表面现象与分散系统课件

1、第八章 表面现象与分散系统18.1 表面自由能与表面张力 Surface free energy and surface tension一、表面自由能，比表面能二、表面张力三、影响表面张力的因素四、表面热力学五、表面自由能（巨大表面系统）(dG)T,p = dA2单组分密闭系统： dG = -SdT + Vdp Wr 在等温等压条件下： (dG)T,p = - Wr = dA表面功：可逆扩大表面积所做的功 - Wr = dA= (dG)T,p 表面功：- Wr = dA3一、表面自由能，比表面能-比表面能单位：Jm-2物理意义：从定义式看，定温定压下，可逆增加单位表面积引起系统自由能的增量即为

2、比表面能。4的物理意义:从图上可看出液相内的分子所受作用力之合力为零;液表面分子所受作用力之合力不为零,合力指向液相内部。 若要扩大表面积，即将液相内部分子拉到表面上来，需克服向内的拉力而做功。做功后，表面功转化为表面分子的能量。所以表面分子比内部分子具有较高的能量。 单位表面积上的分子比相同数量的内部分子超额的吉布斯自由能。液相蒸气相5二、表面张力单位：Nm-1物理意义：表面紧缩力。定义：在相表面的切面上，垂直作用于表面任意单位长度上的紧缩力。表面为一曲面：例如：表面为一平面：肥皂水膜;6三、影响表面张力的因素1. 物质的种类及共存相的种类（性质） 20 H2O(l) C6H6(l) CCl

3、4(l) /Nm-1 0.0728 0.0289 0.0269 (H2O- C6H6) 0.0326 (H2O-CCl4) 0.045 72. 温度影响：一般情况下，T ，。因分子间引力减弱 如常压下的纯液体：温度不变时表面积增大时熵值必然增大, 所以S0 ，即T ，。 TA,p8四、表面热力学热力学基本公式: dG = SdT +Vdp + dA (G)T,p =dAMaxwell关系式:根据定义式: H=G+TS= U9五、表面自由能（巨大表面系统）例1： 20，p下，将1kg水分散成10-9 m半径的小水滴需做功多少？已知 =0.0728 Nm-1, =1000 kgm-3 解： Wr

4、= A = (A2 A1) A2 = n 4 r 2而 1kg = n ( 4/3r3 ) n = 2.4 1023个 Wr =310-3/r=218 kJ而218 kJ的能量相当于1kg水升温50所需的能。对于1kg水(0.0485m2)，表面能约为3.510-3J。对于整个系统的自由能来说，可忽略不计。由此可见,表面能只用在巨大表面系统。108.2 纯液体的表面现象 Surface phenomena of pure liquid一、弯曲液面的附加压力 p= 2/r二、曲率对蒸气压的影响-Kelvin eq.三、液体的润湿与铺展四、毛细管现象11一、弯曲液面的附加压力平面 凸液面(conv

5、ex) 凹液面(concave)p=0 p指向球心 p指向球心p=?12 弯曲表面上的附加压力1.在平面上 对一小面积AB，沿AB的四周每点的两边都存在表面张力，大小相等，方向相反，所以没有附加压力 设向下的大气压力为po，向上的反作用力也为po ，附加压力ps等于零。13 弯曲表面上的附加压力2. 在凸面上 由于液面是弯曲的，则沿AB的周界上的表面张力不是水平的，作用于边界的力将有一指向液体内部的合力 所有的点产生的合力和为 ps ，称为附加压力凸面上受的总压力为：14 弯曲表面上的附加压力3. 在凹面上 由于液面是凹面，沿AB的周界上的表面张力不能抵消，作用于边界的力有一指向凹面中心的合力

6、 所有的点产生的合力和为 ps ，称为附加压力凹面上受的总压力为：15 弯曲表面上的附加压力 由于表面张力的作用，在弯曲表面下的液体与平面不同，它受到一种附加的压力，附加压力的方向都指向曲面的圆心。 凹面上受的总压力小于平面上的压力凸面上受的总压力大于平面上的压力附加压力的大小与曲率半径有关 例如，在毛细管内充满液体，管端有半径为R 的球状液滴与之平衡。 外压为 p0 ，附加压力为 ps ，液滴所受总压为：16 对活塞稍加压力，将毛细管内液体压出少许相应地其表面积增加dA使液滴体积增加dV 克服附加压力ps所作的功等于可逆增加表面积的Gibbs自由能17代入得18 凸面上因外压与附加压力的方向

7、一致，液体所受的总压等于外压和附加压力之和，总压比平面上大。相当于曲率半径取了正值。曲率半径越小，附加压力越大 凹面上因外压与附加压力的方向相反，液体所受的总压等于外压和附加压力之差，总压比平面上小。相当于曲率半径取了负值。19 1。假若液滴具有不规则的形状，则在表面上的不同部位曲面弯曲方向及其曲率不同，所具的附加压力的方向和大小也不同，这种不平衡的力，必将迫使液滴呈现球形 自由液滴或气泡通常为何都呈球形 ？ 2。相同体积的物质，球形的表面积最小，则表面总的Gibbs自由能最低，所以变成球状就最稳定 20毛细管现象 由于附加压力而引起的液面与管外液面有高度差的现象称为毛细管现象 把毛细管插入水

8、中，管中的水柱表面会呈凹形曲面，致使水柱上升到一定高度。当插入汞中时，管内汞面呈凸形，管内汞面下降。 21毛细管现象 毛细管内液柱上升（或下降）的高度可近似用如下的方法计算 当221.曲率半径 R 与毛细管半径R的关系：如果曲面为球面2. R=R23yYoung-Laplace 公式 在任意弯曲液面上取小矩形ABCD(红色面)，其面积为xy。 曲面边缘AB和BC弧的曲率半径分别为 和 作曲面的两个相互垂直的正截面，交线Oz为O点的法线。 令曲面沿法线方向移动dz ，使曲面扩大到ABCD(蓝色面)，则x与y各增加dx和dy 。y+dy24Young-Laplace 公式yy+dy 移动后曲面面积

9、增量为： 增加这额外表面所需功为 克服附加压力所作的功为 这两种功应该相等25Young-Laplace 公式yy+dy自相似三角形的比较得 代入上式得 若 这两个都称为 Young-Laplace 公式 26弯曲表面上的蒸汽压Kelvin公式这就是Kelvin公式27弯曲表面上的蒸汽压Kelvin公式当 很小时代入上式，得这是Kelvin公式的简化式表明液滴越小，蒸气压越大 28 Kelvin公式也可以表示为两种不同曲率半径的液滴或蒸汽泡的蒸汽压之比对凸面，R 取正值，R 越小，液滴的蒸汽压越高；对凹面， R 取负值， R 越小，小蒸汽泡中的蒸汽压越低。29 Kelvin公式也可以表示两种不

10、同大小颗粒的饱和溶液浓度之比。 颗粒总是凸面， R 取正值， R 越小，小颗粒的饱和溶液的浓度越大，溶解度越大。30二、曲率对蒸气压的影响-Kelvin eq.( )T: 1 mol 液体 (液相) P P=P+2/r(气相) 蒸气压 p pr气液平衡：(g) = (l)( )T: d(g) = d(l) 即dGm(g)= dGm(l) RTd lnp=Vm(l)dP(l)rP P 31Kelvin eq.注意：凹（液中气泡）：r取负值，pr p32例2 已知水在20时的表面张力为0.072Nm-1，= 1g cm-3， 0时水的饱和蒸气压为610.5Pa。 在0 20内水的vapHm=40.

11、67kJmol-1。求在20时半径为10-9m水滴的饱和蒸气压。解：要求20时水滴的饱和蒸气压，首先要求出该温度下平面水的饱和蒸气压。则根据克-克方程： p(293K)=2074Papr=6011Pa根据Kelvin公式33Kelvin公式的应用：几种亚稳状态1）过饱和蒸气人工降雨 高空中没有灰尘,水蒸汽可达到饱和而不凝结成水。应用开尔文公式可知(如上例)：20时小液滴的蒸气压为6kPa, 远大于平面液体的蒸气(2kPa)。现在35时平面液体的蒸气压为5.6kPa。现在将蒸气迅速冷却至20，其蒸气压 5.6kPa仍小于 6kPa, 所以小水滴难于形成，此时即为过饱和蒸气。若在空中撒入凝结中心(

12、AgI,), 使凝结成水滴的曲率半径加大，其相应的蒸气压可小于高空中的蒸气压 (如r=1.210-9m蒸气压为5.0kPa x，成饱和溶液。当在过饱和溶液中加入晶种时，晶体则很快析出来。37三、液体的润湿与铺展 wetting and spreading OO合力(s-g)(s-l)(l-g)cos：0(s-g)(l-g)(l-s)38合力(s-g)(s-l)(l-g)cos：0，点向左移，液体铺展 ,如洁净玻璃上的水滴39接触角的计算：平衡时(即合力为零时) 90 不润湿，该固体则称为憎液（水）性固体，如：石蜡、石墨=180：完全不润湿40四、毛细管现象 (capillarity)凹液面 9

13、0, p向下p =2/rr = R /cos rRr为曲率半径R为毛细管半径=(液气)gh=液gh41毛细管内液面上升高度h表面张力均在这圆锥面上，其合力为：fr为曲率半径R为毛细管半径rR =2R cos = 液g h R2 42应用：1)锄地保墒切断毛细管，使水分不能沿毛细管上升到地表而蒸发；毛细管凝聚, 水在毛细管中呈凹液面，其饱和蒸气压小于水平液面的饱和蒸气压，水蒸气易在切断的毛细管中凝结成水。2)两块洁净的玻璃之间放少量水后，为什么很难纵向拉开？ppp垂直方向上的压力为p ，而水平方向上压力为p p。所以很难纵向拉开。43例3 如果水中仅含有半径为1.0010-6m的空气泡，试求这样

14、的水开始沸腾的温度为多少度？已知100以上水的表面张力为 0.0589 Nm-1，气化热为40.7 kJmol-1。解：空气泡上的附加压力为p=2/r, 当水沸腾时，空气泡中的水蒸气压至少等于(p+p), 应用克劳修斯克拉贝龙方程可求出蒸气压为(p +p)时的平衡温度T2，此即沸腾温度。 T2=396K44例4 由于天气干旱，白天空气相对湿度仅56%(相对湿度即实际水蒸气压力与饱和蒸气压之比)。设白天温度为35(饱和蒸气压为5.62103Pa),夜间温度为25 (饱和蒸气压为3.17103Pa)。试求空气中的水份夜间时能否凝结成露珠？若在直径为0.1m的土壤毛细管中是否凝结？设水对土壤完全润湿

15、， 25时水的表面张力 =0.0715 Nm-1，水的密度= 1 g cm-3。解：白天温度为35时, 空气相对湿度为56% ，则 实际蒸气压p=5.62103 56%= 3.15103 Pa 此蒸气压小于夜间(25时)的饱和蒸气压3.17103Pa,所以夜间不会凝结。45在直径为0.1m的土壤毛细管中，水形成凹液面。由于水对土壤完全润湿，故凹液面曲率半径等于土壤毛细管半径= 0.510-7m。由开尔文公式：pr /p=0.979pr =3.10103Pa 3.15103Pa(实际)，所以夜间水蒸气能在土壤毛细管中凝结毛细管凝聚 。46例5 一个带有毛细管颈的漏斗，其底部装有半透膜，内盛浓度为

16、110-3mol L-1的稀硬酯酸钠水溶液。若溶液的表面张力= *-bc, 其中 * =0.07288 Nm-1，b=19.62(N m-1 mol L-1)， 298.2K时将此漏斗缓慢地插入盛水的烧杯中，测得毛细管颈内液柱超出水面30.71cm时达成平衡，求毛细管的半径。若将此毛细管插入水中，液面上升多少？30.71cm47解：毛细管内液面上升原因有两个：一是附加压力；二是渗透压。若将此毛细管插入水中，液面上升多少？ 根据公式即 +p =gh, 而 = cRT , p =2 /r 则2 /r =gh cRT =10009.8 0.3071 1 RT= 530.6 Pa= *-bc=0.07

17、288 19.6210-3 =0.05326 Nm-1r= 20.05326/530.6= 2.008 10-4m =0.2mm液面上升7.4cm488.3 气体在固体表面的吸附一、气固吸附的一般常识二、Langmuir单分子层吸附等温式三、BET吸附等温式：多分子层气固吸附理论四、其它吸附等温式气固吸附吸附为何会发生? 固体不具有流动性,不能像液体那样缩小表面积来降低表面能, 只能靠吸附气体分子覆盖其表面来降低表面能,使系统趋于稳定。49一、气固吸附的一般常识吸附质：（被吸附的）气体；吸附剂：（吸附气体的）固体1. 吸附类型 物理吸附 化学吸附吸附力 范德华力 化学键力吸附分子层 多分子层

18、单分子层吸附选择性无，易液化者易吸附 有选择性吸附热 -(2040)kJ/mol -(40400)kJ/mol吸附速度快,易脱附,易达平衡较慢，不易达平衡502.吸附平衡与吸附量吸附平衡：即rads = rd，此时被吸附的气体量不随时间而变化。吸附量：达吸附平衡时，单位质量吸附剂所吸附的吸附质的量a=n(吸附质)/m(吸附剂) a=V(吸附质)/m(吸附剂)513）吸附曲线：a=f(T,p)a为吸附量，p为吸附质的分压吸附等压线：a=f(T) (isobaric) (isobar)CO在Pt上的吸附等压线V(CO)T物理吸附根据 H=G+TS ,固体表面吸附气体后, 表面自由能下降, G0;

19、气体分子从气相吸附到固体表面上排列, S 0, 所以H0 , 即吸附热adsHm小于零。未达平衡化学吸附吸附是放热 T，a52吸附等量线：p=f(T)类似于C-C方程，可求吸附热1/TlnpadsHm0, 吸附热的大小是吸附作用强弱的一种标志Slope= adsHm /R53吸附等温线： a=f(p) isotherm五种类型中，第一种是单分子层吸附, 其余均为多分子层吸附的情况。吸附质分压 p吸附量 a54二、Langmuir单分子层吸附等温式基本假设：1 单分子层吸附：空白表面上才能吸附。令表面覆盖度为 rads = k1(1 )p 2 吸附分子之间无相互作用力:吸附分子脱附时不受其它吸附

20、分子的影响: rd = k2( )T 达吸附平衡时，rads = rd55Langmuir单分子层吸附等温式( )T 达吸附平衡时，rads = rd 即 k1(1 )p = k2其中or吸附系数56讨论：1. bp1， V=Vm (常数)，达到饱和吸附=157直线斜率=1/Vm，Vm=1/slope截距=1/bVm，b=slope /intercept3 原式改写成p/Vp584.混合吸附当A, B两种分子发生吸附时：令A、B表面覆盖度分别为A、 B, (A + B = )A: rads = kA(1 )pA rd = k-AA B: rads = kB(1 )pB rd = k-BB 其中

21、吸附系数=59三、BET吸附等温式：多分子层气固吸附理论C：与吸附热有关的常数p*：T时吸附质的饱和蒸气压V：当气体分压为p时,被吸附气体在标准状况下的体积Vm :当气体分压为p时,吸附剂表面被覆盖满一层时被吸附气体在标准状况下的体积60Vm的测定Vm=1/(斜率+截距)作图得一直线以对斜率=1/VmC截距=(C1)/VmC61BET 吸附等温式的重要应用：测定和计算固体吸附剂的比表面S比（单位质量吸附剂的表面积）已知吸附质分子的截面积为A62例6 0时，CO在2.964g木炭上吸附的平衡压力p与吸附气体标准状况体积V有下列数据p/104Pa0.972.404.127.2011.76V/cm3

22、7.516.525.138.152.3(1) 试用图解法求朗格谬尔公式中常数Vm和b;(2) 求CO压力为5.33104 Pa时，1g木炭吸附的CO标准状况体积。解：朗格谬尔吸附等温式 (1)以(p/V)对p作图，得一直线，其 斜率= 1/Vm, 截距=1/(bVm) 63p/104Pa0.972.404.127.2011.76(p/V)/Pacm-3129314551641189022491/Vm =8.78 10-3 cm-3, 1/(bVm) =1.24103 Pa cm-3故Vm =114 cm3, b= 7.0810-6 Pa-1将题给数据整理后列表如下:p/Vp斜率截距64(2)

23、求CO压力为5.33104 Pa时，1g木炭吸附的CO标准状况体积。从图上查出，当pCO = 5.33104 Pa时，p/V=1707Pa cm-32.964g木炭吸附的CO标准状况体积为：V= 5.33104 /1707=31.22cm31g木炭吸附的CO标准状况体积为：V/m=31.22/2.964=10.5cm365四、其它吸附等温式1. 捷姆金吸附等温式 a=k ln(bp)取对数：lna = lnk + (1/n)lnplna = lnk + (1/n)lnc（溶液中）2. 付劳因德利希吸附等温式 a=k p1/n (n1)66*3 弗鲁姆金(Flumkin)吸附等温式b=A0exp

24、(- adsHm / RT), 设adsHm = H0 (1 ) 将上两式代入Langmuir吸附等温式，得其中A =A0exp(- H0 /RT)。两边取对数，在中等压力下略去ln( /(1 )，得：67五、气固吸附量的实验测定容量法 重量法688.4 溶液的表面吸附一、溶液表面的吸附现象和c的关系二、Gibbs吸附公式三、表面活性剂的吸附层结构69一、溶液表面的吸附现象表面张力增大负吸附 如果在表面层中溶质分子比溶剂分子所受到的指向溶液内部的引力还要大些, 则这种溶质的溶入会使溶液的表面张力增高。由于系统自发地降低表面自由能，故溶质趋向于较多地进入溶液内部而较少地留在表面层中，造成溶质在表

25、面层中的浓度小于溶液内部的现象，即负吸附。2. 表面张力减小正吸附70和c的关系c1. 负吸附表面张力增大2. 正吸附表面张力减小，溶液表面张力测定最大气泡法如矿泉水，井水，无机盐溶液等溶质为可溶性有机化合物：醇、醛、酸、酯溶质为表面活性剂：硬脂酸钠、长碳氢琏有机酸盐、烷基磺酸盐(肥皂和洗涤剂)71二、Gibbs吸附公式表面吸附量定义： 物理意义：（表面超量）surface excess单位面积表面层中溶质的物质的量比同量溶剂在本体溶液中所含溶质的物质的量的超出值/molm-21. ( )T2. T c 0 负吸附c 0 正吸附-Gibbs吸附公式72*Gibbs吸附等温式的推导表面相SS面位

26、置的选定浓度与界面的距离732. 经验公式：例如对有机酸同系物，希施柯夫斯基经验公式为：其中 *: 纯溶剂的表面张力 : 浓度为c时溶液的表面张力 a,b: 经验常数。其中b与分子截面积有关。 同系物b相同，a不同。74将上式改写为整理上式得c/c作图，得一直线， slope =1/对浓度求c导：表面吸附量：75三、表面活性剂的吸附层结构1 表面活性剂：surfactants 少量表面活性剂加入能使溶液表面张力急剧下降。 原因：因为表面活性剂结构上的双亲性特点: 亲水基团：-OH、-COOH、-COO-、-SO3- 憎水基团：烷基、苯基。SO3 CH3CH2CH2 762 表面活性剂的吸附层结

27、构：表面活性剂分子定向而整齐的排列在表面上:极性基伸向水中,非极性基伸向暴露在空气中。设一个分子的截面积为A, AL=1/ , A=1/ ( L) 对于同系物，虽然碳链长度不同，但分子截面积(b相同),所以饱和吸附量相同。饱和吸附773 表面膜: 根据表面吸附层的特性，可以制备各种具有特殊功能的表面膜。如半透膜；仿生学研究中的细胞膜等。例如将一种不溶于水的磷脂酸类化合物溶于某种挥发性有机溶剂中，然后将该溶液滴在水面上，任其铺展成很薄的一层。由于表面吸附作用，磷脂酸类化合物会在两液相界面上定向排列，待有机溶剂挥发后，水面上就会留下一层不溶性表面膜(单分子层或双分子层) 。表面膜的制备:78LB膜

28、的制备:(Langmuir and Blodgett)将玻璃板慢慢浸入有单分子膜(如硬脂酸钡)的液面，在玻璃板上形成亲油基指向玻璃板的A型单分子膜。将玻璃板慢慢从液面拔出，则形成亲水基指向玻璃板的B型单分子膜。反复进行，可得厚度达数百层的LB膜如果按AAA沉积，称为x膜，如果按BBB沉积，称为y膜，如果按ABAB沉积，称为z膜 。79例7 19时，丁酸水溶液的表面张力与浓度的关系可以准确地用下式表示：其中*是纯水的表面张力，c为丁酸浓度，A,B为常数导出此溶液表面吸附量与浓度c的关系;已知A=0.0131 Nm-1, B=19.62 dm3mol-1, 求丁酸浓度为0.20 mol dm-3时

29、的吸附量;求丁酸在溶液表面的饱和吸附量;假定饱和吸附时表面全部被丁酸分子占据，计算每个丁酸分子的横截面积80解: (1)将题目给定关系式对浓度c求导，得代入吉布斯吸附公式，得(2) 将A=0.0131 Nm-1, B=19.62 dm3mol-1, T=292K, c= 0.20 mol dm-3代入上式，计算得： =4.3010-6 mol m-281(3) 当c很大时，1+Bc Bc, 则：(4)假定饱和吸附时表面全部被丁酸分子占据，则丁酸分子的横截面积为：828.5 表面活性剂及其作用一、表面活性剂的分类：双亲性特点二、胶束和临界胶束浓度CMC三、表面活性剂的作用83一、表面活性剂的分类

30、：双亲性特点CH3N+ CH2COOCH3SO3 CH3N+ CH3 CH3离子型负离子型：羧酸盐、磺酸盐、磷酸酯盐 正离子型：铵盐两性：氨基酸非离子型：酯类、酰胺类、聚氧乙烯醚CH3CH2 CH2 CH3CH2CH2 CH3CH2 CH2 O(CH2CH2O)nHCH3CH2 CH2 84二、胶束和临界胶束浓度CMCmicelle and critical micelle concentrationCMC表面活性剂在水溶液中形成胶束所需最低浓度。一般在0.0010.002 mol/dm3，与在溶液表面形成饱和吸附所对应的浓度基本一致85CMC的性质：86三、表面活性剂的作用1.润湿作用：由润

31、湿不润湿防雨布：表面活性剂处理棉布后，使其极性基与棉纤维的醇羟基结合，而非极性基伸向空气，使与水的接触角变大，由润湿变为不润湿，制成既能防水又可透气的防雨布。浮游选矿：先将矿石粉碎成粉末，投入水中。由于矿石和矿渣都易润湿，均沉于水底。在水中加入少量表面活性剂，其极性基仅能与有用的矿物表面发生选择性化学吸附，而非极性基向外伸展，当向水中鼓空气泡时，矿物粉末便附在气泡上升到液面上。 空气泡871.润湿作用：由不润湿润湿农药：喷洒农药时, 如果农药溶液对植物茎叶表面润湿性不好，喷洒时药液易呈珠状而滚落地面，造成浪费，留在植物上的农药也不能很好展开，杀虫效果不好。若在农药中加入少许某种表面活性剂，提高

32、润湿程度，喷洒时药液易在茎叶表面展开，可大大提高农药利用率和杀虫效果。 882.增溶作用 ：solubilization例如：100cm3含油酸钠的质量比值为0.10的水溶液可“溶解” 10cm3苯而不显混浊, 外观与真溶液非常类似。 表面活性剂是由于胶束而产生增溶作用的。在胶束内部，相当于液态的碳氢化合物，非极性的有机溶质较易溶解于胶束内部，这就是增溶现象。例如用肥皂或洗涤剂洗去大量油污时，增溶有相当重要的作用。脂肪类食物只有靠胆汁的增溶作用“溶解” 后才能被人体有效吸收。增溶作用的应用非常广泛：893.乳化作用：emulsification乳状液 (emulsion) ：一种液体以细小液珠

33、的形式分散在另一种与它不互溶的液体之中形成的系统。 4.起泡，去污油包水W/O：石油、农药、杀虫剂。水包油O/W：牛奶、润滑液(有机物统称“油”) 油水乳状液的破坏称为“去乳化”：表面活性剂亦具有去乳化作用。例如原油中去水分; 又如破坏橡胶乳浆以制得橡胶等。908.6 分散系统的分类一、按分散相粒子大小分类1）分子分散系统：d109m，单相，真溶液；2）胶体(colloid)分散系统：109d107m， 多相，高度分散系统， 热力学不稳定系统3）粗分散系统：107d入射光的波长反射分散相粒子直径入射光的波长 散射波长越短，粒子直径越大，散射越强。超显微镜：可观察到散射光，仅是胶粒的“影子”电子

34、显微镜：可观察到实象可见光波长47107m，所以真溶液（d分散介质的密度，在重力作用下由于浓度差当沉降速度=扩散速度时，达沉降平衡，而形成稳定的浓度梯度。沉降扩散98其浓度随高度分布的规律：n1、n2：高度为h1、h2处的粒子浓度(数密度) 、0 ：分散相和分散介质的密度 V ：单个粒子的体积。992. 沉降：可求得 M=4/3r3L 测u 若分散相粒子较大，布朗运动不足以克服沉降作用时，就发生沉降。重力作用： f1=4/3r3(0)g stokes阻力：f2=6ru当f1=f2 时， 粒子以恒定速度u下降1008.8 溶胶的电学性质一、电动现象：电泳；电渗二、溶胶粒子带电的原因四、溶胶粒子的

35、双电层三、溶胶粒子的结构胶团（电中性）101一、电动现象：电泳和电渗电动：在外电场作用下，分散相与分散介质发生相对移动。电泳：在外电场作用下，分散相在分散介质中作定向移动。电渗：在外电场作用下，液体介质作定向移动。溶胶能稳定存在的原因：1.溶胶粒子带电；2.布朗运动；3.溶剂化102电渗:103电泳速度和应用电泳速度u正比于：粒子荷电量；电压；1/(介质)； 1/V(粒子大小)电泳应用： 电泳分离（生物学）：蛋白质和核酸分子电泳速率不同； 电泳电镀：医用橡胶手套；电渗应用： 电沉积法涂漆中使漆膜中水分排出； 泥炭脱水； 水的净化；104二、溶胶粒子带电的原因1.吸附：由于表面能高，所以易吸附杂

36、质。 法扬司(Fajans)规则： 优先吸附与溶胶粒子有相同元素的离子； 例如：AgI溶胶优先吸附Ag+或I2.电离：分散相固体表面分子发生电离 H2SiO3= 2H+ + SiO32105三、溶胶粒子的结构胶团（电中性）1.固体粒子(AgI)m称为胶核(m=108)，由于吸附而带电；2.由于静电作用，反离子被吸引在带电胶核的周围，形成紧密层，在电场的作用下，紧密层随胶核运动；即胶粒在运动；3.由于热运动，部分反离子分散在紧密层外，形成分散层。 4.整个胶团为电中性紧密层分散层胶核106胶团结构(AgI)mnAg+(n-x) NO3 x+ x NO3 (AgI)mnI (n-x) Kx- xK

37、 胶粒 胶团在电动现象中的滑动面胶核 紧密层 分散层 107四、溶胶粒子的双电层（热力学电势）：只与被吸附的离子或电离下去的离子的活度有关，与其它离子的存在与否及其浓度无关。电势分散层变薄d d d d电势距离分散层紧密层(电动电势)：与电解质的浓度有关。决定了电泳速度的大小dd同时电势下降, 最后0电解质浓度增加108（电动电势）：其中 Dr：介质相对于真空的介电常数（水：Dr=80） 0：真空的介电常数（8.851012 Fm-1） ：介质的粘度(Pas) E：电势梯度(Vm-1)1098.9 溶胶的聚沉和絮凝一、外加电解质对聚沉的影响（两重性）二、溶胶的相互聚沉三、絮凝聚沉能力大小有以下

38、规则：110一、外加电解质对聚沉的影响（两重性）：电解质浓度小时：使胶粒带电,同性相斥,不易聚沉电解质浓度足够大时:使分散层变薄,电势下降,易聚沉；聚沉值：使溶胶发生明显聚沉所需电解质的最低浓度电解质浓度c聚沉速率聚沉值（此时 =2530mV）思考：江河入海处，为何常形成三角洲？做豆腐时“点浆”的原理是什么？=0111聚沉能力大小有以下规则：1.哈迪-舒尔兹(Hardy-Schulze)规则： 聚沉值与反离子价数成反比, 聚沉值2. 感胶离子序:同价反离子，聚沉能力略有不同H+Cs+ Rb+ NH4+ K+ Na+ Li+ FClBrNO3I3.同离子：当反离子相同时，同离子价数越高，聚沉能力越弱4.有机化合物离子有很强的吸附能力，因此有较强的聚沉能力。 如：As2S3(负)溶胶电解质 KCl 氯化苯胺 氯化吗啡聚沉值/molm-3 49.5 2.5 0.4112二、溶胶的相互聚沉两种电性相反的溶胶混合发生聚沉：完全聚沉：当两种溶胶的总电量相等时不完全聚沉：当两种溶胶的总电量不等时 例如：明矾净水： 泥沙（溶胶）带负电+Al(OH)3带正电 不同牌号的墨水混合沉淀113三、絮凝大分子化合物对溶胶稳定性的影响：两重性：1. 一定量大分子起稳定作用（保护作用）：如亲水