第9章 胶体体学

按分散相粒 子的大小分：
•胶体分散系统 分散相线度1nm-1000nm
•粗分散系统 分散相线度d>1000nm
§９-１分散系统的分类及其主要特征
各种分散体系的特征： ①分子分散体系(d<1nm)
分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶，没有界面， 是均匀的单相，扩散快、可透过半透膜，长时间放置溶剂和 溶质不会分开，是热力学稳定的系统。通常把这种体系称为 真溶液，如CuSO4溶液。
§9-5-1 电动现象
由于胶粒带电，而溶胶是电中性的，则介质 带与胶粒相反的电荷。电动现象分四类 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。
+ + + + + + +
+
+ + + + + + + +
–
图10-7 电泳
影响电泳的因素有：带电粒子的大小、形状；粒子 表面电荷的数目；介质中电解质的种类、离子强度， pH值和粘度；电泳的温度和外加电压等。
§ 9-4-1 Brown 运动
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。由于 胶粒很小，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,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。
②胶体分散体系（1 nm-1000 nm） 高度分散性，目测是均匀的，但实际是多相不均匀体系。 扩散慢、不能透过半透膜、热力学不稳定系统。 ③粗分散体系（d>1000nm） 目测是混浊不均匀体系，放置后会沉淀或分层，如黄 河水。多相、热力学不稳定系统。
胶体系统通常还可分为三类：
1）溶胶 — 分散相不溶于分散介质，有很大的相界面， 很高的界面能，因此是热力学不稳定系统； 2）高分子溶液— 以分子形式溶于介质，没有相界面，为
胶体系统

平衡
形成浓梯
当扩散力和重力相等时达沉降平衡
§ 9-4-3 沉降与沉降平衡
沉降平衡：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； 当扩散速率等于沉降速率时，体系达到 沉降平衡。
d h h
2
h
1
达沉降平衡时，粒子的浓度随高度不同
有一定的梯度，且这种浓度梯度不随时 间而变。
问题答案
2、为什么危险信号灯用红色？为什么车辆在雾天 行驶时雾灯规定用黄色？ 答：因为红色光波长很长，不容易散射，传得远， 可以让人在很远时看到危险信号。 雾天，如果用白色雾灯，其中一部分短波长的光 被雾滴散射，光线就会变弱。而黄色光波长较长， 不容易散射。所以雾天在高速公路上，必须把后雾 灯打开，黄色的雾灯很远就能看见，可以防止汽车 追尾相撞。
胶体化学是物理化学的一个重要分支。它所研究 的领域是化学、物理学、材料科学、生物化学等诸多 学科的交叉与重叠，它已成为这些学科的重要基础理 论。 胶体化学的理论和技术现在已广泛应用于化工、 石油开采、催化、涂料、造纸、农药、纺织、食品、 化妆品、染料、医药和环境保护等工业部门和技术领 域。
基本概念
问题解答
2、在一个U型管中间，放用AgCl晶体组成的多孔塞,管 中放浓度为 0.001mol.dm-3的 KCl溶液。多孔塞两边放 接直流电源的电极。通电时溶液将向哪一极方向移动? 答：开始通电时，溶液将向负极移动。因为AgCl晶体
优先吸附Cl - 离子，多孔塞带负电，介质带正电，所
以电渗时液体向负极移动。 KCl浓度增加， ζ 电位下 降，电渗速度变慢。当用AgNO3代替KCl，AgCl优先 吸附Ag+离子，介质带负电，电渗方向与刚才相反。
2). 按分散相和介质的聚集状态分：
表 9-1-2 分散系统按聚集状态分类 分散介质 分散相 名称 实例 液 云、雾、喷雾 气 气溶胶 固 烟、粉尘 气 泡沫 肥皂泡沫 液 液 乳状液 牛奶、含水原油 固 液溶胶或悬浮液 金溶胶、油墨、泥浆 气 泡沫塑料 固 液 固溶胶 珍珠、蛋白石 固 有色玻璃、某些合金
丁达尔效应 ：在暗室中，将一束聚集的光线投射到胶 体系统上，在与入射光垂直的方向上，可观察到一个 发亮的光锥，此现象称为丁达尔效应。
光源 透镜 溶胶 丁达尔效应
§ 9-3-1 Tyndall（丁铎尔）效应
可见光的波长约在400--700 nm之间。
光 照 射 到 微 粒 表 面 时
入射光波长 < 分散粒子尺寸——反射
图10-8 电渗
+
–
V
毛细管
气体
逆现象)。
图10-9流动电势
§9-5-1 电动现象
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)。
+ + + + + +++
V
图沉降电势
+ + + + + +++
§9-5-1 电动现象
在外电场作用下，胶粒和介质分别向带相反电荷的电
§9-5 溶胶的电学性质
1、电动现象
2、胶体的带电的原因 3、双电层理论 4、溶胶的胶团结构
问题
1、贮油罐中通常要加入少量有机电解质，否则有
爆炸的危险，这是为什么？为什么输油管要接地？
2 、在一个 U 型管中间，放用 AgCl 晶体组成的多孔
塞,管中放浓度为0.001mol.dm-3的 KCl溶液。多孔塞
布朗运动是分子热运动的必然结果
§ 9-4-2 扩散
在有浓度梯度存在时，因分子的热运动和胶粒的布 朗运动而发生宏观上的定向迁移现象，称为扩散。 粒子扩散的定向推动力是浓度梯度。 例下图： C1>C2。胶粒从C1区向C2区迁移的现象
C A F
C1
C2
D
B
F
§ 9-4-3 沉降与沉降平衡
多相分散系统中的粒子，因受重力作用而下沉 的过程，称为沉降。 沉降与布朗运动所产生的扩散 为一对矛盾的两个方面。 沉降 真溶液 粗分散系统 主 扩散 主 分散相分布 均相 沉于底部
极移动，产生了电泳和电渗的电动现象，因电而动。
胶粒在重力场作用下发生沉降，产生沉降电势；带电
的介质发生流动，产生流动电势。因动而产生电。
以上四种现象都称为电动现象。
故电动现象证明胶体粒子是带电的。
问题解答
1、贮油罐中通常要加入少量有机电解质，否则有爆 炸的危险，这是为什么？为什么输油管要接地？ 答：因为油中常含有小水滴，形成油包水的乳状液， 水滴带有电荷。进入贮油罐后，由于重力的作用， 小水滴下沉，会产生一定的沉降电势，给油罐带来 危险。所以加入一定量的有机电解质，增加油的电 导，减小沉降电势，防止事故的发生。在用泵输送 石油或其它碳氢化合物时，由于压差迫使液体流动， 在扩散层和管道表面会产生电势差，这是流动电势， 在高压下会产生火花。为了防止事故发生，都将这 种管道接地或加入有机电解质。
问题答案
3、为什么在做旋光分析时，光源用的是钠光灯？ 答：因为在蔗糖水解时，主要测定其旋光度的变化， 而不希望有散射因素干扰。钠光灯放出的是单一的、 波长较长的黄色光，不容易发生散射。
§ 9-4溶胶的动力性质
1、Brown 运动 2、扩散
3、沉降与沉降平衡
§ 9-4-1 Brown 运动
1827年,植物学家布朗( Brown)在显微镜下,看到悬浮 在水中的花粉粒子处于不停息的无规则运动状态。 以后发现，线度<4000nm 的粒子，都有这种运动。 （胶体 1 ~ 1000nm) 实验结果表明：粒子 越小，介质粘度越小,温 度的升高, 布朗运动越激 烈。
入射光频率 = 分子固有频率—— 吸收 入射光波长 > 分散粒子尺寸——散射 （可见光波长 400 -760 nm； 胶粒 1-1000nm) 无作用 ——— 透过
§ 9-3-1 Tyndall（丁铎尔）效应
（1）当光束通过粗分散体系，由于粒子大于入射光 的波长，主要发生反射，使体系呈现混浊。 （2）当光束通过胶体溶液，由于胶粒直径小于可见 光波长，主要发生散射，可以看见光柱，溶胶是多相 不均匀体系，在胶粒和介质分子上产生的散射光不能 完全抵消。
§９-１分散系统的分类及其主要特征
粗分散系统 d>1000nm
粗 分 散 系 统
乳状液：液体分散在液体中 高度分散的； 泡沫：气体分散在液体中
多相的；
热力学不稳定
悬浮液：固体分散在液体中
胶体的制备及性质
§ 9-2溶胶的制备与净化
粗分散系统 (d>1000nm)
分子分散系统 (d<1nm)
胶体系统 (1<d<1000nm)
真溶液
均相
稳定
胶体系统 粗分散系统
1<d<1000nm d > 1000nm
多，均， 各种溶胶 不稳定， 稳， 稳 均 如 AgI、Al(OH)3 水溶胶等 多相 不稳定 乳状液、悬浮液、泡沫 如牛奶、豆浆、泥浆等
胶体系统的三个主要特点: 高度分散性、多相性、热力学不稳定性。
§９-１分散系统的分类及其主要特征
§9-5-1 电动现象
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 时带电的固相不动) 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(如毛细管)而产生的 电势叫流动电势(它是电渗的
压力
+++++++++++++++ ––––––––––––––– +++++++++++++++ –––––––––––––––
§９-１分散系统的分类及其主要特征
胶体是一种分散系统
分散系统：一种或几种物质分散在另一种物 质之中所构成的系统；
分 散 相：被分散的物质； 分散介质：另一种连续分布的物质
我们常说的溶液是不是分散系统？ 例：NaCl水溶液
§９-１分散系统的分类及其主要特征
分散系统的分类： •分子分散系统 分散相线度d<1nm
I ：单位体积散射光强度 ； I0 ：入射光强度； ：入射光波长；V ：每个分散相粒子的体积； C ：单位体积中的粒子数； n2 ：分散相的折射率； n1：分散介质的折射率；
θ ：散射角（观察方向与入射方向夹角）； r ： 观测距离（观察者与散射中心的距离）。
§9-3-2 瑞利（Rayleigh） 公式
（3）当光束通过分子溶液，因溶液均匀，散射光因相互 干涉而完全抵消，或散射光太弱，看不见散射光。
§9-3-2 瑞利（Rayleigh） 公式
9π CV I 2 λ4 r 2
2 2
n2 n 2 n2 2n
2
2 1 2 1
2 I 1 cos 0
2Байду номын сангаас
12 -1
均相热力学稳定系统；
3）缔合胶体— 分散相为表面活性剂缔合形成的胶束，分 散相与分散介质间有很好的亲和性，也是均相热力学 稳定系统。
§９-１分散系统的分类及其主要特征
分散系统的分类及特征(总结)
系统 分散相粒子 直径 d d < 1 nm 系统相态 热力学稳定性 实例 各种分子、原子、离子溶液 如乙醇水溶液、 NaCl 水溶液、 空气等
§ 9-3胶体系统的光学性质
1、丁达尔（Tyndall）效应 2 、瑞利(L.W.Rayleigh)公式
问题
1、为什么晴天的天空呈蓝色？为什么日出、日落时 云彩特别红？ 2、为什么危险信号灯用红色？为什么车辆在雾天 行驶时雾灯规定用黄色？ 3、为什么在做旋光分析时，光源用的是钠光灯？
§ 9-3-1 Tyndall（丁达尔）效应
两边放接直流电源的电极。通电时溶液将向哪一极 方向移动?
§9-5-1 电动现象
溶胶是一个高度分散的、多相、具有较高的表面
自由焓的热力学不稳定系统，粒子有自动聚结变大
的趋势，但事实上很多溶胶可以在相当长的时间内 稳定存在而不聚结，有时竟可长达几年甚至几十年。 像法拉第于1858年制成的红色金溶胶，一直保存到 20世纪20年代才沉淀下来。 经研究表明与胶粒带电有直接关系，粒子带电是 溶胶稳定的主要原因。
用丁达尔效应可鉴别真溶液、高分子溶液、和溶胶。
真溶液------无丁达尔效应(V太小)
高分子溶液------丁达尔效应微弱(n和n0相差太小)
粗分散系统----由于<分散相粒子的尺寸,无散射
溶胶----丁达尔效应显著
散色光称为乳光，乳光的 强度又称为浊度。
问题答案
1、为什么晴天的天空呈蓝色？为什么日出、日落时 云彩特别红？ 答：太阳光由七色光组成。空气中有灰层微粒和小水 滴，当阳光照射地球时，其中，波长较短的蓝光、紫 光被微粒散射后的散射光较强，所以，看到的天空呈 蓝色，实际上看到的是这种散射光。而在日出、日落 时，太阳接近地平线，阳光要穿过厚厚的大气层我们 才能看到。阳光中短波长的青色、蓝色、紫色光被大 气层中的微粒散射掉了，我们看到的是散射较弱的红 色、橙色的透射光，所以特别绚丽多彩。