胶体化学--溶胶-电渗

合集下载

电渗_电泳_-_环境科学与工程学院解读

实验五电泳电渗二、原理电渗属于胶体的电动现象。

电动现象是指溶胶粒子的运动与电性能之间的关系。

一般包括电泳、电渗、流动电位与沉降电位。

电动现象的实质是由于双电层结构的存在，其紧密层和扩散层中各具有相反的剩余电荷，在外电场或外加压力下，它们发生相对运动。

电渗是指在电场作用下，分散介质通过多孔膜或极细的毛细管而定向移动的现象。

若知道液体介质的粘度，介电常数，电导率，只要测定在电场作用下通过液体介质的电流强度I，和单位时间内液体流过毛细管的流量v，可根据下式求出电势。

操作步骤：（一）具体操作方法1按照实验装置图所示安装电渗仪。

2测定电渗时液体的流量v和电流强度I。

反复测量正、反向电渗时的流量v值各三次，同时记录各次的电流值。

3测定液体的电导率。

（二）注意事项计算SiO2对水的电势时，注意各物理量的单位。

在法定计量单位实行之后，计算公式中不应有4。

（三）提问：固体粉末样品粒度太大，电渗测定的结果重现性差，其原因何在？四、总结（一）数据处理计算各次电渗测定的v/I值，取其平均值，将液体的电导率和v/I的平均值代入上式，可求得SiO2对水的电势。

1．实验目的（1）掌握电泳法测定ζ电势的原理与技术；（2）加深理解电泳是胶体中液相和固相在外电场作用下相对移动而产生的电性现象。

（3）通过电渗法测定SiO2对水的电势，掌握电渗法测定电势的基本原理和技术。

2加深理解电渗是胶体中液相和固相在外电场作用下相对移动而产生的电性现象。

2．实验原理胶体溶液是一个多相体系，分散相胶体和分散介质带有数量相等而符号相反的电荷，因此在相界面上建立了双电层结构。

但在外电场的作用下，胶体中的胶粒和分散介质反向相对移动。

就会产生电位差，此电位差称为ζ电势。

ζ电势和胶体的稳定性有密切关系。

∣ζ∣越大，表明胶体的荷电越多，胶体之间的斥力越大，胶体越稳定。

反之，则不稳定。

当ζ等于零时，胶体的稳定性最差，此时可观察到聚沉的现象。

因此无论制备或破坏胶体，均需要了解所研究胶体的ζ电势。

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。

物理化学胶体10-4

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
个水分子直径大小，因为离子的水化所致)，当固体
如把AgNO3滴入KI溶液中制备AgI溶胶
分散相为(AgI)m的固体颗粒
1.胶核 ——由分子、原子或离子形成的固态颗粒胶核带电原因： ①从周围环境(介质)中选择吸附某种离子；
②胶核表面电离如SiO2溶胶，与水接触生成弱酸H2SiO3,
电离产物HSiO3－、SiO32－部分吸附在SiO2微粒表面，H+ 离子成为反离子； ③晶格取代如粘土(硅酸铝)晶格中的Al3＋被Ca2＋、
胶粒胶团

x

xK

扩散层
把少量KI 滴入AgNO3溶液中
制备AgI溶胶稳定剂AgNO3
AgI
m nAg

x (n x) NO 3

xNO 3
如SiO2溶胶，其胶团结构为
(SiO (iO
2(n x)H 2 ) m nSiO
2 3
2 x
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。

胶体化学(2015.8)要点

概
述
一、分散系统胶体化学是一门独立学科，胶体现象具有自身独特的规律性，在衣、食、住、
所谓分散系统，是一种或几种物质分散在另一种物质中所构成的系统。如牛奶中行等各方面会遇到胶体化学相关问题。在工农业生产中也普遍存在。如云、雾（气
奶油液滴分散在水中，颜料分散在有机液体中形成油漆等。通常把被分散的物质液溶胶）、泡沫（液气溶胶）、高空灰尘（气固溶胶）、牛奶（液液溶胶）等。还有石油钻井中的钻井液，原油开采中的乳化原油、调剖堵水中水凝胶等。称为分散相，起分散作用的物质叫分散介质。
更换溶剂法: 松香乙醇溶液+ 水松香水溶胶化学反应法: FeCl3(稀水溶液)+3H2O → Fe(OH)2溶胶 + HCl
①研磨法
1.分散法
②超声波法
③胶溶法
机
理
超声波分散法示意图 1-石英片；2-电极；3-变压器油 4-盛被分散的液体或固体的试管
离子性固体沉淀在含少量共离子电解质的情况下，有自动地分散成胶体粒子的倾向，此过程称为胶溶作用。此法实际上只是使暂时聚结起来的分散相又重新分散开来。许多新鲜沉淀经反复洗涤，除去过量电解质后再加入稳定剂则又可以制成溶胶。
质点若为为理想刚性球体，则采用沉降天平测试分析方法：
1 2
1 2
1 2
dm1 2t 2 d 2 m dr r dt 2
采用作图法进行相应参数的计算
三. 胶体的电学性质
电泳与电渗
胶粒是带电的，实验发现：在外电场的作用下，固、液两相可发生相对运动(电泳和电渗)；在外力的作用下，迫使固、液两相进行相对移动时，又可产生电势差(流动电势和沉降电势)。这两类相反的过程，皆与电势差的大小及两相的相对移动有关。故称为电动现象，这是溶胶的电学性质

胶体化学溶胶电渗

胶体化学在优化溶胶电渗性能中作用
胶体稳定性控制通过调节电解质种类和浓度、改变溶液pH值等方法，控制胶体的稳定性，从而提高溶胶电渗效率。
多组分体系设计针对复杂多组分体系，利用胶体化学原理设计合理的配方和工艺条件，实现各组分间的协同作用，提高溶胶电渗性能。
粒子大小与形状优化
通过改变制备条件或采用特殊技术，控制胶体粒子的大小和形状，以改善其在电场中的运动性能。
生物传感器
溶胶电渗可用于生物传感器的制造，提高传感器的灵敏度和响应速度，应用于生物分子检测、疾病诊断等领域。
环境科学与工程
01
02
03
水处理
通过溶胶电渗技术，实现水中污染物的快速去除和分离，提高水处理效率和质量。
大气治理
利用溶胶电渗对大气中的颗粒物进行捕集和去除，降低空气污染指数，改善空气质量。
胶体分类
根据分散相和分散介质的不同，胶体可分为溶胶、凝胶、缔合胶体等。
胶体粒子间相互作用
范德华力
胶体粒子间存在范德华力，它是由于粒子间偶极矩的相互作用而产生的吸引
力。
双电层斥力
胶体粒子表面带电，形成双电层结构，当两个粒子靠近时，双电层重叠产生
斥力。
空间位阻效应
胶体粒子表面吸附有高分子化合物时，高分子链在粒子间形成空间位阻，阻
表面电荷调控
利用表面活性剂或聚合物对胶体粒子表面进行修饰，调控其表面电荷密度和分布，从而优化溶胶电渗过程。
05
溶胶电渗技术应用领域举例
微纳米加工技术
微流控芯片
01
利用溶胶电渗技术，在微流控芯片中实现快速、高效的液体驱
动和混合，用于生物分析、化学反应等领域。

胶体化学

胶体化学
13级物理化学李驰
目
第一章胶体简介
录
第二章溶胶的制备和净化第三章溶胶的动力性质第四章溶胶的光学性质第五章溶胶的电学性质第六章溶胶的稳定性和聚沉作用
第一章胶体简介
1.1胶体化学的产生
胶体化学的历史是从1861年开始的，创始人是英国科学家格雷姆（Thomas Graham），首先提出晶体和胶体的概念，如溶胶、凝胶、胶溶、渗析、离浆等。 1903年，德· 席格蒙迪（Zsigmondy）发明了超显微镜，肯定了溶胶的多相性，从而明确了胶体化学是界面华学。 1907年，德· 奥斯特瓦尔德（Ostwald）创办了第一个胶体化学的专门刊物——《胶体化学和工业杂志》，因而许多人把这一年视为胶体化学正式成为独立学科的一年。
第三章溶胶的动力性质
动力性质主要指溶胶中粒子的不规则运动以及由此而产生的扩散、渗透压以及重力场下浓度随高度的分布平衡等性质。布朗运动：溶胶粒子在各个方向上进行着的频繁的无序的运动。
第四章溶胶的光学性质
1.丁达尔效应：光的散射判别溶胶与溶液的最简单的方法 2.乳化现象：雷莱定律：I∝1/r4 AgI乳化：蓝光波长短，易于散射，从侧面看呈蓝色。短波长德光被散射，只剩下长波长的红光，故透射光呈红色。
6.2溶胶的聚沉作用
1.概念：溶胶由于失去聚结稳定性进而失去动力稳定性的整个过程。 2.主要因素：电动电位降低。
3.影响因素：电解质作用、带点符号不同的溶胶的相互聚沉作用、电场作用。
The End
第四章溶胶的光学性质
溶胶的光化学性质是其高度分散性和不均匀性特点的反映。通过光学性质的研究，不仅可以解释溶胶系统的一些光化学现象，而且在观察胶体粒子的运动时，可以研究它们的大小和形状以及应用。

胶体化学核心知识点

1.胶体的定义及分类胶体（Colloid)又称胶状分散体(colloidal dispersion）是一种较均匀混合物，在胶体中含有两种不同状态的物质，一种分散相，另一种连续相。

分散质的一部分是由微小的粒子或液滴所组成，分散质粒子直径在1~100nm之间的分散系是胶体；胶体是一种分散质粒子直径介于粗分散体系和溶液之间的一类分散体系，这是一种高度分散的多相不均匀体系。

按照分散剂状态不同分为：气溶胶——以气体作为分散剂的分散体系。

其分散质可以是液态或固态.（如烟、雾等)液溶胶—-以液体作为分散剂的分散体系.其分散质可以是气态、液态或固态。

（如Fe(OH）3胶体）固溶胶-—以固体作为分散剂的分散体系.其分散质可以是气态、液态或固态。

（如有色玻璃、烟水晶)按分散质的不同可分为：粒子胶体、分子胶体。

如：烟,云，雾是气溶胶，烟水晶，有色玻璃、水晶是固溶胶,蛋白溶液，淀粉溶液是液溶胶；淀粉胶体，蛋白质胶体是分子胶体,土壤是粒子胶体.2.胶体的不同表征方式胶体分散体系分为单分散体系和多分散体系。

单分散系表征可以用分散度、比表面积法（不规则形状包括单参数法，双参数法和多参数法）多分散体系可以用列表法、作图法,如粒子分布图，粒子累计分布图。

用激光粒度分析仪测定.胶体的稳定性一般用zeta电位来表征。

zeta电位为正，则胶粒带正电荷,zeta电位为负，则胶粒带负电荷。

zeta电位绝对值越高,稳定性越好，分散度越好，一般绝对值〉30mV说明分散程度很好。

胶体的流变性表征-黏度。

可用毛细管黏度计，转筒黏度计测定。

3.有两种利用光学性质测定胶体溶液浓度的仪器；比色计和浊度仪，分别说明它们的检测原理比色计它是一种测量材料彩色特征的仪器.比色计主要用途是对所测材料的颜色、色调、色值进行测定及分析.工作原理：仪器自身带有一套从淡色到深色，分为红黄蓝三个颜色系列的标准滤色片.仪器的工作原理是基于颜色相减混合匹配原理。

罗维朋比色计目镜筒的光学系统将光线折射成90°并将观察视场分成可同时观察的左右两个部分,其中一部分是观察样品色的视场；另一部分是观察参比色（即罗维朋色度单位标准滤色片)的视场。

胶体及表面化学知识点整理

第一章胶体的制备和性质一、什么是胶体？1.胶体体系的重要特点之一是具有很大的外表积。

通常规定胶体颗粒的大小为1-100nm 〔直径〕2.胶体是物质以一定分散程度存在的一种特殊状态，而不是一种特殊物质，不是物质的本性。

胶体化学研究对象是溶胶〔也称憎液溶胶〕和高分子溶液〔也称亲液溶胶〕。

气溶胶：云雾，青烟、高空灰尘液溶胶：泡沫，乳状液，金溶胶、墨汁、牙膏固溶胶：泡沫塑料、沸石、冰淇淋，珍珠、水凝胶、红宝石、合金二、溶胶的制备与净化1.溶胶制备的一般条件：〔1〕分散相在介质中的溶解度必须极小〔2〕必须有稳定剂存在2.胶体的制备方法：〔1〕分散法：①研磨法：用机械粉碎的方法将固体磨细〔产品细度1-74μm 〕②胶溶法〔解胶法〕：仅仅是将新鲜的凝聚胶粒重新分散在介质中形成溶胶，并参加适当的稳定剂。

〔目前制备纳米材料和超微细粉的方法〕③超声波分散法：让分散介质动起来。

主要用来制备乳状液〔即分散介质是液体的体系〕。

好处是不与溶液接触。

④电弧法：用于制备金属水溶胶。

金溶胶多用于美容。

（2）凝聚法：①化学凝聚法②物理凝聚法：A 、更换溶剂法〔溶解度是减小的〕：利用物质在不同容剂中的溶解度的显著差异，制备溶胶，而且两种溶剂要能完全互溶。

〔与萃取区别〕B 、蒸汽骤冷法：制备碱金属的苯溶胶。

3.溶胶的净化：简单渗析法，电渗析，超过滤法三．溶胶的运动性质1.扩散：胶粒从高浓度向低浓度迁移的现象，此过程为自发过程根本原因在于存在化学位。

d d d d m cDA t x =-，此为Fick 第一扩散定律，式中dm/dt 表示单位时间通过截面A 扩散的物质数量，D为扩散系数，单位为m 2/s ，D 越大，质点的扩散能力越大。

扩散系数D 与质点在介质中运动时阻力系数f 之间的关系为：A RTD N f=〔A N 为阿伏加德罗常数；R 为气体常数〕假设颗粒为球形，阻力系数f =6r πη〔式中，η为介质的黏度，r 为质点的半径〕故16RT D NA rπη=⨯，此式即为Einstein 第一扩散公式浓度梯度越大，质点扩散越快；就质点而言，半径越小，扩散能力越强，扩散速度越快。

胶体化学

的形状对胶体性质有重要影响。
胶粒的形状
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
§14.5 溶胶的稳定和聚沉
溶胶是热力学不稳定系统，但有些溶胶却能在相当长时间内稳定存在。 1、溶胶的经典稳定理论—DLVO理论胶体带电是其稳定存在的主要原因（1）胶团之间既存在引力势能，也存在斥力势能。
例1：AgNO3 + KI→KNO3 + AgI↓ 过量的 KI 作稳定剂胶团的结构表达式： [(AgI)m n I – (n-x)K+]x– xK+ 胶核胶粒(带负电) 胶团的图示式：胶核胶粒
胶团
胶团(电中性)
例2：AgNO3 + KI → KNO3 + AgI↓
过量的 AgNO3 作稳定剂
溶胶的电动现象体现在以下四个方面：电泳：在外电场作用下，胶体粒子在分散介质中定向移动的现象。
1、溶胶的电动现象电渗：在多孔膜（或毛细管）两端施加一定电压，
液体将通过多孔膜而定向移动。在外电场作用下，胶
体粒子相对静止，分散介质定向移动的现象。流动电势：在外力的作用下，迫使液体通过多孔膜（或毛细管）定向流动，多孔膜两端所产生的电势差沉降电势：分散相粒子在重力场或离心力场的作用
的最简便的方法。
光散射现象当光束通过分散系统时，一部分自由地通过，一部分被吸收、反射或散射。入射光频率与分子的固有频率相同时，吸收入射光波长小于分散粒子尺寸时，反射
入射光波长大于分散粒子尺寸时，散射
散射光的强度可利用瑞利公式进行计算
2、瑞利公式 I=
9π2V 2C
2λ4l 2
2 n2 - n 0 2 ( 2 ) (1 + cos2α)I0 2 n + 2n 0

胶体化学总结

第十二章
胶体化学总结
一、胶体系统的分类胶体系统分散相粒子大小：1nm＜d ＜l000nm（介于真溶液与粗分散相之间）。（1）溶胶：分散相与分散介质间有很大的相界面，很高的界面能，是热力学不稳定系统。（2）高分子溶液（亲液胶体）：高分子是以分子形式溶于介质中的，分散相和分散介质之间没有相界面，是均相的热力学稳定系统。（3）缔合胶体（胶体电解质）：分散相是由表面活性剂缔合形成的胶束。分散相与分散介质之间有很好的亲和性，是均相的热力学稳定系统。胶体系统主要的特征：多相性、高度分散性、热力学的不稳定性。
第十二章五、高分子溶液
1. 高分子溶液的主要特征
胶体化学总结
高分子溶液也叫亲液溶胶，是高度分散、均相的热力学稳定系统。 2. 唐南平衡大分子或大离子不能通过半透膜，而小分子、小离子能自由通过半透膜，为了保持电中性，达渗透平衡时膜两边的电解质浓度不等，这样的平衡称为唐南平衡。在不含大离子的一边加入较多量的中性盐，用测渗透压的方法可以测定大分子的摩尔质量。
Hale Waihona Puke 第十二章四、粗分散系统胶体化学总结
1. 乳状液由两种不互溶或部分互溶的液体所形成的粗分散系统，称为乳状液。乳状液的类型：水包油型（O/W）；油包水型（W/O）。其类型可用染色法、稀释法或导电法鉴别。添加少量的乳化剂能使乳状液比较稳定的原因：乳化剂能在分散相液滴的周围形成坚固的保护膜；降低界面张力；形成扩散双电层。 2. 泡沫气体分散在液体或固体中形成的分散系统称为泡沫。前者为液体泡沫；后者为固体泡沫。若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。
三、溶胶的稳定与聚沉
3. 溶胶的聚沉溶胶中的分散相微粒互相聚结，颗粒变大，进而发生沉淀的现象，称为聚沉。（1）电解质对聚沉的影响少量电解质的存在对溶胶起稳定作用；而过量电解质的加入会使溶胶发生聚沉。使溶胶发生明显聚沉所需电解质的最小浓度，称为该电解质的聚沉值。而聚沉值的倒数称为聚沉能力。电解质对溶胶聚沉能力的大小主要决定于反号离子的价数，反离子价数越高，则聚沉能力越高。（2）高分子化合物对聚沉的影响高分子化合物对溶胶稳定性的影响具有两重性，一种是保护作用；一种是聚沉作用，包括搭桥效应、脱水效应和电中和效应。（3）溶胶的相互聚沉两种电性不同的溶胶混合，可发生相互聚沉作用。

第五章胶体

二、电解质的聚沉作用 1、电解质的聚沉作用电解质对溶胶的稳定性十分敏感，加入少量的盐就会使溶胶聚沉。例如在制豆腐时，豆浆溶胶中加入少量的石膏电解质时即形成凝胶，凝胶压出部分水后即为豆腐。一般情况下加入电解质与溶胶的含量不存在化学计量关系，而是通过对溶胶扩散双电层中离子的压缩作用，使其产生聚沉的。
2、吸附离子作用
这是由于固体表面对电解质正负离子不等量吸附而获得电荷，有些物质在水中不能电解，但是可以在水中吸附H+,OH-或其它离子，从而使粒子带电。如石墨、纤维。胶体粒子的带电现象多数属于这类类型
影响吸附带电的因素 a 、水化离子强的离子往往留在溶液中，水化能力弱的离子则容易被吸附于固体表面，所以固体表面带负电的可能性较比带正电荷的可能性大 b 实验证明，凡是与胶体粒子的组成相同的离子最容易被吸附。例如AgNO3与KBr制备AgBr溶胶时， AgBr AgBr粒子最容易表面吸附Ag＋或Br－离子而对K+, Ag Br K NO3－的吸附就很弱。这是因为AgBr晶体粒子表面上容易吸附继续形成结晶离子的离子。至于 AgBr粒子的带电性质，取决于溶液中Ag＋和 Br－离子的过量情况。这种规律称为Fajans规则。
（4）离子平衡把硝酸银溶液加入到稀的氯化物溶液中，可生成氯化银溶胶：
AgNO3 + NaCl（稀） AgCl + NaNO3
其中AgNO3应过量，否则AgCl沉淀上无反离子吸附。用化学凝聚法制备溶胶时不必外加稳定剂。这是因为胶粒表面选择吸附了具有溶剂化层的离子而带上电荷，因而变得稳定。但溶液中离子的浓度对溶胶的稳定性有直接的影响。如果离子的浓度过大，反而会引起溶胶的聚沉。
第五章胶体的制备、纯化、电学性质第一节胶体的制备一、分散法 1、研磨法

第12章胶体化学2ppt课件

外加电场引起相对运动
电渗
（固相不动，液体移动）
相对运动产生电位差
流动电势
说明：溶胶粒子和分散介质带有不同性质的电荷溶胶粒子为什么带电？溶胶粒子周围的分散介质中，反离子（与胶粒所带电荷符号相反的离子）是如何分布的？电解质是如何影响电动现象的？ ——双电层理论
9
2. 扩散双电层理论
溶胶粒子带电原因： ①离子吸附：固体表面从溶液中有选择性地吸附某种离子而带电。如AgI溶胶：
界面法移动法电泳装置
实验测出在一定时间内界面移动的距离，可求得粒子的电泳速度
Fe(OH)3溶胶粒子带正电
2
电势梯度 100V m1 时溶胶粒子与普通离子的运动速度
粒子的种类
H+ OH－ Na+ K+ Cl－ C3H7COO－ C8H17COO－溶胶粒子
运动速度 v 106 m s1
--
-
-
-
-
-
-
-
-
+ +
+ +
-- -
- ---
扩散层斯特恩层(紧密层)
固体表面斯特恩面滑动面
φo
表面电势φ0 （热力学电势）斯特恩电势φ
电势（滑动面
与溶液本体之间的电位差）
φδ
16
电势的大小，反映了胶粒带电的程度，电势越大，表明：
✓胶粒带电， ✓滑动面与溶液本体之间的电势差 ✓扩散层厚度电解质的影响：溶液中电解质浓度增加时，介质中反离子的浓度加大，将压缩扩散层使其变薄，把更多的反离子挤进滑动面以
斥力势能
引力势能
27
除胶粒带电是溶胶稳定的主要原因外，溶剂化作用和布朗运动也是溶胶稳定的有利因素。所以溶胶稳定的原因： 1)胶粒带电增加胶粒间的排斥作用； 2)溶剂化作用形成弹性水化外壳，增加溶胶聚合的阻力 3)Brown运动使胶粒克服受重力影响而不下沉

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。

胶体化学--溶胶-电渗

上已成為判別溶膠與
分子溶液的最簡便的
方法。可用來觀察溶
膠粒子的運動以及測
溶膠
定大小和形狀。
§3 溶膠的動力性質
• Brown 運動 • 膠粒的擴散 • 沉降平衡 • 高度分佈定律
Brown運動
1827 年植物學家布朗（Brown)用顯微鏡觀察到懸浮在液面上的花粉粉末不斷地作不規則的運動。
後來又發現許多其他物質如煤、化石、金屬等的粉末也都有類似的現象。人們稱微粒的這種運動為布朗運動。
光散射現象
當光束通過分散體系時，一部分自由地通過，一部分被吸收、反射或散射。可見光的波長約在 400~700 nm之間。
（1）當光束通過粗分散體系，由於粒子大於入射光的波長，主要發生反射，使體系呈現混濁。
（2）當光束通過膠體溶液，由於膠粒直徑小於可見光波長，主要發生散射，可以看見乳白色的光柱。
憎液溶膠的特性
（1）特有的分散程度
粒子的大小在10-9~10-7 m之間，因而擴散較慢，不能透過半透膜，滲透壓低但有較強的動力穩定性和乳光現象。
（2）多相不均勻性
具有納米級的粒子是由許多離子或分子聚結而成，結構複雜，有的保持了該難溶鹽的原有晶體結構，而且粒子大小不一，與介質之間有明顯的相介面，比表面很大。
|___胶__粒__（__带 ___负__电__）________________| 胶团（电中性）
膠
K+
團
構
K+
K+
K+
造
K+
I- I- I-
示意
I-
I-
K+
I-
K+
(AgI)m 膠核
I-

8胶体的电学性质

8胶体的电学性质胶体化学胶体与界面化学——轻化工程专业胶体化学3.4胶体的电学性质Electricpropertieofcolloid1.电动现象(1)电泳(electrophorei)在外加电场作用下，胶体粒子在分散介质中定向移动的现象称为电泳(+)(-)胶体化学(2)电渗(electro-omoi)在外加电场作用下，分散介质的定向移动现象称为电渗。

在外加电场作用下，分散相和分散介质的相对移动现象统称为电动现象。

(+)粘土胶体化学2.胶粒的带电特征(1)吸附由于胶粒颗粒度小,具有巨大的表面能,因此有吸附分散介质中的离子,以降低其表面能的趋势。

FajanRule具有与胶粒化学组成相同的离子优先被吸附。

例：AgNO3+KI→AgI+KNO3若AgNO3过量，则AgI胶粒吸附Ag+而带正电若KI过量，则AgI胶粒吸附I-而带负电。

胶体化学(2)电离SiO2溶胶表面水解SiO2+H2O→H2SiO3若溶液显酸性H2SiO3→HSiO2++OHOH-进入溶液，而使胶粒带正电若溶液显碱性H2SiO3→HSiO3++H+H+进入溶液，而使胶粒带负电胶体化学3.胶粒的双电层结构Helmholtz平板电容器理论_+_+_+_+_+_+φ胶体化学Gouy-Chapman扩散双电层模型+++++++++____φζ电势______紧密层扩散层胶体化学Stern扩散双电层模型紧密层(Stern层)+++++++++++------滑移界面(Stern面)---φζ---反号离子溶剂分子扩散层胶体化学扩散双电层模型吸附离子胶粒表面紧密层(离子和溶剂化分子)反号离子扩散层ζ电势：胶粒表面滑移界面处的电势。

胶粒表面热力学电势φ和电动电势(ζ电势)的区别：①发生在不同的部位；②大小不同，一般情况下ζ电势只是热力学电势的一部分，其绝对值小于φ。

胶体化学③φ只取决于被吸附的离子和溶胶中的反号离子的活度,而ζ电势的值还与溶胶中外加电解质有关。

关于胶体化学的几个基本概念

一、概述1．关于胶体化学的几个基本概念(1）相和相界面相是指那些物质的物理性质和化学性质都完全相同的均匀部分。

体系中有两个或两个以上的相，称为多相体。

相与相之间的接触面称为相接面。

(2) 分散相与分散介质在多相分散体系中，被分散的物质叫做分散相。

包围分散相的另一相，称为分散介质。

例如，水基钻井液中，粘土颗粒分散在水中，粘土为分散相，水为分散介质。

(3)分散度和比表面分散度是某一分散程度的量度，通常用分散相颗粒平均直径或长度的倒数来表示。

如果用D表示分散度，用a表示颗粒的平均直径或长度，则分散度可表示为D＝1／a。

比表面是物质分散度的另一种量度，其数值等于全部分散相颗粒的总面积与总质量(或总体积)之比。

如果用S代表总表面积，用V表示总体积，用m表示总质量，则比表面可表示为：＝S／V (m-1) (2-2)S比或 S＝S／m (m-1／kg) (2-3)比物质的颗粒愈小，分散度愈高，比表面愈大，界面能与界面性质就会发生惊人的变化。

所有颗粒分散体系的共性是具有极大的比表(界)面。

按分散度不同，可将分散体系分为细分散体系与粗分散体系。

胶体实际上是细分散体系，其分散相的比表面≥104 m2／kg，其颗粒长度在1 nm～1 μm 之间。

悬浮体则属于粗分散体系，其比表面大致不超过104m2／kg分散相的颗粒直径在1～40／μm之间。

钻井液是复杂的胶体分散体系。

水基钻井液基本上是溶胶和悬浮体的混合物，本书中统称为胶体分散体系。

(4)吸附作用物质在两相界面上自动浓集(界面浓度大于内部浓度)的现象，称为吸附。

被吸附的物质称为吸附质，吸附吸附质的物质称为吸附剂。

按吸附的作用力性质不同，可将吸附分为物理吸附和化学吸附两类。

仅由范德华引力引起的吸附，是物理吸附。

这类吸附一般无选择性，吸附热较小，容易脱附。

若吸附质与吸附剂之间的作用力为化学键力，这类吸附叫化学吸附。

化学吸附具有选择性，吸附热较大，不易脱附。

2．沉降与沉降平衡钻井液中的粘土粒子，在重力场的作用下会沉降。