胶体分散系统与粗分散系统研究.ppt

1、第十章 胶体分散系统与粗分散系统,10.1 胶体分散系统与粗分散系统概述 10.2 胶体系统的制备 10.3 胶体系统的动力性质 10.4 胶体系统的光学性质 10.5 溶胶系统的电学性质 10.6 溶胶的稳定与聚沉 10.7 高分子溶液 10.8 粗分散系统,胶体分散系统与粗分散系统概述统,.分散系统及其分类,(1)分散系统的定义 一种或几种物质分散在另一种物质中所构成的系统叫分散系统。 被分散的物质叫分散质或分散相，起分散作用的物质叫分散介质。,(3)胶体分散系统及粗分散系统,.溶胶的性质,(1)溶胶的主要特征是： 高度分散的（分散相在1nm1000nm）、微不均匀的（多相的）、热力学不稳

2、定系统。,(2)溶胶的性质,溶胶的光学性质 由于溶胶的光学不均匀性，当一束波长大于溶胶分散相粒子尺寸的入射光照射到溶胶系统，可发生散射现象丁达尔(Tyndall)现象。,丁达尔现象的实质是溶胶对光的散射作用(散射是指除入射光方向外，四面八方都能看到发光的现象)，它是溶胶的重要性质之一，如图1所示。,散射光的强度可用瑞利(Rayleigh)公式表示：,式中，I0为入射光强度，0为入射光波长，n为体积粒子数，v为粒子体积，n2、n0为折射率，l为观察者至散射中心的距离，为散射角。 上式表明，散射光强度与4成反比，且 差值愈大，则I愈强，此外与粒子的体积平方v及体积粒子数均成正比。,用丁达尔效应可鉴

3、别小分子溶液、大分子溶液和溶胶。小分子溶液无丁达尔效应，大分子溶液丁达尔效应微弱，而溶胶丁达尔效应强烈。,溶胶的动力性质 由于溶胶中体积粒子数梯度的存在引起的粒子从体积粒子数高区域向低区域的定向迁移现象叫扩散。,溶胶中的分散相粒子的扩散遵守费克定律。,溶胶中分散相粒子的扩散作用是由布朗(Brown)运动引起的。溶胶中的分散相粒子由于受到来自四面八方的做热运动的分散介质的撞击而引起的无规则的运动叫布朗运动。布朗运动及其引起的扩散作用是溶胶的重要动力性质之一，如图2所示。,分散相粒子本身的重力使粒子沉降；而介质的粘度及布朗运动引起的扩散作用阻止粒子下沉；两种作用相当时达到平衡，称之为沉降平衡。,溶

4、胶中的分散相由于受自身的重力作用而下沉的过程称为沉降。,溶胶的流变性质 流变性质是指物质(液体或固体)在外力作用下流动与变形的性质。,符合该式的流体叫牛顿流体。许多大分子溶液及溶胶常为非牛顿流体。,对刚性的球形质点构成的稀溶胶，其粘度可由下式计算： （2.5） 式中, 为粒子的体积总和与溶胶系统总体积之比, 为介质粘度。,该式称为爱因斯坦(Einstein)公式。,溶胶的电学性质,(i)带电界面的双电层结构 大多数固体物质与极性介质接触后，在界面上会带电,从而形成双电层。,关于双电层结构，按照斯特恩(Stern)模型，表示为图(a)。 若固体表面带正电荷，则双电层的溶液一侧由两层组成，第一层为

5、吸附在固体表面的水化反离子层(与固体表面所带电荷相反)，称为斯特恩层(stern)，因水化反离子与固体表面紧密靠近，又称为紧密层；第二层为扩散层。由固体表面至溶液本体间的电势差e叫热力学电势；由斯特恩面至溶液本体间的电势差叫斯特恩电势；而由滑动面至溶液本体间的电势差叫电势，亦叫动电电势。,(iii)电动现象 由于胶粒是带电的，所以在电场作用下，或在外加压力、自身重力下流动、沉降时产生电动现象,表现出溶胶的电学性质。,电泳在外加电场作用下，带电的分散相粒子在分散介质中向相反符号电极移动的现象，如图5;,电渗在外加电场作用下，分散介质(由过剩反离子所携带)通过多孔膜或极细的毛细管移动的现象（此时带

6、电的固相不动），如图6所示。,流动电势在外加压力下，迫使液体流经相对静止的固体表面(如多孔膜)而产生的电势叫流动电势(它是电渗的逆现象)，如图7所示。,沉降电势由于固体粒子或液滴在分散介质中沉降使流体的表面层与底层之间产生的电势差叫沉降电势(它是电泳的逆现象)，如图8所示。,3溶胶的稳定性,(1)溶胶的动力稳定性 由于溶胶中分散相粒子的布朗运动在分散介质中不停地做无序迁移而能在一段时间内保持溶胶稳定存在称为溶胶的动力稳定性。,(2)溶胶的稳定理论DLVO理论,理论要点如下： 在胶粒之间，存在着两种相反作用力所产生的势能。一是由扩散双电层相互重叠时而产生的斥力势能U；另一是由分子间存在的远程vd

7、力（1/x2）或1/x）而产生的吸力势能UA。此两种势能之和UUUA即系统的总势能，U的变化决定着系统的稳定性。U，UA均是胶粒之间的距离x的函数，如图9所示。,4电解质及高聚物分子对溶胶聚沉的影响,(1)电解质对溶胶聚沉的影响 少量电解质的存在对溶胶起稳定作用；过量电解质的存在对溶胶起破坏作用(聚沉)。 使一定量溶胶在一定时间内完全聚沉所需最小电解质的物质的量浓度，称为电解质对溶胶的聚沉值。,反离子对溶胶的聚沉起主要作用，聚沉值与反离子价数有关： 聚沉值比例 ， 即聚沉值与反离子价数的 6次方成反比。这叫舒尔采(Schulze)-哈迪(Hardy)规则。,离子起聚沉作用的机理是： (i)反离

8、子价数愈高，则扩散层的厚度愈薄，降低扩散层重叠时产生的斥力越显著 (ii)反离子浓度愈高，则进入Stern层的反离子愈多，从而降低了，而电势，即降低扩散层重叠时的斥力,同号离子对聚沉亦有影响，这是由于同号离子与胶粒的强烈的vd力而吸附，从而改变了胶粒的表面性能，降低了反离子的聚沉能力。,(2)高聚物分子对聚沉的影响 在溶胶中加入适量高聚物分子可使溶胶稳定(见空间稳定理论及空缺稳定理论)，但也可使溶胶聚沉。,其聚沉作用如下： (i)搭桥效应高聚物分子通过“搭桥”把胶粒拉扯在一起，引起聚沉； (ii)脱水效应高聚物分子由于亲水，其水化作用较胶粒水化作用强(胶粒憎水)，从而高聚物的加入夺去胶粒的水化

9、外壳的保护作用。 (iii)电中和效应离子型高聚物加入后吸附在带电的胶粒上而中和了胶粒的表面电荷。,5 胶束溶液及增溶作用,（1）胶束溶液的特征 少量表面活性剂在水中可在表面定向排列形成单分子表面膜，继续溶解则在体相中形成胶束，胶束可以是球状、层状和棒状。胶束溶液是均相的热力学稳定系统。胶束溶液属于胶体分散系统。,（2）胶束的增溶作用 通过胶束容纳有机物使之在水中溶解度增加的现象称增溶作用。,(1)大分子溶液的主要特征 大分子溶液也叫亲液胶体，其主要特征是：高度分散的(分散质即大分子的线尺寸在1nm1000nm之间)、均相的、热力学稳定系统。,(2)大分子溶液的渗透压 小分子稀溶液产生的渗透压

10、=cBRT，由于大分子溶液的非理想性，它所产生的渗透压可表示为：,(3)膜平衡与唐南效应 以大分子电解质Na2P(蛋白质钠盐)为例，说明膜平衡与唐南（Donnan）效应。,6大分子溶液的性质,今将Na2P的水溶液及NaCl的水溶液分别置于膜的两侧（见图10）。图中的b及b分别为开始时，左右两侧Na+离子的浓度。bx为a或l从半透膜右侧渗透到左侧的质量摩尔浓度。,唐南效应影响利用渗透压法测定大分子的摩尔质量的准确性，必须设法消除。,(4)盐析作用和胶凝作用,溶胶(憎液胶体)对电解质的存在是十分敏感的，而大分子溶液(亲液胶体)对电解质却不敏感，直到加入大量的电解质，才能使大分子溶液产生聚沉现象，我们称之盐析作用。这是由于所加大量电解质对大分子的去水化作用而引起的。,大分子溶液在一定外界条件下可以转变为凝胶称为胶凝作用。,7粗分散系统,(1)乳状液 一种或几种液体以液珠形式分散于另一种与其不互溶(或部分互溶)液体中所形成的分散系统称之为乳状液。 乳状液分为油包水型以符号W/O表示，水包油型以符号O/W表示，如图11所示。,图11 乳状液类型示意图,(a)水包油型(O/W),(b) 油包水型(W / O),(2)泡沫 气体分散在液体或固体中所形成的分散系统称之为泡沫。前者为液体泡沫；后者为固体泡沫。 要得到比较稳定的液体泡沫，必须加入起泡剂，起泡剂一般为表面活性剂物质。,人有了知识