物理化学10 胶体分散系统共76页
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大学物理化学--第10章
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2020/8/23
分散系统分类
根据分散相颗粒大小，分散系统可分为三类：
真溶液： d 1nm 胶体系统： 1nm d 1000nm 粗分散系统： d 1000nm
根据分散相和分散介质聚集状态不同，分散系统 可分为气溶胶、液溶胶、固溶胶等。
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如图所示，在CDFE 的桶内盛溶胶，在某一 截面AB两侧溶胶浓度不 同，C1>C2；可以观察到 胶粒从C1区向C2区迁移 的现象。
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2020/8/23
3. 沉降与沉降平衡
分散相粒子受力情况分析：
一方面是重力场的作用，它力图把粒子拉向容器 的底部，使之发生沉降。
另一方面当沉降作用使底部粒子数密度高于上部 时，由数密度差引起的扩散作用使粒子均匀分布。
第十章 胶体化学(Colloid Chemistry)
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2020/8/23
分散系统（dispersion system）
一种或几种物质分散在另一种物质中就构成 分散系统；被分散的物质称为分散相，另一种物质 称为分散介质。
分散相总是不连续的，又称为不连续相或内相； 分散介质一般都是连续的，又称为连续相或外相。
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2020/8/23
胶体系统 (1nm < d<1000nm)
(1)溶胶：分散相不溶于分散介质，有很大相 界面，是热力学不稳定系统。(憎液溶胶)
胶
(2)高分子溶液: 高分子以分子形式溶于介质，
体
分散相与分散介质间无相界面，是热力学稳定
系
系统。(亲液溶胶)
统
10.胶体分散系统及粗分散系统
n1、n2分别为高度h1、h2处的体积粒子数；
ρB、ρ0分别为分散相( 粒子) 及分散介质的体积质量；
22
M B为粒子的摩尔质量；g为重力加速度。
n2 M B g ⎛ ρB ⎞ ⎜1 − ⎟(h2 − h1 ) ln = n1 RT ⎜ ρ0 ⎟ ⎝ ⎠
（1）粒子的摩尔质量愈大，平衡体积粒子数随高度 的降低愈大； （2）对于粒子不太小的分散系统，通常沉降较快， 可以较快地达到平衡。而高度分散的系统中，粒子则 沉降缓慢，需较长时间才能达成平衡。
K
I
+
－
K+
K+
I－
I－
K+
I－
K+
K
+
K+
(2)胶粒一般先吸附水化 能力较弱的阴离子。
I－
(1)优先吸附与溶胶粒子 中某一组成相同的离 子；
胶团结构
(AgI)m
I－
K
+
I－ I －
K+
K+
I－
K+
K
I
－
+
I－
I－
32
电动现象
由于胶粒是带电的，在电场作用下，或在外加压力、自身重 力下流动、沉降时产生电动现象。
+ + + + + + ++ +
1963年博克里斯、德瓦纳塞恩和缪勒在斯特恩模型 的基础上作了更细致的改进。 IHP
– 固体表面 + (带负电荷) OHP 滑动面 水化阳离子 + – + 特性吸附阴离子
内亥姆霍茨层(IHP) 外亥姆霍茨层(OHP)
++ + + + + ++ +
ρB、ρ0分别为分散相( 粒子) 及分散介质的体积质量；
22
M B为粒子的摩尔质量；g为重力加速度。
n2 M B g ⎛ ρB ⎞ ⎜1 − ⎟(h2 − h1 ) ln = n1 RT ⎜ ρ0 ⎟ ⎝ ⎠
（1）粒子的摩尔质量愈大，平衡体积粒子数随高度 的降低愈大； （2）对于粒子不太小的分散系统，通常沉降较快， 可以较快地达到平衡。而高度分散的系统中，粒子则 沉降缓慢，需较长时间才能达成平衡。
K
I
+
－
K+
K+
I－
I－
K+
I－
K+
K
+
K+
(2)胶粒一般先吸附水化 能力较弱的阴离子。
I－
(1)优先吸附与溶胶粒子 中某一组成相同的离 子；
胶团结构
(AgI)m
I－
K
+
I－ I －
K+
K+
I－
K+
K
I
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+
I－
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电动现象
由于胶粒是带电的，在电场作用下，或在外加压力、自身重 力下流动、沉降时产生电动现象。
+ + + + + + ++ +
1963年博克里斯、德瓦纳塞恩和缪勒在斯特恩模型 的基础上作了更细致的改进。 IHP
– 固体表面 + (带负电荷) OHP 滑动面 水化阳离子 + – + 特性吸附阴离子
内亥姆霍茨层(IHP) 外亥姆霍茨层(OHP)
++ + + + + ++ +
物理化学第十章,胶体化学
2)质点与表面除静电作用外 ，还有范德华作用;因此表 面可形成一固定吸附层,或 称为Stern层(包括一些溶剂 分子);其余反离子 扩散分布 在溶液中,构成扩散部分。
30
Stern面
0
热力学电势 —
由固体表面至溶液本体间的电势差 0；
斯特恩电势 — 由紧密层与扩散层之间的分界处至溶液
本体间的电势差 ；
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存在的原因
2019/11/13
27
1.溶胶带电的原因：
a）固体的溶胶粒子，可从溶液中选择性地吸附某种离 子而带电。 其规则是：离子晶体表面从溶液中优先吸附能与它晶 格上离子生成难溶或电离度很小化合物的离子。
例： AgI溶胶： 溶液中I－过量时，可吸附I－而带负电， 溶液中Ag+过量时，可吸附Ag+而带正电。
（1）电泳 在外电场的作用下，胶体粒子在分散介质中定向移动 的现象，称为电泳。
界面法测电泳装置示意图
＋
+
－
–
NaCl溶液
Fe(OH)3溶胶
首先，在U形管中加入NaCl 溶液，然后，从下方支管缓慢 压入棕红色 Fe(OH)3溶胶， 以使其与 NaCl溶液间有清晰 的界面存在。通入直流电后， 可观察到，电泳管中阳极一端 界面下降，阴极一端界面上升。
位差为 。也只有在固液两相发生相 对移动时，才呈现 电势。
距离
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32
２）电解质溶液浓度对 的影响
当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内 ，使 电势在数值上变小，如下图。
0
滑动面
30
Stern面
0
热力学电势 —
由固体表面至溶液本体间的电势差 0；
斯特恩电势 — 由紧密层与扩散层之间的分界处至溶液
本体间的电势差 ；
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存在的原因
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1.溶胶带电的原因：
a）固体的溶胶粒子，可从溶液中选择性地吸附某种离 子而带电。 其规则是：离子晶体表面从溶液中优先吸附能与它晶 格上离子生成难溶或电离度很小化合物的离子。
例： AgI溶胶： 溶液中I－过量时，可吸附I－而带负电， 溶液中Ag+过量时，可吸附Ag+而带正电。
（1）电泳 在外电场的作用下，胶体粒子在分散介质中定向移动 的现象，称为电泳。
界面法测电泳装置示意图
＋
+
－
–
NaCl溶液
Fe(OH)3溶胶
首先，在U形管中加入NaCl 溶液，然后，从下方支管缓慢 压入棕红色 Fe(OH)3溶胶， 以使其与 NaCl溶液间有清晰 的界面存在。通入直流电后， 可观察到，电泳管中阳极一端 界面下降，阴极一端界面上升。
位差为 。也只有在固液两相发生相 对移动时，才呈现 电势。
距离
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２）电解质溶液浓度对 的影响
当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内 ，使 电势在数值上变小，如下图。
0
滑动面
物理化学-胶体分散系统
溶胶分类
按分散相与分散介质聚集状态分类（列举）
分散介质
分散相
气
液
固
气溶胶
雾
烟
液溶胶
灭火泡沫 牛奶、石油 油漆、泥浆
固溶胶
沸石
珍珠
有色玻璃
本章主要讨论的是液溶胶，特别是液液溶胶和固液溶胶
溶胶基本特性
高度分散性：与粗分散系统比具有相对稳定性，粒径 小，不易沉降，动力学上是稳定的。
多相性：为多相分散系统，存在相界面(相不均匀性)， 而大分子溶液是均相的。
§9.1 溶胶的分类和基本特征 §9.2 溶胶的制备和净化 §9.3 溶胶的动力性质 §9.4 溶胶的光学性质 §9.5 溶胶的电学性质 §9.6 溶胶的稳定性和聚沉 §9.7 乳状液及微乳状液
第一节 溶胶的分类和基本特征
胶 体(colloid)
定义：分散相的粒径为1-100 nm之间的分散系统 特点：扩散慢，能通过滤纸但不能透过半透膜。 分类：
平衡时两侧化学势相等
可导出稀溶液的 = cRT ( c: mol/m3 )
范霍夫（Van’t Hoff）公式
= (W/VM)RT
p1
渗透压
渗= 透p1压
溶剂
溶液
半透膜 （只容许溶剂通过）
重力沉降与沉降平衡
溶胶粒子在外力场定向移动称沉降
沉降与扩散是两个相对抗的运动
沉降粒子浓集 扩散粒子分散
例如：金属镍纳米粒在低温下保持顺磁性
产品
Gd-DTPA Dimeglumine （钆喷酸葡胺）
Feridex I.V. （菲立磁）
描述
技术平台
MRI成像的顺磁性造影剂，可能缩短组织中质 子的T1及T2驰豫时间，从而增强图像的清晰度 和对比度。
物理化学教学课件第九章胶体分散系统
（3）可电离的大分子溶胶由于大分子本身发生电离而使胶粒带 电。例如，蛋白质分子有许多羧基和胺基，在pH较高的溶液中，离 解生成P—COO-而带负电，在pH较低的溶液中，生成P—NH+3而带正电。 在某一特定的pH条件下，生成的P—COO-和P—NH+3数量相等，蛋白质 分子的净电荷为零，该pH
第二节 溶胶的性质
第二节 溶胶的性质
三、溶胶的电学性质
（2）电渗。在外加电场作用下，若溶胶粒子不动（如将其吸附固 定于棉花或凝胶等多孔性物质中），而液体介质做定向移动，这种 现象称为电渗。图9－7所示为电渗管，即在U形管中盛入液体，将 电极接通直流电后，可从有刻度的毛细管中准确地读出液面的变化， 其中U形管中的多孔膜只允许介质通过，阻止胶体粒子通过。电渗 也可用以判断粒子所带电荷的正负。如果多孔膜吸附带负电荷的粒 子，则介质带正电，通电时向负极移动；反之，如果多孔膜吸附带 正电荷的粒子，带负电的介质向正极移动。
一、溶胶的光学性质
2. 1871年，英国科学家瑞利（Rayleigh）研究了大量的光散射现象， 发现散射光强度与诸多因素有关，其中最主要的因素有以下四个方面。
（1）散射光强度与入射光波长的4次方成反比，即入射光波长愈 短，散射愈显著，因此可见光中的蓝色光、紫色光的散射作用比较强。 当用白光照射溶胶时，在与入射光垂直的方向上观察呈淡蓝色，而透
斯特恩（Stern）对扩散双电层 模型作了进一步修正，并提出了更加接 近实际的Stern扩散双电层模型，如图9 －8所示。
第二节 溶胶的性质
三、溶胶的电学性质
3. 根据上述扩散双电层理论，可以想象出溶胶的胶团结构。
第三节 溶胶的稳定与聚沉
一、溶胶的经典稳定理论——DLVO理论
这里定性地介绍DLVO (1) (2)溶胶的相对稳定性或聚沉取决于斥力势能和引力势能的相 对大小。当斥力势能大于引力势能时，溶胶处于相对稳定状态；当
第二节 溶胶的性质
第二节 溶胶的性质
三、溶胶的电学性质
（2）电渗。在外加电场作用下，若溶胶粒子不动（如将其吸附固 定于棉花或凝胶等多孔性物质中），而液体介质做定向移动，这种 现象称为电渗。图9－7所示为电渗管，即在U形管中盛入液体，将 电极接通直流电后，可从有刻度的毛细管中准确地读出液面的变化， 其中U形管中的多孔膜只允许介质通过，阻止胶体粒子通过。电渗 也可用以判断粒子所带电荷的正负。如果多孔膜吸附带负电荷的粒 子，则介质带正电，通电时向负极移动；反之，如果多孔膜吸附带 正电荷的粒子，带负电的介质向正极移动。
一、溶胶的光学性质
2. 1871年，英国科学家瑞利（Rayleigh）研究了大量的光散射现象， 发现散射光强度与诸多因素有关，其中最主要的因素有以下四个方面。
（1）散射光强度与入射光波长的4次方成反比，即入射光波长愈 短，散射愈显著，因此可见光中的蓝色光、紫色光的散射作用比较强。 当用白光照射溶胶时，在与入射光垂直的方向上观察呈淡蓝色，而透
斯特恩（Stern）对扩散双电层 模型作了进一步修正，并提出了更加接 近实际的Stern扩散双电层模型，如图9 －8所示。
第二节 溶胶的性质
三、溶胶的电学性质
3. 根据上述扩散双电层理论，可以想象出溶胶的胶团结构。
第三节 溶胶的稳定与聚沉
一、溶胶的经典稳定理论——DLVO理论
这里定性地介绍DLVO (1) (2)溶胶的相对稳定性或聚沉取决于斥力势能和引力势能的相 对大小。当斥力势能大于引力势能时，溶胶处于相对稳定状态；当
物理化学：胶体分散系统
凡能有沉淀析出的化学反响都可能用来制备相应溶胶 如水解反响制备Fe (OH)3溶胶 FeCl3 +3H2O Fe (OH)3 + 3HCl
3. 改变溶剂法
使溶化度骤变，如 松香在乙醇中：溶 水中：不溶
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
肯定量电解质是溶胶稳定的必要条件
显微电泳： 显微镜下直接对粒子的运动进行测定
–
Pt电极 辅助液
溶胶 d
第六节 溶胶稳定性
一、胶体稳定性
热力学因素：高分散度，比外表能大，有自发聚集倾向
稳定溶胶的因素 ：
1. 动力稳定性〔扩散力〕：扩散，Brown运动，有利稳定 2. 粒径越小、介质粘度越大，越使溶胶稳定 3. 2. 外表带电〔静电斥力〕： 4. 带电后的电性斥力，是溶胶稳定的主要原因 5. 3. 溶剂化〔水化膜斥力 〕：降低外表能，有利稳定 6. 4. 添加高分子爱护
扩散速度与浓梯关系 Fick第肯定律
dn D A dc
dt
dx
mols–1 扩散系数 面积 浓度梯度
扩散系数与Brown运动平均位移关系： x 2 2Dt
2．渗透 渗透：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
可见光 400 ～ 700 nm 〔兰 红〕
(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
3. 改变溶剂法
使溶化度骤变，如 松香在乙醇中：溶 水中：不溶
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
肯定量电解质是溶胶稳定的必要条件
显微电泳： 显微镜下直接对粒子的运动进行测定
–
Pt电极 辅助液
溶胶 d
第六节 溶胶稳定性
一、胶体稳定性
热力学因素：高分散度，比外表能大，有自发聚集倾向
稳定溶胶的因素 ：
1. 动力稳定性〔扩散力〕：扩散，Brown运动，有利稳定 2. 粒径越小、介质粘度越大，越使溶胶稳定 3. 2. 外表带电〔静电斥力〕： 4. 带电后的电性斥力，是溶胶稳定的主要原因 5. 3. 溶剂化〔水化膜斥力 〕：降低外表能，有利稳定 6. 4. 添加高分子爱护
扩散速度与浓梯关系 Fick第肯定律
dn D A dc
dt
dx
mols–1 扩散系数 面积 浓度梯度
扩散系数与Brown运动平均位移关系： x 2 2Dt
2．渗透 渗透：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
可见光 400 ～ 700 nm 〔兰 红〕
(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
胶体分散系统共77页
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
77
胶体分散系统
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
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