第八章 胶体化学-new
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浆体的胶体化学原理
吸附水
对于同价离子，半径越小则水化膜越厚。
水化半径大的离子与粘土的吸力小。
对于不同价离子，情况复杂。
高价离子的水化分子数小于低价离子，但高价离子具有更高的表面电荷密度，高价离子与粘土的表面静电力的影响可超过水化膜厚度的影响。
H+>Al3+> Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+>NH+>K+>Na+>Li+
粘土在水介质中充分分散，称为泥浆的胶溶。
继续增加电解质，泥浆内粘土粒子相互聚集粘度增加，称为泥浆的絮凝或泥浆增稠。
聚合阴离子可中和边上的正电荷，或提高面上的负电荷，提高泥浆的胶溶性。
可塑性只发生在某一适宜的含水量范围。
pH值的变化可引起ζ电位的增减或变号，致使氧化物泥浆胶溶或絮凝。
时，ζ电位＝+ 183mV pH=12时，ζ电位＝-70.4mV
AlCl 3+H 2O AlCl 2OH+HCl
AlCl 2OH+H 2O AlCl(OH)2+HCl
胶粒优先吸附AlO2-使胶粒带负电，然后吸附Na+。
第八章胶体化学(粘土——水系统)
第八章胶体化学( 粘土——水系统)教学要求：1. 明确胶体的概念及胶粒的粒径范围。
明确憎液溶胶的主要特征。
2. 明确胶体的光学性质（丁达尔效应）、动力性质（布朗运动、扩散、沉降）。
3. 熟悉溶胶的电学性质（电泳、电渗），理解胶粒带电的原因。
4. 明确扩散双电层理论，能根据胶体制备条件写出胶团的结构式。
5. 掌握憎液溶胶的稳定和聚沉的原因，了解电解质及其他因素对溶胶稳定性的影响。
6. 清楚聚沉值、聚沉能力、价数规则的含义，能判断电解质聚沉能力的大小。
7. 了解粘土胶体结构的带电原因，及影响其阴、阳离子交换能力大小的因素。
8. 明确影响粘土泥浆流动性、稳定性、触变性、可塑性的因素。
教学重点难点：1．明确胶体分散系统的分类、性质及稳定因素，熟悉胶体的基本理论。
2．重点掌握粘土-水系统的胶体的特性，明确其带电原因、电学性质、胶团结构。
明确粘土-水系统的其胶体性质（流动性、稳定性、触变性、可塑性）。
胶体化学部分省略粘土——水系统1粘土的荷电性（1）负电荷：①粘土晶格内离子的同晶置换，硅氧四面体中Si4+被Al3+所转换，或铝氧八面体中三价的铝被二价镁、铁所置换。
蒙脱石：2：1型，二八面，层间水，高岭石：1：1型，二八体，无层间水高岭石中破键,少量同晶置换，③吸附在表面的腐殖质离解而产生。
（2）两性电荷①高岭石在酸性或中性及弱碱性条件下，带正电荷。
②高岭石在强碱性条件下，OH基中H解离，使得边面带负电荷。
2 粘土的离子吸附与交换粘土由于同晶置换，破键和吸附腐殖质的离解使得粘土带负电。
（1）吸附：介质中的阳离子。
H+饱和是纯粘土；Na+饱和是Na粘土；自然界中大量存在是Ca2+。
离子被吸附的难易程度取决于离子的电价及水化半径，电价升高，易被吸附，同价阳离子+>K+>Na+>Li+水化半径越小，越被吸附。
其顺序 H+>Al3+>Ba2+Sr2+>Ca2+>Mg2+NH4（2）离子交换：由于各种阳离子的被吸附能力不同，因而已被吸附在粘土颗粒上的阳离子，就可能被吸附能力更强的离子所置换。
第八章胶体的光学性质
It exp τl
I0
I0 - 入射光强度 l - 试样池的长度 It - 投射光强度 τ - 单位是 m-1
第八章 胶体的光学性质
8.2 光散射测量
瑞利 (Rayleigh) 比 :
Rθ
Iθ r2 I0 (1 cos2
θ)
单位：m-1
θ - 散射角 Iθ - 散射光强
8.3 溶胶的散射
Rg2
sin 2
θ 2
Rg2 - 均方旋转半径
球：
Rg2
3 R2 2
棒：
Rg2
1 12
L2
无规线团：
Rg2
1 6
r2
R - 球半径 L - 棒长
r 2 - 均方末端距
8.4 大分子溶液的光散射
Kc Rθ
1 M
2
A2c
1
16π 2 3λ2
R2 g
(1) Rayleigh 散射
假设： ① 散射质点比光的波长小很多 (质点
),
散射质点看作点散射源;
② 浓度很稀, 粒子之间无相互作用; ③ 质点各向同性, 非导体, 不吸收光。
8.3 溶胶的散射
Rθ9π 2 2 4 n12 n02 n12 2n02
2
N0v2
讨论：
N0v
c ρ
c –质量浓度 g/L ρ - 胶粒浓度
Rθ
9π 2 2λ4
n12 n02 n12 2n02
c v ρ
测v
8.3 溶胶的散射
(2) 散射光的空间分布
I0
I0 - 入射光强度 l - 试样池的长度 It - 投射光强度 τ - 单位是 m-1
第八章 胶体的光学性质
8.2 光散射测量
瑞利 (Rayleigh) 比 :
Rθ
Iθ r2 I0 (1 cos2
θ)
单位：m-1
θ - 散射角 Iθ - 散射光强
8.3 溶胶的散射
Rg2
sin 2
θ 2
Rg2 - 均方旋转半径
球：
Rg2
3 R2 2
棒：
Rg2
1 12
L2
无规线团：
Rg2
1 6
r2
R - 球半径 L - 棒长
r 2 - 均方末端距
8.4 大分子溶液的光散射
Kc Rθ
1 M
2
A2c
1
16π 2 3λ2
R2 g
(1) Rayleigh 散射
假设： ① 散射质点比光的波长小很多 (质点
),
散射质点看作点散射源;
② 浓度很稀, 粒子之间无相互作用; ③ 质点各向同性, 非导体, 不吸收光。
8.3 溶胶的散射
Rθ9π 2 2 4 n12 n02 n12 2n02
2
N0v2
讨论：
N0v
c ρ
c –质量浓度 g/L ρ - 胶粒浓度
Rθ
9π 2 2λ4
n12 n02 n12 2n02
c v ρ
测v
8.3 溶胶的散射
(2) 散射光的空间分布
胶体化学
沉降分析装置示意图
扭力天平 w
t
说明： 1. 散射光总能量与入射光波长的四次方成反比。入 射光波长愈短，散射愈显著。所以可见光中，蓝、 紫色光散射作用强。 日光中，短λ：蓝光，紫光－－侧面可见蓝紫光 长λ的有：红光，黄光－－透过光呈红橙色。
2.分散相与分散介质的折射率相差愈显著，则散射作 用亦愈显著。 对于溶胶，是非均相，n 相差大，就强； 而真溶液（大分子溶液）为均相，就弱。
2.胶体分散体系
分散相粒子的半径在1 nm~100 nm之间的体系。目 测是均匀的，但实际是多相不均匀体系。也有的将1 nm ~ 1000 nm之间的粒子归入胶体范畴。
3.粗分散体系
当分散相粒子大于1000 nm,目测是混浊不均匀体 系，放置后会沉淀或分层，如黄河水。
按分散相和介质聚集状态分类
1. 液溶胶
Brown运动的本质
1905年和1906年爱因斯坦（Einstein)和斯莫鲁 霍夫斯基（Smoluchowski)分别阐述了Brown运动的 本质。
认为Brown运动是分散介质分子以不同大小和不同 方向的力对胶体粒子不断撞击而产生的，由于受到 的力不平衡，所以连续以不同方向、不同速度作不 规则运动。随着粒子增大，撞击的次数增多，而作 用力抵消的可能性亦大。 当半径大于5 m，Brown运动消失。
溶胶
粒子由即为一个大分子，热力学稳定、 可逆体系
胶粒的结构
胶粒的结构比较复杂，先有一定量的难溶物分子
聚结形成胶粒的中心，称为胶核；
然后胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子，形
成紧密吸附层；由于正、负电荷相吸，在紧密层外形
成反号离子的包围圈，从而形成了带与紧密层相同电
荷的胶粒；
胶粒与扩散层中的反号离子，形成一个电中性的胶团。
胶 体
三、双电层理论
Helmhotz平板双电层理论 Gouy-Chapman扩散双电层理论
Stern吸附扩散双电层理论
ζ电势 Zeta potential (动电势)： 在胶体粒子带电的表面与电解质溶液间有一滑动界面， 滑动界面上的电势称ζ电势。
第六节 胶体的稳定性
一、AgI胶团结构
二、溶胶的稳定性和聚沉
3．按分散相和分散介质的聚集状态可分为三类：
液溶胶，分散介质为液体，分散相为气体时形成气液 溶胶，如肥皂泡，灭火泡沫等；分散相为液体时形成 液液溶胶，如牛奶，石油等；分散相为固体时形成固 液溶胶，如泥浆，油漆等。 固溶胶，分散介质为固体。当气体分散在固体中形成 气固溶胶，如泡沫玻璃，泡沫塑料等；当液体分散在 固体中形成液固溶胶，如珍珠；当固体分散在固体中 形成固固溶胶，如有色玻璃，某些合金等。 气溶胶，分散介质为气体。当液体分散在气体中形成 液气溶胶，如云雾，当固体分散在气体中形成固气溶 胶，如烟尘等。气体与气体可无限混溶，不可能有气 气溶胶。
一、电动现象 electrokinetic phenomena 电泳 electrophoresis：液体中悬浮的固体胶粒在电场 中定向移动的现象。 电渗 electrosmosis：胶体粒子不动，液体方向移动。 流动电势streaming potential：电渗的反过程。 沉降电势sedimentation potential:电泳反过程. 二、溶胶粒子表面电荷的来源 电离作用 吸附作用 晶格取代 摩擦带电
（一）溶胶的稳定性 动力稳定性 胶粒带电的稳定作用 溶剂化的稳定作用 （二）溶胶的聚沉 聚沉coagulation：使溶胶分散度降低，分散相颗粒变 大，最后从介质中沉淀析出的现象。 聚沉值coagulation value：一定条件下，使溶胶全部聚 沉所需电解质的最低浓度。
固体表面与界面第八章浆体的胶体化学原理
第七章表面与界面第一节固体的表面一、固体表面的类型：（1）表面：一个物相和它本身蒸气（或真空）接触的分界面,即物体对真空或与本身蒸气接触的面。
如固相与气相、液相与气相的分界面等---如固体表面、液体表面。
（2）相界：一个物相与另一个物相（结构不同）接触的分界面，即结构不同的两块晶体或结构相同而点阵参数不同的两块晶体接合所形成的交界面。
(3) 晶界:不论结构是否相同而取向不同的晶体相互接触的分界面。
注意界面是一个总的名称，即两个独立体系的相交处，它包括了表面、相界和晶界。
二、固体表面的特征：（P107）1、固体表面的特点：固体表面与固体内部的结构和性质是不相同的，原因是（1）固体表面的缺陷要多得多，且复杂得多---有自身的，也有外来的。
（2）现在的材料都是高分散的粉体，其从粉碎时消耗的机械能获得的表面能十分巨大。
从块状粉磨成粉体，其表面能一般都增加上百万倍。
2、固体表面力场（P107两个力）处于内部的质点，受力是均衡的，而处在表面的质点，由于力场不平衡，因此有剩余键力，使表面有吸附作用。
这种固体表面和被吸附质点之间的作用力称为表面力。
分为：1、化学力：固体表面和被吸附质点之间发生了电子转移，形成不饱和价键产生的力。
2、物理力：即范德华力---分子引力，因固体表面形成物理吸附或表面水蒸气凝聚而产生。
又分为三种力：（P107）三、固体（晶体）表面的结构（P108）表面是指晶体与真空（或与本身蒸汽）之间的界面。
由于表面的能量较高，所以液体表面总是力图形成球形表面来降低系统的表面能；而晶体由于质点不能自由流动，只能借助离子极化、变形、重排其结构引起表面处晶格畸变来降低表面能，从而引起表面层与内部结构差异。
其差异体现在微观质点的排列状态（原子尺寸大小范围）和表面几何状态（一般显微结构范围）两个方面。
1、表面微观质点的排列状态（1）．表面对键强分布的影响：表面的存在会影响晶体内部键强的分布。
表面的键强两极分化，最强键、最弱键都分布在表面，总的结果是引起表面的表面能降低。
物理化学 8章表面化学与胶体化学
p大气
在液面处达力平衡
rm
ps= 2σ/r p静压=ρgh
r
cosθ=rm/r
p大气
∵2σ/r =ρgh
pS
h
∴2σcosθ/rm=ρgh
h = 2σcosθ/rmρg rm ↘, ρ↘, h↗
rm：毛细管半径 r：凹液面曲率半径
θ＜90o，h＞0； θ＞90o ，h＜0；rm→∞，h →0
2020/1/31
只有降低熔点，才能使 r,B减小，故有：
Tf（微小）＜ Tf（大块）
2020/1/31
物理化学
▲ 微小固体物质的溶解度大 溶解度：恒T﹑p下，溶质在溶剂中达到溶解
平衡时的（饱和）浓度。 将开尔文公式与亨利定律结合，推导得：
ln c2 2M ( 1 1 ) c1 RT r2 r1
和
ln cr 2M 1 c0 RT r
δW ' ∝ dAs 2ldx
δW ' dAs fdx
——表面张力
f
2l
l
σ
m1
m2
f
2020/1/31
物理化学
表面张力：垂直作用于单位长度相界面上，与表 面平行（平面）或相切（曲面）的收 缩力。
力的方向：与液面相切，与单位线段垂直。 力的类型：表面收缩力。 力的单位量纲：N·m-1 表面层分子受力不均匀 内压力 表面张力 体系的一种强度性质，受到多种因素的影响。
如何表示？
固体表面有过剩的Gibbs自由能吗？它与
液体的有何不同？
2020/1/31
物理化学
§3 弯曲表面的特性
一、弯曲液面下的附加压强
1.液面的曲率
2.弯曲液面的附加压强
《胶体化学》课件
胶体的稳定性
胶体粒子由于其巨大的表面积和表面能而倾向于相互聚集，形成沉淀或絮凝体。 为了维持胶体的稳定性，需要采取措施来降低胶体粒子的相互作用，如加入电 解质或高分子物质。
聚沉
当胶体粒子聚集形成更大的粒子或沉淀时，称为聚沉。聚沉可以通过加入电解 质、加热、搅拌等方法实现。
胶体的电学性质
电泳
在电场作用下，胶体粒子会向电极移动，这一现象称为电泳。电泳是研究胶体电 学性质的重要手段之一。
胶体在交叉学科领域的应用前景
总结词
胶体化学与其它学科的交叉融合将为胶体化 学的发展开辟新的领域。
详细描述
胶体化学与生物学、医学、物理学等学科有 着密切的联系。例如，在生物学中，胶体可 以模拟细胞膜的结构和功能；在医学中，胶 体可以作为药物载体和诊断试剂；在物理学 中，胶体可以用于制备新型的光学、电学和 磁学材料。随着各学科之间的交叉融合，胶
油田污水处理
利用胶体吸附原理，去除 污水中的油、悬浮物等杂 质，实现废水的达标排放。
石油运输与储存
通过控制油品的胶体稳定 性，防止油品在运输和储 存过程中的变质和沉淀。
胶体在食品工业中的应用
食品加工
利用胶体作为增稠剂、稳定剂等，改善食品的口感和质地，提高 食品品质。
食品保鲜
通过控制食品胶体的稳定性，延缓食品变质，延长食品的保质期。
光学显微镜观察
总结词
通过光学显微镜可以观察胶体的形态、粒径大小和分布情况。
详细描述
光学显微镜利用可见光透射或反射胶体粒子，通过观察胶体粒子的形状、大小和分布，可以初步判断胶体的性质。
电学性质的测量
总结词
电学性质的测量是表征胶体的重要手段，可以了解胶体的电导率、电泳行为等。
详细描述
胶体粒子由于其巨大的表面积和表面能而倾向于相互聚集，形成沉淀或絮凝体。 为了维持胶体的稳定性，需要采取措施来降低胶体粒子的相互作用，如加入电 解质或高分子物质。
聚沉
当胶体粒子聚集形成更大的粒子或沉淀时，称为聚沉。聚沉可以通过加入电解 质、加热、搅拌等方法实现。
胶体的电学性质
电泳
在电场作用下，胶体粒子会向电极移动，这一现象称为电泳。电泳是研究胶体电 学性质的重要手段之一。
胶体在交叉学科领域的应用前景
总结词
胶体化学与其它学科的交叉融合将为胶体化 学的发展开辟新的领域。
详细描述
胶体化学与生物学、医学、物理学等学科有 着密切的联系。例如，在生物学中，胶体可 以模拟细胞膜的结构和功能；在医学中，胶 体可以作为药物载体和诊断试剂；在物理学 中，胶体可以用于制备新型的光学、电学和 磁学材料。随着各学科之间的交叉融合，胶
油田污水处理
利用胶体吸附原理，去除 污水中的油、悬浮物等杂 质，实现废水的达标排放。
石油运输与储存
通过控制油品的胶体稳定 性，防止油品在运输和储 存过程中的变质和沉淀。
胶体在食品工业中的应用
食品加工
利用胶体作为增稠剂、稳定剂等，改善食品的口感和质地，提高 食品品质。
食品保鲜
通过控制食品胶体的稳定性，延缓食品变质，延长食品的保质期。
光学显微镜观察
总结词
通过光学显微镜可以观察胶体的形态、粒径大小和分布情况。
详细描述
光学显微镜利用可见光透射或反射胶体粒子，通过观察胶体粒子的形状、大小和分布，可以初步判断胶体的性质。
电学性质的测量
总结词
电学性质的测量是表征胶体的重要手段，可以了解胶体的电导率、电泳行为等。
详细描述
胶体化学
胶体的制备
分散法
凝聚法
机械法 电分散法 超声分散法 胶溶法
化学凝聚法 物理凝聚法
采用物理手段
采用化学手段
胶体化学的应用领域
轻工业：造纸、织物、陶瓷、涂料、黏合剂 等。 油田开发：钻井液中颗粒大小的控制、流变 性、稳定性、絮凝作业、粘土分散雨防塌等。 农业：土壤中的离子交换、土壤团粒、农药 的乳化与分散等。 生物学与医学：生物流变学、血液学、电泳、 渗透与膜、各种凝胶、病毒、蛋白质等。
日用品的生产与使用：洗涤剂、化妆品等。
环境科学：气溶胶、烟雾、水净化、 污水处理等。 分析化学：离子交换、胶束增溶、 浊度、吸附指示剂、脱色等。 材料：水泥、纤维、橡胶等。
海洋科学：稀有元素的吸附提取、 污染油膜的处理。
胶体前沿
碟状胶体：软物质的新兴前沿
微纳米碟状胶体的研究发展近况，侧重于合成、自组装和 它们在软凝聚态物质及材料科学中的角色.
胶体未来发展着重方向
添加剂、助剂以及表面活性剂的多品种开发
涂浮剂的分散稳定 胶体与界面现象的深入研究 与产品外观提高相关的产品在胶体领悟的相关研究
谢谢观看
胶体化学
应化144
胶体的发现
胶体这个名词史由英国科学家 Thomas Graham(1861 年 ) 提出来的。
他用的仪器极为简单，将一块羊皮纸缚在一个玻璃筒上， 筒里装着要试验的溶液，并把筒浸在水中。Graham 用此 种装置研究许多物质的扩散速度，发现有些物质，如糖、 无机盐、尿素等扩散快，很容易自羊皮纸渗析出来；另一 下物质，如明胶、氢氧化铝、硅酸等扩散很慢，不能或很 难透过羊皮纸。前一类物质当溶剂蒸发时易于形成晶体析 出，后一类物质则不能结晶，大多成无定形胶状物质。于 是， Graham 把后一类物质称为胶体（ Colloid ），其 溶液称之为溶胶。胶体源自希腊文的 κολλα（胶）。
基础化学第8章胶体溶液
沉降
非均相、不均匀、相 对稳定、不易沉降
1～ 均相、透明、均匀、 100nm 稳定、不沉降
均相、透明或半透明、 相对稳定＜1nm均相、透明、均匀、 稳定、不沉降
第二节 表面活性剂和乳状液
一 、分散度(比表面s0)
一定体积或一定量物质分散的程度越大, 表面积就越大。物质的分散度用S0来表示:
S0
A V
CH2 CH2
CH2 CH2 CH2
CH2 CH2
CH2 CH2 CH2
非离子型
• 3. 分类 离子型
阳离子型 阴离子型
两性
4.性质：表面吸附；溶液表面上定向排列； 在溶液内部形成缔合胶束---增溶作用
（三）胶束 在溶液内部形成的表面活性剂分子的缔
合体称为胶束。开始形成胶束时表面活性剂的最低浓 度称为临界胶束浓度。
质。
胶体化学: 研究广义的胶体分散系的物理化 学性质的一门科学。
二、均相体系（单相体系）和非均相 体系（多相体系）
1.相：把物理性质和化学性质完全相同的一部 分称为一个相。
2.均相体系（单相体系）：把只有一个相的体 系称为均相体系（单相体系）。
3.非均相体系（多相体系）：含有两个或两个 以上相的体系称为非均相体系（多相体系）。
• 胶束具有不同的形状，不具有表面活性。
三、乳状液和乳化作用
• 1．乳状液：乳状液是由一种(或几种)液体以液珠的 形式分散在另一种不相溶的液体中所形成的多相分 散系。 2.性质：属热力学不稳定系统。系统的表面自由能很 高，倾向于由小液滴→大液滴→分层。
3．乳状液的类型 水包油型：油分散在水中称为水包油型乳状液，用符 号O/W来表示，如牛奶、豆浆等。 油包水型：水分散在油中称为油包水型乳状液，用符号 W/O来表示，如天然原油、芝麻酱等。
非均相、不均匀、相 对稳定、不易沉降
1～ 均相、透明、均匀、 100nm 稳定、不沉降
均相、透明或半透明、 相对稳定＜1nm均相、透明、均匀、 稳定、不沉降
第二节 表面活性剂和乳状液
一 、分散度(比表面s0)
一定体积或一定量物质分散的程度越大, 表面积就越大。物质的分散度用S0来表示:
S0
A V
CH2 CH2
CH2 CH2 CH2
CH2 CH2
CH2 CH2 CH2
非离子型
• 3. 分类 离子型
阳离子型 阴离子型
两性
4.性质：表面吸附；溶液表面上定向排列； 在溶液内部形成缔合胶束---增溶作用
（三）胶束 在溶液内部形成的表面活性剂分子的缔
合体称为胶束。开始形成胶束时表面活性剂的最低浓 度称为临界胶束浓度。
质。
胶体化学: 研究广义的胶体分散系的物理化 学性质的一门科学。
二、均相体系（单相体系）和非均相 体系（多相体系）
1.相：把物理性质和化学性质完全相同的一部 分称为一个相。
2.均相体系（单相体系）：把只有一个相的体 系称为均相体系（单相体系）。
3.非均相体系（多相体系）：含有两个或两个 以上相的体系称为非均相体系（多相体系）。
• 胶束具有不同的形状，不具有表面活性。
三、乳状液和乳化作用
• 1．乳状液：乳状液是由一种(或几种)液体以液珠的 形式分散在另一种不相溶的液体中所形成的多相分 散系。 2.性质：属热力学不稳定系统。系统的表面自由能很 高，倾向于由小液滴→大液滴→分层。
3．乳状液的类型 水包油型：油分散在水中称为水包油型乳状液，用符 号O/W来表示，如牛奶、豆浆等。 油包水型：水分散在油中称为油包水型乳状液，用符号 W/O来表示，如天然原油、芝麻酱等。
第八章 胶体化学
C. 流动电势 含有离子的液体在加 压或重力等外力的作用下， 流经多孔膜或毛细管时会 产生电势差。 这种因流动而产生的电势称 为流动电势。
因为管壁会吸附某种离子，使固体表面带电，电 荷从固体到液体有个分布梯度。 当外力迫使扩散层移动时，流动层与固体表面之间 会产生电势差，当流速很快时，有时会产生电火花。 在用泵输送原油或易燃化工原料时，要使管道接地或 加入油溶性电解质，增加介质电导，防止流动电势可能 引发的事故。
流体力学：牛顿流体理想流体 弹性力学：虎克固体理想固体
dv dy d a c b
a ：牛顿型 b ：塑性型 c ：假塑性型 d ：胀性型
F A
地震液化现象
第二节 溶胶的稳定、制备和破坏
胶体由于具有巨大的表面能，因此是热力学不 稳定体系，但在某些条件下，也能稳定的存在一段 时间。胶体的稳定是相对的、暂时的和有条件的， 而不稳定则是绝对的。 1. 溶胶的稳定性 影响溶胶稳定性的因素 A. 溶胶的动力稳定因素; B. 胶粒带电的稳定作用; C. 溶剂化的稳定作用;
f ∝r
m∝r
3
f 1 = a ∝ 2 m r
把胶体粒子分为前后两半球，简单认为每次分子碰撞冲量相等，冲力正比于左 右碰撞次数之差，该问题等价于抛N次硬币正反面之差的绝对值的平均值。
爱因斯坦认为：溶胶粒子 的 布朗运动与分子运动 类似。如假设粒子是球形 的，运用分子运动论的一 些基本概念和公式，可得 到布朗运动的公式 （Einstein 公式）：
B. 影响电解质聚沉能力的因素： a. 主要取决于与胶粒所带电荷相反的离子（反离子）所带的 电荷数（即价数）。反离子的价数越高，聚沉能力越强。 舒尔策——哈代价数规则 电解质的聚沉值与胶粒的异电性离子的价数的6 次方成反比。
胶体化学
亲液溶胶: 均相，无相界面 高分子溶液， 例如:氨基酸
系统 真溶液 胶体系统 粗分散系统
分散系统的分类及特征(总结)
分散相粒子 直径 d
系统相态
热力学稳定性
实例
d < 1 nm
均相
各种分子、原子、离子溶液
稳定
多相不稳定， 如乙醇水溶液、NaCl 水溶液、
空气等
多相 1<d<1000nm
不稳定
为什么？ 各种溶胶
二 胶体系统的动力学性质
解释胶粒能扩散、渗透以及因重力作用而不聚沉下来的原因。
以后发现，线度小于4000nm的粒子，在分散介质中都 有这种运动。（胶体尺度 1 ~ 1000nm)
这种现象产生的原因是，分 散介质分子处于不断的热运动中， 从四面八方不断的撞击分散相粒 子。对于大小在胶体尺度下的分 散相粒子，粒子受到撞击次数较 小,从各个方向受到的撞击力不能 完全互相抵消,在某一时刻,粒子 从某一方向得到的冲量即可发生 位移。此即布朗运动。
h1 h2
4.沉降速度与粒子半径的关系
阻力F为： F=4/3лr3dg-4/3 лr3dog
= 4/3лr3(d-do)g
根据斯托克斯公式： 4/3лr3(d-do)g=6 лŋru 因此： r=[9 ŋu/2(d-do)g]1/2
r-粒子半径； d-粒子密度； d0-分散介质密度；u-粒子沉降速度； ŋ-介质粘度
溶胶是一个高度分散的非均相系统。分散相粒子 与分散介质间有明显的相界面。实验发现，在外电场 下，固、液两相可发生相对运动；反之，若迫使固、 液两相作相对运动时，又可产生电势差。溶胶的这种 与电势差有关的相对运动称为电动现象，电泳和电渗 都属于电动现象
电动现象说明，溶胶粒子表面带有电荷。而溶胶粒 子带有电荷也正是它能长期稳定存在的原因。
系统 真溶液 胶体系统 粗分散系统
分散系统的分类及特征(总结)
分散相粒子 直径 d
系统相态
热力学稳定性
实例
d < 1 nm
均相
各种分子、原子、离子溶液
稳定
多相不稳定， 如乙醇水溶液、NaCl 水溶液、
空气等
多相 1<d<1000nm
不稳定
为什么？ 各种溶胶
二 胶体系统的动力学性质
解释胶粒能扩散、渗透以及因重力作用而不聚沉下来的原因。
以后发现，线度小于4000nm的粒子，在分散介质中都 有这种运动。（胶体尺度 1 ~ 1000nm)
这种现象产生的原因是，分 散介质分子处于不断的热运动中， 从四面八方不断的撞击分散相粒 子。对于大小在胶体尺度下的分 散相粒子，粒子受到撞击次数较 小,从各个方向受到的撞击力不能 完全互相抵消,在某一时刻,粒子 从某一方向得到的冲量即可发生 位移。此即布朗运动。
h1 h2
4.沉降速度与粒子半径的关系
阻力F为： F=4/3лr3dg-4/3 лr3dog
= 4/3лr3(d-do)g
根据斯托克斯公式： 4/3лr3(d-do)g=6 лŋru 因此： r=[9 ŋu/2(d-do)g]1/2
r-粒子半径； d-粒子密度； d0-分散介质密度；u-粒子沉降速度； ŋ-介质粘度
溶胶是一个高度分散的非均相系统。分散相粒子 与分散介质间有明显的相界面。实验发现，在外电场 下，固、液两相可发生相对运动；反之，若迫使固、 液两相作相对运动时，又可产生电势差。溶胶的这种 与电势差有关的相对运动称为电动现象，电泳和电渗 都属于电动现象
电动现象说明，溶胶粒子表面带有电荷。而溶胶粒 子带有电荷也正是它能长期稳定存在的原因。
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第八章 胶体化学
物理化学电子教案
3.气溶胶 将气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为 固体或液体时，形成气-固或气-液溶胶，但没有 气-气溶胶，因为不同的气体混合后是单相均一 体系，不属于胶体范围. A.气-固溶胶 B.气-液溶胶 如烟，含尘的空气 如雾，云
第八章 胶体化学
物理化学电子教案
按胶体溶液的稳定性分类： 通过对胶体系统稳定性和胶粒结构的研究 通过对胶体系统稳定性和胶粒结构的研究, 人 系统稳定性和胶粒结构的研究 们发现胶体系统包含了性质很不相同的两大类: 们发现胶体系统包含了性质很不相同的两大类 由难溶物分散在介质中所形成的憎液溶胶 憎液溶胶, ① 由难溶物分散在介质中所形成的憎液溶胶 简称溶胶。胶体粒子是由很大数目的分子构成, 分 简称溶胶。胶体粒子是由很大数目的分子构成, 散相与分散介质存在物理界面, 散相与分散介质存在物理界面 为一不均匀的多相 系统。再者分散度高, 有巨大的相界面, 系统。再者分散度高 有巨大的相界面 即有巨大 的表面能, 所以这种系统极易破坏而聚结沉淀, 的表面能 所以这种系统极易破坏而聚结沉淀 聚 结后往往不能复原, 故为热力学上不稳定、 结后往往不能复原 故为热力学上不稳定、不可逆 系统. 系统
胶核
|________________________|
胶核 胶粒 胶团
胶粒（带负电） |________________________________| 胶团（电中性）
第八章 胶体化学
物理化学电子教案
例2：AgNO3 + KI→KNO3 + AgI↓ 过量的 AgNO3 作稳定剂 胶团的结构表达式： 胶团的图示式： [(AgI)m n Ag+ (n-x)NO3–]x+ x NO3–
dm dc = − DA dt dx
积A 和浓度梯度成正比
D 为扩散系数 爱因斯坦曾导出如下公式： 为扩散系数, 爱因斯坦曾导出如下公式：
x2 RT 1 D= = ⋅ 2t L 6πη r
由布朗运动实验值可求得D, 算出粒子半径, 由布朗运动实验值可求得 算出粒子半径 可 4 3 求得胶粒的摩尔质量： 求得胶粒的摩尔质量：M = π r ρ L
胶核
|______________________________| |_______________________________________|
胶核 胶粒 胶团
胶粒（带正电）
胶团（电中性）
第八章 胶体化学
物理化学电子教案
4 胶粒的形状 作为憎液溶胶基本质点的胶粒并非都是球形， 而胶粒的形状对胶体性质有重要影响。 质点为球形的，流动性较好；若为带状的， 则流动性较差，易产生触变现象。
第八章 胶体化学
物理化学电子教案
粒子所受重力: 粒子所受重力
f 重力 4 3 = πr ( ρ 粒 − ρ 介 ) g 3
粒子沉降过程所受介质阻力, 粒子沉降过程所受介质阻力 由流体力学托克 斯定律得： 斯定律得： f 阻力 = 6πη ru — u 为沉降速度 η为粘度系数 为沉降速度, 为粘度系数 为粘度系数. 沉降. 当 f重力= f阻力时, 粒子以均匀速度 u 沉降
第八章 胶体化学
物理化学电子教案
法扬斯法则: 胶核吸附离子是有选择性的，首 先吸附与胶核中相同的某种离子，用同离子效应使 胶核不易溶解。 若无相同离子，则首先吸附水化能力较弱的负 离子，所以自然界中的胶粒大多带负电，如泥浆水、 豆浆等都是负溶胶。
第八章 胶体化学
物理化学电子教案
例1：AgNO3 + KI→KNO3 + AgI↓ 过量的 KI 作稳定剂 胶团的结构表达式 ： 胶团的图示式： [(AgI)m n I – (n-x)K+]x– xK+
第八章 胶体化学
物理化学电子教案
沉降平衡时, 粒子随高度分布律符合下关系: 沉降平衡时 粒子随高度分布律符合下关系
N 1 LV ln ( ρ 粒 − ρ 介 （h1 − h2）g ) = N 2 RT
N1, N2 分别是高度 h1, h2 处粒子的浓度 (数密度 数密度). 数密度 当重力场很大或粒子较大, 当重力场很大或粒子较大 布朗运动不足以克 服沉降作用时, 服沉降作用时 粒子会以一定的速率沉降到容器的 底部. 通过观察粒子沉降速度, 底部 通过观察粒子沉降速度 可求得粒子半径 r.
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胶粒的结构比较复杂， 先有一定量的难溶物分子 聚结形成胶粒的中心，称 为胶核；
胶核 胶粒 胶团
然后胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子，形成紧密 吸附层；由于正、负电荷相吸，在紧密层外形成反号离子的 包围圈，从而形成了带与紧密层相同电荷的胶粒； 胶粒与扩散层中的反号离子，形成一个电中性的胶团。
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按分散相粒子的大小把分散系统分为三类： 按分散相粒子的大小把分散系统分为三类： 分散系统分为三类 分子分散系统 ① 分子分散系统 单相系统(如 溶液); 粒子半径 r < 10-9m; 单相系统 如NaCl溶液 溶液 特征: 能通过滤纸和半透膜, 扩散能力大, 特征 能通过滤纸和半透膜 扩散能力大 超显微镜 下不可见. 下不可见 ② 粗分散系统 多相系统(如乳状液 粒子半径 r > 10-7m;多相系统 如乳状液 特征 多相系统 如乳状液); 特征: 不能通过滤纸和半透膜, 无扩散能力, 不能通过滤纸和半透膜 无扩散能力 普通显微镜下 可见. 可见
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按分散相和介质的聚集状态分类： 1.液溶胶 将液体作为分散介质所形成的溶胶。当分散 相为不同状态时，则形成不同的液溶胶： A.液-固溶胶 B.液-液溶胶 C.液-气溶胶 如油漆，AgI溶胶 如牛奶，石油原油等乳状液 如泡沫
第八章 胶体化学
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2.固溶胶 将固体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为 不同状态时，则形成不同的固溶胶： A.固-固溶胶 B.固-液溶胶 C.固-气溶胶 如有色玻璃，不完全互溶的合金 如珍珠，某些宝石 如泡沫塑料，沸石分子筛
x= RT t ⋅ L 3πη r
r —是粒子半径 是粒子半径 η—是介质粘度 是介质粘度
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2. 扩散 由于布朗运动 溶胶与真溶液一样, 运动, 由于布朗运动 溶胶与真溶液一样 在有浓度 差的情况下有高浓区向低浓区扩散 向低浓区扩散, 差的情况下有高浓区向低浓区扩散 由于胶粒远比 分子大, 表现的不那么显著. 分子大 表现的不那么显著. 单位时间内通过某截面 扩散速度遵守菲克定律: 积的扩散量 质量 与截面 扩散速度遵守菲克定律 积的扩散量(m质量 质量)与截面
第八章 胶体化学
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例如：（1）聚苯乙烯胶乳是球形质点 （2） V2O5 溶胶是带状的质点 （3） Fe(OH)3 溶胶是丝状的质点
第八章 胶体化学
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5
溶胶的制备与净化 溶胶的净化 （1）渗析法 （2）超过滤法
溶胶的制备 （1）分散法(大化小） 1.研磨法 2.胶溶法 3.超声波分散法 4.电弧法 （2）凝聚法（小化大） 1.化学凝聚法 2.物理凝聚法
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分散体系通常有三种分类方法：
•分子分散体系（<10-9 m ) 按分散相粒子的大小分类： •胶体分散体系（10-7~10-9 m) •粗分散体系（>10-7 m)
•液溶胶 按分散相和介质的聚集状态分类： •固溶胶 •气溶胶 •憎液溶胶 按胶体溶液的稳定性分类： •亲液溶胶（大分子溶液）
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物理化学电子教案
胶体分散系统 ③ 胶体分散系统 粒子半径10 粒子半径 -9m<r< 10-7m; 多相系统 [如Fe(OH) 如 溶胶]; 特征: 能通过滤纸但不能通过半透膜, 溶胶 特征 能通过滤纸但不能通过半透膜 稍有扩 散能力, 超显微镜下可分辨. 散能力 超显微镜下可分辨 这种分类法虽反映了不同系统的一些特征, 这种分类法虽反映了不同系统的一些特征 但忽略了其它许多性质的综合, 并非恰当. 但忽略了其它许多性质的综合 并非恰当 如大分 子溶液, 虽然半径落在10 子溶液 虽然半径落在 -7m～10-9m, 但以分子的 ～ 形式分散在介质中. 在性质上, 形式分散在介质中 在性质上 既有胶体的一些性 也有不同于胶体的特殊性. 质, 也有不同于胶体的特殊性
第八章 胶体化学
物理化学电子教案
§ 8.2 溶胶的动力学性质 主要指溶胶中粒子的不规则运动以及由此而产 主要指溶胶中粒子的不规则运动以及由此而产 生的扩散、渗透压以及在重力场中沉降平衡等性质. 生的扩散、渗透压以及在重力场中沉降平衡等性质. 1. 布朗 布朗(Brown)运动 运动 布朗运动: 溶胶中粒子的不规则运动现象. 布朗运动: 溶胶中粒子的不规则运动现象. 运动 产生原因: 布朗运动是介质分子固有热运动的 产生原因: 布朗运动是介质分子固有热运动的 表现—即介质分子对胶粒不断撞击的结果 即介质分子对胶粒不断撞击的结果. 表现 即介质分子对胶粒不断撞击的结果. 布朗运动尽管复杂 无规则,但爱因斯坦据分子 布朗运动尽管复杂、无规则 但爱因斯坦据分子 运动论给出了一定时间内胶粒所移动的平均位移. 运动论给出了一定时间内胶粒所移动的平均位移.
（3）热力学不稳定性
因为粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学不 稳定体系，有自发降低表面自由能的趋势，即小粒子会自 动聚结成大粒子。
第八章 胶体化学
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3 胶粒的结构 形成憎液溶胶的必要条件是： （1）分散相的溶解度要小； （2）还必须有稳定剂存在，否则胶粒易聚结而 聚沉。
第八章 胶体化学
第八章 胶体化学
物理化学电子教案
2
憎液溶胶的特性
（1）特有的分散程度
粒子的大小在10-9~10-7 m之间，因而扩散较慢，不能 透过半透膜，渗透压低但有较强的动力稳定性 和乳光现 象。