（分分散散相相粒粒子子：多多个个分分子子、原原子子的的聚聚集集体体）高高分分子子溶溶液液（分分散散相相粒粒子子：大大分分子子）缔缔合合胶胶体体（分分散散相相

3、粒粒子子：胶胶束束）二、溶胶的基本特征二、溶胶的基本特征1 1、多相性多相性：与溶液相比：与溶液相比2 2、高度分散高度分散性：与粗分散系相比性：与粗分散系相比3 3、热力学不稳定性热力学不稳定性三、溶胶的六大具体性质三、溶胶的六大具体性质1 1、表面性质：具有巨大的表面积，不稳定，能聚沉，、表面性质：具有巨大的表面积，不稳定，能聚沉，能吸附；具有较大的附加压力，具有较大的溶解度。能吸附；具有较大的附加压力，具有较大的溶解度。2 2、光学性质：丁达尔效应、光学性质：丁达尔效应3 3、动力学性质：布朗运动、沉降、渗透、动力学性质：布朗运动、沉降、渗透4 4、电学性质：电泳、电渗、电学性质：电泳、

4、电渗5 5、稳定性：胶粒带电、水化膜、布朗运动、稳定性：胶粒带电、水化膜、布朗运动6 6、流变性：在外力作用下的变形和流动。、流变性：在外力作用下的变形和流动。第二节第二节 溶胶的制备和净化（自学）溶胶的制备和净化（自学）一、溶胶的制备一、溶胶的制备溶胶溶胶1100 nm 真溶液真溶液 100 nm 分散分散 凝聚凝聚 1.1.分散法分散法 研磨法、超声分散法、电弧法、胶溶法等研磨法、超声分散法、电弧法、胶溶法等 研磨法研磨法 超声法超声法 电弧法电弧法胶溶法：胶溶法：新鲜凝聚颗粒重新分散在介质中形成溶胶，新鲜凝聚颗粒重新分散在介质中形成溶胶，并加入适当的稳定剂。并加入适当的稳定剂。Fe(OH

5、) 3（新鲜沉淀）（新鲜沉淀）+ FeCl3 Fe(OH)3 (溶胶）溶胶）2 2、凝聚法、凝聚法化学凝聚法：化学凝聚法：通过化学反应使难溶物呈过饱和状态，通过化学反应使难溶物呈过饱和状态，聚集形成胶粒。聚集形成胶粒。 AgNO3( (稀稀) )+ KCl(稀稀) ) AgCl(溶胶溶胶) ) +KNO3物理凝聚法物理凝聚法 蒸气凝聚法：苯与钠在真空中气化，在冷却的器壁蒸气凝聚法：苯与钠在真空中气化，在冷却的器壁上冷凝成气溶胶。上冷凝成气溶胶。 改变溶剂法：硫的酒精溶液倒入水中，形成硫的水改变溶剂法：硫的酒精溶液倒入水中，形成硫的水溶胶。溶胶。 冷却法：用冰骤冷苯在水中的饱和溶液，得到苯在水冷

6、却法：用冰骤冷苯在水中的饱和溶液，得到苯在水中的溶胶。中的溶胶。二、溶胶的净化二、溶胶的净化1.1.渗析法渗析法 利用胶体粒子不能透过半透膜的特点，分离出溶利用胶体粒子不能透过半透膜的特点，分离出溶胶中多余的电解质或其它杂质。胶中多余的电解质或其它杂质。 羊皮纸，动物膀胱膜，硝酸或醋酸纤维素等作为羊皮纸，动物膀胱膜，硝酸或醋酸纤维素等作为半透膜，溶胶装于膜内，再放入流动的水中净化。半透膜，溶胶装于膜内，再放入流动的水中净化。水水溶胶溶胶半透膜半透膜溶胶溶胶+ +半透膜半透膜水水压缩空气压缩空气半透膜半透膜真空泵真空泵半透膜半透膜2、超滤法、超滤法 用半透膜在吸滤或加压的情况下使胶粒与用半透膜在

7、吸滤或加压的情况下使胶粒与含有杂质的介质迅速分离。含有杂质的介质迅速分离。第三节第三节 溶胶的动力学性质溶胶的动力学性质-布朗布朗(Brown)运动运动 一、布朗运动一、布朗运动(Brownian movement） 溶胶粒子在介质中无规则热运动称为布朗运动，溶胶粒子在介质中无规则热运动称为布朗运动，是溶胶稳定的一个因素。是溶胶稳定的一个因素。 粒子越小，温度越高，布朗运动越激烈。某一时粒子越小，温度越高，布朗运动越激烈。某一时间内粒子平移距离可用爱因斯坦间内粒子平移距离可用爱因斯坦-布朗运动方程描述：布朗运动方程描述：3RTtxLr xx：t 时间内粒子沿时间内粒子沿x轴的平均位移；轴的平均

8、位移；r：胶粒半径；：胶粒半径； L：阿伏加德罗常数；：阿伏加德罗常数； ：介质粘度。：介质粘度。二、扩散二、扩散 物质从高浓度向物质从高浓度向低浓度移动的现象。低浓度移动的现象。1. 扩散扩散 Fick第一定律第一定律 单位时间内通过某一截面的物质的量单位时间内通过某一截面的物质的量dn/dt与该处的浓度梯度与该处的浓度梯度dc/dx及横截面积及横截面积A成正比。成正比。dndcDAdtdx 高浓度区高浓度区低浓度区低浓度区dxD：扩散系数。单位浓度梯度下单位时间通过单位面积的物质：扩散系数。单位浓度梯度下单位时间通过单位面积的物质的量。单位：的量。单位：m2 s-1，对于球形粒子：，对于球

9、形粒子：6RTDL r 23RTtxDtLr 2xDt测量一定时间间隔测量一定时间间隔t内的粒子平均位移，可求出内的粒子平均位移，可求出 D。渗透压渗透压半透膜两侧的压差。半透膜两侧的压差。 =p2p1 = cRT反渗透反渗透施加外压，使溶剂分子施加外压，使溶剂分子从溶液一侧透过半透膜从溶液一侧透过半透膜进入溶剂一侧进入溶剂一侧 溶剂溶剂溶液溶液半透膜半透膜（只容许溶剂通过）（只容许溶剂通过）渗透压渗透压p1p2渗透压渗透压 = p2 p12渗透渗透 溶剂通过半透膜（对溶质不通透）向溶质高浓度溶剂通过半透膜（对溶质不通透）向溶质高浓度区移动的现象。区移动的现象。例例 金溶胶浓度为金溶胶浓度为2

10、g dm-3,介质粘度为介质粘度为0.00l Pa s。已知。已知胶粒半径为胶粒半径为1.3nm，金的密度为，金的密度为19.3 103 kg m 3。计算。计算金溶胶在金溶胶在25 C时时(1) 扩散系数，扩散系数，(2) 布朗运动移动布朗运动移动0.5 mm的时间，的时间，(3) 渗透压。渗透压。解解1210923sm 10679. 1103 . 1001. 0610023. 6298314. 861rLRTDs 74410679. 12)105 . 0(210232DxtLrVWVMWVnc334 01870. 010023. 6103 .19)103 . 1(341223339=cRT

11、=0.018708.314298.16=46.34 Pa三、沉降与沉降平衡三、沉降与沉降平衡 多相分散系统中的粒子，因受重力作用而下沉的过多相分散系统中的粒子，因受重力作用而下沉的过程，称为沉降。程，称为沉降。 沉降沉降 扩散扩散分散相分布分散相分布 溶液溶液 均相均相 粗分散系粗分散系 沉于底部沉于底部 胶体胶体 平衡平衡 梯度分布梯度分布grFFF0334-浮力重力沉降LcdhdcRTLcdhAdcRTALdndAFF渗透扩散-dnAdhdccLRTgr-340321210334hhccdhRTLgrcdc12031234lnhhRTLgrcc（1）相同粒度）相同粒度r，h ，c （2）相

12、同高度）相同高度h，r ，c 小粒小粒h1h2大粒大粒h1c1h2c2第四节第四节 溶胶的光学性质溶胶的光学性质一、溶胶的光散射现象一、溶胶的光散射现象-丁达尔丁达尔( (Tyndall)Tyndall)效应：效应：吸收：取决于化学组成吸收：取决于化学组成 反射：粒径反射：粒径 波长波长散射：粒径散射：粒径 x过量反离子过量反离子x吸附同号吸附同号大离子大离子Stern模型模型给出了给出了 的物理意义，解释了溶胶的电动现的物理意义，解释了溶胶的电动现象象, 定性地解释了电解质浓度对溶胶稳定性的影响定性地解释了电解质浓度对溶胶稳定性的影响。 0 d 0 d F电电F阻阻14qr0164rr vr

13、E v：电泳速度：电泳速度m/s；E：电场强度：电场强度V/m； r= / 0， 相对介电常数；相对介电常数； 0：真空介电常数真空介电常数= 8.82 10-12 C2 m-2 N-1；k：形状参数，：形状参数，球形为球形为6，棒形，棒形为为4。rq4. 电动电势的测量电动电势的测量F阻阻= F电电 F电电= q E （电量（电量 电场强度）电场强度） F阻阻= k r v qE= k r v球形带电体电势与电量球形带电体电势与电量q关系：关系： 969 10rvE 实验测出在一定时间内界面移实验测出在一定时间内界面移动的距离，可求得粒子的电泳动的距离，可求得粒子的电泳速度，由电泳速度可求出

14、胶体速度，由电泳速度可求出胶体粒子的电势。粒子的电势。+dPt电极电极溶胶溶胶辅助液辅助液14qrv：电泳速度：电泳速度m/s；E：电场强度：电场强度V/m； r= / 0， 相对介电常数；相对介电常数；969 10rvE 第六节第六节 溶胶的稳定性和聚沉溶胶的稳定性和聚沉一、胶粒的双电层结构一、胶粒的双电层结构定位离子定位离子 胶核胶核 吸附层吸附层 扩散层扩散层胶粒胶粒 胶团胶团 内反离子内反离子 外反离子外反离子 (AgI)m nIC (n-x)K+ xC xK+二、溶胶稳定存在的原因二、溶胶稳定存在的原因 1.1.动力稳定性（扩散力）动力稳定性（扩散力）2.2.表面带电（静电斥力）表面

15、带电（静电斥力） 溶胶稳定的主要原因；溶胶稳定的主要原因；3.3.溶剂化（水化膜斥力溶剂化（水化膜斥力 ） 降低表面能，有利稳定；降低表面能，有利稳定；4.4.高分子的保护作用高分子的保护作用三、溶胶稳定的三、溶胶稳定的DLVD理论理论1. 胶粒间作用力和势能曲线胶粒间作用力和势能曲线范德华力：范德华力：粒子间距粒子间距H ，吸引力吸引力 ，引力势能引力势能Va 。静电斥力：静电斥力：H 、双电层厚、双电层厚度度 = ，斥力，斥力 ，势能势能Vr 。H势能VVbHV1a HV e20r（1）表面电势对稳定性影响）表面电势对稳定性影响 表面电势表面电势 ，斥力势能，斥力势能 ，势垒高度，势垒高度

16、 ，利于稳定；，利于稳定；（2）电解质对稳定性影响）电解质对稳定性影响 电解质压缩双电层，电解质压缩双电层， 值值 ，斥力势能，斥力势能 ，不利稳定，不利稳定 （3）反离子价数对稳定性影响）反离子价数对稳定性影响 总势能总势能V=0时电解质浓度时电解质浓度c与其价数与其价数z的关系：的关系：2DLVO理论对稳定性解释理论对稳定性解释聚沉需要克服势垒聚沉需要克服势垒Vb常温下热运动能量小于聚沉需常温下热运动能量小于聚沉需克服势垒克服势垒 Vb=1520 kJ/molH势能势能VVbHVa1HrVe20moLkJTk/7 . 323B61zc 四、溶胶的聚沉四、溶胶的聚沉 胶粒碰撞合并变大从介质中

17、析出而下沉的现象。胶粒碰撞合并变大从介质中析出而下沉的现象。（一）加入电解质（一）加入电解质聚沉值：聚沉值：使一定量溶胶在一定时间内发生聚沉所需电使一定量溶胶在一定时间内发生聚沉所需电解质溶液的最小浓度，单位为解质溶液的最小浓度，单位为mmolL-1。（1 1）聚沉能力主要取决于电解质中反离子的价数。）聚沉能力主要取决于电解质中反离子的价数。 聚沉值聚沉值 1/Z 6，聚沉能力聚沉能力 Z 6（2）同价反离子聚沉能力取决于水化半径，水化半径）同价反离子聚沉能力取决于水化半径，水化半径越小。越小。聚沉能力越强聚沉能力越强感胶离子序感胶离子序H+ Cs+ Rd+ NH4+ K+ Na+ Li+F-

18、 Cl- Br- NO3-I- OH- （3）有机物的反离子具有较强聚沉能力。）有机物的反离子具有较强聚沉能力。吸附能力强吸附能力强（4）同号离子进入吸附层可使）同号离子进入吸附层可使 升高，价数越高，聚升高，价数越高，聚沉能力越差。沉能力越差。（5）不规则聚沉：聚沉）不规则聚沉：聚沉-分散分散-再聚沉的现象再聚沉的现象Vb势势能能H(粒子间距离粒子间距离)0V=Vr+Vaab第一最小值第一最小值形成结构紧密形成结构紧密稳定沉积物稳定沉积物第二最小值第二最小值形成疏松聚沉物形成疏松聚沉物0HrVe1aVH（二）溶胶的相互聚沉（二）溶胶的相互聚沉（三）高分子物质对溶胶的作用（三）高分子物质对溶胶

19、的作用1.1.聚沉作用聚沉作用 搭桥效应：搭桥效应：长链高分子化合物，通过吸附把许多胶长链高分子化合物，通过吸附把许多胶粒联结起来，变成较大的聚集体而聚沉。粒联结起来，变成较大的聚集体而聚沉。 脱水效应：脱水效应：高分子对水有更强的的亲合力，由于它高分子对水有更强的的亲合力，由于它的溶解与水化，使胶粒脱水，失去水化膜而聚沉。的溶解与水化，使胶粒脱水，失去水化膜而聚沉。 电中和效应：电中和效应：离子型的高分子，中和了胶粒表面电离子型的高分子，中和了胶粒表面电荷，使粒子间斥力降低而聚沉。荷，使粒子间斥力降低而聚沉。2.2.保护作用保护作用 溶胶中加入足量高分子物质，单个分散相粒子吸附溶胶中加入足量

20、高分子物质，单个分散相粒子吸附多个高分子，或许多高分子线团环绕在分散相粒子周多个高分子，或许多高分子线团环绕在分散相粒子周围，形成水化外壳，则对溶胶起到保护作用。围，形成水化外壳，则对溶胶起到保护作用。 第七节第七节 乳状液及微乳状液乳状液及微乳状液 两种不互溶或部分互溶的液体所形成的粗分散系两种不互溶或部分互溶的液体所形成的粗分散系统称为乳状液。例牛奶、乳化农药等。乳状液的分散统称为乳状液。例牛奶、乳化农药等。乳状液的分散相称为内相，分散介质称为外相。相称为内相，分散介质称为外相。一、乳状液一、乳状液1. 分类分类 W/O型：型：水分散在油中水分散在油中；O/W型：型：油分散在水中油分散在水

21、中鉴别类型方法鉴别类型方法稀释法稀释法 ：能被水稀释为能被水稀释为O/W型；能被油稀释为型；能被油稀释为W/O型型 染色法染色法 ：外相被油性染料染色，为外相被油性染料染色，为W/O型；外相被水型；外相被水性染料染色，为性染料染色，为O/W型；型；电导法：电导法：电导大，为电导大，为O/W型；电导小，为型；电导小，为W/O型型 水水油油水水油油2. 乳化剂的作用乳化剂的作用（1）降低界面张力）降低界面张力（2）形成良好表面膜：）形成良好表面膜：大头向外，小头向内。大头向外，小头向内。一价碱金属皂类，亲水端为大头，易形成一价碱金属皂类，亲水端为大头，易形成O/W型型;二价碱金属皂类，极性基团为小

22、头，易形成二价碱金属皂类，极性基团为小头，易形成W/O型。型。油油水水油油水水（3）形成双电层）形成双电层 离子型表面活性剂在水中电离形成扩散双电层。离子型表面活性剂在水中电离形成扩散双电层。（4）固体粉末的稳定作用）固体粉末的稳定作用 乳状液界面层的固体微粒也能起到稳定剂的作用。乳状液界面层的固体微粒也能起到稳定剂的作用。 为油水界面与水固界面的夹角为油水界面与水固界面的夹角 os ws= owcos cos =( os ws)/ ow os ws， 900 水润湿固体，大部分粒子浸入水中；水润湿固体，大部分粒子浸入水中； os 900 油润湿固体，大部分粒子油润湿固体，大部分粒子浸入浸入油

23、中；油中； os= ws， = 900 粒子在油水之间。粒子在油水之间。 要使固体微粒在分散相周围排列成紧密固体膜，固要使固体微粒在分散相周围排列成紧密固体膜，固体粒子大部分应当在分散介质中。易被水润湿的固体，体粒子大部分应当在分散介质中。易被水润湿的固体，如粘土、如粘土、Al2O3等可形成等可形成O/W乳状液。易被油润湿的炭乳状液。易被油润湿的炭黑、石墨粉等可形成黑、石墨粉等可形成W/O型乳状液。型乳状液。油油 固固 so ow水水 sw油油 固固 so ow水水 sw油油 固固 so ow水水 sw3决定乳状液类型的因素决定乳状液类型的因素(1) 乳化剂的界面张力乳化剂的界面张力 油水界面的乳化剂看成一种膜油水界面的乳化剂看成一种膜 膜膜-水水 膜膜-油油 ，膜大部分在水中，易形成，膜大部分在水中，易形成W/O型；型； 膜膜-水水 膜膜-油油 ，膜大部分在油中，易形成，膜大部分在油中，易形成O/W型。型。