ch12.2胶体的物理化学性质

§12.2溶胶的物理化学性质溶胶的光学性质P660～663溶胶的动力性质P663～667溶胶的电学性质P667～674

丁铎尔效应：在暗室里，将一束经聚集的光线投射到胶体体系上，在与入射光垂直的方向上（即侧面）可观察到一个发亮的光锥。一.溶胶的光学性质(p618)丁达尔效应

丁铎尔效应是溶胶体系特有的现象，它是区别溶胶与真溶液最简单的方法。

①丁达尔现象的实质是光的散射现象。

当入射光的波长大于分散相粒子的尺寸时，则会发生光的散射现象。

可见光波长400-760nm胶体粒子d=1-1000nm真溶液溶质粒子d<1nm②雷利公式（Rayleigh公式）I：散射光强；I0

:入射光强；V：一个粒子的体积；C：单位体积中的粒子数；:入射光波长l:观测距离；n:分散相的折射率；n0：分散介质的折射率；：散射角(观测方向与入射光之间的夹角)；

1871年Rayleigh对非导电的、球形粒子的稀溶胶系统，导出了单位体积溶胶的散射强度：P661由Rayleigh公式可知：1)I

V2

可用来鉴别小分子真溶液与胶体溶液；如已知n、n0，可测I求粒子大小V。低分子真溶液因分子小，乳光弱；悬浮液无散射；只有溶胶粒子大小合适，可产生较强的乳光。由Rayleigh公式可知：2)I

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波长越短的光，散射越强。例：用白光照射溶胶，散射光呈蓝色，

透射光呈橙红色。应用：ⅰ许多溶胶用白光照射时，从侧面看到蓝紫色乳光。ⅱ朝霞和落日的余辉多呈红色（原因：散射光主要是蓝色紫色，所以透射光为其补色-红色和橙色）ⅲ天空呈蔚蓝色，大海呈深蓝色（原因：密度涨落使太阳光发生散射）ⅳ当空气中含有烟尘时，在室内可以看见从门窗缝中射入的太阳光束，夜晚可以看到手电筒汽车灯以及探照灯的光柱（原因：烟尘对光的散射作用）ⅴ在信号设备中常选红光作为危险信号，红外线和无线电波常在通讯和探测中用于定位和跟踪（原因：波长长，散射弱，穿透力强，比其它颜色看得更远）二、胶体系统的动力性质1.Brown运动1827年，英国植物学家Brown在显微镜下观察到悬浮于水中的花粉粒子处于不停息的、无规则的运动之中。此后发现凡线度小于4m的粒子，在分散介质中均呈现这种运动。1905年Einstein用统计和分子运动论的观点，提出Einstein-Brown

平均位移公式：(1)x：t时间内粒子的平均位移；r:粒子半径L：阿伏加德罗常数；

：分散介质粘度2.扩散

在有浓度梯度存在时，物质粒子因热运动而发生宏观上的定向迁移。Fick扩散第一定律：

在一定温度下，在浓差作用下，单位时间内向x方向扩散,通过截面积AS的物质的量dn/dt

正比于浓度梯度dc/dx

与AS

的乘积，比例系数D称为扩散系数。c大c小ASD

扩散系数单位浓梯下，单位时间通过单位面积的物质的量。单位：m2s-1D

可用来衡量扩散速率粒子越小，扩散系数越大，扩散能力越强。球形粒子，D可由爱因斯坦－斯托克斯方程计算：（2）

如分散相粒子大小一致，将(1）,(2)式结合，可得：测x

，可求出D

由D，、，可求出一个球形胶体粒子的质量：1mol胶体粒子的摩尔质量：3.沉降与沉降平衡

多相分散系统中的粒子，因受重力作用而下沉的过程，称为沉降。沉降与扩散为粒子受到的两个相反的作用。

沉降扩散分散相分布真溶液均相粗分散系统沉于底部胶体系统平衡形成浓梯

构成沉降平衡时，粒子沿高度方向形成浓度梯度(如图)，粒子在底部数密度较高，上部数密度较低。

对微小粒子的沉降平衡，贝林(Perrin)导出粒子浓度随高度的分布定律：1)该式只适用于粒子大小相等的体系，但形状不限；2)粒子越重（M大），随

h

增加，浓度降低越快。C1和C2:分别为在高度为h1和h2处的数密度；M:粒子的摩尔质量；0：分散介质密度；：粒子的密度；上式可用于计算大气压力p与高度h的关系：不考虑温度影响时：p2/p1=C2/C1大气中的分子不必做浮力校正，1-(0/)=1M:气体的摩尔质量；电泳

在外电场的作用下，胶体粒子在分散介质中定向移动的现象，称为电泳。

界面移动法电泳装置

实验测出在一定时间内界面移动的距离，可求得粒子的电泳速度，由电泳速度可求出胶体粒子的电势。三.溶胶的电学性质（P667）NaCl溶液Fe(OH)3溶胶+-

在U型管的两壁，上半段是无色的NaCl溶液，下部是棕红色的Fe(OH)3

胶体溶液，界面是十分清晰的。通入电流后，可观察电泳管中阳极一侧界面下降，阴极一侧界面上升。溶胶中的介质水在电场作用下是不会运动的，界面的移动，只能说明其中的分散相即Fe(OH)3胶体粒子向阴极方向发生了移动，且说明Fe(OH)3胶体粒子带有正电荷。NaCl溶液Fe(OH)3溶胶+-

电泳现象说明两点：一是胶体粒子带有电荷(向阴极移动，说明胶体粒子带正电荷；向阳极移动，胶体粒子带负电荷)，二是胶体体系中分散相固相与分散介质液相可作相对运动。

由电泳现象得出结论：胶体粒子带有电荷，而且不同的胶体粒子带有不同的电荷，即使是同一种胶体粒子，制备的方法不同，也会带有不同的电荷。而整个胶体分散体系是呈电中性的，那么分散相粒子为什么会带有电荷呢？2.胶体带电的原因

在胶体分散体系中,基本的物质粒子是胶核,胶核是由大量的分子、原子或离子构成的聚集体。胶核比表面积大，表面吉布斯函数高，为保持其稳定就要自动地降低表面吉布斯函数。

胶体粒子带电有两个原因：离子吸附和解离

⑴离子吸附：固体表面从溶液中有选择性地吸附某种离子而带电。胶核吸附了某种离子，本身便带上了电荷，变为带电的胶核。

在上述电泳管中，Fe(OH)3胶核吸附了Fe3+

，带有了正电荷。

⑵解离：固体表面上的分子在溶液中发生解离而使其带电。

比如SiO2

胶核，表层的SiO2与水结合，然后电离SiO2+H2O→H2SiO3H2SiO3→2H+