第12章胶体化学课件

1、第12章胶体化学第一节分散系统及其分类所谓分散系统，是一种或几种物质分散在另一种物质中所构成的系统。如牛奶中奶油液滴分散在水中，颜料分散在有机液体中形成油漆等等。通常把被分散的物质称为分散相，起分散作用的物质叫分散介质。分散系统可分为均相分散系统和非均相分散系统。均相分散系统是物质彼此以分子形态分散或混合所形成的系统。此类系统的分散相及分散介质之间无相界面存在，是热力学稳定的系统。非均相分散系统是物质以微相形态分散在分散介质中所形成的多相系统。第一节分散系统及其分类分散相分散介质通称举例气液泡沫肥皂及灭火泡沫液液乳状液牛奶及含水原油固液溶胶或悬浮液银溶胶、油墨、泥浆气固固体泡沫沸石、泡沫玻璃、

2、泡沫金属液固珍珠固固加颜料的塑料液气气溶胶雾固气悬浮体烟、沙尘暴 按分散质（分散相）及分散介质的聚集态分类 第一节分散系统及其分类按分散质的质点大小分类小分子或小离子分散系统 10-9m 空气、乙醇的水溶液胶体分散系统 10-910-6m Al(OH)3水溶胶粗分散系统 10-6m 泥浆 类 型 粒子的大小 实 例第二节胶体溶液的制备与纯化胶体的制备通常有两种方法获得分散相粒子大小在胶体范围内的溶胶：分散法即直接将大块物质粉碎为小颗粒，并使之分散于介质中。凝聚法即将分子或离子凝聚成胶体颗粒。为了获得稳定的溶胶，还需满足两个条件：一是分散相在介质中的溶解度要小；二是需要加入第三者作为稳定剂。 例

3、: 更换溶剂法:松香乙醇溶液+ 水 松香水溶胶 化学反应法: FeCl3(稀水溶液)+3H2O Fe(OH)2溶胶 + HCl电弧法超声分散法研磨法更换溶剂法化学反应法物理凝聚法 溶胶质点大小 1nm 1000nm大颗粒质点大小 1mm大变小分散法小分子溶液质点大小 0.1nm小变大凝聚法第二节胶体溶液的制备与纯化纯化胶体常用的方法有两种渗析法将待纯化的胶体装入只允许较小的离子通过而不允许胶体粒子通过的半透膜袋中，浸入相应的干净的分散剂中，不断将原胶体中的杂质去除电渗析法在上述过程中施加电场，以加快渗析速度的方法 胶体的纯化第三节胶体的特性一. 胶体系统的光学性质丁达尔效应由于溶胶的光学不均匀

4、性，当一束波长大于溶胶分散相粒子尺寸的入射光照射到溶胶系统，可发生散射现象丁达尔现象溶胶透镜光源丁达尔效应第三节胶体的特性一. 胶体系统的光学性质丁达尔效应由于溶胶的光学不均匀性，当一束波长大于溶胶分散相粒子尺寸的入射光照射到溶胶系统，可发生散射现象丁达尔现象 丁达尔现象的实质是溶胶对光的散射作用第三节胶体的特性一. 胶体系统的光学性质雷利公式I0是入射光强度，是波长， 和分别是粒子的数密度（ = N / V，N 为体积V 中的粒子数）和单个粒子的体积，n1和n2分别为分散介质和分散相的折射率散射光的强度与入射光波长的四次方成反比散射光的强度与分散相和分散介质的折射率有关散射光强度与粒子的数密

5、度成正比第三节胶体的特性二. 胶体系统的动力学性质布朗运动与扩散在显微镜下可观察到悬浮在水中的花粉颗粒作永不停息的无规则运动，称为布朗运动。用超显微镜可以观察布朗运动第三节胶体的特性二. 胶体系统的动力学性质布朗运动与扩散在显微镜下可观察到悬浮在水中的花粉颗粒作永不停息的无规则运动，称为布朗运动。用超显微镜可以观察布朗运动产生布朗运动的原因是分散介质分子对胶粒撞击的结果。受介质分子的热运动的撞击，在某一瞬间，它所受的来自各个方向的撞击力不会互相抵销，如图所示，加上粒子自身的热运动。因而，它在不同的时刻以不同速度、不同方向作无规则运动 第三节胶体的特性二. 胶体系统的动力学性质布朗运动与扩散爱因

6、斯坦用几率的概念和分子运动论的观点，导出了爱因斯坦-布朗平均位移公式X为t时间间隔内粒子的平均位移r为粒子的半径为分散介质的粘度NA为阿伏伽德罗常数第三节胶体的特性二. 胶体系统的动力学性质布朗运动与扩散在有浓度梯度存在时，物质粒子因热运动而发生宏观上的定向迁移的现象，称为扩散在胶体系统中，胶体粒子的扩散和溶液中的溶质扩散一样，都遵守Fick第一扩散律D为扩散系数 m2 s-1对于球形粒子，扩散系数D可以由爱因斯坦-斯托克斯方程计算第三节胶体的特性二. 胶体系统的动力学性质沉降与沉降平衡多相分散系统中的物质粒子，由于受自身的重力作用而下沉的过程，称之为沉降。分散相中的粒子，受两种作用的影响，一

7、是重力场的作用，另一种则是布朗运动所产生的扩散作用，这是两个相反的作用。扩散与沉降综合作用的结果，形成了下部浓、上部稀的浓度梯度，若扩散速率等于沉降速率，则系统达到沉降平衡，这是一种动态平衡。此时，粒子可以上下移动，但粒子分布的浓度梯度仍然不变第三节胶体的特性二. 胶体系统的动力学性质粒子的大小与沉降速率胶体粒子在重力的作用下沉降，其下沉的速率越来越快，但分散剂对其阻力也越来越大，当分散剂阻力与粒子自身重力相等产，粒子的下沉速率达到一定值u, u与粒子的大小有关第三节胶体的特性三. 胶体的电学性质电泳与电渗胶粒是带电的，实验发现：在外电场的作用下，固、液两相可发生相对运动(电泳和电渗)；在外力

8、的作用下，迫使固、液两相进行相对移动时，又可产生电势差(流动电势和沉降电势)。这两类相反的过程，皆与电势差的大小及两相的相对移动有关。故称为电动现象，这是溶胶的电学性质+电泳+电渗第三节胶体的特性三. 胶体的电学性质电泳与电渗在外力作用下，迫使胶体系统的分散介质定向流过多孔材料时，会在多孔材料两端形成一定的电势差，这个电势即为胶体分散系的流动电势在重力或离心力作用下，胶体分散系中的胶体粒子会迅速定向移动，从而在移动的方向上产生一定的电势差，此为胶体分散系的沉降电势第四节憎液溶胶胶团结构、电势一. 胶粒的扩散双电层结构胶团结构碘化银胶团结构（AgNO3为稳定剂）NO3-NO3-NO3-NO3-N

9、O3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-（AgI）mAg +Ag +Ag +Ag +Ag +Ag +Ag +Ag +Ag +Ag +Ag +Ag +碘化银胶团结构（KI为稳定剂）K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+（AgI）mI I I I I I I I I I I I 固相紧密层扩散层 (AgI)m nAg+（n-x）NO3-x+xNO3-溶液本体胶核胶粒滑动面胶团第四节憎液溶胶胶团结构、电势胶体粒子在分散介质中运动(例如布朗运动、电泳等)时，胶体颗粒与分散介质是在靠近紧密层外的滑动面处二. 电动电势电势+-+0+Surface charge-Ion of

10、 opposite chargedouble-layer二. 电动电势电势第四节憎液溶胶胶团结构、电势双电层厚度第四节憎液溶胶胶团结构、电势二. 电动电势电势双电层厚度第四节憎液溶胶胶团结构、电势二. 电动电势电势双电层厚度第四节憎液溶胶胶团结构、电势二. 电动电势电势双电层厚度第四节憎液溶胶胶团结构、电势二. 电动电势电势rDrDrDrDSmoluchowski equation第四节憎液溶胶胶团结构、电势二. 电动电势电势第四节憎液溶胶胶团结构、电势总结胶体分散系统中的胶团具有层状结构，从内到外分别是胶核、紧密吸附层(又称Stern层)和扩散层。胶核的表面带有固定数目的电荷(对于不同类型的

11、胶体颗粒，有的胶核带正电，有的胶核带负电荷)；紧密吸附层中的电荷总是与胶核所带电荷相反，电荷量比胶核的电荷量小；扩散层也带有与胶核相反的电荷，电荷量也比胶核的电荷量小，但紧密吸附层和扩散层中的电荷总量等于胶核的电荷总量，使得整个胶团呈电中性。扩散层的电荷分布随距胶核表面的距离的增大而下降，直到溶液本体处下降为0第四节憎液溶胶胶团结构、电势总结当胶体颗粒运动时，紧密吸附层与之一起运动，胶粒与分散介质的相对运动处在紧靠紧密吸附层外的滑动面处，滑动面处的电势称为电动电势(又称-电势)从胶核表面向外，随着距胶核表面距离的增大，电势逐渐降低，直到扩散层外，电势降为0当分散介质中的电解质浓度增大时，反离子

12、的浓度也增大，导致扩散层的厚度减小，此过程称为电解质对双电层的压缩，在双电层被压缩的过程，反离子也会被挤入紧密吸附层，导致电动电势下降第五节 憎液溶胶的聚沉胶体颗粒彼此碰撞，并结合在一起形成更大颗粒，在重力的作用下发生沉降，使稳定的胶体分散系统遭到破坏的现象，称为溶胶的聚沉。第五节 憎液溶胶的聚沉当稳定的胶体系统中增加电解质的浓度时，相应地会也会增加反离子的浓度，压缩了双电层的厚度，降低了胶粒表面的电荷和电动势。当电解质的浓度增大到一定值，胶粒之间的静电排斥能就降低到小于胶粒布朗运动能量，碰撞后的胶粒就一再分离，形成较大的颗粒，更多的胶粒碰撞在一起形成更大的颗粒，发生聚沉。胶体的聚沉速率与系统

13、分解介质中电解质的浓度有关一. 电解质的聚沉作用第五节 憎液溶胶的聚沉一. 电解质的聚沉作用聚沉速率电解质浓度聚沉值 使溶胶发生明显聚沉作用时所需电解质的最小浓度，称为该电解质对某溶胶的第五节 憎液溶胶的聚沉一. 电解质的聚沉作用所有电解质浓度如达到一定浓度，都能使胶体聚沉使胶体聚沉，起作用的是与胶体粒子电荷相反的离子离子的聚沉能力与它的价数有关，同价离子的聚沉相差不大，但存在着如下的感胶离子序(聚沉能力排序)第五节 憎液溶胶的聚沉一. 电解质的聚沉作用异价离子相比，高价离子比低价离子的聚沉能力大，即高价离子的聚沉值比低价离子的聚沉值小。遵守Hardy-Schulze价数规则异价离子聚沉值之比第五节 憎液溶胶的聚沉一. 电解质的聚沉作用混合电解质对胶体发生聚沉时，分三种情况，即加合作用、对抗作用和敏化作用。 加合作用 混合电解质的聚沉能力为各电解质聚沉能力之和 对抗作用 混合电解质的聚沉力小于各电解质聚沉能力之和 敏