苏花卫界面现象与胶体

第六单元一界面现象二扩散双电层理论三胶体四胶体的性质五溶液的稳定与聚沉一界面现象（一）界面和表面surfaceandinterface

界面：两相的接触面。表面：固、液相与气相的接触面。

界面现象气—液气—固液—液固—液固—固表面现象（二）表面张力与表面自由能

体相内部分子：所受四周邻近相同分子的作用力是对称的，各个方向的力彼此抵消（各向同性)；界面层的分子：一方面受到体相内相同物质分子的作用，另一方面受到性质不同的另一相中物质分子的作用，其作用力不能相互抵销，因此，界面层分子由于其处在一不均匀对称的力场会显示出一些独特的性质。2表面自由能（表面吉布斯函数变）

表面层分子比体相内部分子多具有的那部分能量。

表面自由能与表面张力的关系γ——表面张力表面张力与表面自由能会对液面产生什么影响？（三）表面现象

1弯曲液面的附加压力

弯曲液面的内外压力差P=Pl-PgPl与Pg分别代表液体一侧和气体一侧所承受的压力.

（1）平面液体：表面张力的合力为零。

（2）凸面液体：表面张力的合力指向液体内部。σ

l-gdAF=0σ

l-gσ

l-gσ

l-gdAΔp：紧压力l

2润湿

润湿是指当液体接替固体时，原有的气固表面或气液表面自动地被液固表面所代替的现象。一部分被液固界面取代完全被液固界面取代液体自动铺开成一层薄膜

3毛细现象

毛细管插入液体中，管内外液面形成高度差的现象——毛细现象。当玻璃管插入汞中当玻璃管插入水中

毛细管现象的原因是由于有表面张力的存在。4固体表面的吸附

一种物质自动附着在另一种物质的表面上，从而导致在界面层中物质的浓度或分压与它在体相中不同浓度的现象称为吸附。

被吸附的物质称为吸附质，如甲烷、氯气、氢气等；具有吸附能力的固体物质称为吸附剂，如活性炭，分子筛，硅胶等。

二扩散双电层理论二扩散双电层理论

1879年，亥姆霍兹首先提出在固液两相之间的界面上形成双电层的概念：1正负电荷如平板电容器那样分布；2两层距离与离子半径相当；3在外加电场下，带电质点与溶液中

反电离子分别向相反方向移动。(一)亥姆霍兹平板电容器模型

（Helmholtz）（一）概念三胶体Colloid把一种或几种物质分散在另一种物质中就构成分散体系。其中，被分散的物质称为分散相（dispersedphase），另一种物质称为分散介质（dispersingmedium)。例如：云，牛奶，珍珠胶体是一种分散质粒子直径介于粗分散体系和溶液之间的一类分散体系，这是一种高度分散的多相不均匀体系。（二）分类1按分散相粒子的大小分类：

（1）分子分散体系：

分子分散体系胶体分散体系粗分散体系（3）粗分散体系：分散相粒子的半径在1～100nm之间的体系。目测是均匀的，但实际是多相不均匀体系。也有的将1～1000nm之间的粒子归入胶体范畴。（2）胶体分散体系：3按胶体溶液的稳定性分类

（1）憎液溶胶：

半径在1～100nm之间的难溶物固体粒子分散在液体介质中，有很大的相界面，易聚沉，是热力学上的不稳定体系。一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成溶胶，是一个不可逆体系，如氢氧化铁溶胶、碘化银溶胶等。这是胶体分散体系中主要研究的内容。

半径落在胶体粒子范围内的大分子,溶解在合适的溶剂中，一旦将溶剂蒸发，大分子化合物凝聚，再加入溶剂，又可形成溶胶，亲液溶胶是热力学上稳定、可逆的体系。（2）亲液溶胶：（三）制备

1分散法：大粒子变小（1）研磨法（2）胶溶法（3）超声波分散法（4）电弧法2凝聚法：分子或粒子聚合成胶粒

（1）化学凝聚法（2）物理凝聚法

1研磨法

用机械粉碎的方法将固体磨细。这种方法适用于脆而易碎的物质，对于柔韧性的物质必须先硬化后再粉碎。例如，将废轮胎粉碎，先用液氮处理，硬化后再研磨。胶体磨的形式很多，其分散能力因构造和转速的不同而不同。

2胶溶法又称解胶法加入胶溶剂（电解质），使新产生的沉淀重新分散成胶体。

如：氢氧化铁、氢氧化铝由于制备时缺少稳定剂，因此会产生沉淀，此时，加入一些胶溶剂（如盐酸或氯化铁）经搅拌后，沉淀就会转化为溶胶。Fe(OH)3（新鲜沉淀）Fe(OH)3

(溶胶）3超声分散法

用大于16000Hz的超声波将物料粉碎。这种方法目前只用来制备乳状液。如图所示，将分散相和分散介质两种不混溶的液体放在样品管4中。样品管固定在变压器油浴中。气流粉碎类

将压缩空气经喷嘴以

超音速射入粉碎去

进行粉碎。

1化学凝聚法

通过各种化学反应使生成物呈过饱和状态，使初生成的难溶物微粒结合成胶粒，在少量稳定剂存在下形成溶胶，这种稳定剂一般是某一过量的反应物。例如：A.复分解反应制硫化砷溶胶2H3AsO3（稀）+3H2S→As2S3（溶胶）+6H2OB.水解反应制氢氧化铁溶胶

FeCl3（稀）+3H2O（热）→Fe(OH)3（溶胶）+3HCl2.物理凝聚法(1)更换溶剂法

利用物质在不同溶剂中溶解度的显著差别来制备溶胶，而且两种溶剂要能完全互溶。例1.松香易溶于乙醇而难溶于水，将松香的乙醇溶液滴入水中可制备松香的水溶胶。例2.将硫的丙酮溶液滴入90℃左右的热水中，丙酮蒸发后，可得硫的水溶胶。

(2)蒸气骤冷法将汞的蒸气通入冷水中就可以得到汞的水溶胶。罗金斯基等人利用下列装置，制备碱金属的苯溶胶。

4—金属钠，2—苯,5—液氮。先将体系抽真空，然后适当加热管2和管4，使钠和苯的蒸气同时在管5外壁凝聚。除去管5中的液氮，凝聚在外壁的混合蒸气融化，在管3中获得钠的苯溶胶。3

电弧法电弧法主要用于制备金、银、铂等金属溶胶制备过程包括先分散后凝聚两个过程。将金属做成两个电极，浸在水中，盛水的盘子放在冷浴中。在水中加入少量NaOH作为稳定剂。制备时在两电极上施加100V左右的直流电，调节电极之间的距离，使之发生电火花，这时表面金属蒸发，是分散过程，接着金属蒸气立即被水冷却而凝聚为胶粒。4包膜法采用适当包膜材料，在一定条件下，将水溶性或脂溶性的物质进行包裹，形成微囊，将其分离纯化，再分散在液体介质中。

（1）渗析法简单渗析将需要净化的溶胶放在羊皮纸或动物膀胱等半透膜制成的容器内，膜外放纯溶剂。

利用胶体质点不能透过半透膜而离子或小分子能透过半透膜的性质，将多余的电解质或低分子杂质从溶胶中除去。如将装有溶胶的半透膜容器不断旋转，可以加快渗析速度。五、溶胶的净化（纯化）

（1）渗析法（2）超过滤法电渗析

为了加快渗析速度，在装有溶胶的半透膜两侧外加一个电场，使多余的电解质离子向相应的电极作定向移动。溶剂水不断自动更换，这样可以提高净化速度。这种方法称为电渗析法。（3）超过滤法

用半透膜作过滤膜，利用吸滤或加压的方法使胶粒与含有杂质的介质在压差作用下迅速分离。将半透膜上的胶粒迅速用含有稳定剂的介质再次分散。

(4)电超过滤

有时为了加快过滤速度，在半透膜两边安放电极，施以一定电压，使电渗析和超过滤合并使用，这样可以降低超过滤压力。根据胶粒的双电层结构模型，胶体粒子的中心称为胶核，由许多原子或分子聚集而成。在胶核周围是由吸附在胶核表面上的离子（称为定位离子）和部分反离子以及溶剂分子组成的紧密层。胶核和紧密层称为胶粒；紧密层以外是扩散层，包括胶核、紧密层和扩散层，总称为胶团。（六）胶体结构AgNO3(稀aq)

+KI(稀aq)AgI+KNO3KI为少量：AgI溶胶吸附Ag＋带正电，NO3－为反离子，AgNO3为稳定剂。胶团结构表示：

例：I－少量，生成带正电的胶粒，NO3－为反离子胶粒{[AgI]mnAg+(n-x)NO3-}x+

x

NO3-

胶核

胶团可滑动面（六）胶体结构（一）溶胶的动力性质

1Brown运动(Brownianmotion)

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。七胶体的性质2胶粒的扩散微粒的热运动（布朗运动）在有浓度差时发生的物质迁移现象，是个自发过程。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，如图所示。这种平衡称为沉降平衡。（二）溶胶的光学性质1光散射现象当光束通过分散体系时，一部分自由地通过，一部分被吸收、反射或散射。可见光的波长约在400～700nm之间。

（1）当光束通过粗分散体系，由于粒子大于入射光的波长，主要发生反射，使体系呈现混浊。

（2）当光束通过胶体溶液，由于胶粒直径小于可见光波长，主要发生散射，可以看见乳白色的光柱。

（3）当光束通过分子溶液，由于溶液十分均匀，散射光因相互干涉而完全抵消，看不见散射光。

光散射的本质

光是一种电磁波，照射溶胶时，分子中的电子分布发生位移而产生偶极子，这种偶极子像小天线一样向各个方向发射与入射光频率相同的光，这就是散射光。分子溶液十分均匀，这种散射光因相互干涉而完全抵消，看不到散射光。

溶胶是多相不均匀体系，在胶粒和介质分子上产生的散射光不能完全抵消，因而能观察到散射现象。3Rayleigh散射公式

1871年，Rayleigh研究了大量的光散射现象，对于粒子半径在47nm以下的溶胶，导出了散射光总能量的计算公式，称为Rayleigh公式：式中：A入射光振幅；v单位体积中粒子数；λ入射光波长；V每个粒子的体积；n1分散相折射率；n2分散介质的折射率。（三）溶胶的电学性质胶粒带电的本质（1）胶粒在形成过程中，胶核优先吸附某种离子，使胶粒带电。eg:在AgI溶胶的制备过程中，如果AgNO3过量，则胶核优先吸附Ag+离子，使胶粒带正电；如果KI过量，则优先吸附I-离子，胶粒带负电。（2）离子型固体电解质形成溶胶时，由于正、负离子溶解量不同，使胶