溶胶的物理化学性质
胶体化学第3章
Fick第一扩散定律只适用于浓度梯度恒定的情况。实际上在 扩散时，浓度梯度是不断变化的。所以浓度随时间的变化为：
dc d c D 2 dt dx
2
Fick第二扩散定律
通过扩散试验，并运用Fick扩散定律，可求粒子的扩散系数 D；从D可求得粒子的大小和形状。
例题：
1、在下述条件下计算和比较质点在重力场中和离心力场中的 沉降速度：质点半径 r = 1x10-7m；分散相密度ρ=2x103Kg/m3； 分散介质密度ρ0=1x103 Kg/m3；黏度η=1x10-3Pa· s；离心加速 度ω2x=200g. 2、计算和比较上题中的质点在重力场和离心力场中沉降高度 H=0.1m时的沉降时间。 3、在300K为使半径为5x10-8m的质点发生沉降需用多大离心 加速度的离心机？已知质点密度ρ=3x103Kg/m3；分散介质密 度ρ0=1x103 Kg/m3；黏度η=1x10-3 Pa· s。
I
24 cv
3
2
4
n2 n1 2 （ 2 ) I0 2 n2 2n1
2
2
上式称为Rayleigh散射定律。由此定律可知：
——散射光的强度与入射光波长的4次方成反比，即波长越 短的光越易被散射。
——散射光的强度与单位体积中的质点数成正比。
——散射光的强度与粒子体积的平方成正比。 (利用丁达尔现象可以鉴别溶胶和真溶液) ——散射光的强度与入射光的强度I0成正比。 ——粒子的折射率与周围介质的折射率相差越大，粒子的散 射光越强。
二、Rayleigh散射 产生光散射的因素很多，这里只介绍Rayleigh散射。 （1）光散射的基本原理 ——在极高频率的电场中，粒子本身也将以极高频率 振荡。 一个带有电荷q的粒子放在电场E中，它就会受到电场 力F，如果粒子的质量为m，力F将使它产生一个加速 q 度 a， a E F qE F ma m ——由电磁理论可知，任何带电粒子发生振荡时都可 以成为电磁辐射源。因此，一个振动的偶极子就成为 一个辐射源，向空间发射电磁波。散射波强度 I∝a2∝(q/m)2E2
溶胶的定义
溶胶的定义溶胶是一种常见的物质状态，它在我们的日常生活中随处可见。
溶胶是由固体微粒或液滴悬浮在液体或气体中形成的，是一种均匀的混合物。
溶胶的形成是通过溶解、悬浮或化学反应等过程实现的。
溶胶的形成离不开溶剂的存在。
溶剂是指能够溶解或扩散其他物质的介质。
在溶胶中，溶剂起到分散固体微粒或液滴的作用。
常见的溶剂有水、酒精、乙醚等。
溶剂的选择通常取决于所需溶解物质的性质以及实际应用的要求。
溶胶的形成过程可以通过物理或化学方法实现。
物理方法包括溶解和悬浮，而化学方法则涉及化学反应。
溶解是指将固体溶质溶解到液体溶剂中，形成均匀的溶液。
悬浮是指将固体微粒悬浮在液体或气体中，形成悬浮液或气溶胶。
溶解过程是溶胶形成的基础。
当溶质的颗粒与溶剂的颗粒相互作用时，溶质的颗粒会逐渐从固态转变为溶解态，并均匀分布在溶剂中。
这种过程是一个动态平衡的过程，溶质的颗粒在溶解和重新结晶之间不断转换，直至达到饱和溶解度。
悬浮是溶胶形成的另一种方式。
当固体微粒的密度大于溶剂时，固体微粒会沉积在底部。
但是，通过搅拌或加热等外部作用力，固体微粒可以悬浮在溶剂中。
这种悬浮状态下的溶胶具有一定的稳定性，可以长时间存在。
化学反应也可以产生溶胶。
当两种或多种物质发生化学反应时，产生的产物可以形成溶胶。
例如，当酸和碱反应产生盐时，盐会溶解在水中形成溶胶。
这种溶胶在化学反应后形成，并且具有新的化学性质。
溶胶在科学研究和工业生产中具有广泛的应用。
在科学研究中，溶胶可以用作实验材料，用于分析和测试。
在工业生产中，溶胶可以用于制备纳米材料、涂料、墨水等。
此外，溶胶还可以用于药物传递、环境治理等方面。
溶胶是由固体微粒或液滴悬浮在液体或气体中形成的均匀混合物。
它的形成离不开溶剂的存在，可以通过溶解、悬浮或化学反应等方式实现。
溶胶在科学研究和工业生产中具有广泛的应用，对于我们的生活和社会发展有着重要的意义。
大学《物理化学》12.溶胶
若按分散相的大小来分类， 若按分散相的大小来分类，可将分散体系分成三大类 类型
粗分散体系 （悬浮液） 悬浮液） 胶体分散系 （溶胶、高分 溶胶、 子溶液） 子溶液）
颗粒 大小 > 10-7 m
例子
泥浆 牛奶 Fe(OH)3溶
特
性
粒子不能透过滤纸，不扩散， 粒子不能透过滤纸，不扩散， 在一般显微镜下可见， 在一般显微镜下可见，多相 态。 粒子能透过滤纸， 粒子能透过滤纸，不能透过
可见光的波长范围为 : 450 nm ～ 700 nm ,
4 .5 × 10 −7 ～ 即
胶粒的大小范围大致为: 胶粒的大小范围大致为
7 ×10
～
−7
m m
10
−7
10
−9
由于胶粒的大小小于入射光的波长, 因此, 由于胶粒的大小小于入射光的波长 因此 观察 光的散射作用引起的。 到的光锥是由光的散射作用引起的 到的光锥是由光的散射作用引起的。
2） 对粗分散体系，由于粒子较大，来自四面八方的撞 ） 对粗分散体系，由于粒子较大， 击力大致相互抵消，因此，布朗运动不明显； 击力大致相互抵消，因此，布朗运动不明显； 3） 对分子分散系，由于分子剧烈的热运动，无法观察 ） 对分子分散系，由于分子剧烈的热运动， 到分子的运动轨迹，因此，也没有布朗运动。 到分子的运动轨迹，因此，也没有布朗运动。 在超显微镜下能够清楚看出粒子走过的路径， 在超显微镜下能够清楚看出粒子走过的路径，因此 能够测出在一定时间内粒子的平均位移。粒子越小， 能够测出在一定时间内粒子的平均位移。粒子越小，布 朗运动越激烈，其激烈程度不随时间而改变， 朗运动越激烈，其激烈程度不随时间而改变，但随温度 的升高而加剧。 的升高而加剧。
光源 光源
胶体的制备和性质物理化学
沉淀
粒子大小
溶胶
凝胶
浓度
BaSO4颗粒大小与反应物浓度的关系
2.1 胶体的制备和净化
➢ 根据Weimarn理论，要制备胶体，必须v1大、v2小。而 要使v1大，必须过饱和度高，也即生成的盐的溶解度要 尽可能得小。反之v2大、 v1小，溶液的过饱和度低，则 形成大的晶体。
➢ 此外，温度、溶液pH值、杂质含量、搅拌条件等对成 核和晶核成长速度都有影响。
1、渗析 ➢ 渗析是利用羊皮纸或由火棉胶制成的半透膜，将
溶胶与纯分散介质隔开。 ➢ 膜的孔隙很小，它仅能让小分子或离子通过，而
胶粒不能通过。
2.1 胶体的制备和净化
渗析
2.1 胶体的制备和净化
➢ 电渗析：为了加快渗析 速度，在装有溶胶的半 透膜两侧外加一个电场 ，使多余的电解质离子 向相应的电极作定向移 动。溶剂水不断自动更 换，这样可以提高净化 速度。
2.1 胶体的制备和净化
➢ 胶体颗粒的大小在1~100nm之间，故原则上可由分子或 离子凝聚而成胶体，也可由大块物质分散成胶体。
➢ 用第一种方法制备胶体称凝聚法； ➢ 用第二种方法制备胶体称分散法。
离子 分子
凝聚 有新相生成
粗粒子
分散 比表面增加
胶体形成示意图
2.1 胶体的制备和净化
一、胶体制备的一般条件
1、分散相在介质中的溶解度须极小 ➢ 硫在乙醇中的溶解度较大，能形成真溶液。但硫在水中
的溶解度极小，故以硫磺的乙醇溶液滴加入水中，便可 获得硫磺水溶胶。 ➢ 分散相在介质中有极小的溶解度，是形成溶胶的必要条 件之一。此外，还要具备反应物浓度很稀、生成的难溶 物晶粒很小而又无长大条件时才能得到胶体。
胶体的性质(2)
② 影响电解质聚沉能力的因素： (a) 主要取决于与胶粒所带电荷相反的离子（反 离子）所带的电荷数（即价数）。反离子的 价数越高，聚沉能力越强。 Schulze-Hardy rule 电解质的聚沉值与胶粒的异电性离子的 价数的6次方成反比
c :c
(1) j
( 2) j
:c
( 3) j
1 )6 : ( 1 )6 : ( 1 )6 =( 1 2 3
(2) 溶胶的相互聚沉作用 当两种带相反电荷的溶胶所带电量相等时， 相互混合也会发生聚沉。 (3) 高分子化合物的作用 在溶胶中加入少量高分 子化合物可使溶胶聚沉， 称为敏化作用 敏化作用(絮凝作用)。 敏化作用 在溶胶中加入足够多 的高分子化合物，则会阻 止溶胶的聚沉，称为空间 空间 保护作用。 保护作用
(2) 双电层的排斥能 对球形粒子
Vr =
64 π n 0 kT γ
κ
2 0
2
⋅ exp( − κ H )
γ0 =
e e
ze ψ 0 ze ψ 0
2 kT 2 kT
−1 +1
n0 : 单位体积粒子数 ε: 介电常数 ψ0:粒子表面电势 κ: 离子氛半径的倒数 r : 粒子半径 H : 离子之间的最近距离
SnO2
加K2Sn(OH)2
2、凝聚法 、 (1) 化学凝聚法 FeCl3 + H2O
煮沸
Fe(OH)3（溶胶）+ 3HCl As2S3（溶胶）+ 3H2O +
As2O3 + 3H2S
加热
2HAuCl4(稀溶液) + 3HCHO（少量）+ 11KOH 2Au（溶胶）+ 3HCOOK +8KCl + 8H2O
二氧化钛溶胶疏水
二氧化钛溶胶疏水1.引言1.1 概述二氧化钛溶胶疏水是一种新型的表面改性技术，通过将二氧化钛纳米颗粒均匀分散在介质中形成溶胶，然后通过不同的方法在目标材料表面进行涂覆，以提高材料的疏水性能。
疏水性是指材料对水的接触角较大，表面有较强的疏水性，水滴在其表面呈现珠状，不易附着和渗透。
二氧化钛溶胶具有许多独特的性质，使其成为疏水技术中的理想选择。
首先，二氧化钛具有良好的光催化性能和抗污染能力，可以有效抑制污染物在表面的附着和生长。
其次，二氧化钛具有较高的化学稳定性和耐热性，可以在各种环境下保持疏水性能的稳定性。
此外，二氧化钛溶胶还具有较大的比表面积和孔隙结构，能够增加材料与介质之间的接触面积，提高涂层的均匀性和附着力。
二氧化钛溶胶的制备方法多种多样，常见的方法包括溶胶-凝胶法、水热法、气相法等。
这些方法可以控制二氧化钛颗粒的形貌、尺寸和分散度，从而对涂层的疏水性能进行调控。
同时，一些表面改性技术如热处理、等离子体处理、化学修饰等也可与二氧化钛溶胶结合使用，进一步提高涂层的性能和稳定性。
二氧化钛溶胶疏水技术可以广泛应用于各个领域，如建筑材料、涂料、纺织品、电子器件等。
其具有优异的防水、防油、防污等性能，可以改善材料的耐用性和使用寿命。
此外，二氧化钛溶胶疏水技术还具有良好的环境友好性，不含有害物质，对环境无污染。
综上所述，二氧化钛溶胶疏水是一种具有广泛应用前景的表面改性技术。
通过调控二氧化钛溶胶的制备方法和表面改性技术，可以实现对目标材料的疏水性能的有效提升。
随着科技的不断进步和发展，对二氧化钛溶胶疏水技术的研究和应用会更加深入，为我们提供更多可能性和机遇。
1.2 文章结构文章结构：本文按照以下结构进行组织和呈现：引言部分将首先对二氧化钛溶胶疏水进行概述，介绍其基本特性和应用前景。
然后，对文章的整体结构进行说明，指出各个章节的内容和重点。
最后，明确文章的目的，即通过对二氧化钛溶胶疏水的研究，探索其在实际应用中的潜力。
物理化学：13.6 溶胶的稳定性和聚沉作用
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二、聚沉动力学
通常所说的胶体稳定与否，是指聚沉速度 的相对快慢，聚沉速度是胶体稳定性的定 量反映。
快聚沉：势垒Vm为零，胶粒凡碰即聚； 慢聚沉：势垒存在，只有其中一部分胶粒
碰撞导致聚沉。
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1．快聚沉：
球形胶粒的消失速度：
dc dt
4kBT
3
c2
Krc2
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两带电质点间的总相互作用能：VT= VA + VR
当 d 0，VR 一常量，VA ，但由于
Born排斥能剧增，VT ；
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当 d ，VR 0，VA 0，但 VR 下降更 快（双电层短程作用）。
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1）“吸引作用”在 d 很小和很大时占支配 地位，各有一势能极小值出现。
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2）同价数的反离子聚沉能力
反离子半径对 AgI 负溶胶聚沉值的影响
外电 解质
反离子半径（Å） 反离子半径（Å）
（水化前） （水化后）
聚沉值 mmol / L
LiNO3
0.78
NaNO3
1.00
KNO3
1.33
Ca(NO)3 Mg(NO3)2
1.05 0.75
2.31
165
1.76
入第一极小的位置 —— 聚沉。
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b）若势垒能 Vm 远比热能大，则可防止胶粒在 主极小值处聚沉；若次极小值深度比热能小得 多，则质点热扩散而分开，体系处于聚结稳定 状态；
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c）若次极小值足够深而在该处出现聚结，显然 要拆散这种聚结要容易得多（因为此时质点相
溶胶的概念
溶胶的概念
溶胶是一种由微小颗粒（胶粒）悬浮在液体中形成的分散体系。
这些微小颗粒通常具有纳米到微米级别的尺寸，可以是金属、聚合物、生物分子等物质，它们在液体中形成了一个均匀分散的体系，这个分散体系中的胶粒之间相互作用力较弱，可以相对自由地运动和聚集。
溶胶具有一些特殊的物理和化学性质，如光学、磁性、电学、机械等性质，这些性质与胶粒的尺寸、形状、组成等因素密切相关。
由于溶胶中的胶粒尺寸较小，因此它们可以在微观尺度上对光的散射和吸收产生影响，这就是溶胶的光学性质。
此外，溶胶还具有一些特殊的表面性质，如表面电荷、表面活性等，这些性质对溶胶的稳定性和应用性能都有重要影响。
溶胶在材料科学、生物医学、能源等领域具有广泛的应用，如纳米材料制备、生物传感器、太阳能电池、涂料、油墨等。
Fe(OH)3溶胶制备纯化及性质实验报告
溶胶的制备、纯化及稳定性研究一、前言1、实验背景胶体现象无论在工农业生产中还是在日常生活中，都是常见的问题。
为了了解胶体现象，进而掌握其变化规律，进行胶体的制备及性质研究实验很有必要。
氢氧化铁胶体因其制备简单、带有颜色和稳定性好等特点被广泛应用于大学物理化学实验中，并且是高中化学中的一个重要实验。
但是采用电泳方法测定溶胶的电动电势（ζ）却是始终是一个难点，因为溶胶的电泳受诸多因素影响如：溶胶中胶粒形状、表面电荷数量、溶剂中电解质的种类、离子强度、PH、温度和所加电压。
2、实验要求(1)了解制备胶体的不同方法，学会制备Fe(OH)3溶胶。
(2)实验观察胶体的电泳现象，掌握电泳法测定胶体电动电势的技术。
(3)探讨不同外加电压、电泳时间、溶胶浓度、辅助液的pH值等因素对Fe(OH)3溶胶电动电势测定的影响。
(4)探讨不同电解质对所制备Fe(OH)3溶胶的聚沉值,掌握通过聚沉值判断溶胶荷电性质的方法。
二、实验部分1.实验原理溶胶的制备方法可分为分散法和凝聚法。
分散法是用适当方法把较大的物质颗粒变为胶体大小的质点，如机械法，电弧法，超声波法，胶溶法等；凝聚法是先制成难溶物的分子(或离子)的过饱和溶液，再使之相互结合成胶体粒子而得到溶胶，如物质蒸汽凝结法、变换分散介质法、化学反应法等。
Fe(OH)3溶胶的制备就是采用化学反应法使生成物呈过饱和状态，然后粒子再结合成溶胶。
在胶体分散系统中，由于胶体本身电离，或胶体从分散介质中有选择地吸附一定量的离子，使胶粒带有一定量的电荷。
显然，在胶粒四周的分散介质中，存在电量相同而符号相反的对应离子。
荷电的胶粒与分散介质间的电位差，称为ξ电位。
在外加电场的作用下，荷电的胶粒与分散介质间会发生相对运动。
胶粒向正极或负极（视胶粒荷负电或正电而定）移动的现象，称为电泳。
同一胶粒在同一电场中的移动速度由ξ电位的大小而定，所以 电位也称为电动电位。
测定ξ电位，对研究胶体系统的稳定性具有很大意义。
溶胶与凝胶的基本物理化学特性
双电层结构模型和电动电位
(3) Stern模型(1924)
Stern认为Gouy—Chapman的扩散双电层可分为两 层，一层为紧靠粒子表面的紧密层(亦称Stern层或吸附 层)，其厚度δ由被吸附离子的大小决定。另一层相似于 G ouy-Chapman双电层中的扩散层(电势随距离的增加呈曲 线下降)，其浓度由体相溶液的浓度决定。
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
移率）为常数，是该带电粒 子的物化特征性常数。不同 带电粒子因所带电荷不同， 或虽所带电荷相同但荷质比 不同，在同一电场中电泳， 经一定时间后，由于移动距 离不同而相互分离。分开的
体微粒吸附阴离子，带负电荷。 距离与外加电场的电压与电
泳时间成正比。
电泳与沉降电位
按分离原理的不同，电 泳分为4类： 移动界面电泳、 区带电泳、 等电聚焦电泳 等速电泳。
工厂除尘也用到电泳。利用电泳 还可以检出被分离物，在生化和 临床诊断方面发挥重要作用。本 世纪40年代末到50年代初相继发 展利用支持物进行的电泳，如滤 纸电泳，醋酸纤维素膜电泳、琼 脂电泳；50年代末又出现淀粉凝 胶电泳和聚丙烯酰胺凝胶电泳等。 目前，电泳技术已广泛应用于分 析化学、生物化学、临床化学、 药理学、免疫学、微生物学、遗 传学等科学中。
物理化学实验报告讲义胶体的制备及性质研究
实验35 胶体的制备及性质研究预习要求：1、了解溶胶的各种制备方法；明确本实验Fe(OH)3溶胶的制备方法。
2、本实验中溶胶粒子带电的原因。
3、溶胶纯化的目的；溶胶纯化时先在热水中渗析几遍的原因。
4、了解棉胶液的组成；棉胶液形成半透膜的原因。
实验目的1．掌握Fe(OH)3溶胶的制备方法和纯化方法。
2．观察溶胶的电泳现象并了解其电学性质。
3．掌握电泳法测定胶粒电泳速度和溶胶电动电位（ζ电位）的方法。
4．了解溶胶的光学性质及不同电解质对溶胶的聚沉作用。
实验原理溶胶是一个多相系统，胶粒（分散相）大小在1~1000 nm之间，是热力学不稳定系统。
溶胶的制备方法分为两大类：把较大的物质颗粒变为胶体大小质点的分散法，以及把物质的分子或离子聚集成胶体大小质点的凝聚法。
本实验中Fe(OH)3溶胶的制备采用化学反应凝聚法，即通过化学反应使生成物呈过饱和状态，然后粒子再结合为溶胶。
新制的溶胶中常有杂质存在而影响其稳定性，因此必须纯化。
常用的纯化方法是半透膜渗析法。
半透膜的特点是其孔径只允许电解质离子及小分子透过，而胶粒不能透过。
提高渗析温度或搅拌渗析液，均可提高渗析效率。
固体粒子由于自身电离或选择性吸附某种离子及其他原因而带电，带电的固体粒子称为胶核。
在胶核周围的分散介质中分布着与胶核电性相反、电量相等的反离子。
部分反离子由于静电引力紧密吸附在胶核表面，形成紧密层；剩余的反离子由于热运动，分布于紧密层外至溶液本体的扩散层中。
扩散层的厚度随外界条件（温度、系统中电解质浓度、及离子价态）而改变。
由于离子的溶剂化作用，紧密层结合有一定量的溶剂分子，在外加电场作用下，紧密层与胶核作为一个整体（胶粒）移动，扩散层中的反离子向相反电极方向移动。
这种分散相粒子在电场作用下相对于分散介质的运动称为电泳。
带电的胶粒与带有反离子的扩散层发生相对移动的分界面，称为滑动面。
滑动面与液体内部的电位差称为电动电位（或ζ电位）。
电动电位是描述溶胶特性的重要物理量。
溶胶剂
⒋ 稳定性：热力学不稳定系统，表现为聚结和动力不稳定性。 加保护胶体 (protective colloid) 可增加稳定性。 ⒌ 胶体溶液分散相能通过滤纸，不能通过半透膜
二、结构——双电层结构：
1、吸附层：由吸附的带电离子和反离子构成。 2、扩散层：由少数扩散到溶液中的反离子构成 3、双电层 (electric double layer) 亦称扩散双电 层，即带相反电荷的吸附层和扩散层。 4、ζ-电势(zeta-potential)即双电层之间电位差
三、性质：
物理凝集法物理凝集法改变分散介质的性质改变分散介质的性质使溶解的药物凝集成溶胶使溶解的药物凝集成溶胶化学凝集法化学凝集法借助于氧化还原水解复分解等化学反借助于氧化还原水解复分解等化学反应制备溶胶
第五节、溶胶剂(sols)
一、定义：
溶胶剂(疏水胶体)系固体药物以多分子 聚集作为分散相的质点，分散在液体分散 介质中所形成的非均匀状态液体分散体系， 亦称疏水性胶体溶液。 属于热力学不稳定体系 质点大小1~100nm。
五、制备： 分散法： 粗大粒子 物理凝聚法 凝聚法 化学凝聚法 溶液 溶胶粒子 溶胶粒子
1、分散法：
（1）研磨法：
用机械粉碎的方法，适 用于脆而易碎的药物，对于 柔韧性的药物必须使其硬化 后才能研磨，生产上用胶体 磨进行研磨，若研磨一次分 散度不够时，可反复研磨。 转速达10000 rpm
（2）胶溶法 (解胶法) 利用在细小的沉淀中加入电解质，使沉淀 的粒子吸附电荷逐渐分散的方法。如 AgCl+AgNO3→AgCl (3)超声分散法 用20000Hz以上超声波所产生的能量使粒 分散粒子分散成溶胶剂。
溶胶制备纯化及性质实验报告
溶胶的制备、纯化及稳定性研究——时间的影响和用K2SO4溶液测聚沉值一、前言1、实验背景胶体现象无论在工农业生产中还是在日常生活中，都是常见的问题。
为了了解胶体现象，进而掌握其变化规律，进行胶体的制备及性质研究实验很有必要。
Fe(OH)3胶体因其制备简单、带有颜色和稳定性好等特点被广泛应用于大学物理化学实验中，并且是高中化学中的一个重要实验。
但是采用电泳方法测定溶胶的电动电势（ζ）却是始终是一个难点，因为溶胶的电泳受诸多因素影响如：溶胶中胶粒形状、表面电荷数量、溶剂中电解质的种类、离子强度、PH、温度和所加电压。
2、实验要求(1)了解制备胶体的不同方法，学会制备Fe(OH)3溶胶。
(2)实验观察胶体的电泳现象，掌握电泳法测定胶体电动电势的技术。
(3)探讨不同外加电压、电泳时间、溶胶浓度、辅助液的pH值等因素对Fe(OH)3溶胶电动电势测定的影响。
(4)探讨不同电解质对所制备Fe(OH)3溶胶的聚沉值,掌握通过聚沉值判断溶胶荷电性质的方法。
二、实验部分1.实验原理溶胶的制备方法可分为分散法和凝聚法。
分散法是用适当方法把较大的物质颗粒变为胶体大小的质点，如机械法，电弧法，超声波法，胶溶法等；凝聚法是先制成难溶物的分子(或离子)的过饱和溶液，再使之相互结合成胶体粒子而得到溶胶，如物质蒸汽凝结法、变换分散介质法、化学反应法等。
Fe(OH)3溶胶的制备就是采用化学反应法使生成物呈过饱和状态，然后粒子再结合成溶胶。
在胶体分散系统中，由于胶体本身电离，或胶体从分散介质中有选择地吸附一定量的离子，使胶粒带有一定量的电荷。
显然，在胶粒四周的分散介质中，存在电量相同而符号相反的对应离子。
荷电的胶粒与分散介质间的电位差，称为ξ电位。
在外加电场的作用下，荷电的胶粒与分散介质间会发生相对运动。
胶粒向正极或负极（视胶粒荷负电或正电而定）移动的现象，称为电泳。
同一胶粒在同一电场中的移动速度由ξ电位的大小而定，所以?电位也称为电动电位。
硅溶胶的物理与化学性质
硅溶胶的物理与化学性质硅溶胶是二氧化硅胶体微粒在水中均匀扩散形成的胶体溶液，又叫做硅酸溶液，或二氧化硅水溶液，是一种用途广泛的新型化工原料。
硅溶胶的外观为乳白色半透明的胶体溶液，多成稳定的碱性，少数呈酸性。
硅溶胶中SiO2的浓度一般为10%~35%，浓度高时可达50%。
硅溶胶粒子比表面积为50~400m2/g，粒径范围一般在5~100nm，即处于纳米尺度，与一般晶粒为0.1~10μm的乳液相比，其颗粒要小得多。
硅溶胶的胶团结构用以下化学式表示：式中：m，n很大，而且m<<n。
可以认为硅溶胶的胶核与硅酸钠结构基本相同，它是由m个SiO2分子聚合而成。
在硅酸胶体溶液中H2SiO3是一种弱电解质，在水中能部分离解为H+和SiO2-3：H2SiO32H++SiO2-3，这些SiO2-3被吸附在胶核周围，形成带负电的内吸附层，使胶粒带负电，因而它必然会吸引存在于周围介质中的反离子，如H+、Na+等正离子，构成双电层。
这些反离子在受到粒子表面离子吸引的同时，又由于离子本身的热运动而使其中部分离子离开表面而向溶液外层扩散；而靠近粒子表面的反离子浓度较大，随着与表面距离的增加，反离子的浓度减少，形成扩散层。
由于胶体粒子表面所带负电荷与扩散层中所带正电荷总数相等，最后整个体系呈中性。
（硅溶胶涂料及其表面涂层的质量控制）硅溶胶是具有胶体特性、质点近似球体、带负电的溶胶。
ζ电位、布朗运动及足够的溶剂阻隔三大因素赋予其聚结稳定性和动力学稳定性。
然而，胶粒为介稳相，始终存在自发聚结的倾向。
三大稳定因素只要有一种被削弱，它就会自动聚结，产生凝胶或聚沉。
当硅溶胶凝聚成凝胶后，不可能再用加热或加溶剂的方法使之重新成为溶胶，因此是一种不可逆的胶体。
一般来说，比表面愈大，表面能也愈大。
硅溶胶体系是表面能很大的不稳定体系，它有自动减少表面能的趋势，很容易由小粒子自发聚集成大颗粒，甚至形成凝胶。
影响硅溶胶稳定性的因素很多，如电解质、温度、浓度、PH及粒径等。
第七章 溶胶
湖南中医药大学物理化学教学课件
第四节 溶胶的动力学特征
反渗透现象 附加压力大于渗透压 在分散体系上方所施加 的压力大于渗透压，这 会导致分散体系中的溶 半透膜 剂向纯溶剂中转移，这 种现象称为反渗透现象。 分散体系 纯溶剂
应用： 利用反渗透现象淡化海水制取淡水。
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第四节 溶胶的动力学特征
四、沉降 定义： 分散相在重力作用下的下沉现象。 沉降平衡： 沉降作用 扩散作用 自上而下，浓度逐渐减小 与沉降作用相反
当沉降速度＝扩散速度时，溶液中各部分浓度不再变化， 达到平衡。
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结果： 由上而下，浓度依次升高。
第五节 溶胶的电学性质
一、电动现象 电 泳：在电场力作用下，分散相粒子向一定方向移 动的现象。 电 渗： 在电场力作用下，液体对固定的固体表面电 荷作相对移动的现象。 流动电势：在外力作用下，液体沿着固体表面流动时产 生的电势。 沉降电势：在外力作用下，带电粒子相对于液体介质运 动时产生的电势。
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胶粒靠近时水化层受挤压变形造成弹性机械阻力
第六节 胶体的稳定性
三、溶胶的聚沉 定义： 溶胶分散度降低，分散相颗粒增大，最后从介 质中沉淀析出的现象称为聚沉。 电解质的聚沉作用 少量电解质起稳定作用 大量电解质使溶胶聚沉 聚沉值：使一定量的溶胶在一定时间内完全聚沉所需 电解质的最低浓度。
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对溶胶去聚沉作用的主要是反离子
第六节 胶体的稳定性
电解质聚沉的规律 ①反离子价数越高，对溶胶的聚沉能力就越强。 ② 同价态的离子聚沉能力相近，符合感胶离子序 H+＞Cs+＞Rb+＞
12章_溶胶
3. 溶胶的光学性质-Tyndall效应
溶液
溶胶 云锁高山,哪个尖峰得出 日照漏壁,这条光棍难拿
2020/7/26
4. 溶胶的动力学性质-Brown运动
布朗用显微镜观察到悬浮在液面上的花粉不断地 作不规则的运动。 Brown运动的宏观效果使胶粒从高浓度区扩散到低 浓度区。
2020/7/26
4. 溶胶的动力学性质-沉降平衡
2020/7/26
3. 溶胶的光学性质-光散射
可见光的波长在400~700 nm。胶粒尺寸1~100nm （1）当光束通过粗分散体系，由于粒子尺寸大于入 射光的波长，主要发生反射，体系呈现混浊。
（2）当光束通过胶体溶液，由于胶粒直径小于可见 光波长，主要发生散射，即Tyndall效应。
（3）当光束通过溶液，由于溶液十分均匀，散射光因 相互干涉而完全抵消。 令一束光通过溶胶，从侧面可以看到一条光柱，这就是 Tyndall效应，是判别溶胶与溶液的最简便的方法。
结构表达式
[(AgI)m nI- (n-x)K+ ]x- xK+
胶核
紧密层
扩散层
胶粒
胶团
胶团的图示式 由内到外分别是胶 核，胶粒，胶团。
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5. 溶胶的电性质-胶粒的结构
若AgNO3过量，则AgI胶核吸附Ag+而带正电。反离子 NO3-一部分进入紧密层(stern层)，一部分进入扩散层。 若KI过量，则AgI胶核吸附I-而带负电。反离子K+一部 分进入紧密层(stern层)，一部分进入扩散层。 胶核、吸附的离子和紧密层共同组成胶粒，胶粒与扩 散层一起组成胶团，整个胶团显电中性。
2. 电离，分散相电离，一部分离子进入介质中。
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15
r
9 2
(
ln(x2
0 )2
x1) (t2
t1
)
式中x1和x2分别为离心时间t1和t2时从旋转轴到溶胶 中某一平面的距离 。
粒子的摩尔质量：
M RT ln(x2 / x1)
一、 溶胶的运动性质
1. 扩散
• 由于溶胶中体积粒子数梯度的存在引起的粒子从 体积粒子数高区域向低区域的定向迁移现象叫扩 散。
• 扩散属于物质在无外力场时的传质过程，即自发 过程。
1
一、 溶胶的运动性质
溶胶中的分散相粒子的扩散遵守费克定律。
Fick第一扩散定律：
dm D dc·A
dt
dt
fs
4 3
r 3(
0 )g
按Stokes定律颗粒将受到反方向的摩擦力 f
f 6 r
当 fs f，加速沉降将变为匀速运动，沉降速率
2 9
r2(
Байду номын сангаас
0
)
g
（沉降公式）
10
11
12
沉降速率公式的应用：
2 9
r2(
0
)
g
• 粘度测定
在被测液体中让一定半径一定密度的小球降落，
1905年，Einstein研究了布朗运动中，粒子的平均位移与 粒子半径、介质粘度、温度和位移时间之间的关系，得到 著名的“Einstein布朗运动”公式。
“Einstein布朗运动”公式 :
X
＝
RT
t
N A 3r
式中各变量均可由实验确定，故利用此式可以求出微粒半 径r，也可求得Avogadero常数NA。
• (dm/dt )为单位时间内通过截面积A扩散的粒子数。
2
一、 溶胶的运动性质
Einstein 第一扩散公式：
D
RT NA
1
6π r
NA为Avogadro常数 6.022×1023 mol-1； η为介质粘度；r为球形胶粒半径。
阻力系数： f＝6πηr
应用：
(1)应用Einstein第一扩散公式，可以求出扩散系数 D(m2/s)。反之，若有了D和η，则可算出r （r为胶粒的流 体力学半径，r为平均值）。 (2)计算非球形胶粒的轴比值(a/b)
总之，在运动性质方面，胶体体系和分子分散体系并无 本质区别，其中的质点运动都服从同样的普遍规律—— 分子运动理论。
7
一、 溶胶的运动性质
3. 沉降
溶胶中的分散相粒子由于受自身的重力作用而下沉的过 程称为沉降。
沉降是溶胶动力学不稳定性的主要表现。 两种方向相反的作用力: (1)重力；(2)扩散力(由布朗运
－Mgh
ph p0 e RT
胶粒的浓度随高度的分布公式：
n2
n1
exp[
NA RT
4π 3
r 3 ( ρ-ρ0 )g(h2
h1 )]
式中，ρ为胶粒密度，ρ0为介质密度。
9
一、 溶胶的运动性质
(1) 在重力作用下的沉降
(a) 沉降速率(sedimentation velocity)
球形颗粒所受下沉力 fs
适用条件：主要用于胶体分散体系，粗分散体系中粒子布 朗运动不明显。
5
一、 溶胶的运动性质
Einstein第二扩散公式：
X 2Dt
意义：悬浮在液体介质中微粒的平均自由路程与观察时间和 扩散系数的关系。
适用条件：与前式相同，实际上 D=(RT)/(6πηrNA)
6
爱因斯坦关于布朗运动的理论说明了布朗运动的实质就 是质点的热运动。反过来，布朗运动也成为分子热运动 的强有力的实验证明。
3
一、 溶胶的运动性质
2. 布朗运动
1827年，英国植物学家布朗（Brown）在显微镜下观 察到花粉在水面上不停地做无规则运动。
布朗运动：微粒的连续、无规则运动。 扩散是布朗运动的宏观表现，而布朗运动是扩散的微观
基础。
溶胶中分散相粒子的扩散作用是由布郎运动引起的。
4
一、 溶胶的运动性质
式中，I为散射光强度；I0为入射光强度；c为单位体积中的 质点数；v为单个粒子的体积；λ为入射光波长；n1和n2分 别为分散介质和分散相的折射率。
散射光强度与入射光波长的4次方成反比。 散射光强度与单位体积中的质点数c成正比。（“浊度计”
的设计原理） 散射光强度与粒子体积的平方成正比。
测定通过一定距离的时间求得沉降速度，由沉降 速率公式计算粘度η
13
一、 溶胶的运动性质
(b)沉降分析－称重法
• 沉降分析主要是考察粒度分 布。
• 通常使用沉降天平进行沉降 分析。
• 常用的沉降天平是一种扭力 天平。
在量筒中充满已匀化的粗分散系 统样品，测定小盘中沉降的物质 量随时间的变化，由沉降速率公 式计算颗粒半径。
D(1V 0 )(t2 t1)2
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溶胶的物理化学性质
一、 溶胶的运动性质 二、 溶胶的光学性质 三、 溶胶的电学性质
17
二、 溶胶的光学性质
1. 光散射
(1)丁达尔效应(Tyndall effect) • 当一束会聚的光线透过溶胶时，在入射光的垂直方向可看
到一个光亮的圆锥体，这称为丁达尔现象或丁达尔效应。 • 丁达尔效应是溶胶的特征。 • 用丁达尔效应可鉴别小分子溶液、大分子溶液和溶胶。
（小分子溶液无丁达尔效应，大分子溶液丁达尔效应微弱）
• 原因：是胶粒对光散射的结果(散射是指除入射光方向外， 四面八方都能看到发光的现象) 。
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(2) Rayleigh散射定律
散射光的强度可用瑞利公式表示：
I
I0
243cv 2
4
n22 n12 n22 2n12
2
动引起)。 重力使粒子沉降；而介质的粘度及布朗运动引起的扩散
作用阻止粒子下沉。 沉降与扩散相互抗衡，达到稳定状态 ，称为沉降平衡
或沉积平衡。
8
胶体粒子的布朗运动与气体分子的热运动实质上 相同，因此，沉降平衡时胶粒随高度变化的分布 规律可以用大气压随高度的分布形式描述。
大气压随高度的分布：
沉降分析装置图
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一、 溶胶的运动性质
(2) 在离心力场中的沉降
胶粒很小，在重力场中的沉降速度极为缓慢，有时无法测 定其沉降速度。
1924年，瑞典人Svedberg发明了超离心机，转速10～16 万 r/min，离心力约为地心引力的106倍。
（普通离心机转速一般为3000～5000 r/min）