胶体

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电动电势决定着胶 粒在电场中的运动 速度。
紧密层
0热力学电势差:
固体表面与溶液本体间的电势差
x
双 电 层 的 Stern 模 型
当溶胶相对静止时,整个溶胶体系是电中性的,但 当分散相粒子和液体介质相对运动时,就会产生电位差, 这种电位差叫电动电势。 胶粒是带电的,由于静电引力使反粒子在表面周围,
又由于分子热运动,使反粒子在表面附近呈扩散分布。
离表面近的一层——紧密层(内层),厚度(约几
1869年,发现了Tyndall效应,可区别溶胶及溶液;
1903年,德国科学家Zsigmondy发明了超显微镜, 肯定溶胶的一个根本问题—体系的多相性,从而明确了 胶体化学是界面化学。
1907年,德国化学家Ostwald创办《胶体化学和工
业杂志》—胶体化学正式成为一门独立的学科。 1941年,前苏联的德查金(Derjaguin B V)和朗道 (Landau L D)以及1948年荷兰的维韦(Werwey E J W)和 奥佛比克(Overbeek J T G)胶体稳定性的DLWO理论。从 70年代起,对高分子稳定胶体的研究逐渐成为热点,其中
φ0
+ + + + + + + + + + + +
δ
φ0

+ + + + + + + + + + + + +
-
A B x -
平板双电层模型
扩散双电层模型
质 点 表面+ + + + + + + + + +
Stern平 面
-+ 切 面 动 -+ -+ - -+ -+ -+ Stern层
φ0 φδ

δ 扩 层 散
§10-4
一、电动现象
溶胶的电学性质
——外电场作用下分散相和分散介质发生相对移动的现象 1. 电泳:外电场作用下,带电胶粒在介质中作定向移动 如Fe(OH)3溶胶粒子向负 极(阴极)迁移,说明胶 粒带正电;As2S3胶粒向 阳极移动,胶粒带负电。 电泳实验:证明胶粒带电
2. 电渗:外电场作用下,分散介质通过多孔膜或极 细的毛细管而运动 如图示,充有0.001mol· -3 dm KCl溶液的容器之间用AgCl
性物质或洗去体系中过多的电解质时,能自 动分散变为胶体—胶溶法。 所加入的可溶性物质—胶溶剂 胶溶法一般只适用于新鲜沉淀。
如:Fe(OH)3(新鲜沉淀) 3. 凝聚法 化学凝聚法: 如AgNO3稀溶液滴入KBr溶液中可制AgBr溶胶; FeCl3(稀溶液)滴入沸水中可制得Fe(OH)3溶胶。
Fe(OH)3(溶胶)
3. 瑞利(Rayleigh)散射定律
——散光强度与哪些因素有关? 散光强度
9 CV I 4 2 2 l
2
2
2 n n0 2 n 2 2n0 2
(1 cos2 ) I 0
2
l——观察者与散射中心的距离
——入射光波长
C——单位体积中粒子数
V——每个粒子体积
I C
C , I (C单位体积中的粒子数)
I1 C1 保持其它条件不变,则: I 2 C2
——浊度计原理,测溶胶的浓度

I (n n )
2 1
2 2 2
溶胶和大分子溶液的分散相粒子大小相近,但 溶胶的
(n n ) , I
2 1 2 2
大分子溶液由于溶剂化程度高,分散相和介 质粘联在一起,折射率相差不大, Tyndall 效应弱。
规则运动。

高分散体系的布朗运动较粗分散体系更强烈
②重要意义:证明了分子的存在及分子运动学说的可
靠性。依据是由实验测得的Avogadro常数与分子运动 论学说推导结果一致。
RTt 1/ 2 x ( ) 3Lr
2. 扩散和渗透压 溶胶和溶液一样具有热运动,当体系中存在化学 势梯度时,有扩散作用和渗透压。实验中可观测到胶 粒是从高浓度区→低浓度区迁移——扩散
N2 1 4 3 exp r ( 粒子 介质 ) gL( x2 x1 ) N1 RT 3
高度分布公式
m gh Ph P0 exp RT
说明:Brown运动、扩散和沉降都是分散体系的主要 动力性质,由于胶粒的Brown运动,使其不易沉降, 具有动力学稳定性。 二、光学性质 1. 丁达尔(Tyndall)效应 实验表明:各种分散体系都具 有丁达尔效应,但溶胶体系的 丁达尔效应最显著,故此效应 是区别溶胶、真溶液和悬浮体 最简单而灵敏的方法。
B
透 析液 血液 透 析液 血液
A
所用半透膜:铜氨膜、醋酸纤维素膜等 有时为加快速度,还可加电场做电渗析。接通电 源,溶胶中的正负离子分别向带异电的电极移动,可 较快除去溶胶中过多的电解质。
水 水
+
Pt
半 透 膜
溶 胶
水 水
Pt
活塞
电滲析示意图
超滤:用半透膜或素瓷坯等制成滤板,利用压力差迫
使溶胶的分散介质流过,过滤得到的溶胶再迅
分散物质的相互摩擦和碰撞将物质磨细。
如把硫磺、水和表面活性剂混匀,在胶
体磨上研磨,再加入少量大分子防沉剂,可
制得稳定性良好的的硫水胶体。这种农药可 防治农作物的红蜘蛛等螨类害虫。
超声波分散:用超声波发生器,产生高频机械波使物质
分散,是实验室常用的制备胶体的方法,
此法被广泛用来制备乳状液。
胶溶法(解胶法):许多不溶性沉淀,当加入少量某种可溶
多孔塞相连,细孔道充满
AgCl,多孔塞两边接直流电, 则溶液向阴极迁移。 电泳现象是胶粒带电的证明,电渗是分散介质带电 的证明。固体表面因电离或吸附而带电,溶液中有反号
粒子,在电场作用下,反号粒子带着水合水定向移动。
3.
反电渗——流动电势 外力作用下,使液体在毛细管中流经多孔膜 时,在膜两边产生电势差称为流动电势
速分散到新的分散介质中去,得到纯净的溶胶。 目前,滲析及超滤技术还广泛应用于水处理(咸 水淡化、污水处理及水的纯化等)、生物化学(测定电
白质分子的大小等) 、制药(除去重要中的淀粉、多聚
糖等)等方面。
§10-3
一、动力性质
溶胶的动力性质和光学性质
1. 布朗(Brown)运动 ——悬浮在液体或气体中的微粒的无规则运动 ① 实质:分散相粒子的热运动。与一般分子、离子 的热运动无本质区别,只是粒子重量不同,运动速 度不同。 若粒子直径较大,各向受力均匀无布朗运动或 很弱;若粒子较小,各向受力不均匀,使粒子做无
个水分子直径大小,因为离子的水化所致),当固体
(胶粒)移动时,紧密层随固体一起移动。 外层——扩 散层,紧密层与扩散层的界面叫切动面(滑动面)。
滑动面
+ + + + + + + + + + + + +
-
A B
扩散层
电动电势:
滑动面与溶液本体
间的电势差。电动 电势的数值可由电
φ0
x

泳或电渗实验确定,
n、n0——分别为分散相、分散介质的折射率
公式表明:

I
1

4
, I
∴ 太阳光散光呈淡蓝色,透过光呈橙红色
大气密度的涨落即数密度v 的变化引起太阳 光的散射,白天天气晴朗看到兰色散光,而晚
霞出现时看到的是红色的透过光。

I V
2
V , I
小分子真溶液V小,另外分散相和分散介
质的折射率相差不大,I小, Tyndall效应弱 粗分散体系主要是反射光看上去混浊 ③
3.粗分散体系
分散相粒子线度: >10-7m
如:牛奶、豆浆 透不过半透膜,用普通显微镜可看到
(二) 按分散相与分散介质的聚集状态分类 分散介质 分散相 气 液 液 固 气 固 液 固 名称 泡沫 乳状液 实例 肥皂泡沫 牛奶、含水原油
液溶胶 悬浮体 泥浆、油墨 固态泡沫 固态乳状液 固态悬浮体 泡沫塑料 珍珠、黑磷(P-Hg) 合金
第十章
胶体分散体系
胶体是一种微多相体系,由分散相和分散介质组成,
分散相可以是气体、液体或固体。通常将分散相粒子线
度介于10-9m—10-7m间的多相体系称为胶体分散体系。
发展简史: 胶体科学的形成,早期可追朔到陶瓷制造、造纸 以及豆腐、墨汁、颜料等生活文化的制作。
1809年,俄国化学家Peйcc发现土粒的电泳现象;
分散相 ——被分散的物质,一般都是不连续的 分散介质 ——分散其他物质的物质,一般都是连续的 如油在水中的分散
油滴
二、分散体系分类
(一)按分散相的线度大小分类
1. 分子分散体系 分散相粒子线度:<10-9 m 如:混合气体,真溶液
电子显微镜看不见,能透过半透膜 2.胶体分散体系(固-液溶胶,憎液溶胶) 分散相粒子线度:10-9~10-7m 如:溶胶,大分子溶液 电子显微镜能看见,不能透过半透膜
1829年,英国植物学家Brown观察到花粉的布朗运动;
1856年, Faraday首次由氯化金水溶液还原制得红宝 石色的金溶胶; 1861年,英国科学家Thomas Graham(胶体化学的 创始人)系统研究多种物质的扩散过程,首先提出了胶体
的概念。他发现如蛋白、阿拉伯树胶、明胶等不能通过
半透膜;用滲析方法制备出普鲁士蓝水溶胶;
以斯喀金(Scheutjens J M)和费里(Fleer G J)以
及德让(de Gennes P G)等的统计力学理论引人注目, 但有待继续完善。 近年来,随着实验测试手段的不断提高,如超离 心机、光散射、X射线、多种电子显微镜、红外线以及
多种能谱等的应用,使得胶体和表面化学在微观方面
的研究发展很快。 广泛应用: 胶体化学是一门应用极为广泛的边缘学科。其应用 范围遍及生命现象(血液、各种凝胶、细胞膜)、材料(泡
加FeCl 3
物理凝聚法:
如汞蒸汽通入冷水中——汞溶胶;
再如硫磺—乙醇溶液逐滴加入水中——硫磺水溶胶。
二、净化 渗析法(常用): 利用半透膜将溶胶与纯分散介质分开,由于膜内外 电解质浓度差使溶胶中电解质及其它小分子向介质中迁 移而达到净化的目的。 如人工肾 —部分替代肾病患者排 泄功能的体外血液渗析设备, 通过渗析可除去血液中的代 谢废物如尿素、尿酸等
扩散:在有浓度梯度存在时,物质粒子因热运动而发生 宏观上的定向迁移现象
原因:粒子热运动 扩散与布朗运动的异同点: 相同点:粒子热运动 不同点:布朗运动 无规则 任何时刻都存在 扩散 定向运动 有浓度梯度时存在
3. 沉降和沉降平衡

粒子


介质
胶粒沉降
沉降:体系中粒子受重力作用而下沉的过程 沉降力等于扩散力(布朗运动)时,达到沉降平衡 胶粒沿高度有一定分布,类似于大气分布
丁达尔效应本质:分散粒子对光的散射作用
条件:入射光波长>粒子半径
2. 分散体系对光的作用
光通过分散体系时产生三种效应:
①粒子半径>光波的波长 如乳状液,悬浮液
粒子半径<光波的波长 光波绕过粒子向各个方向散射(不变),
散射出来的光称散光或乳光。
体系中每个粒子就像一个点光源,从侧面可以看到 散射光。胶粒大小:1~100nm,可见光=400~700nm, 故胶粒能散射可见光。
§10-2
一、制备
溶胶的制备和净化
在稳定剂的存在下,使分散相分散或凝聚成 10-6~10-9m的颗粒。
粗分散体系
分散
胶体体系
凝聚
分子分散体系
>1000nm
1000~1nm
<1nm
1. 溶胶制备的一般条件
a.分散相在介质中溶解度极小 b.有稳定剂存在 2.分散法 机械分散:设备为球磨机或胶体磨,利用刚性材料与待
反电泳——沉降电势
将分散相粒子在分散介质中迅速沉降,在液 体的表面层与底层之间产生的电势差称为沉降电 势。 电动现象关系:
电泳
外电场引 起运动 电渗 二、 扩散双电层理论
质点移动, 介质静止
反电泳
运动产生 电势差 反电渗
质点静止, 液体移动
电动现象表明:胶体分散体系中,分散相粒子和分 散介质带有数量相等而符号相反的电荷,因此在异相界 面上建立了双电层结构。
分散介质

分散相
液 固
名 称
气溶胶
实 例
雾 烟、尘
真正的胶体体系是指S/L溶胶,它具有胶体的典型
性质。大分子溶液、粗分散体系具有和胶体相似的性
质,也归于胶体化学研究的范畴。
三、 胶体体系基本性质 高分散、多相、热力学不稳定性是胶体体系的 三个基本性质,也是产生其它现象的依据,如由于 高分散使其具有光学和动力学性质,由于多相而具 有聚结不稳定性。
沫塑料、水泥、陶瓷、橡胶) 、食品(牛奶、慢头、面包
各种饮料中香料的乳化、乳制品、冰激凌)、能源(稠油
乳化开采、乳化及破乳、油品的降粘降凝输送等)、环境
(烟雾、水净化、污水处理、除尘)、日用品(洗涤剂、化
妆品)等各领域。
§10-1
一、分散体系
胶体的基本性质
——一种或几种物质在另一种物质中分散所构成的体系
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