第五章 胶体的稳定性(精心制作)解析
第五章 胶体的稳定性
2 p p pl gh r 2 72 103 3 2 10 9.8 3 10 0.3 103 / 2 1254 N / m2
Page
18
例5
用滴重法测定一有机液体的表面张力,滴管外径为0.006m,内径为0.0002m。 今测得20滴液体重量为0.0008kg,液体的密度为950kg/m3,液体可润湿管端。 用适当的校正因子计算表面张力。
(ƒ为校正系数,是V/r3的函数,校正因子F= 1/2πƒ )
测定方法：用读数显微镜测准管端外直径r ;由滴出体积 和计数得每一液滴V或重量W ;计算V/r3的值从表查F 。求 σ= (ρ·V·g / r)F ( ρ液体密度）
Page
5
挂环法
①公式:F=mg=2πR'σ+2π(2r+R') σ=4πRσ F=W总－ W环= 4πRσ, σ = △W/ 4πR ①测定方法: 铂丝圆形挂环挂于扭力天平或 链式天平,环平面恰与液面接触,测 定挂环与液面脱离时的最大拉力W总, 与环重W环之差是所设拉起的液体为 圆柱形的液重F (R'环的内半径,r环 丝半径,2r+R'环的外半径,环平均半 径R= R'+ r )。
求 水 / 汞。 解： 只考虑色散力，有
d d ls gs gl 2 gl gs d d 水 / 庚烷 庚烷 水 2 水 庚 烷 d 可得（已知饱和烷烃 gs＝ gs
胶体的定义和稳定性理论
电解质
负电溶胶的聚沉值（mmol/L）
As2S3溶胶
Au溶胶
AgI溶胶
实验 平 均 实验 平 均 实 验 平均
值
值
值
值
值
值
LiCl
58
LiNO3
—
NaCl
51
Na NO3
—
KCl
49.5
K NO3
50
55
1/2K 2SO4
65.5
Rb NO3
—
CH 3COOK 110
HCl
31
Ag NO3
—
— — 24 — — 25 24 23 — — 5.5 —
平均值 0.068
0.090
0.090
0.0009 0.0009 0.013
0.013
正电溶胶的聚沉值（mmol/L）
显然，聚沉值大，聚沉能力低；反之，聚沉能力大。
聚沉作用的一些实验规律如下： ⑴Schulze-Hardy规则：起聚沉作用的主要是反离子，反离子价数越 高，聚沉效率也越高。一般地，聚沉值与反离子价数的六次方成反比 。 相同价数的反离子聚沉值虽然相近，但也有差异，其顺序为： Li+ > Na+ > K+ > NH4+ > Rb+ > Cs+ Mg2+ > Ca2+ > Sr2+ > Ba2+ SCN －> I－ > NO3－> Br－ > Cl－ > F－ > Ac－ >1/2 SO42－ 这种顺序称为感胶离子序（Holmeister序）。 Schulze-Hardy规则只是用于惰性电解质，即不与溶胶发生任何特殊 反应的电解质。因此电势决定离子、特性吸附离子等都不应包含在内
胶体化学第5章胶体的稳定性
体的移动速度来计算电渗和电动现象，从而判断胶体的稳定性。
02 03
沉降法
沉降法是通过测量胶体在重力场中的沉降速度来判断其稳定性。如果沉 降速度很快，说明胶体的稳定性较差；如果沉降速度很慢，说明胶体的 稳定性较好。
光学法
光学法是通过观察胶体在光学显微镜下的形态来判断其稳定性。如果观 察到明显的聚沉现象，说明胶体的稳定性较差；如果没有观察到明显的 聚沉现象，说明胶体的稳定性较好。
反絮凝
是指通过某些措施使已经 絮凝的胶体重新分散成小 聚集体的过程。
04 胶体的应用
胶体在化学工业中的应用
胶体在化学工业中有着广泛的应用， 如涂料、颜料、粘合剂、印染等。胶 体作为分散相，能够提高产品的性能 和稳定性，改善产品的外观和手感。
胶体在化学工业中还可以用于制备功 能性材料，如光敏材料、电绝缘材料 ห้องสมุดไป่ตู้磁性材料等，以满足不同领域的需 求。
A
B
C
D
电子信息领域
利用胶体化学制备高性能的电子材料和器 件，推动电子信息技术的进步和发展。
能源与催化领域
利用胶体化学制备高效催化剂和燃料添加 剂，提高能源利用效率和减少环境污染。
感谢您的观看
THANKS
分散剂的作用
分散剂可以降低胶体粒子 之间的相互作用力，使胶 体粒子在介质中均匀分散。
分散剂的种类
常用的分散剂包括表面活 性剂、高分子物质等。
胶体的絮凝与反絮凝
胶体的絮凝
是指在某些条件下，胶体 粒子通过相互作用形成较 大聚集体的现象。
絮凝的条件
电解质、高分子物质、温 度变化等都可能引起胶体 的絮凝。
根据分散相粒子的大小，胶体可 分为粗分散体系、溶胶、高分子 溶液和缔合胶体等。
第五章 胶体的稳定性(精心制作)资料
胶体的稳定性概论
无机电解质和高分子都能对溶胶的稳定性产生重大影响，但其机
理不同。为加以区别，通常： 把无机电解质使溶胶沉淀的作用称为聚沉作用 把高分子使溶胶沉淀的作用称为絮凝作用 两者可统称为 聚集作用
2019/3/17
第一节 电解质的聚沉作用
2019/3/17
5.1 电解质的聚沉作用
第五章
胶体的稳定性
5.1 电解质的聚沉作用 5.2 高分子化合物的絮凝作用 5.3 高分子化合物的稳定作用
2019/3/17
秦可欣 哈尔滨商业大学
胶体的稳定性概论
胶体溶液的稳定性实指其某种性质（如分散相浓度、颗粒大小、
体系黏度和密度等）在一定程度的不变性。包括热力学稳定性、动 力稳定性和聚结稳定性。
（单位：mmol/L）
Al2O3（正电） NaCL KCl KNO3 K2SO4 K2Cr2O7 草酸钾 K3[Fe(CN)6] 43.5 46 60 0.30 0.63 0.69 0.08
2019/3/17
5.1 电解质的聚沉作用
聚沉作用规律
1 叔尔采—哈迪（Schulze-Hardy）规则
起聚沉作用的主要是反离子，反离子的价数越高，聚沉效率也越 高。由表5-1可粗略的估计出。对于给定溶胶来说，聚沉值与反离子的 价数的六次方成反比。即：
2019/3/17
5.1 电解质的聚沉作用
同价离子聚沉能力的次序称为感胶离子序。 对于高价离子的聚沉能力，电荷作用是主要的，离子大小的影响相 对的就不那么显著了。而大的有机离子，如表面活性剂，由于与胶粒 间有较强的范德华引力，容易在胶体粒子上吸附，所以聚沉能力比同 价小离子要大得多。
3 同号离子的影响
2019/3/17
第五章胶体的稳定性
64 n KT 2 0 2 k) d 0exp( k
式5-10
exp( Ze KT ) 1 0/2 0 exp( Ze KT ) 1 0/2
R 表示两平板质点的双电层在单位面积上的相互排斥能（斥力位能）。
当 0 很高时，Ze 0 >>1，则 0 →1， R 与 0 无关
§5-1 电解质的聚沉作用
一、聚沉与老化
聚沉：胶粒聚集变大而沉淀的过程，与沉淀反应不同， 因聚沉电解质的量远少于沉淀量，其间不存在当量关系。
老化：由于小颗粒具有大的溶解度，静止时，溶液中的 小颗粒溶解，大颗粒长大，直到形成分散度较单一的大颗粒 ，这一过程称为老化。
二、聚沉值及其测定方法
聚沉值：在指定条件下，使溶胶聚沉所需电解质的最 低浓度，以mol/L表示。
一、胶粒间的范德华吸引能
a、永久偶极之间 1、分子间的范德华吸引能
对于同种分子
b、色散吸引能 c、诱导偶极与永久偶极之间
6 x 分
式5-1 （六次律）
式中： 分 ：分子间总的范德华引力
2 2 3 2 2 hv 3 KT 4
式5-2
x：分子间距离 α ：分子的极化度
对斥能峰的高低有较大影响。 ② s 的影响 ， A与 0无关，而 0 随 A 上升而增加，所以 R 2 0 与A相同时，势垒能 s 增加而上升。 泥浆不抗盐是因为电解质对双电层的压缩，使 s下降 ，势垒下降。
R 2 ，所以A与 不变时， ③ 的影响 A与 无关， 0 越小，双电层越厚，势垒越高。
1 1 1 ∶ ∶ 1 2 3
6
6
6
聚沉值与离子价数的6次方成反比，即schulze-hardy 规则。除了反离子外，同号离子的性质、大小均对聚沉值 有影响。
讲-第章-胶体的稳定性
(ii) 脱水效应—高聚物分子由于亲水，其水化作用较胶粒 水化作用强(憎水)，从而高聚物的加入夺去胶粒的水化外壳 的保护作用。
(iii) 电中和效应—离子型高聚物的加入吸附在带电的胶 粒上而中和胶粒表面电荷。
2. 空间稳定理论（ steric stabilization）
向溶胶中加入高聚物或非离子表面活性剂，虽降低了电势， 但却显著地提高了溶胶系统的稳定性，这是用DLVO理论所解 释不了的。这种结果可用空间稳定理论加以解释。空间稳定理 论认为这是由于溶胶粒子表面吸附了高聚物，吸附的高聚物层 引起系统的G >0.
可见，聚沉能力是聚沉值的倒数，即聚沉值愈小，该电解 质的聚沉能力就愈大；反之，聚沉值越小的电解质，其聚沉能 力越强。
（1）电解质中与胶粒所带电荷相反的离子是其主要聚沉作用 的离子，并且离子价数越高，电解质的聚沉能力越大。
对某一给定溶胶，一、二、三价反离子聚沉值的比例大约是：
100 :1.6 : 0.14
当x缩小，先出现一 极小值F，则发生粒子的
Born排斥 {U}
聚集称为絮凝（可逆的）。
UR ∝exp{-x} —德拜参量
Umax
当x再缩小，则出现 极大值Umax。只有两胶 粒通过热运动积聚的动 能超过15kT时才有可能
超过此能量值，进而出 现极小值C，在此处发
生粒子间的聚沉（不可 逆）。
势垒
exp( Ze0 ) 1
2kT
exp( Ze0 ) 1
2kT
B：常数； ：介电常数；Z：分散离子价数 ； ：复合比 (complex ration) ; kB :波尔滋曼常数
胶体化学第5章 胶体的稳定性
式中，VA为范德华引力势能（为负值）；a是球半径；H是两球最短 距离；A是Hamaker常数 。 两平行的等同平板粒子：
VA A 12 D
2
式中，D是两板间距。
上两式表明，VA随距离的增大而下降。 Hamaker常数A是一个重要的参数，它与粒子性质有关，是物质的 特性常数，具有能量的单位，在10－19~10－20J之间。下表是一些物质的 Hamaker常数。
影响絮凝作用的主要因素有： ①絮凝剂的分子结构 絮凝效果好的高分子应有直链结 构，交联和支链结构的效果差。应有水化基团和架桥 功能，电离度越大，荷电越多，分子越伸展，利于架 桥；但若高分子与胶粒荷相同电性时，带电多，产生 静电斥力不利于絮凝。 ②絮凝剂的分子量 分子量越大越好，但过大时，不容 性和远距离则不利絮凝，一般分子量在106左右。 ③絮凝剂的浓度 研究表明存在一个最佳浓度，为胶 粒表面饱和吸附量一般是最好，可见上图示。 ④搅拌 要均匀，不可带激烈。 ⑤酸性和盐 它们对絮凝影响很大。 下面给出了一些代表性的高分子絮凝剂：
4．临界聚沉浓度 电解质是影响V的重要因素之一。见下图示。电解质浓度大（κ亦大）， 势垒越低。把势垒值为零时的电解质浓度称为临界聚沉浓度，用Cccc表 示。根据DLVO理论的势能公式，可得到
C ccc 常数
（ kT )
3 5
4 0
A z
2
6
这表明，Cccc 与离子价数的六次 方成反比，这与Schulze-Hardy经 验规则相符，也证明了DLVO理 论的合理性。
4.3 高分子的稳定性和絮凝作用
1.空间稳定作用 人们很早就发现高分子物质对溶胶具有稳定作用。稳定机理有如下几 个原因。 ①带电高分子吸附後会增加胶粒间的静电斥力势能。 ②高分子吸附层通常能减小Hamaker常数，从而降低粒子间的范德华 引力势能。 ③带有高分子吸附层的胶粒相互接近时，吸附层的重叠会产生新的斥 力势能阻止粒子聚集。这种稳定作用称为空间稳定作用，产生的斥力势 能称为空间斥力势能，用VS表示。这样粒子间总的相互作用势能为 V = VA + VR + VS
第五章 胶体的稳定性(精心制作)
高分子的絮凝作用和保护作用
2020/4/5
5.2 高分子化合物的絮凝作用
据研究分析，最佳值大约为固体 粒子表面吸附高分子化合物达到饱 和时的一半吸附量。因为这时高分 子在固体粒子上架桥的给予最大。
2020/4/5
用聚丙烯酰胺 絮凝3 ~ 5目硅胶悬浮体
5.2 高分子化合物的絮凝作用
3 絮凝剂的分子量 絮凝剂的分子质量越大则架桥能力越强，絮凝效率也越高。 絮凝剂
价数的六次方成反比。即：
M
:M
2
: M 3
100 :1.6 : 0.3
1
6
:
1
6
:
1
6
1 2 3
上式括号中的分母就相当于反离子的价数，这个规则称为
Schulze-Hardy规则。
2020/4/5
5.1 电解质的聚沉作用
一价离子的聚沉值：25～150mmol/L之间 二价离子的聚沉值：0.5～2mmol/L之间 三价离子的聚沉值：0.01～0.1mmol/L之间
与胶粒所带电荷相同的离子称为同号离子，一般来说他们对胶 体有一定的稳定作用，特别是高价离子或有机离子，在胶粒表面 特性吸附后可降低反离子的聚沉作用。
2020/4/5
5.1 电解质的聚沉作用
4 不规则聚沉
有时少量的电解质使溶胶聚沉，电解质浓度高时沉淀又重新分散成 溶胶，并使胶粒所带电荷符号改变，浓度再高时，又使溶胶再次聚沉。 这种现象称为不规则聚沉。此时，电解质的浓度已经很高，再增加电 解质也不能使沉淀再分散。多发生在高价反离子或有机反离子为聚沉 剂的情况。
作用物质
电解质
高分子
沉淀特点 缓慢、颗粒紧密 迅速、沉淀疏松、过滤快、絮凝剂用
第五章胶体的稳定性分解
第五章胶体的稳定性分解胶体是由固体颗粒或液滴分散在连续相中而形成的混合物。
在胶体中，颗粒或液滴的尺寸通常在1纳米至1微米之间，介于溶液和悬浮液之间。
在自然界和工业中，我们经常可以观察到各种胶体，如乳液、凝胶和泡沫等。
胶体的稳定性是指胶体系统维持稳定状态的能力，即颗粒或液滴分散均匀，并且不易聚集和沉降。
胶体的分解是指胶体系统中颗粒或液滴发生聚集而失去稳定性的过程。
胶体分解的原因有很多，最常见的原因是颗粒之间的吸引力增强，导致聚集现象的发生。
颗粒之间的吸引力可以通过静电作用、范德华力、亲水性或疏水性相互作用等来实现。
当这些吸引力超过分散力时，胶体就会发生分解。
胶体的分解会导致胶体体系不均匀，颗粒或液滴会聚集成大块或沉降到容器底部。
为了维持胶体的稳定性，我们可以采用一些方法来防止胶体的分解。
常见的方法包括添加稳定剂、控制环境条件和调节胶体粒径。
添加稳定剂是最常用的方法之一、稳定剂可以降低颗粒或液滴之间的吸引力，从而有效地抑制聚集的发生。
常见的稳定剂包括表面活性剂、胶体保护剂和电解质等。
表面活性剂是一类能够吸附在颗粒或液滴表面的物质，通过形成电荷屏障或分散剂层来降低吸引力，从而使颗粒或液滴保持分散状态。
胶体保护剂是一类能够与颗粒或液滴表面发生化学反应的物质，形成一层稳定的保护膜来防止聚集的发生。
电解质可以通过改变胶体系统中的离子浓度，从而改变颗粒或液滴表面的电荷性质，进而影响吸引力的大小。
控制环境条件也是维持胶体稳定性的重要方法之一、环境条件的改变可以直接影响颗粒间的吸引力和分散力之间的平衡。
例如，温度的变化会改变胶体中颗粒或液滴的热运动速度，从而影响颗粒之间的碰撞频率和能量大小。
pH值的变化则会改变胶体中颗粒或液滴的表面电荷，进而影响吸引力的大小。
通过控制环境条件，我们可以调节各种力的平衡，从而更好地维持胶体的稳定性。
此外，调节胶体粒径也是维持胶体稳定性的一种方法。
胶体粒径的大小直接影响胶体中颗粒或液滴之间的相互作用力。
胶体的稳定与聚沉解析
影响聚沉作用的一些因素
1. 电解质对于溶胶聚沉作用的影响
聚沉值 使一定量的溶胶在一定时间内完全聚沉 所需电解质的最小浓度。从已知的表值 可见，对同一溶胶，外加电解质的反号 离子的价数越低，其聚沉值越大。
聚沉能力
是聚沉值的倒数。聚沉值越大的电解质 其聚沉能力越小；反之，聚沉值越小的 电解质，其聚沉能力越强。
DLVO理论给出了计算胶体质点间排斥能及吸引 能的方法，并据此对憎液胶体的稳定性进行了定量处 理，得出了聚沉值与反号离子电价之间的关系式，从 理论上阐明了Schulze-Hardy 规则
DLVO理论
(1) 质点间的范德华吸引能
胶粒之间的相互作用可看作是分子作用的加和
若两个球形粒子体积相等
Va
A 12
影响聚沉作用的一些因素
电解质的影响有如下一些规律：
（1）聚沉能力主要决定于与胶粒带相反电荷的离子 的价数
异电性离子为一、二、三价的电解质，其聚沉
值的比例约为： 100:1.6:0.14
相当于
1 1
6
:
1 2
6
:
1 3
6
这表示聚沉值与异电性离子价数的六次方成反比
这一结论称为Schulze-Hardy规则
溶胶的稳定性胶粒表面因吸附某种离子而带电并且此种离子及反离子都是溶剂化的这样在胶粒周围就形成了一个溶剂化膜水化膜溶剂化层的影响水化膜中的水分子是比较定向排列的当胶粒彼此接近时水化膜就被挤压变形而引起定向排列的引力又力图恢复原来的定向排列这样就使水化膜表现出弹性成为胶粒彼此接近时的机械阻力水化膜中的水有较高的黏度这也成为胶粒相互接近时的机械障碍影响聚沉作用的一些因素使一定量的溶胶在一定时间内完全聚沉所需电解质的最小浓度
胶体的稳定性
二、DLVO理论
1941，德查金(Darjaguin)和朗道(Landau)； 1948，维韦(Verwey)和奥弗比克(Overbeek)： 带电胶粒稳定理论，简称DLVO理论
1. 理论要点
（1）胶粒既存在斥力位能，也存在引力位能。前者是带电胶粒 靠拢时扩散层重叠时产生的静电排斥力；而后者是长程范德 华力所产生的引力位能，与距离的一次方或二次方成反比， 或是更复杂的关系。 （2）胶粒间存在的斥力位能和引力位能的相对大小决定了系统 的总位能，亦决定了胶体的稳定性。当斥力位能>引力位能， 并足以阻止胶粒由于布朗运动碰撞而粘结时，胶体稳定，而 当引力位能>斥力位能时，胶粒靠拢而聚沉。调整其相对大 小，可改变胶体的稳定性。 （3）斥力位能、引力位能及总位能随胶粒间距离而改变。由于 UR和UA与距离的关系不同，会出现在一定距离范围内引力占 优；而在另一范围内斥力占优的现象。 （4）理论推导的斥力位能和引力位能公式表明，加入电解质对 引力位能影响不大，但对斥力位能有很大影响。电解质加入 会导致系统总位能的变化，适当调整可得到相对稳定的胶体 系统。
1 2
特点：a.全是负值，表现为吸引力 b.都与r6成反比，为近程相互作用 c.虽然可能同时存在，但普遍存在的只有色散力，且 占绝对优势
两个相同的分子：
U U U
4
A
K
D
U
L
2 2 3 kT
3 4 h
2
4
2
3 4
h
2
6 6 / r r
提高胶粒的表面电位0增大扩散双电层厚度1122aenkt????????自修内容胶粒间引力位能的公式推导胶粒间斥力位能的公式推导公式推导各种近似的讨论溶胶凝胶转变法制备单分散溶胶粘度的测量由电渗速度数据计算电位扩散双电导模型的完整公式综合考虑颗粒间的范德华引力和静电斥力可以解释静电稳定胶体的稳定机制
第五章 胶体和胶体的稳定性
a
粒子在此处可形成疏松的不稳定的聚沉物。当外界环境变化 粒子在此处可形成疏松的不稳定的聚沉物。 形成疏松的不稳定的聚沉物 这种聚沉物可重新分离生成溶胶。 时，这种聚沉物可重新分离生成溶胶。
势 能
ER E
形成疏松 的聚沉物
a
x
形成结构紧 密而又稳定 的沉积物
Emax 0
b
EA 第二最小值 第一最小值
之间， 在 ab 之间， 斥力起主导作 用，势能曲线 上出现极大值 上出现极大值 Emax。当迎面 相撞的一对胶 体粒子所具有 的平动能足以 克服这一势垒 时，它们就会 进一步
靠拢发生聚沉。 靠拢发生聚沉。若Emax >15kT ，一般胶体粒子的热运动无法克 就不会发生聚沉。越过E 势能曲线出现第一最小值。 服，就不会发生聚沉。越过 max后，势能曲线出现第一最小值。 落入此陷阱的粒子发生不可逆聚沉形成紧密而又稳定的聚沉物。 落入此陷阱的粒子发生不可逆聚沉形成紧密而又稳定的聚沉物。
return
电位离子 反离子
胶核
滑动面 胶团边界 吸附层 扩散层
胶粒
ξ电位 电位
Ψ电位 电位
胶体的结构
胶体的稳定性对生活的影响
产品 墨水 纳米防水剂 碳纳米管 废水处理 处理的效果 锅炉污垢沉积 气体尘埃
3 溶胶的稳定与聚沉 胶体具有较大的表面积，较大的比表面 积因而在热力学上是不稳定的。 但很多胶体可以在一定时间内稳定存在 的。
溶胶稳定的原因： 溶胶稳定的原因： 1) 胶粒带电 增加胶粒间的排斥作用； 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 形成弹性水化外壳， 阻力； 阻力； 3) Brown运动 使胶粒受重力的影响而不下沉。 Brown运动 使胶粒受重力的影响而不下沉。 4) 高分子在胶粒表面吸附形成弹性膜 ， 对胶体产生机 高分子在胶粒表面吸附形成弹性膜， 械阻隔。 明胶大分子。 械阻隔。如：明胶大分子。 5) 小分子吸附到胶粒表面， 改变胶粒的亲液性、 电荷 小分子吸附到胶粒表面 ， 改变胶粒1.3和胶体具有相似性质的物质
第五章胶体的稳定性
3、胶粒间范德华引力的特点
的随分子间中度上升而很快下降，所以 分 的作用距离很小。 得多。
粒 >> 分 ①胶粒是分子的结合，所以 粒 是许多 分的总和， 1 1 ②比较5-1式、5-3式， 分 6 ， 粒 2 。即分子间
x
D
胶粒 分 随D上升， 粒 衰减要慢得多。所以 粒 的作用范围要大 ③ 粒与A成正比，A与粒子性质有关，有效Hamaker常数 与粒子与介质的亲合力有关。
对于粘土泥浆：颗粒较粗（90%>2μ m）属粗分散体系 ，引力较强，表面双电层比较压缩，所以第二极小较深。 因此，浓的粘土悬浮体易形成凝胶结构，具有明显的触变 性。
影响净势能曲线形状的因素: ①A的影响 R 与 A A，在 与 0 不变时，势垒随A的增加而下降。 A无关。
0与 （ 0 s ）有关，所以斥能与stern电势（ s ）有关，
第五章 胶体的稳定性
电解质 的聚沉作用 DLVO理论
聚沉动力学
第五章
高分子化合物 的絮凝作用
高分子化合物的稳定作用 及空间稳定理论简介
胶体粒子有很大的表面积，体系的自由能也很高，所以粒子有 自动聚集以降低表面能的倾向。粒子由小变大的过程叫聚集过程。 如果聚集的最终结果导致粒子从溶液中沉淀析出，则称为聚沉过程 。为了加速聚集，可用其它物质作聚沉剂，如电解质。从聚沉过程 得到沉淀的粒子，一般比较紧密，过程比较缓慢。如加入高分子物 质或高价异号离子，则所产生的沉淀粒子堆集比较疏松。这种沉淀 物称之为絮凝物。这种过程称为絮凝过程，絮凝物的沉淀比较迅速 ，有时几分钟即可完成，沉淀中还可能带有部分溶剂。 虽然溶胶本质上是热力学不稳定体系，但实际上它总能稳定一定 时间，有时可长达数年，数十年之久。使溶胶稳定的因素之一是它 的动力性质，显然由于粒子的布朗运动，可以保持它的动力学稳定 ，但运动不可避免地要相互发生碰撞而聚集。如果每次碰撞都有效 的话，则所有的溶胶会在几秒甚至更短的时间内聚沉。但事实并非 如此，这说明还存在着使溶胶粒子相互排斥而使它稳定的一些因素 ，这即是本章要介绍的内容。
关于胶体稳定性问题的疑难解析
关于胶体稳定性问题的疑难解析胶体稳定性问题是高中化学胶体部分的重要内容。
课程标准要求学生从分类的角度认识胶体分散系，了解胶体这种常见的分散系的本质特点和基本性质。
而胶体稳定性是胶体分散系的重要性质之一，对于学生理解胶体分散系和胶体其他性质具有重要作用。
学业水平测试也要求学生识记并理解胶体的稳定性。
随着胶体化学的发展，人类对胶体稳定性的本质和原因的认识不断完善，教师理应把握胶体发展现状，明确胶体稳定性有关内容，正确引导学生认识胶体及其稳定性，以免造成学生的一些认识误区，不利于中学化学与大学化学之间的衔接。
通过分析目前“胶体”教学中涉及胶体稳定性的有关问题发现，很多教师和学生对胶体稳定性的了解并不深入和全面，尤其在胶体稳定性的探讨范围、胶体稳定存在的原因、稳定胶体制备等问题上存在错误认识。
因此，有必要结合相关文献和专业参考书，对上述问题作一些解读和澄清，以期为中学化学教学提供参考。
1胶体稳定性探讨范围的界定胶体又称胶状分散体，是一种均匀的混合物，分散质粒子直径介于粗分散系和溶液之間，即介观范围的一类分散体系，是一种高度分散的多相不均匀体系。
其种类有很多，而中学和大学化学中涉及的所谓“胶体”其实只是由难溶无机盐粒子构成的胶体，其中粒子以介观尺度分散在溶剂中且具有相界面，这是一种处于热力学不稳定、动力学稳定的体系。
而其他胶体体系即使其中粒子尺寸在介观范围也不在讨论范围内。
其他胶体体系主要有：（1）高分子溶液：尽管粒子尺度在介观范围，但那是无相界面的真正的溶液，处于热力学稳定的体系；（2）其他热力学稳定的、有相界面的胶体体系，如加表面活性剂的缔合胶体。
这种难溶盐胶体体系，热力学上由于粒子之间巨大的界能，具有相互聚结以减小界能，表现为不稳定；动力学上粒子发生布朗运动，表现为稳定，这两种表现使得胶体具有介稳性的特点，容易受外界条件的干扰发生聚沉。
2胶体稳定性表现的解释人教版化学1中，对胶体的稳定性存在如是描述：“同一种胶体微粒带相同的电荷，相互排斥，不易聚集，因此是比较稳定的分散系，可以长时间保存”，从静电斥力的角度来解释胶体稳定性。
胶体的稳定性和聚沉作用
胶体的稳定性和聚沉作用摘要：化学物品胶体已经广泛应用于现代生活，了解胶体的稳定性和聚沉作用对于我们高效利用有很大帮助。
关键词：稳定性胶体聚沉电解质溶胶的稳定根据胶体的各种性质。
溶胶稳定的原因可归纳为:（1）溶胶的动力稳定性胶粒因颗粒很小，布朗运动较强，能克服重力影响不下沉而保持均匀分散。
这种性质称为溶胶的动力稳定性。
影响溶胶动力稳定性的主要因素是分散度。
分散度越大，颗粒越小，布朗运动越剧烈，扩散能力越强，动力稳定性就越大，胶粒越不溶易下沉。
此外分散介质的粘度越大，胶粒与分散介质的密度差越小，溶胶的动力稳定性也越大，胶粒也越不溶易下沉。
(2) 胶粒带电的稳定作用下图表示的是一个个胶团。
蓝色虚线圆是扩散层的边界，虚线圆以外没有净电荷，呈电中性。
因此，当两个胶团不重迭时，如左图，它们之间没有静电作用力，只有胶粒间的引力，这种引力与它们之间距离的三次方成反比，这和分子之间的作用力（分子之间的作用力与分子之间距离的六次方成反比）相比，是一种远程力，这种远程力驱使胶团互相靠近。
当两个胶团重迭时，如右图，它们之间就产生静电排斥力。
重叠越多，静电排斥力越大。
如果静电排斥力大于胶粒之间的吸引力，两胶粒相撞后又分开，保持了溶胶的稳定。
胶粒必须带有一定的电荷才具有足够的静电排斥力，而胶粒的带电量与ζ电势的绝对值成正比。
因此，胶粒具有一定的ζ电势是胶粒稳定的主要原因。
(3) 溶剂化的稳定作用物质和溶剂之间所起的化合作用称为溶剂化，溶剂若为水，则称水化。
憎液溶胶的胶核是憎水的，但它吸附的离子都是水化的，因此增加了胶粒的稳定性。
由于紧密层和分散层中的离子都是水化的，这样在胶粒周围形成了水化层。
实验证明，水化层具有定向排列结构，当胶粒接近时，水化层被挤压变形，它有力图恢复定向排列结构的能力，使水化层具有弹性，这成了胶粒接近时的机械阻力，防止了溶胶的聚沉。
以上影响溶胶稳定的三种因素中，尤以带电因素最重要。
溶胶的聚沉溶胶中的分散相颗粒相互聚结而变大，以至最后发生沉降的现象称为聚沉。
胶体的稳定性
3、胶粒间的静电斥力
当颗粒表面带有电荷，在颗粒-溶液界面上即产生扩散双 电层。当它们互相接近，两个双电层相互重叠，即产 生静电斥力
颗粒间的静电斥力使颗粒互相远离，有利于稳定
H
R a
O1
h
dh
H0 O2
ER
64 n0kT
2 0
exp D
0
ER
6 4 a n0 k T
2 0
H
0
0
a
板厚δ ＝0
A：Hamaker常数，与β有关，10－19～10－20J
分散介质对引力位能的影响
有效Hamaker常数
A101 A11
1/2
A 00
1/2
2
1、不管A11、A00相对大小如何，A101总为正值，即在溶剂 或真空中，胶体颗粒之间的van der Waals力总表现为 引力 2、两个胶体颗粒被溶液隔开后，其van der Waals引力总 小于真空中的引力 3、若A11＝A00，则A101＝0，胶体颗粒间无相互吸引作用， 这样的胶体体系至少是聚集稳定的。另外，这意味着 溶剂性质与胶体颗粒性质相同，而溶剂化好的胶体颗 粒似乎能满足这一条件
2、胶粒间的长程van der Waals引力
分子间的van der Waals引力
2 1 2 3 kTr
2
2
2
Keeson相互作用： Debye相互作用： London相互作用：
U
U
U
K
6
2
1 2 2 1
3 h
6
D
r 1 2
2
6
L
胶体稳定性的DLVO 理论
65胶体稳定性的DLVO 理论胶体(憎液溶胶)是一个高度分散的系统，它有很大的表面自由能，且具有自发降低表面自由能的倾向，这就是说，在本质上，憎液溶液胶属于热力学不稳定系统。
某些物理条件的改变，特别是电解质的加入，会显著地影响它的稳定性，使它聚集而沉淀。
早在一个世纪前，Schulze(舒尔茨)和Hardy(哈迪)就经验发现，异号离子的电荷数对溶胶的聚沉影响很大。
电荷数(价数)愈高，聚沉能力愈大。
如果将使溶胶聚沉的电解质最低浓度称为聚沉值，则一价、二价和三价异号离子的聚沉值之比约为66)31(:)21(:1，这个规律称为Schulze —Hardy 规则。
怎样解释这个规则，就成了胶体稳定性理论必须面对的首要任务。
直到上个世纪的四十年代，这个问题才被两位前苏联学者Дерягин(杰里亚金)、Ландау(朗道)和两位荷兰学者Verwey(弗威)和Overbeek(奥弗比克)所解决，因此，称为DLVO 理论。
本专题就专门来介绍这个理论。
鉴于理论是建立在数学解析的基础上，下面的介绍只取推导的结果，而将介绍的重心放在物理意义上。
1．DLVO 理论这个理论完全着眼于溶胶粒子的作用势能与粒子间距的关系。
认为粒子间存在着两个相互制约的作用力，一是van der Waals 引力，它要使粒子兼并而聚沉。
另一是扩散双电层重迭所引起的静电斥力，它是维护溶胶稳定的原因。
因此，溶胶是否能够相对地稳定就取决于这两种力谁占据优势，DLVO 理论的首要任务便是分别计算粒子之间的引力和斥力势能与粒子间距的定量关系。
(1) 粒子间的van der Waals 引力势能如所周知，分子之间是存在短程的van der Waals 引力的，这种力的大小与分子间距的7次方成反比。
它包括分子间的偶极—偶极作用，偶极与诱导偶极的作用和分子间的色散作用。
后者亦称London 力，在胶体中常常起着主要的作用，量子力学算得，London 力的引力势能与分子间距的关系可由下式表示662A 43−−−=−=x x h V βνα (65-1) 式中h 为Planck 常数, ν为分子的特征振动频率，α为分子的极化率，x 为分子间距，负号表示吸引。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
5.1 电解质的聚沉作用
通常对一价反离子来说，溶胶稀释时聚沉值增加；对二价反离 子：不变；对三价反离子：降低。这就是Burton－Bishop规则。
第五章 胶体的稳定性
2020/10/25
5.1 电解质的聚沉作用 5.2 高分子化合物的絮凝作用 5.3 高分子化合物的稳定作用
秦可欣 哈尔滨商业大学
胶体的稳定性概论
胶体溶液的稳定性实指其某种性质（如分散相浓度、颗粒大小、 体系黏度和密度等）在一定程度的不变性。包括热力学稳定性、动 力稳定性和聚结稳定性。
0.067 K3[Fe(CN)6] 0.069 0.069
43.5 46 60
0.30 0.63
0.69
0.08
2020/10/25
5.1 电解质的聚沉作用
聚沉作用规律
1 叔尔采—哈迪（Schulze-Hardy）规则
起聚沉作用的主要是反离子，反离子的价数越高，聚沉效率也越
高。由表5-1可粗略的估计出。对于给定溶胶来说，聚沉值与反离子的
与胶粒所带电荷相同的离子称为同号离子，一般来说他们对胶 体有一定的稳定作用，特别是高价离子或有机离子，在胶粒表面 特性吸附后可降低反离子的聚沉作用。
2020/10/25
5.1 电解质的聚沉作用
4 不规则聚沉
有时少量的电解质使溶胶聚沉，电解质浓度高时沉淀又重新分散成 溶胶，并使胶粒所带电荷符号改变，浓度再高时，又使溶胶再次聚沉。 这种现象称为不规则聚沉。此时，电解质的浓度已经很高，再增加电 解质也不能使沉淀再分散。多发生在高价反离子或有机反离子为聚沉 剂的情况。
不规则聚沉可通过反离子对ζ电势的影响来解释，见下页图。
2020/10/25
5.1 电解质的聚沉作用
稳定区
聚沉区
+30mv
0 － 30mv
稳定区
不规则聚沉示意图
当ζ电势绝对值低于临界值（一般为30mv）时，溶胶就聚沉，
高于此值，体系稳定。
2020/10/25
5.1 电解质的聚沉作用
5 溶胶相互聚沉
1．热力学稳定性
胶体是高度分散的多相体系，有巨大的界面能，因而是热力学不 稳定体系。
2020/10/25
胶体的稳定性概论
2．动力稳定性
由于胶粒很小，强烈的Brown运动能阻止其在重力场中的沉降， 因而具有动力稳定性。如Farady制备的金溶胶放置了几十年才沉下来。
3．聚结稳定性
粒子间有相互聚结而降低其界面能的趋势，称为聚结不稳定性。 稳定的溶胶必须同时兼备聚结稳定性和动力稳定性，其中聚结 稳定性更为重要，一旦失去聚结稳定性，粒子相互聚结变大，最终 将导致失去动力学稳定性。
2020/10/25
5.1 电解质的聚沉作用
同价离子聚沉能力的次序称为感胶离子序。 对于高价离子的聚沉能力，电荷作用是主要的，离子大小的影响相 对的就不那么显著了。而大的有机离子，如表面活性剂，由于与胶粒 间有较强的范德华引力，容易在胶体粒子上吸附，所以聚沉能力比同 价小离子要大得多。
3 同号离子的影响
价数的六次方成反比。即：
M
:M
2
: M 3
100 :1.6 : 0.3
1
6
:
1
6
:
1
6
1 2 3
上式括号中的分母就相当于反离子的价数，这个规则称为
Schulze-Hardy规则。
2020/10/25
5.1 电解质的聚沉作用
一价离子的聚沉值：25～150mmol/L之间 二价离子的聚沉值：0.5～2mmol/L之间 三价离子的聚沉值：0.01～0.1mmol/L之间
2020/10/25
5.1 电解质的聚沉作用
聚沉值
表征电解的聚沉能力的参数是聚沉值。聚沉值是指在规定条件
下使溶胶聚沉所需电解质的最低浓度，常以mmol/L为单位。聚沉值
的倒数为聚沉率。
聚沉值越小，该电解质的聚沉作用越强，聚沉能力越大。聚沉 值与测定条件有关，所以只能对相同条件的结果进行对比。
下面的表给出了一些体系的聚沉值。
AlCl3 1/2Al(SO4)3 Al(NO3)
0.093 Al(NO3)3 0.096 La(NO3)3 0.095 Ce(NO3)3
（单位：mmol/L）
Al2O3（正电） 165 NaCL 140 KCl 136 KNO3 126
2.40 K2SO4 2.60 K2Cr2O7 2.43 草酸钾
胶体的离子有很大的比表面，体系的表面能也很高， 所以粒子有自动聚集以降低其表面能的趋势。粒子由小变 大的过程称为聚集过程（aggregation），由胶体粒子聚集 而成的大粒子称为聚集体（aggregate），如聚集的最终结 果导致粒子从溶液中沉淀析出则称为聚沉过程。为了加速 聚集，可以外加其他物质作聚沉剂，如电解质等。
2 异号离子大小（感胶离子序）
聚沉值的大小与水合离子半径有一定关系，同价离子、水合离子半 径越小，越容易靠近胶体粒子，聚沉能力就越大；水合离子半径越大， 越不易被胶粒吸附（静电引力越弱），聚沉能力越弱。对一价离子犹 其明显。
正离子：H＋>Cs+> Rb+>NH4+ >K+>Na+>Li+ 负离子：F－>C1－>ClO3 －>Br－>NO3－>I－>SCN－>OH－
两种电性相反的溶胶混合时可发生相互聚沉作用，聚沉的程度 与两胶体的比例有关，比例相差很大时，聚沉不完全或不发生聚沉， 在等电点附近沉淀最完全。
相互聚沉的原因可能有两种：① 两种胶粒电性中和；② 两种 胶粒的稳定剂相互发生破坏（如沉淀）。
6 Burton-Bishop规则
溶胶的浓度也影响电解质的聚沉值。
2020/10/25
胶体的稳定性概论
无机电解质和高分子都能对溶胶的稳定性产生重大影响，但其机 理不同。为加以区别，通常：
把无机电解质使溶胶沉淀的作用称为聚沉作用 把高分子使溶胶沉淀的作用称为絮凝作用
两者可统称为 聚集作用
2020/10/25
第一节 电解质的聚沉作用
2020/10/25
5.1 电解质的聚沉作用
2020/10/25
5.1 电解质的聚沉作用
表5-1 电解质对溶胶聚沉浓度
As2S3（负电）
LiCl NΒιβλιοθήκη Cl KCl KNO3AgI(负电)
58 51 49.5 50
LiNO3 NaNO3 KNO3 RbNO3
CaCl2 MaCl2 MaSO4
0.65 Ca(NO3)2 0.72 Ma(N03)2 0.81 Pb(NO3)2