第8章 表面化学

第八章表面现象与分散系统第八章表面现象与分散系统(一)表面现象(二)分散系统

§8.1表面吉布斯函数与表面张力§8.2纯液体的表面现象§8.3气体在固体表面上吸附§8.4溶液的表面吸附§8.5表面活性剂及其作用§8.6分散系统的分类§8.7溶胶的光学及力学性质§8.8溶胶的电性质§8.9溶胶的聚沉和絮凝§8.10溶胶的制备与净化§8.11高分子溶液§8.1表面吉布斯函数与表面张力表面和界面界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。气-液界面气-固界面分类液-液界面液-固界面固-固界面§8.1表面吉布斯函数与表面张力1.表面现象产生的原因物质表面层的分子与内部分子周围的环境不同。内部分子：所受邻近相同分子的作用力对称，各方向力彼此抵销。表面层的分子：受到本相内物质分子以及另一相物质分子的作用，表面层的性质与内部不同。力的总和垂直于液面而指向液体内部，即液体表面分子受到向内的拉力。因此，在没有其它作用力存在时，所有的液体都有缩小其表面积的自发趋势。气液§8.1表面吉布斯函数与表面张力2.表面功(1)定义若要扩展液体的表面，即把一部分分子由内部移到表面上来，需要克服向内的拉力而做功，称表面功，即扩展表面而做的功。表面扩展完成后：表面功表面分子的能量内部分子的能量转化为>(2)计算在一定的温度和压力下，对一定的液体来说，扩展表面所做的表面功（W’）应与增加的表面积（dA）成正比。若以表示比例系数，则：W’

=dA

若表面扩展过程可逆，则W’=dGT,PdGT,P=dA

或

=(G/A)T,P

§8.1表面吉布斯函数与表面张力热力学基本公式§8.1表面吉布斯函数与表面张力3.表面能或表面张力表面能

(定温定压条件下，增加单位表面积引起系统吉布斯函数的增量，即单位表面积上的分子比相同数量的内部分子“超额”吉布斯函数。称“表面吉布斯函数”或“表面能”。单位J.m-2。表面张力：在相表面的切面上，垂直作用于表面上任意单位长度切线的表面紧缩力。由于J=N.m，的单位也可以是N.m-1，此时为“表面张力”。是强度性质。表面能与表面张力区别：数值完全一样，量纲也相同，但物理意义有所不同，所用单位也不同。(1)定义§8.1表面吉布斯函数与表面张力物质/(N.m-1)物质/(N.m-1)水0.0728四氯化碳0.0269硝基苯0.0418丙酮0.0237二硫化碳0.0335甲醇0.0226苯0.0289乙醇0.0223甲苯0.0284乙醚0.0169(2)影响因素物质的种类、共存另一相的性质P285/表8.120℃时一些液体的表面张力P286/表8.220℃时汞或水与一些物相接触的界面张力第一相第二相/(N.m-1)第一相第二相/(N.m-1)汞汞蒸气0.4716水水蒸气0.0728汞乙醇0.3643水异戊烷0.0496汞苯0.3620水苯0.0326汞水0.375水丁醇0.00176§8.1表面吉布斯函数与表面张力§8.1表面吉布斯函数与表面张力压力：对于纯液体来说，若不特别指明，共存的另一相就是指标准压力时的空气或饱和蒸气。如果共存的另一相不是空气或饱和蒸气，表面张力的数值可能有相当大的变化，因此必须注明共存相，此时的表面张力通常又称为“界面张力”。温度：升高温度时液体分子间引力减弱，所以表面分子的超额吉布斯函数减少。因此，表面张力总是随温度升高而降低。相态：固体的表面分子比内部分子有超额的吉布斯函数。但是对于固体的比表面能或表面张力，目前还不能直接测定。但据间接推算，固体的表面能或表面张力一般比液体要大得多。§8.1表面吉布斯函数与表面张力例：(1)大量处理固体粉尘的工厂，必须高度重视防止粉尘爆炸。(2)1g水以一个球滴存在时，表面积为4.85×10-4m2，表面能约为4.85×10-4×0.0728J=3.5×10-5J1g水分散成半径为10-7cm的小液滴时，可得2.4×1020个，表面积达3.0×103m2，表面能约为3.0×103×0.0728J=218J表面积大小：

如果一个物系表面分子在所有分子中所占有的比例不大，系统的表面能对系统总吉布斯函数值的影响很小，可以忽略不计。如果固体或液体被高度分散时，表面能可以相当可观。此时表面能过高使得系统处于不稳定状态。第八章表面现象与分散系统(一)表面现象(二)分散系统

§8.1表面自由能与表面张力§8.2纯液体的表面现象§8.3气体在固体表面上吸附§8.4溶液的表面吸附§8.5表面活性剂及其作用§8.6分散系统的分类§8.7溶胶的光学及力学性质§8.8溶胶的电性质§8.9溶胶的聚沉和絮凝§8.10溶胶的制备与净化§8.11高分子溶液§8.2纯液体的表面现象1．附加压力(1)定义：由于表面能的作用任何液面都有尽量紧缩而减小表面积的趋势。如果液面是弯曲的，紧缩趋势会对液面产生附加压力。(2)拉普拉斯(Laplace)公式推导：大量液体与小液滴压力平衡时p’p∆p小液滴p’=∆p+p，∆p=p’–

p

当活塞作无限小的移动，液体净得功为：p’dV

–

pdV=

∆pdV

∆pdV=dA§8.2纯液体的表面现象注意：由于表面紧缩力总是指向曲面的球心，球内的压力一定大于球外。对于液泡，如肥皂泡，因为液膜有内、外两个表面，其半径几乎相同，则泡内气体的压力比泡外压力大，其差值为对空气中的液滴（凸液面）来说，液体的压力

p’=p+∆p；对液体中的气泡（凹液面）来说，气泡内的压力则是

p=p’+∆p；对于水平液面，半径可认为是无限大，因此附加压力∆p＝0。§8.2纯液体的表面现象2．曲率对蒸气压的影响——开尔文Kelvin公式弯曲液面的附加压力使小液滴比平面液体具有更大饱和蒸气压。若将1mol平面液体分散成半径为r的小液滴，则∆G=r–

=Vm(pr–

p)=Vm∆p=∆pM/设小液滴和平面液体的饱和蒸气压分别为pr’和p’，pp’ppr

注意：一定温度下，、M、、R、T

均为常数。因此，液滴半径越小，其饱和蒸气压pr’

比平面液体蒸气压p’

大得越多。推导：T一定

dGm

=Vmdpr=

+RTln(pr’/p)

=+RTln(p’/p)

r–

=RTln(pr’/p’)§8.2纯液体的表面现象例：(1)人工降雨：高空如果没有灰尘，水蒸气可以达到相当高的过饱和程度而不致凝结成水,因为此时小水滴难以形成。若向空中撒入凝结核心，使凝聚水滴的初始曲率半径加大，其相应的饱和蒸气压可小于高空中已有的水蒸气压力，因此蒸气会迅速凝结成水。(2)液体暴沸：对液体中有小气泡pr<p，即液体的小气泡中的饱和蒸压小于平面液体的饱和蒸气压，且气泡半径越小，泡内饱和蒸压越小。在沸点时，平面的饱和蒸气压等于外压，在外压的压迫下，小气泡难以形成，致使液体不易沸腾而形成过热液体。过热较多时，容易暴沸。如果加热时在液体中加入沸石，则可避免暴沸现象。这是因为沸石表面多孔，其中已有曲率半径较大的气泡存在，因此泡内蒸气压不致很小，达到沸点时液体易于沸腾而不致过热。§8.2纯液体的表面现象3．液体的润湿与铺展§8.2纯液体的表面现象在三相相交处O点，同时有三个表面张力的作用，都有趋于缩小各自的表面积。如果液滴达到平衡，液滴保持一定的形状：(s-g)(l-g)(s-l)lgsMNO(s-g)(l-g)(s-l)gsMNOl(s-g)–

(s-l)–

(l-g)cos=0（1）润湿<90°，润湿；>90°，不润湿；=0°，完全润湿；=180°，完全不润湿。§8.2纯液体的表面现象（2）铺展两种不互溶的液体相接触，也有类似液固接触时的润湿现象。能被某种液体润湿的固体称为该种液体的亲液性固体，反之称为憎液性固体。这与固液分子结构有无共性有关。例：水是极性分子，所以极性固体皆为亲水性。而非极性固性大多是憎水性的。常见的亲水性固体有石英、无机盐等，憎水性固体有石蜡、石墨等。例：将一滴水放在大量汞的表面，水会缩成圆珠；而将某些有机液体滴在水面上却能自动形成一层极薄的液膜，这种现象称为液体的铺展现象。4．毛细管现象

毛细管现象是由于表面张力的作用所致∆p=p–pA=gh

若

<90°，液体对毛细管壁润湿，

cos>0

，

h>0，即液体上升。若>90°，液体对毛细管不润湿，

cos<0，

h<0，即液体下降。r∆p∆pP291习题5例：如图分别加热毛细管(a)、(b)中右侧，说明液体移动的方向pppp第八章表面现象与分散系统(一)表面现象(二)分散系统

§8.1表面自由能与表面张力§8.2纯液体的表面现象§8.3气体在固体表面上吸附§8.4溶液的表面吸附§8.5表面活性剂及其作用§8.6分散系统的分类§8.7溶胶的光学及力学性质§8.8溶胶的电性质§8.9溶胶的聚沉和絮凝§8.10溶胶的制备与净化§8.11高分子溶液§8.3气体在固体表面上吸附1．气固吸附的一般常识（1）吸附类型气固吸附：气体分子在固体表面上相对聚集的现象。吸附剂：吸附气体的固体。吸附质：被吸附的气体。应用复相催化作用色层分析方法气体的分离与纯化废气中有用成分的回收物理吸附：固体表面分子与气体分子之间的吸附力是范德华引力，类似于液化过程化学吸附：固体表面分子与气体分子之间可有电子的转移、原子重排、化学键的破坏与形成，类似于化学键力§8.3气体在固体表面上吸附P293表8.3物理吸附与化学吸附特征之比较物理吸附化学吸附吸附力范德华力化学键力吸附分子层可形成单分子层，也可形成多分子层只能形成单分子层吸附选择性无选择性。易液化者易被吸附有选择性,指定吸附剂只对某些气体有吸附作用吸附热较小较大吸附速率较快，较易脱附较慢，较难脱附§8.3气体在固体表面上吸附(2)吸附平衡与吸附量吸附平衡：在温度和气相压力一定的条件下，当吸附速率与脱附速率相等，即单位时间内被吸附到固体表面上来的气体量与脱附而逸回气相的气体量相等时的状态，称吸附平衡。吸附量：达到吸附平衡时，单位质量吸附剂所能吸附的气体的物质的量或这些气体在标准状况下所占的体积，称吸附量(a)

。§8.3气体在固体表面上吸附(3)吸附曲线在a、T、p三个因素中固定其一而反映另外两者两关系的曲线。吸附等压线p一定时，T~a之间关系的曲线两类吸附都放热，升温吸附量都应下降。物理吸附速率快，易达平衡，化学吸附速率较慢。低温时，难达平衡，升温加快吸附速率，出现吸附量随升温而增大的情况，直到达到平衡后，吸附量才随温度升而减小。TV（CO）物理吸附未达平衡化学吸附CO在Pt上的吸附等压线§8.3气体在固体表面上吸附吸附等量线

a一定时，T~p之间关系的曲线。在吸附等量线中，T与p的关系类似于克拉贝龙方程，可用来求算吸附热∆adsHm

∆adsHm

一定是负值，数值的大小标志吸附作用的强弱。§8.3气体在固体表面上吸附吸附等温线T一定时，p~a之间关系的曲线。(I)2.5nm以下微孔吸附剂上的单分子层吸附。如78K时N2在活性炭上的吸附及水和苯蒸汽在分子筛上的吸附。(II)称为S型等温线。吸附剂孔径大小不一，发生多分子层吸附。(Ⅲ)较少见。当吸附剂和吸附质相互作用很弱时会出现这种多分子层吸附，如352K时，Br2在硅胶上的吸附。(Ⅳ)多孔吸附剂发生多分子层吸附时会有这种等温线。如在323K时，苯在氧化铁凝胶上的吸附属于这种类型。(Ⅴ)发生多分子层吸附。如373K时，水汽在活性炭上的吸附属于这种类型。§8.3气体在固体表面上吸附2．朗格缪尔(Langmuir)单分子层吸附等温式(1)基本假定

气体在固体表面上的吸附是单分子层的。只有当气体分子碰撞到固体的空白表面上时才有可能被吸附，如果碰撞到已被吸附的分子上则不再能被吸附。

吸附分子之间无相互作用力。

吸附分子从固体表面解吸时不受其它吸附分子的影响。§8.3气体在固体表面上吸附(2)朗格缪尔吸附等温式推导覆盖度：T一定，吸附分子在固体表面上所占面积占表面总面积的分数。固体表面未被吸附分子覆盖(空白面积)的分数：1–。据基本假定

据基本假定rd=k2

rads=k1(1–

)p平衡时k1(1–

)p=k2

气体在固体表面上的吸附量a与成正比：§8.3气体在固体表面上吸附（3）朗格缪尔吸附等温式分析（A）当气体压力很小时，bp<<1,a=kbp这与第I类吸附等线的低压部分相符合。（B）气体压力很大时，bp>>1,a=k

反映了气体分子已经在固体表面盖满一层，达到了饱和吸附(k=)的情况。这与吸附等温线的高压部分相符合。

（C）将朗格缪尔单分子层吸附等温式改写以p/a对p作图应得一直线。斜率为1/k，截距为1/kb。§8.3气体在固体表面上吸附如果将

=V/Vm

代入

a=k

，其中V——气体分压为p时，气体在标准状况下的体积；

Vm——饱和吸附时被吸附气体在标准状况下的体积。以p/V对p作图得一直线，斜率1/Vm，截距1/bVm，可求b和Vm。P296／例题2：0℃时，CO在3.022g活性炭上的吸附有下列数据，体积已校正到标准状况下。试证明它符合朗格缪尔等温式，并求b和Vm之值。§8.3气体在固体表面上吸附3．BET多分子层吸附等温式(1)BET(Brunauer勃劳纳尔-Emmett爱密特-Teller泰勒)公式BET公式适用于单分子层及多分子层吸附其中：V和Vm—分别是气体分压为p时与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；

p*—实验温度下气体凝聚为液体的最低压力－饱和蒸气压；

C—与吸附热有关的常数。§8.3气体在固体表面上吸附(2)BET公式的重要应用以p/[V(p*–p)]对p/p*作图应得直线，斜率=(C–1)/(VmC)，截距=1/(VmC)，故如果已知吸附质分子的截面积A，则固体吸附剂的比表面积S比

测定和计算固体吸附剂的比表面（即单位质量吸附剂所具有的表面积）。

m—固体吸附剂的质量L—阿佛加德罗常数Vm—单位为cm3

§8.3气体在固体表面上吸附4．其它吸附等温式（1）捷姆金(ТЕМКИН)吸附等温式其中k和b都是与吸附热有关的常数。（2）弗罗因德利希(Freundlich)吸附等温式

a=kp1/n

a=kln(bp)其中k和n是与吸附剂、吸附质种类以及温度等有关的常数，一般n是大于1。将上式取对数，得:lna=lnk+1/n.lnp

可用于固体吸附剂自溶液吸附溶质的情况，压力p换为浓度c有lna=lnk+1/n.lnc

第八章表面现象与分散系统(一)表面现象(二)分散系统

§8.1表面自由能与表面张力§8.2纯液体的表面现象§8.3气体在固体表面上吸附§8.4溶液的表面吸附§8.5表面活性剂及其作用§8.6分散系统的分类§8.7溶胶的光学及力学性质§8.8溶胶的电性质§8.9溶胶的聚沉和絮凝§8.10溶胶的制备与净化§8.11高分子溶液§8.4溶液的表面吸附1．溶液表面的吸附现象表面张力增高，溶质在表面层中比在本体溶液中浓度小表面张力减小，溶质在表面层中比在本体溶液中浓度大若表面层中溶质分子受到溶液内部的引力>溶剂分子受到溶液内部的引力溶质分子受到溶液内部的引力<溶剂分子受到溶液内部的引力（1）溶液的表面吸附溶质在表面层中与在本体溶液中浓度不同的现象。/(10-3N·m-1)（2）分类§8.4溶液的表面吸附负吸附正吸附例：无机电解质如无机盐和不挥发性无机酸、碱等。正吸附

溶质在表面层浓度大于本体浓度使溶液表面张力降低

——表面活性物质例：可溶性有机化合物如醇、醛、酸、酯等。负吸附溶质在表面层浓度小于本体浓度使溶液表面张力略有升高

——表面惰性物质（3）表面活性剂少量溶质的溶入可使溶液表面张力急剧下降，而降低到一定程度之后变化又趋于平缓的溶液。§8.4溶液的表面吸附00.1质量百分浓度203040506070/(10-3.N.m-1)IIIIII例：如硬脂酸钠，长碳氢链有机酸盐和烷基磺酸盐。表面活性剂

结构上具有双亲性特点：

亲水极性基：-OH、-COOH、

-COO-、-SO3等

憎水非极性基：烷基、苯基等亲水基力图进入溶液内部，而憎水基趋向空气，因此表面活性物质的分子极易在溶液表面上浓集。§8.4溶液的表面吸附2．吉布斯吸附公式

其中，c—溶液本体浓度；—溶液表面张力—表面吸附量：单位面积表面层所含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。（1）公式（2）d/dc值的求算方法在不同浓度c时测定溶液表面张力，以对c作图。然后作切线求曲线上各指定浓度处的斜率，即该浓度的d/dc值。

d/dc<0时，

>0，溶质在表面层发生正吸附；d/dc>0时，<0，溶质在表面层发生负吸附。P303例题4希施柯夫斯基归纳大量实验数据，提出有机酸同系物的经验公式*和分别是纯溶剂和浓度为c的溶液的表面张力。a和b是常数

归纳溶液表面张力与浓度c的解析关系式，然后求微商。对浓度c求微商可得温度一定时，b*/(RT)是常数，记为K，则此式与朗格缪尔单分子层吸附等温式相似。

3．表面活性剂的吸附层结构

对于表面活性剂，根据

=Kc/(a+c)作图，得到下图：浓度很低：c<<a，a+c≈a，上式演化为=K’c，其中K’=K/a=b*/(RTa)。浓度适中：随c而上升，但不成正比关系，斜率逐渐减小。吸附量随浓度的变化c==K=K’c浓度足够大：c>>a，a+c≈c，上式演化为=K

=b*/(RT)=其中，饱和吸附量只与同系物共有常数b有关，与同系物中各不同化合物的特性常数a无关。因此，同系物中各不同化合物的饱和吸附量是相同的。饱和吸附时，表面几乎完全被溶质分子所占据，同系物中不同化合物的差别只是碳链长短不同，而分子的横截面积是相同的，所以它们的饱和吸附量相同。吸附层结构示意由值计算每个吸附分子所占的面积，即分子截面积A。计算结果一般比用其它方法所得值稍大，因为实际上表面层中完全被溶质分子占据而没有溶剂分子是不可能的。4.表面膜

溶液表面正吸附现象在极性不同的任意两相界面均可发生。依此可以制备各种具有特殊功用的表面膜。

表面膜有序性很高，具有特殊性能，可用作半透膜，水蒸发阻止剂以及仿生学研究中的细胞膜等。

采用类似方法也可以在晶体表面铺上一层分子定向排列的表面膜，改变晶体的表面性质，制成特殊材料。P305图8.12第八章表面现象与分散系统(一)表面现象(二)分散系统

§8.1表面自由能与表面张力§8.2纯液体的表面现象§8.3气体在固体表面上吸附§8.4溶液的表面吸附§8.5表面活性剂及其作用§8.6分散系统的分类§8.7溶胶的光学及力学性质§8.8溶胶的电性质§8.9溶胶的聚沉和絮凝§8.10溶胶的制备与净化§8.11高分子溶液1.表面活性剂的分类表面活性剂作为溶质能使溶液表面张力显著降低。其结构上是不对称的，由亲水的极性基和憎水的非极性基两部分组成。非离子型：溶于水后，不能电离离子型：溶于水后，凡是能发生电离的正(阳)离子型：具有活性作用的是正离子负(阴)离子型：具有活性作用的是负离子亲水基亲油基亲油基：含有8个碳原子以上的碳链。亲水基：可以是带电基团；或两性离子；也可以极性基团。

阴离子表面活性剂RCOONa 羧酸盐R-OSO3Na 硫酸酯盐R-SO3Na 磺酸盐R-OPO3Na2 磷酸酯盐阳离子表面活性剂R-NH2·HCl 伯胺盐CH3|R-N-HCl 仲胺盐|HCH3|R-N-HCl 叔胺盐|CH3CH3|R-N+-CH3Cl- 季胺盐|CH3两性表面活性剂R-NHCH2-CH2COOH氨基酸型CH3|R-N+-CH2COO- 甜菜碱型|CH3R-(C6H4)-O(C2H4O)nH烷基酚聚氧乙烯醚非离子表面活性剂R2N-(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基胺R-CONH(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基酰胺R-COOCH2(CHOH)3H多元醇型R-O-(CH2CH2O)nH 脂肪醇聚氧乙烯醚2.胶束和临界胶束浓度（1）胶束：在溶液内部，当表面活性剂浓度大到一定浓度时，众多的表面活性剂分子会结合成很大的集团，形成球状、棒状或层状的“胶束”。

胶束特点(a)形成胶束的表面活性剂分子其亲水的极性基朝外，与水分子相接触；而非极性基朝里。(b)以胶束形式存在于水中的表面活性剂是比较稳定的。(2)临界胶束浓度(criticalmicelleconcentration)：表面活性剂在溶液中形成胶束的最低浓度。用CMC表示。临界胶束浓度与在溶液表面形成饱和吸附所对应的浓度基本一致；表面活性剂的水溶液在浓度加大过程中，系统许多性质的变化规律都以临界胶束浓度为分界而出现明显转折；通过性质随浓度变化规律的测量而得知临界胶束浓度的数值。00.10.20.30.40.50.60.70.80.9表面活性剂溶液的性质浓度界面张力。。。。•••******电导率••••••。。。。渗透压。。。表面张力。。。。。△△△△△△密度改变*****临界胶束浓度去污作用••••••十二烷基硫酸钠的性质与浓度的关系摩尔电导率3.表面活性剂的作用(1)润湿作用（2）增溶作用（3）乳化作用

（4）起泡作用

（5）洗涤作用第八章表面现象与分散系统(一)表面现象(二)分散系统

§8.1表面自由能与表面张力§8.2纯液体的表面现象§8.3气体在固体表面上吸附§8.4溶液的表面吸附§8.5表面活性剂及其作用§8.6分散系统的分类§8.7溶胶的光学及力学性质§8.8溶胶的电性质§8.9溶胶的聚沉和絮凝§8.10溶胶的制备与净化§8.11高分子溶液§8.6分散系统的分类1.分散系统的分类丁达尔效应布朗运动扩散沉降与沉降平衡2.溶胶的性质电动现象溶胶粒子带电原因溶胶粒子的双电层溶胶粒子的结构3.溶胶的电性质4.溶胶的聚沉、絮凝、制备、净化二、分散系统例：说明分散相和分散介质：云牛奶珍珠§8.6分散系统的分类(1)分散系统：一或几种物质分散在另一种物质中所构成的系统。(2)分散相：被分散的物质。(3)分散介质：另一种连续相的物质，即分散相存在的介质。1．定义2.分散系统的分类分子分散体系－单相系统，粒子半径<10-9m胶体分散体系－高度分散的多相系统，是热力学不稳定系统

粒子半径10-9～10-7m粗分散体系－用普通显微镜甚至眼睛可分辨出是多相系统。粒子半径10-7～10-5m

（1）按分散相粒子的大小分类：例：氯化钠或蔗糖溶于水后形成的“真溶液”。例：AgI溶胶、SiO2溶胶、金溶胶、硫溶胶等。例：“牛奶乳状液”、“泥浆悬浮液”等。分散相分散介质名称实例固体液体气体液体液体液体溶胶、悬浮液乳状液泡沫泥浆牛奶肥皂水泡沫固体液体气体固体固体固体固溶胶凝胶(液溶胶)固体泡沫有色玻璃珍珠泡沫塑料固体液体气体气体气溶胶气溶胶烟、尘雾、云（2）多相系统按分散相和介质的聚集状态分类第八章表面现象与分散系统(一)表面现象(二)分散系统

§8.1表面自由能与表面张力§8.2纯液体的表面现象§8.3气体在固体表面上吸附§8.4溶液的表面吸附§8.5表面活性剂及其作用§8.6分散系统的分类§8.7溶胶的光学及力学性质§8.8溶胶的电性质§8.9溶胶的聚沉和絮凝§8.10溶胶的制备与净化§8.11高分子溶液§8.7溶胶的光学及力学性质Tyndall效应实际上已成为判别溶胶与分真溶液的最简便的方法。1869年Tyndall发现，若令一束会聚光通过溶胶，从侧面（即与光束垂直的方向）可以看到一个发光的圆锥体，这就是Tyndall效应。其他分散体系也会产生一点散射光，但远不如溶胶显著。1.丁达尔(Tyndall)效应§8.7溶胶的光学及力学性质2.布朗(Brown)运动1827年植物学家布朗（Brown)用显微镜观察到悬浮在液面上的花粉粉末不断地作不规则的运动。后来又发现许多其它物质如煤、化石、金属等的粉末也都有类似的现象。人们称微粒的这种运动为布朗运动。粒子作Brown运动无须消耗能量，而是系统中分子固有热运动的体现。

Brown运动的速度取决于粒子大小、温度及介质粘度等，粒子越小、温度越高、粘度越小则运动速度越快。§8.7溶胶的光学及力学性质1905~1906年爱因斯坦(Einstein)\斯莫鲁霍夫斯基(Smoluchowski)分别阐述了Brown运动的本质。认为Brown运动是分散介质分子以不同大小和不同方向的力对胶体粒子不断撞击而产生的，由于受到的力不平衡，所以连续以不同方向、不同速度作不规则运动。随着粒子增大，撞击的次数增多，而作用力抵消的可能性亦大。当半径大于5m，Brown运动消失。§8.7溶胶的光学及力学性质溶胶和溶液一样，在有浓差的情况下，会发生由高浓度处向低浓度处的扩散。但溶胶粒子较大，热运动弱，因此扩散较慢。如图所示，在CDFE的桶内盛溶胶，在某一截面AB的两侧溶胶的浓度不同，C1>C2。由于分子的热运动和胶粒的布朗运动，可以观察到胶粒从C1区向C2区迁移的现象，这就是胶粒的扩散作用。3．扩散斐克第一定律4.沉降和沉降平衡（sedimentationequilibrium）溶胶是高度分散体系，胶粒一方面受到重力吸引而下降，另一方面由于布朗运动促使浓度趋于均一。当这两种效应相反的力相等时，粒子的分布达到平衡，粒子的浓度随高度不同有一定的梯度。这种平衡称为沉降平衡。粒子的体积V越大，分散相与分散介质的密度差越大，达到沉降平衡时的粒子的浓度梯度也越大。第八章表面现象与分散系统(一)表面现象(二)分散系统

§8.1表面自由能与表面张力§8.2纯液体的表面现象§8.3气体在固体表面上吸附§8.4溶液的表面吸附§8.5表面活性剂及其作用§8.6分散系统的分类§8.7溶胶的光学及力学性质§8.8溶胶的电性质§8.9溶胶的聚沉和絮凝§8.10溶胶的制备与净化§8.11高分子溶液§8.8溶胶的电性质（1）定义：在外电场作用下，分散相与分散介质发生相对移动的现象，称溶胶的电动现象。（2）种类：电泳：固体的分散相粒子在液体介质中作定向移动

电渗：固体胶粒不动而液体介质发生定向移动1.电动现象(1)吸附胶体分散系统比表面大、表面能高，所以容易吸附杂质，如果溶液中有少量电解质，溶胶粒子就会吸附离子。吸附了正离子时，溶胶粒子荷正电，否则相反。法扬斯（Fajans）规则：与溶胶粒子有相同化学元素的离子能优先被吸附。2.溶胶粒子带电的原因例:AgI溶胶，当用AgNO3和KI制备AgI时：若KI过量，AgI吸附I-，因而荷负电；若AgNO3过量，AgI优先吸附Ag＋而荷正电。(2)电离当分散相固体与液体介质接触时，固体表面分子发生电离，有一种离子溶于液相，因而使固体粒子带电。例：将AgI制备溶胶时，由于Ag+较小，活动能力强，比I-容易脱离晶格而进入溶液，使胶粒带负电。热力学电势：分散相固体表面与溶液本体之间的电势差称为热力学电势。记作。电动电势：由于紧密层外界面与溶液本体之间的电势差决定溶胶粒子在电场中的运动速率，故称电动电势。记作。也称电势。3.溶胶粒子的双电层（doublelayer)由于吸附或电离，溶胶粒子带有电荷，因此分散介质亦必然带有电性相反的电荷。溶胶粒子周围形成双电层，其反电荷离子层也由紧密层与分散层两部分构成。§8.8溶胶的电性质4.溶胶粒子的结构胶核：先有一定量的难溶物分子聚结形成胶粒的中心。胶粒：胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子，形成紧密吸附层；由于正、负电荷相吸，在紧密层外形成反号离子的包围圈，从而形成了带与紧密层相同电荷的胶粒；胶团：胶粒与扩散层中的反号离子，形成一个电中性的胶团。胶核吸附离子是有选择性的，首先吸附与胶核中相同的某种离子，用同离子效应使胶核不易溶解。若无相同离子，则首先吸附水化能力较弱的负离子，所以自然界中的胶粒大多带负电，如泥浆水、豆浆等都是负溶胶。§8.8溶胶的电性质例：AgNO3+

KI→KNO3+AgI↓过量的KI作稳定剂胶团的结构表达式：

胶核胶粒胶团胶团的图示式：胶粒（带负电）紧密层分散层§8.8溶胶的电性质例2：AgNO3+

KI→KNO3+AgI↓过量的AgNO3作稳定剂胶团的结构表达式：

胶核胶粒胶团胶团的图示式：紧密层分散层胶粒的形状例：（1）聚苯乙烯胶乳是球形质点（2）V2O5溶胶是带状的质点（3）Fe(OH)3溶胶是丝状的质点第八章表面现象与分散系统(一)表面现象(二)分散系统

§8.1表面自由能与表面张力§8.2纯液体的表面现象§8.3气体在固体表面上吸附§8.4溶液的表面吸附§8.5表面活性剂及其作用§8.6分散系统的分类§8.7溶胶的光学及力学性质§8.8溶胶的电性质§8.9溶胶的聚沉和絮凝§8.10溶胶的制备与净化§8.11高分子溶液§8.9溶胶的聚沉和絮凝电解质对溶胶稳定性的影响具有两重性。规律如下：外加电解质需要达到一定浓度方能使溶胶发生明显聚沉。

聚沉值：使溶胶明显聚沉所需电解质的最低浓度。聚沉值：衡量电解质对溶胶的聚沉能力。

聚沉能力越强，聚沉值越小，反之亦然。聚沉时起主要作用的是与胶粒带相反电荷的离子，称反离子。哈迪—叔采规则：反离子价数越高，聚沉能力越强，聚沉值越小。同价反离子的聚沉能力接近，但依离子大小不同而略有不同。与胶粒带有相同电荷的同离子对溶胶的聚沉也略有影响。反离子相同时，同离子价数越高，聚沉能力越弱。1.外加电解质对溶胶聚沉的影响图8.21聚沉速率与电解质浓度的关系例:对胶粒带负电的溶胶，一价阳离子的聚沉能力次序为：H+>Cs+>Rb+>NH4+>K+