第九章 胶体化学.ppt

1、在第9章中，胶体化学将一种或多种物质分散在其他物质中构成分散体系。 其中，分散的物质称为分散相，另一种物质称为分散媒。 例如云、牛奶、珍珠、9.1分布系统的分类及其主要特征、分布系统：一种或多种物质分散于其他物质而构成的系统。 按分散相粒子的大小分类分类和1 .分子分散系、分散相和分散媒以分子或络离子的形式混溶，无界面，均一单相，分子大小大小在10-9 m以下。 通常将该系统称为CuSO4溶液之类的真溶液。 2 .胶体分散体系，分散相粒子直径为1 nm100 nm的体系。 目视是均匀的，但实际上是多相不均匀系统。 有时也将1 nm 1000 nm之间的粒子纳入胶体范畴。 3 .当分散相粒子超过

2、100 nm时，目视确认为混浊不均匀系，放置后黄河水等沉淀或分层的粗分散系。 在胶体系中，分散相的物质粒子是构成胶体团的核，简称为胶体核。 高度分散的多相性和热力学不稳定性是胶体系统的主要特征，也是产生其他现象的主要依据。 按分散相和介质的凝聚态分类的分类、液溶胶：以液体为分散介质而形成的溶胶。 a .液-固溶胶：涂膜剂、AgI溶胶. b .液-液溶胶：牛奶、石油、原油等的乳浊液。 c .液-气溶胶传播：泡沫、2 .以固溶胶：固体为分散媒形成的溶胶。 a .固-固溶胶着色玻璃，完全不相容的合金. b .固液溶胶珍珠，部分宝石. c .固-气溶胶传播； 以发泡塑料、沸石.3 .气溶胶传播：气体为

3、分散媒的溶胶。 a .气固溶胶烟、含有灰尘的空气. b .气液溶胶雾、云.胶体溶液的稳定性别分类和1 .疏液溶胶：直径在1 nm100 nm之间的难溶性固体粒子分散在液体介质中，有大的相界面，容易下沉，是热力学不稳定的系统。 一旦使介质蒸发，加入介质就不能形成溶胶，是水合氧化铁溶胶、碘化银溶胶等不可逆的系统。 2 .亲液溶胶：半径在胶体颗粒范围内的大分子溶解于适当的溶剂中，使溶剂蒸发后，大分子化合物凝聚，再加入溶剂形成溶胶，亲液溶胶是热力学稳定可逆的系统。 9.2胶体系统的制备，(1)分散法：将粗大的分散质通过机械分散或其他适当方法分散在胶体颗粒大小的范围内。 (2)凝聚法：使真溶液中的微粒(

4、分子、络离子)化学凝聚在胶体的分散范围内。 溶胶的净化，在制造溶胶的过程中，多生成制造Fe(OH)3溶胶时生成的像HCl那样的多才多艺的电解质。 少量的电解质可以作为溶胶的稳定剂，但是如果存在过多的电解质，溶胶会变得不稳定，容易沉降，所以必须去除。 净化的方法主要有透析法和超滤法。 (1)简单透析是，将需要净化的溶胶放入羊皮纸或动物膀胱等半透膜制的容器中，在膜外加入纯溶剂。 溶胶的净化可以通过利用浓度差因素，多才多艺的电解质络离子持续浸透膜外，频繁地交换溶剂，来净化半透膜容器内的溶胶。 如果不断地旋转加入溶胶的半透膜容器，可以加快透析速度。透析、胶体、(淀粉胶体)、(氯化纳金属钍)溶液、溶液、

5、滤液、(淀粉胶体、氯化纳金属钍溶液)、半透膜、透析、胶体颗粒不能透过半透膜，溶质分子能够透过半透膜。 透析：利用半透膜将混在胶体中的络离子或分子从胶体溶液中分离的操作。 半透膜：蛋壳的内膜、肠衣、羊皮纸、牛皮纸、胶棉膜、玻璃纸等。 半透膜细孔尺寸：小于1nm时，胶体和浊液的粒子不能通过，只能通过溶液中的小络离子或分子。 半透膜为过滤膜，通过抽滤或加压的方法，以压差迅速分离胶体颗粒和含有杂质的介质。(2)将半透膜上的胶体颗粒迅速地用含有稳定剂的介质再分散的超滤法。 1 )超滤装置：2 )电超滤：为了加快过滤速度，在半透膜的两侧放置电极，施加一定的电压，并用电透析和超滤，可以降低超滤压力。 9.3

6、胶体系的光学性质，1，Tyndall (凹)效果，凹效果：暗室中，将聚集的光心理投射胶体系，观察到在与入射光垂直的方向发光的光柱，其中微粒子闪烁。 吲达尔现象：用这种方法可以鉴别胶体和溶液，光散射：分子吸收一定波长的光形成电偶极子，从其振动中将与入射光相同振动频率的光向所有方向放射。 迪尔效应是由胶体颗粒的光散射引起的，系统完全均匀：所有的散射光都抵消，看不见散射光，系统不均匀：散射光都抵消，看不见散射光。 基于胶体的狄氏效应是其高度分散性和多相不均匀性的反应。 但是，并不是粒子直径越大越容易产生不丹效应：粒子的粒径成为波长时，在产生光的反射的粒径的波长下，发生光的散射，可见光的波长： 400

7、 760 nm胶体颗粒直径：1 100 nm，在胶体系中不发生光散射，2 .瑞利式、I :散射光I0 :入射光强度； v :一个粒子体积c :每单位体积的粒子数：入射光波长l :的观测距离n :分散相的折光率； n0 :分散媒的折光率散射角(观测方向与入射光形成的角度)，1871年Rayleigh为非导电性，对球形粒子的稀薄溶胶系统，导出了每单位体积的溶胶散射度：由Rayleigh式可知：1) I V 2可以用于小分子真溶液与胶体溶液的区别。 像已知的n，n0一样，可测量的I求粒子尺寸v。 2) I 1/4波长越短，散射越强。 /用白色光照射溶胶，散射光呈蓝色，透射光呈橙色。 3) I n，4

8、) I C可以通过光散射测定溶胶和粗色散系的浊度，同一溶胶在只有c不同的情况下，如果已知C1，就可以求出C2，一般显微镜下看不到胶体颗粒的存在，研究显微镜，特别是电子显微镜的应用，给予溶胶，9.4溶胶的1. Brown运动，1827年，英吉利的植物学家Brown在显微镜下观察到漂浮在水中的花粉粒子处于不停的不规则运动中。 之后发现，线度不足4 m的粒子，在分散媒中显示出这样的动向。 1905年Einstein从整合和分子运动论的观点出发，提出了Einstein-Brown的平均位移公式： (1)，2 .扩散，当存在浓度梯度时，物质粒子由于热运动而发生宏命令的取向迁移。 Fick扩散的第一定律：

9、在一定温度下，由于浓度差，每单位时间向x方向扩散，通过截面积AS的物质的量dn/dt与浓度梯度dc/dx和AS的乘积成比例，比例系数d称为扩散系数。 在d扩散系数单位较浓的步骤中，每单位时间通过单位面积的物质的量。 单位： m2s-1，d可用于测量扩散速度，在扩散方向上，dc在-方程式的右侧带有-。 粒子越小，扩散系数越大，扩散能力越强。 当分散相粒子大小一致时，结合式(1)、(2)，由d、可知，球状胶体颗粒1个质量：1 mol胶体颗粒的摩尔质量：3 .沉降与沉降的平衡，多相分布系统下的粒子沉降与扩散是粒子受到的两个相反的作用。 沉降扩散分散相分布、真溶液均匀粗分布系统均沉积于底部胶体系统形成

10、平衡较浓的台阶，在构成沉降平衡时，颗粒沿高度方向形成浓度梯度(如图所示)，颗粒在底部数密度高，在上部数密度低。上式可用于修正大气压强p与高度h的关系：不考虑温度影响时： p2/p1=C2/C1大气中的分子不需要浮力修正，1-(0/)=1、对微小粒子的沉降平衡、青霉素2 )粒子越重(m越大)，浓度随着h的增加而增加C:粒子数密度0 :介质密度、9.5溶胶的电气性能、溶胶表面电荷的来源： (a )溶胶粒子可以选择性地吸附某些络离子而带电(b )溶胶粒子表面上的某分子原子电离。 实验发现溶胶具有电动现象，表明溶胶表面带电。 例：1) AgI溶胶：溶液中的I过剩时可以吸附I带负电，溶液中的Ag过剩时可

11、以吸附Ag带正电。 2 )蛋白质中的氨基酸分子：在pH值低时，氨基化学基形成NH3，带正电的pH值高时，羧基化学基变为COO，带负电。 1 .电双层理论，常用名词：电双层：质点表面电荷和周围介质中的反离子构成的电层表面电位0 :带电质点表面与液体的电位差：电位：固液两相在相对运动边界处与液体内部的电位差。 缺点：不能解释表面电位o和电位的差异；不能解释电解质对电位的影响；1879年，亥姆霍兹提出了首先在固液两相间界面形成电双层的概念。 (1)亥姆霍兹平板电容模型，1910年，古依和查普曼提出了扩散电双层理论；(2)古依查普曼将电双层模型准确反映了反离子在扩散层中分布的情况和与之相应的电位变化，

12、区分了不同于0。 今天的这些个观点也是正确的。 缺点：1)没有给出电位的具体位置和意义，2 )没有考虑胶体颗粒表面上的固定吸附层，1924年，施特恩提出了扩散电双层模型。 他认为，1 )络离子有一定的大小2 )质点和表面除了静电作用以外，还有范德瓦尔斯作用，因此，可以在表面形成固定吸附层，这一层称为Stern层。 所谓Stern电位是指折动面与溶液主体的电位差，Stern模型：固定层(密层)扩散层，3 ) stern电双层模型中，溶液中的电解质浓度增加时，介质中的反络离子浓度增加，使压缩扩散层变薄，折动地压入更多的反络离子的电位当折动面与溶液主体之间的电位差、扩散层的厚度、=0时，等电点、u=

13、0、溶胶极为容易下沉，斯特恩模型：给出了电位明确的物理意义，说明了溶胶的电现象，说明了电解质浓度对溶胶稳定性的影响的固体与液体接触时，固体会从溶液中选择性地吸收某些络离子胶体颗粒的电双层结构，由于正、负络离子静电吸引和热运动两种效应，溶液中的反离子只有一部分紧密排出到固体表面附近，约1、2距离的络离子厚度称为密层，另一个络离子以一定的浓度梯度扩散到主体溶液中，络离子的分布用玻耳兹曼公式表示，称为扩散层。 电双层由密合层和扩散层构成。 折动面是AB面。 吸附层表面的薄层溶剂(由于络离子溶剂化)、电双层的建构：由于分散相固体表面吸附或解离，所以溶胶络离子带电荷。 在静电吸引力的作用下，反络离子接近

14、核心，在热运动的作用下，反络离子向溶液中扩散，二力作用的结果，最终取得平衡，形成密合层，在密合层和分散层间形成电双层。 (1)阳离子电泳在外部电场的作用下，胶体颗粒在分散媒中进行取向移动的现象称为阳离子电泳。界面法移动法阳离子电泳装置能够实验性地测定一定时间内界面移动的距离，求出粒子的阳离子电泳速度，根据阳离子电泳速度求出胶体颗粒的电位。 2 .溶胶的电动现象，(2)电渗析在外加电场的作用下，分散媒通过多孔质固体(膜)取向移动的现象称为电渗析。 施加电解质对电渗析速度的影响显着，随着电解质浓度的增加，电渗析速度降低，电渗析的方向也变化。 电渗析法有溶胶净化、海水淡化、泥炭与染料的干燥等许多实用

15、化。 (3)由于外力，液体不得不通过多孔质隔板(或毛细管)取向流动，在多孔质隔板两端产生的电位差称为流动电位。 (可以看作是电渗析的逆过程)、V1，V2 :液槽、p :电位差校正、N2 :外置瓦斯气体、N2，E1，E2 :多孔质隔膜m的上下两端附近的电极、(4)使电位沉降、分散相粒子为重力场或离心力(可以看作是阳离子电泳的逆过程)、9.6防液溶胶的凝胶构造，例如AgNO3过剩： AgI溶胶吸附Ag带正电、NO3带反离子、胶体颗粒带电的符号依赖于胶体核上的络离子的符号。 凝胶剖面图：特征：凝胶核：首先吸附过剩的成核络离子，然后吸附反离子2 )凝胶团整体为电中性，凝胶团结构模式图，(AgI)m n

16、 Ag (n-x)NO3-x xNO3，凝胶核，凝胶粒，凝胶团，正电荷凝胶粒，9.7溶胶的经典稳定理论DLVO理论例如法拉第制的红色金溶胶，静置数十年后下沉。 那么为什么能够使溶胶稳定存在呢？ 溶胶下沉的原因是什么？ 1941年杰里亚金和兰道，1948年维韦和橡树分别提出了带电胶体颗粒的稳定理论，简称DLVO理论，在理论上证明了溶胶，1 .溶胶的溶胶粒子间的作用力：总作用势能： E=ER EA，EA曲线的形状由粒子的本性决定，不受电解质影响的ER曲线的形状、位置受电解质浓度的影响很大。 电解质浓度： ER、Emax、溶胶稳定性、电解质浓度对胶体颗粒的势能的影响：溶胶稳定的原因：1)胶体颗粒带电使胶体颗粒间的排斥作用增加；2 )溶剂化作用使弹性水化壳形成，使溶胶聚合的阻力增加；3 ) Brown运动克服了胶体颗粒在重力的影响下不下沉，除了胶体颗粒带电是溶胶稳定的主要原因之外，溶剂化作用和布朗运动也是溶胶稳定的有利因素。 发生溶胶粒子合并、生长、进一步沉淀的现象，称为沉