第十二章-胶体化学市公开课一等奖百校联赛优质课金奖名师赛课获奖课件

第十二章分散系统12.1分散系统分类一、几个基本概念分散系统分散相分散介质二、分类（依据分散相粒子大小）1、分子分散系统（也称均相分散系统）---“真溶液”特征：（1）单相，透明（2）热力学稳定性（3）粒子小r<10-9m,不发生光散射现象2、胶体分散系统（溶胶）气溶胶：如云、雾、烟、尘等固溶胶：如有色玻璃、泡沫塑料等液溶胶：如金溶胶，AgI溶胶等1/50特征：（1）特有分散程度10-9m<r<10-7m,不能透过半透膜，含有特殊动力学、光学、电学性质和热力学不稳定性（2）多相性透明（3）结构复杂性（形成胶团）3、粗分散系统（分为乳状液和悬浮液）特征（1）粒子半径大r>10-7m（2）多相性（3）热力学不稳定性，静置分层12.2溶胶光学及动力性质一、光学性质-----丁达尔效应1、概念2、产生原因：因为溶胶粒子半径小于入射光波长，分散粒子发生光散射作用。2/50当光束经过分散体系时，一部分自由地经过，一部分被吸收、反射或散射。可见光波长约在400~700nm之间。（1）当光束经过粗分散体系，因为粒子大于入射光波长，主要发生反射，使体系展现混浊。（2）当光束经过胶体溶液，因为胶粒直径小于可见光波长，主要发生散射，能够看见乳白色光柱。（3）当光束经过分子溶液，因为溶液十分均匀，散射光因相互干涉而完全抵消，看不见散射光。光散射现象3/50光散射本质光是一个电磁波，照射溶胶时，分子中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散射光不能完全抵消，因而能观察到散射现象。4/503、应用：区分溶胶（散射）、真溶液（透射）、粗分散体系（反射）5/50Rayleigh公式1871年，Rayleigh研究了大量光散射现象，对于粒子半径在47nm以下溶胶，导出了散射光总能量计算公式，称为Rayleigh公式：式中：A入射光振幅，单位体积中粒子数入射光波长，每个粒子体积分散相折射率，分散介质折射率6/501、布朗运动（可用超显微镜观察）（1）概念：溶胶中胶粒无规则波折运动（2）产生原因：液体介质分子碰撞胶粒产生（3）布朗运动使体系保持动力学稳定性二、溶胶动力性质粒子越小，温度越高布朗运动越激烈。◆当半径大于5

m，Brown运动消失7/50爱因斯坦扩散定律：扩散系数m2.s-1胶团粒子分子量扩散现象存在使体系保持动力学稳定性2、扩散现象（原因：存在浓差）8/50沉降平衡：沉降速率与扩散速率相等时系统到达平衡状态3、沉降和沉降平衡沉降：悬浮在流体介质中固体颗粒因重力作用下降而与介质分离现象。斯托克斯公式：粘度速度9/5012.3溶胶电性质一、电动现象在外电场作用下，分散相与分散介质发生相对移动现象。1、电泳（electrophoresis）

：在外电场作用下，胶粒定向移动。影响原因：带电粒子大小、形状；粒子表面电荷数目；介质中电解质种类、离子强度，pH值和粘度；电泳温度和外加电压等。应用：电泳电镀，电泳涂漆，蛋白质、核酸分离等10/502、电渗：在外电场作用下，带电介质定向移动

应用：海水淡化，溶胶净化、泥炭和染料干燥、水净化等概念：在外加电场作用下，带电介质经过多孔膜或半径为1~10nm毛细管作定向移动，这种现象称为电渗。主要影响原因：外加电解质，普通电解质浓度增加，电渗速度降低，甚至会改变电渗方向。11/50多孔膜：能够用滤纸、玻璃或棉花等组成；也能够用氧化铝、碳酸钡、AgI等物质组成。如多孔膜吸附阴离子，则介质带正电，通电时向阴极移动；反之，多孔膜吸附阳离子，带负电介质向阳极移动。12/50二、胶粒带电原因1、吸附法扬斯规则：与溶胶粒子有相同化学元素离子优先被吸附2、电离三、溶胶粒子双电层电动电势紧密层外界面与溶液本体之间电势差，值越大，溶胶越稳定主要影响原因：外加电解质，浓度增加进入紧密层反号离子增加，分散层变薄，电位下降13/50四、溶胶粒子结构（胶团结构）例1：AgNO3+

KI→KNO3+AgI↓过量KI作稳定剂。[(AgI)mnI–(n-x)K+]x–xK+

|________________________||________________________________|胶核胶粒胶团胶团结构表示式：14/50例2：AgNO3+

KI→KNO3+AgI↓过量AgNO3

作稳定剂.

胶团结构表示式：[(AgI)mnAg+(n-x)NO3–]x+x

NO3–

|______________________________||_______________________________________|胶核胶粒胶团15/5012.4溶胶稳定和聚沉一、溶胶稳定性(除温度和浓度外）1、溶胶动力稳定性（布朗运动和扩散现象）2、胶粒带电稳定作用3、溶剂化稳定作用4、大分子溶液保护作用（溶胶保护剂如明胶、淀粉等）二、溶胶聚沉影响原因1、电解质（1）聚沉值：能使溶胶聚沉所需电解质最低浓度。浓度C增大，减小，当<0.03V溶胶发生聚沉16/50（2）聚沉能力

是聚沉值倒数。聚沉值越大电解质，沉能力越小；反之，聚沉值越小电解质，其聚沉能力越强。

聚沉能力主要决定于胶粒带相反电荷离子价数。聚沉值与异电性离子价数六次方成反比。（3）Schulze-Hardy规则（哈迪-叔采规则）对于给定溶胶，异电性离子分别为一、二、三价，则聚沉值百分比为： 1001.60.14即17/50（4）与胶粒带相反电荷离子就是价数相同，其聚沉能力也有差异。感胶离子序（lyotropicseries)：对胶粒带负电溶胶，一价阳离子硝酸盐聚沉能力次序为：H+>Cs+>Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+

对带正电胶粒，一价阴离子钾盐聚沉能力次序为：F->Cl->Br->NO3->I-

（5）当与胶体带相反电荷离子相同时，则另一同

性离子价数也会影响聚沉值，价数愈高，聚沉能力

愈低。这可能与这些同性离子吸附作用相关18/502、溶胶相互聚沉如明矾净水等3、大分子溶液敏化作用与絮凝作用主要表现：显著破坏溶胶稳定性或使电解质聚沉值显著降低原因：脱水效应（夺去胶粒水化外壳）电中和效应（离子型高聚物）大分子溶液絮凝作用原因：莱姆“架桥效应”------胶粒“搭桥”惯用絮凝剂：聚丙烯酰胺类、聚氧乙烯、聚乙烯醇、聚乙二醇、动物胶和蛋白质等4、大分子溶液保护作用大分子溶液大量加入，使胶粒表面形成大分子覆盖层，阻止胶粒间，胶粒与电解质离子直接接触。19/5020/5012.5溶胶制备与净化一、溶胶制备1、制备稳定溶胶条件：a.粒子大小10-9m<r<10-7mb.胶粒保持分散，不凝结（加稳定剂）2、制备方法（1）分散法：

研磨法：适合用于脆而易碎物质，普通添加明胶作稳定剂。常规设备：胶体磨

超声波分散法：当前主要用于制备乳状液。

胶溶法：仅仅是将新鲜凝聚胶粒重新分散在介质中形

成溶胶，并加入适当稳定剂。21/50胶溶法制备详细实例：

Fe(OH)3（新鲜沉淀）Fe(OH)3(溶胶）AgCl(新鲜沉淀）AgCl(溶胶））这种方法普通用在化学凝聚法制溶胶时，为了将多出电解质离子去掉，先将胶粒过滤，洗涤，然后尽快分散在含有胶溶剂介质中，形成溶胶。22/50（2）凝聚法：a.化学凝聚法经过各种化学反应使生成物呈过饱和状态，使初生成难溶物微粒结合成胶粒，在少许稳定剂存在下形成溶胶，这种稳定剂普通是某一过量反应物。比如：B.水解反应制氢氧化铁溶胶

FeCl3（稀）+3H2O（热）→Fe(OH)3（溶胶）+3HClA.复分解反应制硫化砷溶胶2H3AsO3（稀）+3H2S→As2S3（溶胶）+6H2OC.还原反应制金溶胶2HAuCl4(稀）+3HCHO+11KOH

2Au(溶胶）+3HCOOK+8KCl+8H2O23/50b.物理凝聚法更换溶剂法

利用物质在不一样溶剂中溶解度显著差异来制备溶胶，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，将松香乙醇溶液滴入水中可制备松香水溶胶。例2.将硫丙酮溶液滴入90℃左右热水中，丙酮蒸发后，可得硫水溶胶。24/50二、溶胶净化1、渗析法半透膜：（硝化纤维、醋酸纤维、羊皮纸或动物膀胱等）电渗析法利用浓差原因，多出电解质离子不停向膜外渗透，经常更换溶剂，就能够净化半透膜容器内溶胶简单渗析25/502.超出滤法用半透膜作过滤膜，利用吸滤或加压方法使胶粒与含有杂质介质在压差作用下快速分离将半透膜上胶粒快速用含有稳定剂介质再次分散。26/50电超出滤有时为了加紧过滤速度，在半透膜两边安放电极，施以一定电压，使电渗析和超出滤合并使用，这么能够降低超出滤压力。27/50一、悬浮液1.定义：不溶性固体粒子分散在液体中所形成分散系统。2.特征：（1）粒径大，无布朗运动、无扩散和渗透现象产生；（2）散射光强度极弱；（4）易沉降，但普通分散度较大，以致其相界面大，能选择性地吸附某种离子而带电，故能暂时稳定存在。沉降分析法测定悬浮液系统中分散相粒子高度分布。其分散相粒子线度大于1000nm。12.6粗分散系统3.粒度测定：28/5012.6乳状液1、定义一个或几个液体以液珠形式分散在另一个与其不互溶（或部分互溶）液体中所形成分散系统。分散相粒子大于在1000nm以上。2、乳状液类型及判别乳状液分类：水包油型O/W和油包水型W/O。乳状液判别：（1）染色法：（2）稀释法：（3）电导法：普通能导电是O/W，但不绝对。视能否稀释在水或油中，以判断是O/W或W/O加入少许油溶性燃料，视一点红或一片红，以判断是O/W或W/O29/50检验水包油乳状液加入水溶性染料如亚甲基蓝，说明水是连续相。加入油溶性染料红色苏丹Ⅲ，说明油是不连续相。乳状液类型判别30/503、乳状液稳定：乳状液必须有乳化剂存在才能稳定。（1）常作乳化剂有：表面活性剂、一些天然物质、粉末状固体（固体微粒应远小于分散相粒子）等（2）乳化作用原理：降低界面张力，使系统表面能降低；形成双电层或在分散相周围形成坚固保护膜。亲水性固体粉末----形成O/W型亲油性固体粉末----形成W/O型保护膜：经过表面活性剂分子或固体微粒形成。31/504、乳状液转型与去乳化O/W和W/O两种不一样类型乳状液，在一定外界条件下能够相互转化变型。比如，用氯化硅粉末作乳化剂可形成O/W型乳状液，但加入一定量碳黑作乳化剂时可使其转化成W/O类型。使乳状液破坏过程，称为去乳化或破乳。破乳方法有：（1）物理法，如离心分离、电泳破乳等。（2）物理化学法，即加入另外化学物质破坏或去除起稳定作用乳化剂。转型：去乳化：32/50三、泡沫2、泡沫生成气体分散在液体或固体中所形成分散系统。（1）物理法：1、定义气泡大于在1000nm以上，故为粗分散系统。（2）化学法：（3）加入起泡剂法：送气（鼓泡）、溶解度降低、加热沸腾等；通常利用加热分解产生气体反应起泡。如小苏打（NaHCO3）加热分解。加入表面活性剂，降低表面能，使泡沫相对稳定存在。33/50●在生产中有时利用泡沫存在：●有时则需要消除泡沫：3、泡沫稳定与破坏固体泡沫：如浮石、泡沫玻璃、泡沫塑料等液体泡沫：稳定液体泡沫必须加入起泡剂，即表面活性剂。其中小气泡既不易破裂，又难于相互靠拢。表面活性剂在气-液界面上发生正吸附，形成定向排列吸附膜。如泡沫灭火剂、泡沫杀虫剂、泡沫除尘、矿物浮选等。如化工生产、造纸、印染、涂层中起泡等，都是不利。34/50以固体或液体为分散相，以气体为分散介质所形成胶体系统。●另首先，气溶胶在科学技术上应用也十分广泛。●首先，大气中粉尘和烟雾严重污染环境，必须除尘；比如：燃料粉尘化燃烧，使燃烧更完全，以提升发烧量；固体催化剂流态化技术应用，以提升催化效果；烟雾有效利用等等。本节以粉尘为代表，研究气溶胶。12.9气溶胶35/50一、粉尘分类1、尘埃：粒子直径为10～100μm，在大气中呈加速沉降尘粒；2、尘雾：粒子直径在0.25～10μm，在大气中呈等速沉降尘粒3、尘云：粒子直径在0.1μm以下，在大气中不能自动下沉，处于无规则布朗运动浮尘。1、润湿性二、粉尘性质粉尘对水润湿性与其化学性质、颗粒大小、荷电情况等相关36/50二、粉尘性质2、粉尘沉降速度粉尘沉降速度与其颗粒大小、形状、密度等原因相关；尘埃、尘雾、尘云沉降速度各不相同，在静止空气中等速沉降高分散粉粒，其沉降速度为：（斯托克斯方程）3、粉尘荷电性粉尘是否荷电性、荷电性质怎样，对粉尘聚结以及对人体危害程度，有很大影响。37/50二、粉尘性质4、气溶胶光学性质5、粉尘凝聚性气溶胶即为胶体一个，故含有一样光学性质，瑞利公式一样服从。粉尘多相性、荷电性、动力性质以及沉降作用，均可造成其凝聚。38/50粉尘是高分散多相系统，其表面能很大，当条件适当初，极易发生爆炸。以下：6、粉尘爆炸性爆炸下限愈低，发生爆炸危险性就愈大。39/50三、气体除尘除尘是为了预防污染大气，回收有用物质，也是为了满足许多工业生产工艺条件需要。采取静电除尘器：利用高压静电场，由阴极射出高能电子束，使得粉尘带负电荷，并在库仑力作用下，射向阳极表面而放电沉积。40/50一、高分子溶液（亲液溶胶）主要特征12.10高分子化合物溶液渗透压和粘度41/50二、高分子溶液渗透压渗透压公式：-------小分子稀溶液------大分子溶液通常利用渗透压公式来测定高分子化合物平均摩尔质量。以对作图，应得一直线，可由该直线斜率及截距计算高分子化合物平均摩尔质量M。因为大分子溶液非理想性，故应考虑含有维里系数A2、A3渗透压公式。42/50三、唐南平衡前面讨论依数性渗透压公式时，指是非电解质溶液。对于电解质，比如蛋白质NazP水溶液，则：纯水溶剂若右侧不是纯水，而是NaCl电解质水溶液，则：蛋白质水溶液渗透压就要发生改变。怎样改变？则渗透压：43/50因为Na+、Cl-均可透过半透膜，所以，在到达渗透压平衡时，不但半透膜两侧溶液成平衡，电解质也到达平衡。唐南平衡时，蛋白质水溶液渗透压为？44/50依据，当渗透平衡时，膜两侧NaCl化学势相等，可推导出：代入上式，便可计算渗透压值。45/50●

半透膜另一侧加不