[理学]第三章 胶体溶液及表面现象
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[(AgI )m • n Ag+ • (n - x ) NO3- ] x+ • x NO3胶粒带正电,向阴极移动。
3)第三只烧杯中溶胶胶团结构为
[(AgI )m • n I- • (n - x ) Na+] x- • x Na+ 胶粒带负电,向阳极移动。
32
液体或固体表面粒子比内部粒子能量高,多出 的这部分能量称为体系的表面能。由于内外受力不 均匀存在着使液面紧缩的力,称为表面张力。
24
胶体是一种高度分散的多相体系,具 有很大的比表面,因此表面能很大。能量 越高,体系越不稳定,胶体是热力学的不 稳定体系。
25
表面活性剂
表面活性物质:溶于水后能显著降低水的
钠盐。 C17H35--COONa。
亲油基 亲水基
在两相间的排列
注:表面活性物质
亲油基
亲水基
如:CH3(CH2)16COONa 乳化剂在水面上定向排列
28
【课后小结】
电解质的阳离子对负溶胶起聚沉作用,
负离子对正溶胶起聚沉作用。
电解质对溶胶的聚沉能力,主要取决于
与胶粒带相反电荷的离子即反离子的价数,
FeO+
FeO+
FeO+
FeO+
FeO+
分散质 [Fe(OH)3]m
FeO+ FeO+ FeO+
FeO+ FeO+
FeO+ FeO+
FeO+ FeO+
Fe(OH)3胶核吸附电位离子的示意图
15
三 溶胶粒子的结构─胶团(电中性)
1.固体粒子(AgI)m称为胶核,由于吸附而带电; 2.稳定剂KI存在:由于静电作用,反离子被吸引在带 电胶核的周围,形成吸附层,在电场的作用下,吸 附层随胶核运动;即胶粒在运动; 胶核 3.由于热运动,部分反离子
30
)
【2】制备AgI溶胶时,三支烧杯盛有25mL, 0.016mol· dm-3的AgNO3 溶液,分别加入 0.005moL· dm-3的NaI溶液60mL,80mL和
100mL.
1)三种不同加入量的烧杯中各有什么现象?
2) 溶胶中加入直流电压,胶体粒子如何运动?
31
答:1) 第一只烧杯中AgNO3过量,第二只烧 杯中AgNO3与 NaI物质的量相等,第三只烧杯 中 NaI过量。因此第一只烧杯和第三只烧杯生 成AgI溶胶,第二只烧杯生成AgI沉淀。 2) 第一只烧杯中溶胶胶团结构为
胶体分散系 1< d < 100 nm
粗分散系 d > 100 nm
(溶胶and高分子溶液) (悬浊液and乳浊液)
3
二 溶胶的性质
动力学性质 (Brownian motion)
1827 年植物学家布朗(Brown)用显
微镜观察到悬浮在液面上的花粉粉 末不断地作不规则的运动。 后来又发现许多其它物质如煤、 化石、 金属等的粉末也都有类似的现象。
要掌握
21
要掌握
练习: 1. 将20ml 0.1mol / L的AgNO3与10ml 0.1mol / L的KI溶液混合。下列电解质中,对 AgI溶胶聚沉能力最强的是( )。 A. NaCl B. CaCl2 C. K2SO4 D. K3[Fe (CN)6] 2. 将10ml 0.1mol / L的AgNO3与20ml 0.1mol / L的KI溶液混合。下列电解质中,对 AgI溶胶聚沉能力最强的是( )。 A. NaCl B. CaSO4 C. KBr D. AlCl3
人们称微粒的这种运动为布朗运动。
4
布朗运动示意图
5
Brown运动(Brownian motion)
1903年发明了超显微镜,为研究布朗运动 提供了物质条件。 用超显微镜可以观察到溶胶粒子不断地作 不规则“之”字形的运动,从而能够测出在一 定时间内粒子的平均位移。
通过大量观察,得出结论:粒子越小,布 朗运动越激烈。其运动激烈的程度不随时间而 改变,但随温度的升高而增加。
电泳管示意图
12
胶粒带正电荷称为正溶胶,一般金属氢氧化 物的溶胶即为正溶胶。
胶粒带负电荷称为负溶胶,如:土壤、硫化
物、硅酸等溶胶。
13
胶体粒子带电的主要原因:
吸附作用 固体吸附剂优先选择吸附与它组成相关的 离子,或者能够在固体表面上形成难电离或难 溶解物质的离子 “相似相吸原理”
14
FeO+ FeO+ FeO+
22
§3.2 、高分子化合物溶液
高分子化合物通常是指相对分子质量在 104以上的化合物。
高分子化合物对溶胶的保护作用:
保护作用: 例: Fe(OH)3溶胶,加入白明胶(高分子 化合物溶液)后再加电解质不易聚沉。 为了让墨水稳定、长时间不聚沉,常常加入 明胶或阿拉伯胶起保护作用
23
§3.3、表面现象
17
反离子
反离子 扩散层
胶团结构
以AgI为例: AgNO3 + KI = AgI +KNO3
当KI 过量时, 胶粒带负电,胶团结构如下:
Байду номын сангаас
[(AgI)m nI (n-x) K ]
胶核 吸附层 胶粒(带负电)
-
+ x-
xK
+
扩散层(带正电)
胶团(电中性)
18
四 溶胶的稳定性和聚沉
溶胶的稳定性 布朗运动 胶粒带电 水化膜 溶胶的聚沉 加入电解质 加入带相反电荷的溶胶 加热
第三章 胶体溶液和表面现象
§3.1 溶胶
§3.2 高分子化合物溶液
§3.3 表面现象
1
§3.1
溶胶
分散系:一种或几种物质以细小颗粒分散 在另一种物质中所形成的体系。
分散质(分散相):被分散的物质
分散系 分散介质(分散剂):容纳分散质的物 质
2
一 分散系的分类
分散系
分子或离子分散系 (真溶液) d <1 nm
表面能(表面张力)的物质称为表面活性剂。
乳化剂是一种表面活性物质。 从分子结构来看,其特点是具有双亲基团 的物质:亲水基:如-OH,-COOH,-NH2,-SO3H 等,是极性部分,溶于水;憎水基(亲油性)如 烷基、苯基等,是非极性部分,溶于油。
26
亲油基
亲水基
27
肥皂是最常见的表面活性物质,它是硬脂酸的
19
注意:胶体的聚沉是不可逆的。
加入电解质聚沉的原因:加入电解质后,吸 附层的反离子增多, 胶粒所带电荷大大减少, 排斥力减弱,使胶粒合并成大颗粒而聚沉。
20
聚沉能力主要取决于能引起溶胶聚沉的反离子
电荷数(即化合价数),离子带电荷越高,其 聚沉能力越强 要掌握
如:对于As2S3溶胶(负溶胶)的聚沉能力 AlCl3>CaCl2>NaCl 对于Fe(OH)3溶胶(正溶胶)的聚沉能力 K3[Fe(CN)6] >K2SO4>KCl
分散在紧密层外,形成扩 散层。 吸附层 4.溶胶带正电或负电是指胶粒, 整个胶团为电中性 扩散层
16
胶团结构
以AgI为例: AgNO3 + KI = AgI +KNO3
当AgNO3 过量时, 胶粒带正电荷,胶团结构 如下: [ (AgI )m • n Ag+ • ( n -x ) NO3- ] x+ • x NO3胶核 电位离子 吸附层 胶粒(带正电) 胶团
因为溶胶的粒子直径在1-100 nm,而一般可见光的波长 范围在400 -760 nm,所以可见光通过溶胶时便产生明显 的散射作用。
10
丁达尔现象实例
胶体:云、雾、烟尘
分散剂:空气 分散质:微小的尘埃或液滴
11
电学性质
直流电
电泳—在外电场作用下, 分散质粒子在分散介质 中定向移动的现象
Fe(OH)3
7
液体分子对胶体粒子的碰撞
8
光学性质(丁达尔现象) 英国物理学家丁达尔(1820~1893年) 发现 一束会聚的强光胶体垂直方向看到一
条发亮的光柱。
9
原理:
光线照射到物体表面时,可能产生两种情况: (1)颗粒的直径远远大于入射光的波长: 此时入射光被完全反射,不出现丁达尔效应; (2)物质的颗粒直径比入射波长小: 则发生光的散射作用而出现丁达尔现象。
反离子的价数越高,聚沉能力越强。
29
自测题
【1】由10mL0.05mol· L-3的KCl溶液与 100mL0.002mol· L-3的AgNO3溶液混合制得 的AgCl溶胶,若分别用下列电解质使其聚 沉,则聚沉值的大小次序为( a.AlCl3<ZnSO4<KCl b.KCl<ZnSO4<AlCl3 c.ZnSO4<KCl<AlCl3 d.KCl<AlCl3<ZnSO4
6
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。
3)第三只烧杯中溶胶胶团结构为
[(AgI )m • n I- • (n - x ) Na+] x- • x Na+ 胶粒带负电,向阳极移动。
32
液体或固体表面粒子比内部粒子能量高,多出 的这部分能量称为体系的表面能。由于内外受力不 均匀存在着使液面紧缩的力,称为表面张力。
24
胶体是一种高度分散的多相体系,具 有很大的比表面,因此表面能很大。能量 越高,体系越不稳定,胶体是热力学的不 稳定体系。
25
表面活性剂
表面活性物质:溶于水后能显著降低水的
钠盐。 C17H35--COONa。
亲油基 亲水基
在两相间的排列
注:表面活性物质
亲油基
亲水基
如:CH3(CH2)16COONa 乳化剂在水面上定向排列
28
【课后小结】
电解质的阳离子对负溶胶起聚沉作用,
负离子对正溶胶起聚沉作用。
电解质对溶胶的聚沉能力,主要取决于
与胶粒带相反电荷的离子即反离子的价数,
FeO+
FeO+
FeO+
FeO+
FeO+
分散质 [Fe(OH)3]m
FeO+ FeO+ FeO+
FeO+ FeO+
FeO+ FeO+
FeO+ FeO+
Fe(OH)3胶核吸附电位离子的示意图
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三 溶胶粒子的结构─胶团(电中性)
1.固体粒子(AgI)m称为胶核,由于吸附而带电; 2.稳定剂KI存在:由于静电作用,反离子被吸引在带 电胶核的周围,形成吸附层,在电场的作用下,吸 附层随胶核运动;即胶粒在运动; 胶核 3.由于热运动,部分反离子
30
)
【2】制备AgI溶胶时,三支烧杯盛有25mL, 0.016mol· dm-3的AgNO3 溶液,分别加入 0.005moL· dm-3的NaI溶液60mL,80mL和
100mL.
1)三种不同加入量的烧杯中各有什么现象?
2) 溶胶中加入直流电压,胶体粒子如何运动?
31
答:1) 第一只烧杯中AgNO3过量,第二只烧 杯中AgNO3与 NaI物质的量相等,第三只烧杯 中 NaI过量。因此第一只烧杯和第三只烧杯生 成AgI溶胶,第二只烧杯生成AgI沉淀。 2) 第一只烧杯中溶胶胶团结构为
胶体分散系 1< d < 100 nm
粗分散系 d > 100 nm
(溶胶and高分子溶液) (悬浊液and乳浊液)
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二 溶胶的性质
动力学性质 (Brownian motion)
1827 年植物学家布朗(Brown)用显
微镜观察到悬浮在液面上的花粉粉 末不断地作不规则的运动。 后来又发现许多其它物质如煤、 化石、 金属等的粉末也都有类似的现象。
要掌握
21
要掌握
练习: 1. 将20ml 0.1mol / L的AgNO3与10ml 0.1mol / L的KI溶液混合。下列电解质中,对 AgI溶胶聚沉能力最强的是( )。 A. NaCl B. CaCl2 C. K2SO4 D. K3[Fe (CN)6] 2. 将10ml 0.1mol / L的AgNO3与20ml 0.1mol / L的KI溶液混合。下列电解质中,对 AgI溶胶聚沉能力最强的是( )。 A. NaCl B. CaSO4 C. KBr D. AlCl3
人们称微粒的这种运动为布朗运动。
4
布朗运动示意图
5
Brown运动(Brownian motion)
1903年发明了超显微镜,为研究布朗运动 提供了物质条件。 用超显微镜可以观察到溶胶粒子不断地作 不规则“之”字形的运动,从而能够测出在一 定时间内粒子的平均位移。
通过大量观察,得出结论:粒子越小,布 朗运动越激烈。其运动激烈的程度不随时间而 改变,但随温度的升高而增加。
电泳管示意图
12
胶粒带正电荷称为正溶胶,一般金属氢氧化 物的溶胶即为正溶胶。
胶粒带负电荷称为负溶胶,如:土壤、硫化
物、硅酸等溶胶。
13
胶体粒子带电的主要原因:
吸附作用 固体吸附剂优先选择吸附与它组成相关的 离子,或者能够在固体表面上形成难电离或难 溶解物质的离子 “相似相吸原理”
14
FeO+ FeO+ FeO+
22
§3.2 、高分子化合物溶液
高分子化合物通常是指相对分子质量在 104以上的化合物。
高分子化合物对溶胶的保护作用:
保护作用: 例: Fe(OH)3溶胶,加入白明胶(高分子 化合物溶液)后再加电解质不易聚沉。 为了让墨水稳定、长时间不聚沉,常常加入 明胶或阿拉伯胶起保护作用
23
§3.3、表面现象
17
反离子
反离子 扩散层
胶团结构
以AgI为例: AgNO3 + KI = AgI +KNO3
当KI 过量时, 胶粒带负电,胶团结构如下:
Байду номын сангаас
[(AgI)m nI (n-x) K ]
胶核 吸附层 胶粒(带负电)
-
+ x-
xK
+
扩散层(带正电)
胶团(电中性)
18
四 溶胶的稳定性和聚沉
溶胶的稳定性 布朗运动 胶粒带电 水化膜 溶胶的聚沉 加入电解质 加入带相反电荷的溶胶 加热
第三章 胶体溶液和表面现象
§3.1 溶胶
§3.2 高分子化合物溶液
§3.3 表面现象
1
§3.1
溶胶
分散系:一种或几种物质以细小颗粒分散 在另一种物质中所形成的体系。
分散质(分散相):被分散的物质
分散系 分散介质(分散剂):容纳分散质的物 质
2
一 分散系的分类
分散系
分子或离子分散系 (真溶液) d <1 nm
表面能(表面张力)的物质称为表面活性剂。
乳化剂是一种表面活性物质。 从分子结构来看,其特点是具有双亲基团 的物质:亲水基:如-OH,-COOH,-NH2,-SO3H 等,是极性部分,溶于水;憎水基(亲油性)如 烷基、苯基等,是非极性部分,溶于油。
26
亲油基
亲水基
27
肥皂是最常见的表面活性物质,它是硬脂酸的
19
注意:胶体的聚沉是不可逆的。
加入电解质聚沉的原因:加入电解质后,吸 附层的反离子增多, 胶粒所带电荷大大减少, 排斥力减弱,使胶粒合并成大颗粒而聚沉。
20
聚沉能力主要取决于能引起溶胶聚沉的反离子
电荷数(即化合价数),离子带电荷越高,其 聚沉能力越强 要掌握
如:对于As2S3溶胶(负溶胶)的聚沉能力 AlCl3>CaCl2>NaCl 对于Fe(OH)3溶胶(正溶胶)的聚沉能力 K3[Fe(CN)6] >K2SO4>KCl
分散在紧密层外,形成扩 散层。 吸附层 4.溶胶带正电或负电是指胶粒, 整个胶团为电中性 扩散层
16
胶团结构
以AgI为例: AgNO3 + KI = AgI +KNO3
当AgNO3 过量时, 胶粒带正电荷,胶团结构 如下: [ (AgI )m • n Ag+ • ( n -x ) NO3- ] x+ • x NO3胶核 电位离子 吸附层 胶粒(带正电) 胶团
因为溶胶的粒子直径在1-100 nm,而一般可见光的波长 范围在400 -760 nm,所以可见光通过溶胶时便产生明显 的散射作用。
10
丁达尔现象实例
胶体:云、雾、烟尘
分散剂:空气 分散质:微小的尘埃或液滴
11
电学性质
直流电
电泳—在外电场作用下, 分散质粒子在分散介质 中定向移动的现象
Fe(OH)3
7
液体分子对胶体粒子的碰撞
8
光学性质(丁达尔现象) 英国物理学家丁达尔(1820~1893年) 发现 一束会聚的强光胶体垂直方向看到一
条发亮的光柱。
9
原理:
光线照射到物体表面时,可能产生两种情况: (1)颗粒的直径远远大于入射光的波长: 此时入射光被完全反射,不出现丁达尔效应; (2)物质的颗粒直径比入射波长小: 则发生光的散射作用而出现丁达尔现象。
反离子的价数越高,聚沉能力越强。
29
自测题
【1】由10mL0.05mol· L-3的KCl溶液与 100mL0.002mol· L-3的AgNO3溶液混合制得 的AgCl溶胶,若分别用下列电解质使其聚 沉,则聚沉值的大小次序为( a.AlCl3<ZnSO4<KCl b.KCl<ZnSO4<AlCl3 c.ZnSO4<KCl<AlCl3 d.KCl<AlCl3<ZnSO4
6
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。