胶体化学(物化 化大)

第十章胶体化学ColloidChemistry§10-1引 言§10-2胶体系统的制备§10-3胶体系统的光学性质§10-4胶体系统的动力性质§10-5溶胶系统的电学性质§10-6溶胶的稳定与聚沉本章基本要求§10-1 引言一、胶体化学的研究对象二、胶体系统的分类一、胶体化学的研究对象

胶体化学研究领域包括化学、物理学、材料科学、生物化学等学科的交叉。所研究的对象是高度分散的多相系统(即一种或几种物质分散在另一种物质中所构成的系统)。二、胶体系统的分类1、分散系统及分类分散系统：一种或几种物质分散在另一种物质中所构成的系统分散相：被分散的物质分散介质：呈连续分布起分散作用的物质分散系统分类(按分散相与分散介质的聚集状态)：(1)均相系统(真溶液)(2)多相系统分散相以分子形式溶于分散介质分散相不溶于分散介质分散介质分散相名称实例气液固气溶胶云、雾烟、尘液气液固泡沫乳状液液溶胶或悬浮液肥皂泡沫牛奶泥浆、油漆固气液固固溶胶泡沫塑料珍珠有色玻璃分散系统分类(按分散相粒子的大小)：系统分散相粒子的直径系统相态热力学稳定性实例真溶液d<1nm均相稳定各种分子、原子、离子溶液胶体系统1nm<d<1000nm多相不稳定各种溶胶粗分散系统d>1000nm多相不稳定乳状液、悬浮液、泡沫等2、胶体系统及分类(1)溶胶(2)高分子溶液(亲液溶胶)(3)缔合胶体(胶体电解质)高度分散，多相系统，热力学不稳定均相系统，热力学稳定均相系统，热力学稳定§10-2 胶体系统的制备一、分散法二、凝聚法三、溶胶的净化粗分散系统d>1000nm胶体系统d=1~1000nm分子分散系统d<1nm分散法凝聚法一、分散法利用机械设备将粗分散的物料分散成胶体1、研磨法：适用于脆而易碎的物质2、胶溶法：新鲜的凝聚胶粒重新分散在介质中3、超声波分散法：目前只适用于制备乳状液4、电弧法：主要用于制备金属溶胶5、气流粉碎法：高压气流冲撞粗分散粒子使之破碎盘式胶体磨示意图二、凝聚法1、物理凝聚法：

(1)蒸气凝聚法：分散相与分散介质气化后冷凝

(2)过饱和法：改变溶剂或冷却使分散相的溶解度降低而过饱和而析出2、化学凝聚法：

利用生成不溶物的化学反应控制析晶过程由分子分散状态凝聚为胶体分散状态三、溶胶的净化除去制备过程中产生的过量电解质或杂质的过程1、渗析法 2、超过滤法§10-3 胶体系统的光学性质一、丁达尔效应二、瑞利公式一、丁达尔效应(乳光效应)丁达尔效应的实质：光的散射光的吸收：入射光频率=分子的固有频率光的透过：光束与系统不发生作用光的反射：入射光波长<分散粒子尺寸光的散射：入射光波长>分散粒子尺寸粗分散系统发生光的反射胶体分散系统发生光的散射真溶液乳光效应很弱二、瑞利公式胶体分散系统散射光强度V每个分散相粒子的体积C单位体积内粒子数目及I0入射光的波长及强度l观察者与散射中心的距离观察方向与入射光方向的夹角n及n0分散相及分散介质的折射率说明：(1)I1/4，波长越短，散射越强(2)IV2，可用来鉴别真溶液与胶体(3)I(n2–n02)2，可用来区分憎液溶胶与亲液溶胶(4)IC，测定溶胶的乳光强度(浊度)

相同条件下，I1/I2=C1/C2乳光(浊度)计原理§10-4 胶体系统的动力性质一、布朗运动二、扩散三、沉降与沉降平衡一、布朗运动在显微镜下可看到悬浮于水中的花粉粒子处于不停息、无规则的运动。一般小于4m的粒子都有这种运动，是粒子热运动的必然结果爱因斯坦布朗平均位移公式布朗运动二、扩散有浓度梯度时因热运动而发生的宏观定向迁移现象三、沉降与沉降平衡多相分散系统中粒子因受重力作用而下沉的过程沉降扩散产生浓度梯度消除浓度梯度沉降平衡：沉降速度=扩散速度§10-5 胶体系统的电学性质一、溶胶的电动现象二、双电层理论三、溶胶的胶团结构一、溶胶的电动现象溶胶与电势差有关的相对运动1、电泳2、电渗3、流动电势4、沉降电势1、电泳在外电场作用下，胶粒在分散介质中的定向移动+-Fe(OH)3NaOH电泳现象2、电渗在外电场作用下，液体分散介质通过多孔膜(或毛细管)的定向移动3、流动电势在外力作用下，迫使液体分散介质通过多孔膜(或毛细管)定向移动而在多孔膜两端所产生的电势差电渗的逆过程4、沉降电势分散相粒子在重力场或离心力场的作用下迅速移动时，在移动方向的两端所产生的电势差电泳的逆过程二、双电层理论溶胶表面电荷的来源：

(1)溶胶粒子选择性地吸附某种离子而带电(2)溶胶粒子表面上的某些分子、原子可发生电离例：1)AgI溶胶：

溶液中I-

过量时，可吸附I-而带负电，溶液中Ag+过量时，可吸附Ag+而带正电。

2)蛋白质中的氨基酸分子:

pH低时氨基形成－NH3+而带正电；

pH高时羧基形成－COO－而带负电。

1、亥姆霍兹平板双电层平行板电容器模型正负离子整齐排列于界面层两侧；两层间电势直线下降，层间距离小；外加电场下带电质点与反离子反向移动；2、古依－查普曼扩散双电层理论靠近质点表面的反离子呈扩散状态分布在溶液中3、斯特恩(Stern)双电层模型离子是有一定大小的，而且离子与质点表面除了静电作用外，还有范德华吸引力；在靠近表面1-2个分子厚的区域内，反离子由于受到强烈的吸引，会牢固地结合在表面，形成一个紧密的吸附层，称为固定吸附层或斯特恩层；其余反离子扩散地分布在溶液中，构成双电层的扩散层。b"b'bdd'd"‘“紧密层扩散层

电势：胶粒带电，滑动面与溶液本体之间的电势差，扩散层厚度当溶液中电解质浓度增加时，介质中反离子的浓度加大，将压缩扩散层使其变薄，把更多的反离子挤进滑动面以内，使电势在数值上变小。三、溶胶的胶团结构胶体粒子：滑动面内所包围的带电体胶核：胶体粒子内由分子、原子或离子形成的固态微粒胶团：整个扩散层及其所包围的胶体粒子构成的电中性的整体例：AgNO3+KIAgI+KNO3KI过量：

AgI溶胶吸附I－带负电，K＋为反离子AgNO3过量：

AgI溶胶吸附Ag＋带正电，NO3－为反离子特点：(1)胶核：首先吸附过量的成核离子，然后吸附反离子；(2)胶团整体为电中性。§10-6 溶胶的稳定与聚沉一、溶胶的经典稳定理论DLVO理论二、溶胶的聚沉一、溶胶的经典稳定理论DLVO理论溶胶稳定的原因：1)胶粒带电

增加胶粒间的排斥作用；2)溶剂化作用

形成弹性水化外壳，增加溶胶聚合的阻力；3)Brown运动

使胶粒受重力的影响而不下沉。DLVO理论的基本要点：(1)胶团之间既存在着斥力势能，也存在着引力势能。(2)溶胶的相对稳定性或聚沉取决于斥力势能或引力势能的相对大小。

斥力势能>引力势能：溶胶相对稳定

引力势能>斥力势能：粒子相互靠拢而聚沉(3)斥力势能、引力势能以及总势能都随着粒子间距离的变化而变化。(4)理论推导表明，加入电解质，对引力势能影响不大，但对斥力势能的影响却十分明显。适当调整电解质的浓度，可以得到相对稳定的溶胶。二、溶胶的聚沉1、聚沉：溶胶粒子合并长大进而发生沉淀的现象2、造成聚沉的因素：浓度、温度、光的作用、搅拌、外加电解质等。3、电解质的聚沉作用：(1)聚沉值使溶胶发生明显聚沉所需电解质的最小浓度(2)聚沉能力聚沉值的倒数(3)聚沉规律i)反离子的价数起主要作用

价数，聚沉值，聚沉能力

聚沉值Z-6，聚沉能力Z6

舒尔策—哈迪(Schultz-Hardy)规则ii)同价离子，有感胶离子序正离子聚沉能力：

H+>Cs+>Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+

负离子聚沉能力：

F－>Cl－>Br－>NO3－>I－>OH－12.10.在NaOH溶液中用HCHO还原HAuCl4可制得金溶胶：HAuCl4+5NaOHNaAuO2+4NaCl+3H2O2NaAuO2+3HCHO+NaOHAu(s)+3HCOONa+2H2ONaAuO2是上述方法制得金溶胶的稳定剂，写出该金溶胶胶团结构的表示式。

解：该金溶胶胶团结构为：{[Au]mnAuO2-

(n-x)Na+}x-xNa+P658、习题：12.11.在Ba(NO3)2溶液中滴加Na2SO4溶液可制备BaSO4溶胶。分别写出(1)Ba(NO3)2溶液过量，(2)Na2SO4溶液过量时的胶团结构表示式。解：(1)Ba(NO3)2溶液过量时，胶团结构为:{[BaSO4]mnBa2+(2n-x)NO3-}x+xNO3-(2)Na2SO4溶液过量时，胶团结构为：

{[BaSO4]mnSO42-(2n-x)Na+}x-xNa+解：As2S3胶团的结构为：{[As2S3]mnHS-(n-x)H+}x-xH+各电解质对该溶胶聚沉能力的大小为：AlCl3>MgSO4>KCl12.12.在H3AsO3的稀溶液中通入H2S气体，生成As2S3溶胶。已知H2S能解离成H+和HS-。试写出As2S3胶团的结构，比较电解质AlCl3

、MgSO4

和KCl对该溶胶聚沉能力大小。12.13.以等体积的0.08moldm-3

AgNO3溶液和0.1moldm-3

KCl溶液制备AgCl溶胶。(1)写出胶团结构式，指出电场中胶体粒子的移动方向；(2)加入电解质MgSO4、AlCl3和Na3PO4使上述溶胶发生聚沉，则电解质聚沉能力大小顺序是什么？解：(1)胶团结构为：{[AgCl]mnCl-(n-x)Ag+}x-xAg+

因胶粒带负电，故电场中向正极移动(2)各电解质对该溶胶聚沉能力的大小为：AlCl3>MgSO4>Na3PO412.14.某带正电荷溶胶，KNO3作为沉淀剂时，聚沉值为5010-3moldm-3，若用K2SO4溶液作为沉淀剂，其聚沉值大约为多少？解：聚沉值大约为：5010-3/26=7.8110-4moldm-3

12.15.在三个烧瓶中分别盛有0.020dm3的Fe(OH)3溶胶，分别加入NaCl、Na2SO4及Na3PO4溶液