第14章胶体化学-guo

第十四章胶体化学主要内容

胶体体系的形成、性质、稳定和破坏方法；

粗分散体系、大分子溶液的性质及唐南平衡第十四章胶体化学§14-1引言一、研究对象

热力学不稳定的高度分散的多相体系分散相：被分散的物质分散介质：用来分散其它物质的物质1.分散体系2.分散体系的分类(1)按分散相粒子的大小分类a.分子分散体系分散相粒子：分子、原子、离子分子溶液，真溶液，均相b.

胶体分散体系分散相粒子：分子、原子或离子的聚集体胶粒形状：棒、球、条、线、圆盘、椭球状等胶体体系为透明、多相体系c.

粗分散体系分散相：粗颗粒混浊，不透明、多相体系(2)按聚集状态分类：分散相分散介质体系气液泡沫液乳状液固溶胶气固固体泡沫液固体乳状液固固溶胶液气雾、云固烟、尘3.胶体的分类(2)按分散相和分散介质的亲和力分类（i）憎液溶胶例：Fe(OH)3溶胶，AgI

溶胶（i

i）大分子溶液（亲液溶胶）例：聚苯乙烯苯溶液，

蛋白质水溶液，生物大分子水溶液（iii）胶束（缔合胶体）(1)按分散介质的聚集状态分类气溶胶、液溶胶、固溶胶二、研究内容

胶体体系的形成、性质、稳定和破坏方法；

粗分散体系、大分子溶液的性质及唐南平衡三、研究方法胶体体系的特征（多相性、高度分散性、热力学不稳定性）物理化学性质§14-2胶体的制备与净化14-2-1胶体的制备1.分散法2.凝聚法

原子、分子、离子胶体体系物理凝聚法化学凝聚法粗颗粒胶体体系研磨法、电弧法、胶溶法、超声法蒸汽凝聚法过饱和法14-2-2胶体的净化电渗析法电极电极水水溶胶半透膜半透膜§14-3憎液溶胶的性质14-3-1憎液溶胶的光学性质一、丁达尔效应（1869）分散粒子的，反射（粗分散体系）分散粒子的，散射（胶体体系）

散射光乳光

二、Rayleigh散射定律（1871）---散射光强度（乳光强度、浊度）---入射光波长---单位体积内粒子数，即粒子浓度---单个粒子的体积---分散介质的折射率,---分散相的折射率---入射光强度；---散射角；---散射距离（1）散射光I与V2成正比，即与分散度有关（2）I与λ4成反比，故λ越短，散射光越强（3）n1

与n2

的差值越大，散射光越强（4）I与v成正比——浊度计的设计原理三、胶体粒子的观察电子显微镜超显微镜14-3-2憎液溶胶的表面性质具有很高的比表面自由能分散度：比表面积S0---单个胶体粒子的总面积---单个胶体粒子的总体积边长为l

的立方体胶粒：半径为r的球形胶粒：14-3-3憎液溶胶的动力学性质一、布朗运动-平均自由程：观测时间t内粒子沿x方向移动的平均路程。二、扩散扩散系数D的物理意义：单位浓度梯度下、单位时间内通过单位截面积的粒子数。三、沉降和沉降平衡1.沉降：分散相与分散介质分离的过程。2.沉降平衡3.高度分布定律扩散速度与沉降速度相等时，粒子的分布达平衡，形成一定的浓度梯度—沉降平衡n1n214-3-4憎液溶胶的电学性质一、电动现象1.电泳在外电场作用下，胶体粒子在分散介质中的定向移动称为电泳。

电泳速率与粒子所带电量、电场梯度成正比。与分散介质的粘度、粒子大小成反比。2.电渗在外电场作用下，分散介质通过多孔膜或极细的毛细管而移动，这种现象称电渗。 电泳 溶胶粒子荷正电

溶胶液面在负极一侧上升；

溶胶粒子荷负电

溶胶液面在正极一侧上升。

电泳速率与粒子所带电荷量和外加电势梯度成正比，而与介质黏度和粒子大小成反比

电渗 介质荷正电液体介质向负极一侧移动，毛细管液面下降；

介质荷负电液体介质向正极一侧移动，毛细管液面上升。3.流动电势在外加压情况下，使液体流经多孔膜时，在膜的两边会产生电势差，称之为流动电势，它是电渗作用的反面现象。4.沉降电势若使分散相粒子在分散介质中迅速下降，则在液体的表面层与底层之间会产生电势差，称为沉降电势，它是电泳作用的反面现象。

二、胶体粒子带电的原因1.吸附法扬斯规则胶体粒子优先吸附与胶体有相同化学元素的离子。例：用AgNO3与KI制备AgI溶胶

若：KI过量，AgI粒子吸附I-而带负电；若：

AgNO3过量，AgI粒子吸附Ag+而带正电。2.电离3.摩擦带电介电常数大的物质带正电，介电常数小的物质带负电。三、胶体粒子的双电层（1）Helmholtz平板型模型（1879）1、双电层结构对非极性物质Cohen经验规则：(2)Gouy和Chapman的扩散双电层模型（1910-1913）(3)Stern双电层模型（1924）Stern层：约10-10m；扩散层：约10-9m。（4）Stern-Grahame双电层模型（1947）滑移面：分散相与分散介质作相对运动时的滑动面。（1）热力学电势，Stern电势和电动电势2.电动电势（电势）

--固体表面与本体溶液之间的电势差

--距固体表面处，即紧密层与扩散层分界处与本体溶液之间的电势差

--滑动面与本体溶液之间的电势差其中：：V（伏）：电场强度，V/m：粘度，Pa·s：胶粒运动速度，m/s：介质的介电常数，F/m：介质的相对介电常数，F/m：真空介电常数，8.854×10-12F/m胶体粒子为球状：K=6胶体粒子为棒状：K=4大学化学，1998，13(5)，48-50。（2）电动电势与热力学电势的关系（3）电动电势与的关系稀溶液：浓溶液：a.b.

只和与固体平衡的溶液的离子的浓度有关，随紧密层溶剂化离子的浓度而改变，对其它离子非常敏感。时，扩散层的厚度为零，称为等电点，此时，溶胶的稳定性最低。14-3-5憎液溶胶的胶团结构例：AgI溶胶的胶团结构法扬斯经验规则：优先吸附与胶粒有相同元素的离子若KI过量：（1）整个胶团是电中性的。（2）胶粒带电的符号取决于被吸附离子的符号。（3）外加电解质浓度增加，下降，当，胶团结构：胶体不稳定，当时，胶体稳定。§14-4憎液溶胶的稳定和聚沉14-4-1憎液溶胶的稳定性溶胶能够稳定存在的主要原因：1.动力学稳定作用2.带电的稳定作用3.溶剂化的稳定作用胶粒的布朗运动和扩散作用影响因素分散度分散介质的粘度

动力学稳定作用对重力作用的反作用，胶粒带电所产生的斥力作用，溶剂化所引起的机械阻力是胶体能稳定存在的主要原因。14-4-2憎液溶胶的聚沉聚沉：憎液溶胶中分散相颗粒相互凝结、颗粒变大，以致最后出现沉降现象。原因：浓度、温度、光作用、搅拌和外加电解质等。1.电解质的作用聚沉值：指定条件下，引起溶胶明显聚沉所需电解质的最小浓度。聚沉能力：聚沉值的倒数。溶胶开始聚沉时的ζ电势称为临界电势(25-30mV)（1）反离子的价数愈高，聚沉能力愈强,聚沉值愈小Schulze-Hardy经验价数规则：聚沉能力：聚沉值比例：电解质聚沉能力经验规则：特例：H+、有机物离子其他规则：同一阴离子（NO3-）的各种一价盐，其阳离子对带负电的溶胶的聚沉能力顺序：同一阳离子（K+）的各种一价盐，其阴离子对带正电的溶胶的聚沉能力顺序：——感胶离子序（2）反离子的价数相同时，聚沉能力依赖于反离子的大小（3）同号离子的影响（4）有机化合物的离子都具有很强的聚沉能力2.胶体的相互作用3.高分子化合物的作用（1）加入少量----敏化作用（2）加入大量----稳定作用4.溶胶浓度的影响例：胶粒带正电，反离子为则：§14-5粗分散体系14-5-1乳状液1.乳状液的分类及鉴别分类：（1）水包油型O/W例：杀虫乳剂（2）油包水型W/O例：青霉素油剂鉴别：（1）染色法（2）冲淡法 （3）电导

两种互不相溶的液体混合在一起，其中一种液体以细小液滴的形式分散在另一种液体中所形成的分散体系雾霾天气PM2.52.乳化剂的作用

（1）降低表面张力（2）形成坚固的界面薄膜（3）形成双电层3.乳状液的转化与破坏（1）乳状液的转化方法：机械法、高压电法、化学法（2）乳状液的破乳与去乳化14-5-2泡沫不溶性气体分散在液体或熔融固体中形成的分散体系。液体泡沫例：肥皂沫、啤酒沫、汽水沫固体泡沫例：泡沫塑料、泡沫橡胶、泡沫玻璃、泡沫金属、泡沫陶瓷等。起泡剂：表面活性剂，如：肥皂、合成洗涤剂、蛋白质、植物胶等消泡剂：乙醇、辛醇、己醇、磷酸三丁酯、脂肪酸等14-5-3气溶胶14-5-4悬浮体例：云、雾、烟、粉尘等。气溶胶在自然界和人类生活中的作用：1.自然界中水的循环；2.植物的授粉作用；3.医学和发酵工业；4.疾病的传染；4.粉尘和烟雾由不溶性固体粒子（r>0.1μm）分散在液体中所形成的分散体系例：泥水----------------三角洲的形成！！！§14-6大分子溶液一、大分子溶液与憎液溶液的性质比较比较项目大分子溶液憎液溶胶相同点颗粒的大小1—100nm，分子1—100nm，胶团透过半透膜不能不能扩散速度慢慢不同点溶剂-溶质间的亲和力强弱稳定性稳定体系不稳定体系加入电解质稳定聚沉体系性质热力学平衡体系，可用热力学函数描述非热力学平衡体系，只能用动力学研究丁达尔效应均相体系，弱多相体系，强粘度大小描述分子分散均相体系，热力学稳定的平衡体系非分子分散的多相体系，热力学不稳定的非平衡体系二、大分子溶液的性质1.渗透压与唐南平衡i）渗透压ii）唐南平衡当有蛋白质一类大分子电解质存在时，半透膜两边达平衡时，膜两边电解质浓度并不相等，该平衡称唐南平衡。唐南平衡产生附加渗透压。例：电解质大分子：NazPz-平衡时：即：在稀溶液中：解得：将带入上式，得：(i)

b<<zc唐南平衡产生附加渗透压zcRT(ii)b>>zc(iii)膜电势唐南平衡时膜两边的电势差2.大分子化合物的溶解和溶胀过程大分子化合物有限溶胀吸收溶剂冻胶无限溶胀