物理化学 第12章 胶体化学 学习课件

第十章胶体化学

介观物质世界常见的胶体烟、云、雾、河、湖、池塘、血液、牛奶、豆浆、果冻、米汤、蛋清、胶水、肥皂水、墨水、涂料、土壤、泥水……明矾净水土壤保肥FeCl3溶液应急止血血液透析江河入口处形成三角洲不同种墨水不能混用胶体磁流体治疗癌症基本概念分散系统：把一种或几种物质分散在另一种物质中所构成的系统。分散相：被分散的物质。分散介质：另一种呈连续分布的物质。分散体系分类--真溶液（r<1nm）胶体分散系统(r=1~1000nm)粗分散系统（r>1000nm）按分散相粒子的大小分类亲液溶胶(大分子溶液)注：所谓“胶体”，与“晶体”类似，只是物质存在的一种状态，而不是一种特殊类型的物质。憎液溶胶(溶胶)缔合胶体分散体系分类--按分散相和介质的聚集状态分类分散介质分散相体系实例气液固气溶胶雾烟、尘液气液固液溶胶泡沫、乳状液（牛奶、石油）溶胶、悬浮体固气液固固溶胶浮石、泡沫塑料珍珠、某些宝石合金、有色玻璃胶体分散体系的基本特征（1）特有的分散度

使体系具有特有的动力性质、光学性质等（2）多相不均匀性

胶粒与介质之间存在明显的物理分界面，所以溶胶是一种超微不均匀相（尽管用肉眼看是均匀的）

（3）热力学不稳定性具有巨大的界面，趋于相互聚结成较大颗粒§12.2

~§12.5胶体的性质表面性质：光学性质动力性质电学性质稳定性质流变性质各种性质相互关联。具有巨大表面积；弯曲界面§12.1

溶胶的制备§12.2

溶胶的光学性质1.丁铎尔效应光散射现象粗分散体系：混浊，如牛奶真溶液：澄清透明胶体分散体系：Tyndall效应光散射：分子吸收一定波长的光，其电子产生被迫振动

以次级光源的形式向各个方向发射振动频率

与入射光频率相同的光。丁铎尔效应是由于胶体粒子发生光散射而引起的。入射光与系统不发生作用，光透过；入射光频率=分子固有频率，发生光的吸收；粒子粒径>波长，发生光的反射；粒子粒径<波长，发生光的散射。可见光的波长：400~760nm溶胶粒子直径：1~1000nm

溶胶和真溶液均可发生光散射。真溶液：系统完全均匀，所有散射光相互抵消，观察不到散射光；胶体：系统不均匀散射光不会被相互抵消，可观察到散射光。胶体的丁铎尔效应是其高度分散性和多相不均匀性的反映。胶体有丁铎尔效应而真溶液没有。对于单位体积的被研究体系，散射光的总能量为：I：入射光强度；C：粒子数密度；V：每个粒子的体积；

：入射光的波长；n1：分散相折射率；n2：分散介质折射率；l：观察点与散射中心的距离；

：散射角。2.瑞利(Rayleigh)公式①I

V

2

可用来鉴别小分子真溶液与溶胶系统；

如已知n、n0，可测I求粒子大小V。②I

1/

4

波长越短的光，散射越强。

i)白色入射光通过溶胶溶液后，在侧面看呈兰、紫色，从正面看时则呈红、橙色。ii)天空、海洋呈蔚蓝色。iii)

车辆在雾、雨天行驶时，前灯需用黄色灯。iv)朝霞和晚霞均呈红色。③I

n可以此来区分溶胶系统：分散相与介质有相界面，

n大高分子溶液：均相溶液，

n小④I

C可通过光散射来测定溶胶和粗分散系统的浊度同一种溶胶，仅C不同时，有：如已知C1，可求C2

Brown运动引起的涨落现象导致光散射对于粒子均匀分布的体系，由于

Brown

运动的无规则性，局部范围内粒子的密度发生变动，使局部折射率发生改变而引起光散射。故纯液体或气体也会产生光散射现象。§12.2

溶胶的动力学性质1.布朗运动

布朗运动是分子热运动的必然结果，是胶粒的热运动。爱因斯坦

布朗平均位移公式：溶胶粒子的扩散：溶胶粒子因布朗运动由高“浓度”向低“浓度”的定向迁移的过程。2.扩散菲克第一定律扩散系数（D，m2

s-1）：单位浓度梯度下，单位时间

内通过单位面积的物质的量。

表征物质扩散能力的大小。①计算溶胶粒子半径②

计算溶胶粒子的平均摩尔质量爱因斯坦—斯托克斯方程渗透压：①溶胶渗透压的本质是溶剂小分子的浓差扩散。②由于憎液溶胶不稳定，浓度不能太大，所以测出的渗透压及其它依数性质都很小。例：血液透析沉降：胶体质点在外力场（如重力场、离心力场）中

的定向运动。重力Brown运动沉降扩散3.沉降与沉降平衡电动现象：溶胶粒子的运动与电性能之间的关系。电渗§12.4

溶胶的电学性质1.电动现象电泳1803年，俄国的Peǔcc实验电泳：在外加电场下，胶体粒子在分散介质中定向移动的现象。表明胶粒是带电的。电渗：在外加电场下，胶体粒子不动而液体介质定向流动的现象。表明介质是带电的。因电而动由动生电沉降电势：外力(重力)作用下，带电的胶体粒子定向移动而产生的电势差。流动电势：外力作用下，液体相对于静止的带电胶粒流动而产生的电势差。溶胶粒子和分散介质带有不同性质的电荷。2.扩散双电层理论电动现象(电泳、电渗、流动电势、沉降电势)说明胶体粒子是带电的。例：土壤保肥、盐碱地保肥力差吸附离子作用：胶核优先吸附某种离子使胶粒带电。电离作用：有些溶胶粒子本身就是一个可解离的基团。粒表面的电荷从何而来？溶胶的电学性质—双电层理论平板电容器模型（Helmholtz）扩散双电层模型（Gouy&Chapman）Stern模型（Stern）平板电容器模型胶粒表面电荷与溶液中的反离子构成平行的两层，如同一个平板电容器。胶粒与反离子可分别独立运动。不足：忽略了分子热运动。扩散双电层模型静电力：使反离子趋向表面热运动：使反离子均匀分布

总结果：反离子呈扩散状态

分布不足：

1)没有考虑离子的溶剂化；

2)没有考虑胶粒表面上的固定吸附层Stern模型离子有一定的大小；部分反离子被牢固吸附于固体表面，形成斯特恩层；其余反离子扩散分布在溶液中。固体面Stern面：Stern层中反离子电性中心所形成的假想面滑动面：固液两相发生相对移动时界面热力学电势

0：固体面—溶液本体Stern电势

：Stern面—溶液本体

电势：滑动面—溶液本体三个面三个电势电解质的影响：溶液中电解质浓度增加时，介质中反离子的浓度加大，将压缩扩散层使其变薄，把更多的反离子挤进滑动面以内，使

电势在数值上变小直至为0。

电势的大小，反映了胶粒带电的程度。

=0时，为等电点，胶粒间无静电斥力，溶胶极易聚沉。

0

3.溶胶的胶团结构法扬斯—帕尼思（Fajans—Pancth）规则：胶核优先吸附能与组成固体表面的离子生成难溶物或电离度很小化合物的离子。胶核：由分子、原子或离子形成的固态微粒。例1：AgNO3+

KI→KNO3+AgI↓

IK过量：

胶核胶粒胶团[(AgI)mnI–(n-x)K+]x–xK+例2：AgNO3+

KI→KNO3+AgI↓

AgNO3过量：[(AgI)mnAg+(n-x)NO3–]x+x

NO3–胶核胶粒胶团AgI写胶团结构时，应注意电荷平衡，整个胶团是电中性的。§12.5

溶胶的稳定与聚沉1.溶胶的经典稳定理论

DLVO理论（1）胶团之间既存在着斥力势能，也存在着引力势能。（2）斥力势能占优——稳定引力势能占优——聚沉（3）斥力势能、引力势能均随粒子间距离的变化而变化，

但会出现在某一距离范围内引力势能占优势；而在另

一范围内斥力势能占优势的现象（4）加入电解质时，对引力势能影响不大，但对斥力势能

的影响却十分明显。适当调整电解质的浓度，可以得

到相对稳定的溶胶。聚沉：为降低体系的表面能，胶粒相互聚集而由小变大并从溶液中析出的过程。（热力学不稳定性）沉降：胶粒在重力作用下定向运动的过程。Brown运动：胶粒热运动（动力学稳定性）影响溶胶稳定的因素静电排斥：吸引排斥强烈吸引溶剂化层：胶粒表面因带电而具有溶剂化层，胶粒之

间必须穿过溶剂化层才能相互聚集。溶剂

化层中的溶剂分子倾向于定向排列，因而

具有机械弹性；同时，溶剂化层中的溶剂

分子自由度较小，粘度较高，这也成为胶

粒相互靠近的机械阻力。稳定因素：

Brown运动、静电排斥、溶剂化作用不稳定因素：沉降、聚沉温度升高浓度增大电解质不同胶体体系间的相互作用增加粒子间碰撞，促进聚沉。影响聚沉的条件（1）电解质的聚沉作用：促进聚沉聚沉值:

使一定量的溶胶在一定时间内完全聚沉 所需电解质的最小浓度。聚沉能力:

聚沉值的倒数。聚沉值越小的电解质其聚沉能力越强。

明矾（

KAl(SO4)2

）净水在豆浆里加入盐卤做豆腐FeCl3溶液止血江河入口处形成三角洲电解质对聚沉的影响不同价数反离子的聚沉能力适用于“不相干”（与胶核组成不同）的外加电解质。价数，聚沉值，聚沉能力聚沉值1/Z6，聚沉能力

Z6Schultz-Hardy规则同价数反离子的聚沉能力同价离子聚沉能力的这一次序称为感胶离子序。正离子：r，水化能力，水化层厚，聚沉能力负离子：

r，水化能力，水化层薄，聚沉能力不同胶体体系间相互作用与加入电解质情况不同的是，当两种溶胶的用量恰能使其所带电荷的量相等时，才会完全聚沉，否则会不完全聚沉，甚至不聚沉。带相反电荷的溶胶互相混合产生聚沉现象的原因是：溶胶粒子可看成是一个巨大的离子，所以溶胶的混合类似于加入电解质的一种特殊情况。不同种墨水不能混用（2）高分子化合物的聚沉作用搭桥效应

一个大分子通过吸附，把许多胶粒联结

起来，变成较大的聚集体而聚沉；脱水效应

高分子对水的亲合力强，它的存在，使

胶粒脱水，失去水化外壳而聚沉；

电中和效应

离子型的高分子，吸附到带电粒上，