胶体的电学性质[业界优制]

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5、 摩擦带电
在非水介质中（或非极性介质），胶粒的 电荷来源于分散相（胶粒）与分散介质的 运动摩擦。
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三、双电层理论
反离子概念： 胶粒表面带电时，由于整个分散体系是电中性的，为了维持体系的电中
性，在分散介质中必然存在与胶粒表面电荷数量相等而符号相反的离子。 同离子概念：
与固体表面带电符号相同的离子。
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1 电泳
在外加电场作用下，分散相胶粒相对于静止介质作定向移动的电动现 象。在电子显微镜下，恰像小蝌蚪在水中游动的景象。
2 电渗
在外加电场作用下，分散介质相对于静止的带电固体表面做定向移动 的现象。固体可以是毛细管或多孔性滤板。
3 流动电势
在外力作用下，流体流过毛细管或多孔塞时，两端产生的电势差。
扩散层中的离子分布：
任一点的体积电荷密度ρ为： ρ=ze(n+-n-)=-2n0ze sinh(ze ѱ /kT)
(1.43)
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源自文库
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（2）电势分布：
可用Poisson方程描述：▽2 ѱ =-ρ/ε （1.44）
式中：▽—Laplace 算符，ρ：任一点的体积电荷密 度；ε--介质的介电常数
表面电势：带电粒子表面与液体内部的电势差称为粒 子的表面电势φ0
关于双电层的内部结构，即电荷与电势的分布有多种模型
如：1879年，Helmholtz模型; 1910~1913年，Gouy-Chapman模型; 1924年，Stern模型。
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Stern层：在胶体表面因静电引力和van der Waals引力而吸附的一层反离子， 紧贴在胶体表面形成一个紧密固定的吸附层。Stern层的厚度有反离子的大 小而定。
为了方便，假设溶液中只有一种对称型电解质，正、
负离子价数相同Z.
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（1）电荷分布
根据Boltzmann分布规律，距表面x且电势为ѱ处的正
负离子浓度分别为：
n+=n0exp（-ze ѱ /kT)
(1.42)
n-=n0exp（+ze ѱ /kT)
n+:B距o表ltm面anxn处常单数位；体e为积一中个正电离子扶子风的书的屋电数量；。n0为体相离子浓度；k为12
n
COOH
阴离子水分散聚丙烯酰胺胶粒带负电：
阳离子淀粉胶粒带正电：
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2 、 离子吸附作用
胶粒可通过对介质中阴、阳离子的不等量吸附而带电。如：金属氢氧 化物通过吸附H+或OH-而带正电荷或负电荷。
判断优先吸附离子的规律有两个： （a）水化能力弱的离子易被优先吸附。水化能力强的留在溶液中，通常
对于平板粒子： d2 ѱ /dx2=- ρ/ε
(1.45)
直接影响胶粒的表面电势。
零电荷点（PZC）：当胶粒表面净电荷为零时，电势决定离子的浓度。
3、 离子的溶解作用
离子型胶粒含有两种电荷相反的离子，如果这两种离子的溶解是不
等量的，则胶粒表面上也可以带上电荷。
例：若直接将AgI分散于蒸馏水中时，胶粒表面将带负电，水化能力较大 的Ag+易溶解，而I-易滞留于胶粒表面。
反离子两种运动趋势：
(1)静电吸附作用，向胶粒表面靠近； (2)热扩散作用，使反离子向液相本体扩散均匀分布。
两种趋势的作用结果： 达成平衡分布。越靠近胶粒表面的反离子浓度高，越远离界面的浓度低，直
到某一距离处反离子与胶粒的同号离子浓度相等。
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双电层的Stern模型
双电层： 胶粒表面的电荷与周围介质中的反离子电荷就构成双 电层。
4 沉降电势
在外力作用下，带电胶粒作相对于相对于液相的运动时，两端产生电势差 。
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二、 胶体表面电荷的来源
电动现象表明胶粒在液体中是带电的。电荷来源大致有：
1、 电离作用
有些胶粒带有可电离的基团，则在分散介质中电离而带电。
如 丙烯酸酯乳液粒子带负电：
CH2-CH
m
COOR
CH2-CH
§1.3 胶体的电学性质
一、 电动现象
1803年，俄国科学家PeИcc发现：带负电的粒 土颗粒在水中在外加电场的作用下向正极移动；
1961年，Quincke发现：在一定压力下将液体 挤过毛细管时，则在毛细管两端产生电势差
电动现象：在外电场作用下使分散相-分散介质固 液两相发生相对运动或在外力作用下使固-液两相 发生相对运动而产生电场的现象。
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4、 晶格取代
例：（1）粘土由铝氧八面体和硅氧四面体的晶格组成。
晶格中的Al3+、Si4+往往有一部分被低价的Mg2+或
Ca2+取代（同晶置换），使粘土晶格带负电。为保持
体系的稳定（电中性），粘土胶粒表面吸附一些正离
子。
例：（2）分子筛骨架的基本结构是硅氧四面体和铝氧 四面体，相当于Al3+取代了—Si—中的Si4+，所以分子 筛在水性体系中也带负电。
阳离子的水化能力比阴离子强，所以胶粒带负电的可能性比较大。 （b）Fajans规则：即能与胶粒组成离子形成不溶物的离子将优先被吸附。 如AgNO3与KI溶液反应制备AgI胶体。 当AgNO3过量,胶粒将优先吸附Ag+带正电；当KI过量，则优先吸附I-
而带负电。
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“电势决定离子”：被吸附离子是胶粒表面电荷的来源，其溶液中的浓度
电动电势ζ：滑动面上的电势称为电动电势ζ 或Zeta电 势
2 扩散层中的电荷与电势分布
采用Gouy-Chapman的处理方法。假设不存在Stern层， 扩散层从固体表面开始。
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Gouy-Chapman模型假设:
(1)胶粒平面是无限大平面，表面电荷分布均匀;
(2)扩散层中的反离子为点电荷，服从Boltzmann分 布; (3)溶剂的介电常数到处相同。
Stern面：吸附反离子的中心构成的面。
Stern电势：Stern平面与液体内部的电势差为Stern电势ѱ δ 。在Stern层内， 电势由胶体表面电势ѱ 0直线下降到ѱδ 。
扩散层:Stern层以外,反离子成扩散态分布，扩散层中的电势呈曲线下降。
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滑动面：
在胶粒的固体表面中有一定数量的溶剂分子与它紧 密结合；在电动现象中，这些溶剂分子及其内部的反 离子与粒子将作为一个紧密的整体运动，由此固-液 两相产生相对运动时存在一个界面，称为“滑动面”。 滑动面确切位置不详，但一般认为它在Stern层之外， 并深入到扩散层中。