第八章完整溶胶ppt课件

(3) 将浓度2 g dm 3转换为体积摩尔浓度，
nW
W
c
V VM V 4πr3L
32
0.018
14π1.3 (10 9)31.3 9 130 6.02 13 203 3
mol
m-3
=cRT=0.018708.314298.16=46.34 Pa
三. 重力沉降与沉降平衡
溶胶粒子在外力场定向移动称沉降
FeO+ +H2O
结构式：[( Fe (OH)3 )mn FeO+ (n-x) Cl– ] xCl–
液态空气 钠
苯
苯
接受管
二．凝聚法
1. 物理凝聚法 2. 化学凝聚法
凡能有沉淀析出的化学反应都可能用来制备相应溶胶
如水解反应制备Fe (OH)3溶胶 FeCl3 +3H2O Fe (OH)3 + 3HCl
二．凝聚法
1. 物理凝聚法 2. 化学凝聚法 3. 改变溶剂法
使溶解度骤变，如 松香在乙醇中：溶 水中：不溶
电磁场 作用
二次光源
散射是溶胶特有的现象
光线
二．光散射定律 Reyleigh公式
I2434V2nn12122nn22222I0
I 散射光强度 粒子浓度(粒子数/体积)
I0 入射光强度 V 单个粒子体积
波长
n1，n2 粒子，介质折光率
二．光散射定律 Reyleigh公式
I2434V2nn12122nn22222I0
四. 光学方法测定粒子大小
1. 超显微镜法 普通显微镜：明视野，分辩率10–7m，无法计数 超显微镜：
四. 光学方法测定粒子大小
1. 超显微镜法 普通显微镜：明视野，分辩率10–7m，无法计数 超显微镜：
四. 光学方法测定粒子大小
1. 超显微镜法 普通显微镜：明视野，分辩率10–7m，无法计数 超显微镜： 暗视野，观察散射光，一个粒子一个光点，可计数 （用血球计数器） 方法： 计数：每mL中粒子数n
定位离子 反离子
0
滑动面
Stern 面
d
距离x
三. 溶胶表面双电层理论
电解质对双电层影响
(1) 外加电解质，反离子进入stern层和扩散层 结果： d ， ，双电层厚度
(2) 过量反离子可使 d电势反转
(3) 同号大离子〔如表面活性剂〕吸附，可使
d>0 过量反离子
d
0
吸附同号 大离子
x
d
x
Stern模型在数学定量处理上还有困难，一般仍用扩散双电层 模型处理，只是用 d代替 0
反离子排布
静电吸力，向内集中 热运动，向外扩散
形成内多外少的扩散状分布 (符合Boltzman分布 )
滑动面
电位
0
反离子
0ekx
距离x
三. 溶胶表面双电层理论
定位离子 反离子
2. 扩散双电层〔Gowy-Chanman模型）
反离子排布
静电吸力，向内集中 热运动，向外扩散
形成内多外少的扩散状分布
(符合Boltzman分布 )
沉降与扩散是两个相对抗的运动
沉降 分散
粒子浓集 粒子分散
两者对抗有三种形态
粒子小，力场小 粒子大或力场大 分散－沉降相当
分散 沉降 平衡
三. 重力沉降与沉降平衡
1. 重力沉降 重力场：不强的力场，粗分散系（>10–4m〕可有明显沉降
平衡力： F沉 = F阻
F沉 = F重 – F浮= V g – V 043gr30g
一．溶胶的光散射现象
光通过分散系统时基本现象
透射 吸收 反射
透明 有色 真溶液 (补色) 混浊 粗分散
散射
乳光 溶胶
吸收：取决于化学组成
反射：粒径 > 波长 散射：粒径 <波长
小分子粒径太小，散射光不明显
一．溶胶的光散射现象
Tyndall效应 景象：暗室中光线通过溶胶时形成的“光柱”
成因： 入射光
三. 溶胶的颜色
二个因素 吸收，与观察方向无关 散射，与观察方向有关
若吸收很弱，主要表现为散射，如AgCl，BaSO4溶胶：乳光 若吸收较强，主要表现为其补色，
如Au 溶胶〔红），As2S3 溶胶〔黄） 粒子大小可改变吸收 ~ 散射相对比
如Au溶胶 高度分散时，吸收为主：红 放置后粒子增大，散射为主：兰
四. 胶团结构
定位离子 Stern面 滑动面
胶核 吸附层 扩散层 胶粒 胶团
胶团结构式：[(胶核)m n定位离子 （n–x〕内反离子] x外反 定位离子按Fajans规则确定
四. 胶团结构
例1 Fe (OH)3溶胶
制备：FeCl3 + H2O Fe (OH)3 + H+ + Cl–
Fe (OH)3 (部分) + H+
撞击的动量不能完全抵消而移动 分子热运动的宏观表现。
Einstein公式：Brown运动平均位移的计算 若在时间 t 内观察布朗运动位移 x ，其关系：
x RT t
L 3r
x x
x 很容易在显微镜下观察，由此可求得溶胶粒子半径
二. 扩散和渗透
1．分散
分散：溶质从高浓度（ 大〕向低浓度（ 小〕移动的现象。 结果Gibbs能G ，熵S ，是自发进行的过程 。
HSiO3– + H+ HSiO2+ + OH –
3. 同晶置换 如晶格中高价离子被低价离子置换而带负电
4. 摩擦带电 非水介质中无电离，质点与介质摩擦带电
三. 溶胶表面双电层理论
1. 平板双电层〔Helmholtz模型）
模型过于简单 不能区别表面电势与电动电势
三. 溶胶表面双电层理论
定位离子
2. 扩散双电层〔Gowy-Chanman模型）
均匀分散胶体是粒子大小基本一致的胶体，有广泛的应用 制备需满足的条件： (1) 暴发性成核，使速率r晶核形成>>r晶体长大 (2) 同步长大 运用： (1) 验证基本理论 (2) 理想的标准材料 (3) 新材料 (4) 催化剂性能的改进 (5) 制造特种陶瓷
五. 纳米粒子和纳米技术
纳米粒子：尺度为1～100 nm之间的粒子
胶体：分散度为1~100 nm的分散系统
第一节 溶胶的分类和基本特征
一. 溶胶分类
按分散相与分散介质聚集状态分类〔列举）
气
液
固
介质： 气溶胶 液溶胶 固溶胶
泡沫 沸石
雾 牛奶 珍珠
烟 油漆 有色玻璃
分散相的粒径>100 nm时，属粗分散系统 本章主要讨论的是液溶胶，特别是液液溶胶和固液溶胶
二. 基本特性
F阻= 6 r v
F阻
6
r v
43r30g
沉降速度
v
2r2
9
0
g
F沉
运用
(1) 沉降分析法，测v求粒径r
(2) (2) 落球式粘度计，测v求
三. 重力沉降与沉降平衡
2. 沉降平衡
如果粒径不太大时
F
平衡力： F沉 = F扩
扩
4r3
3
0g
RT dc cL dh
cc 12d c c4 3r30gR LT h h 12dh
扩散速度与浓梯关系 Fick第一定律
dn D Adc
dt
dx
mol s 扩散系数 面积 浓度梯度
–1 扩散系数与Brown运动平均位移关系：
x2 2Dt
二. 扩散和渗透
2．浸透 浸透：溶剂通过半透膜〔对溶质不通透〕向溶质高浓度区移
动的现象 （对溶剂而言，浓度从高 低）
渗透压：半透膜两侧的压差 =p2–p1
平衡时两侧化学势相等 p1 可导出稀溶液的
= cRT ( c: mol/m3 )
p2 渗透渗压透压 = p2 – p1
反渗透：施加外压，使溶剂分 子从溶液一侧透过半透 膜进入纯溶剂一侧
溶剂
溶液
半透膜 （只容许溶剂通过）
二. 扩散和渗透
例 金溶胶浓度为2 g dm 3,介质粘度为0.00l Pa s。已知胶粒 半径为1.3 nm，金的密度为19.3 103 kg m 3。计算金溶胶 在25 C时
高分子溶液：热力学稳定体系
第二节 溶胶的制备和净化
第二节 溶胶制备和净化
二种途径：
粗分散系统 分散
溶胶
> 100 nm
1~100 nm
凝聚 小分子真溶液 < 1 nm
一. 分散法〔物理的）
研磨法〔胶体磨） 超声粉碎 气流粉碎 胶溶法
二．凝聚法
1. 物理凝聚法 如钠的苯溶胶制备
点击此处演示
接真空泵
水
点击此处演示 溶胶
三. 溶胶净化
化学法制备的溶胶，往往含有过多的电解质 一定量电解质是溶胶稳定的必要条件 过量电解质使溶胶不稳定
1 渗析法 普通渗析
水
电渗析
半透膜
水
溶
胶
水
溶胶
+
半透膜
–
三. 溶胶净化
2 超虑法：小分子电解质滤去，再用介质重新分散
减压过滤
加压过滤
半透膜
压缩空气
真空泵
半透膜
四．均匀分散胶体
电学性质 光学性质
热运动 分散，布朗运动 重力场 重力降沉和平衡 离心力场 离心降沉和平衡
一. Browm运动与Einstein方程
Browm运动：溶胶粒子在介质中无规则运动
一. Browm运动与Einstein方程
Browm运动：溶胶粒子在介质中无规则的运动 缘由：粒子受各个方向介质分子的撞击
F
沉
平衡浓度： ln c c1 24 3r30gR LT h 2h 1
三. 重力沉降与沉降平衡
2. 沉降平衡
平衡浓度： ln c c1 24 3r30gR LT h 2h 1
此式表明 (1) 相同粒度r，h ，c (2) 相同高度h，r ，c2/c1
c2
h2
h2
h1
小粒
大粒
c1
h1
第四节 溶胶的光学性质
二. 扩散和渗透
例 金溶胶浓度为2 g dm 3,介质粘度为0.00l Pa s。已知胶粒 半径为1.3 nm，金的密度为19.3 103 kg m 3。计算金溶胶 在25 C时
(1解) 扩(1散) 系D 数 ,(1 2.6 ) 布 朗7 1 运 动9 1 0 移m 0 动20s . 51 mm的时(间2) ,(t3) 渗7透4s4压。
1. 纳米粒子的结构和特性 (1) 小尺寸效应 (2) 表面效应 (3) 量子尺寸效应 (4) 宏观量子隧道效应 2．纳米粒子的制备方法 基本方法与制备憎液溶胶雷同 纳米组装材料的制备技术 自组织技术 模板合成法 3．纳米技术在药学中的应用
第三节 溶胶的动力性质
第三节 溶胶的动力性质
动力性质
溶胶性质
滑动面
胶体粒子移动时 近端反离子跟随移动
电位
0
远端反离子不跟随移动
滑动面
两者分界面称滑动面 电动电势 滑动面处电势
0ekx
距离x
三. 溶胶表面双电层理论
3. 吸附扩散双电层〔Stern模型）
是前二种模型的结合
定位离子
0
平板层反离子 滑动面内离子 滑动面外离子
d stern层
扩散层 0
电解质对双电层影响
(1)
I
1 4
， 波长越短，散射光越强
可见光 400 ～ 700 nm （兰 红）
从侧面看溶胶，呈兰色〔散射）
(2) I ，粒子浓度越大，散射光越强 浊度法测定溶胶的浓度
(3) I V，粒子体积越大，散射光越强 从乳光强度分布确定粒度分布 尘粒测定仪
(4) I 与折光率差 n 有关， n 越大，散射光越强 因此散射光是由于光学不均匀性引起的 大分子溶液单相， n小，I 就小
第八章 胶体分散系统 （第一、第二节）
分散系统的分类
分散系统：一些物质被分散到另一种物质中所形成的系统 分散相： 非连续形式存在的被分散的物质 分散介质：连续相形式存在的物质
分类：
均相系统 （真溶液）
多相系统
分散系统
小分子溶液 大分子溶液 超微分散系统（溶胶） 粗分散系统
分散相半径/nm
<1 1~100 1~100 > 100
溶胶是一定条件下形成的特殊状态，并非物质的本性，如
有机
NaCl 水
胶体 NaCl溶液
硫磺
这种特殊状态，有三
1~100 nm
溶胶 真溶液
2. 相不均匀性〔多相性） 对介质不溶 高分子溶液
憎液胶体 亲液胶体
3. 热力学不稳定性 高分散度，巨大表面积和比表面能， 有自发聚集倾向，以降低表面能
电动现象说明：溶胶质点与介质分别带电，在电场中发生移 动，或移动时产生电场
二. 带电原因
1. 吸附带电 非选择性吸附：吸附介质中H+，OH– 或其它
一般阳离子水化能力强，不易吸附
悬浮粒子往往吸附阴离子而带负电
选择性优先吸附 Fajans法金斯规则：
难溶盐晶体的溶胶，优先吸附与其成分相同的离子
2. 电离带电 如硅酸溶胶H2SiO3 （不同pH时）
称重：每mL中粒子重量m
计算：m = n V 4 r3 n
3
由此式计算r 2. 激光散射法 3. 电镜
第五节 溶胶的电学性质
一．电动现象
1. 电泳：胶粒在电场中运动
+
–
+
–
泥土 胶粒带负电 2. 电渗：介质在电场中运动
泥土
半透膜
介质带正电
一．电动现象
1. 电泳：胶粒在电场中运动 2. 电渗：介质在电场中运动 3. 流动电势：使介质移动，产生电场 4. 沉降电势：使胶粒移动，产生电场
(1解) 扩(1散) 扩系散数系,(2数) 布朗运动移动0.5 mm的时间,(3) 渗透压。
RT1
8.31 2498
D L6πr6.02 1320 36π0.00 1.1 31 0 9
1.67 19 0 1m 02s1
(2) t2 xD 22 (01..561 7 0 1 9 3) 2 01074s4