第十二章胶体化学

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一、电动现象(electrokinetic phenomena) 在电场作用下胶体粒子、分散介质的相对运动。 1、电泳(electrophoresis,cataphoresis)： 在外电场作用下，胶体粒子在分散介质中定向移动的 现象。 此现象证明胶粒是带电的。 ------------胶体粒子带电 影响电泳速度的因素：
§12.5 溶胶的稳定与聚沉 一、溶胶的经典稳定理论——DLVO理论 1、胶团之是既存在着斥力势能，也存在着引力势能。 2、溶胶的相对稳定性或聚沉取决于斥力势能或引力 势能的相对大小。 3、斥力势能、引力势能以及总势能都随着粒子间距离 的变化而变化。 4、加入电解质时，对引力势能的影响不大， 但对斥力势能的影响却十分明显。
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三、溶胶的聚沉(coagulation) 憎液溶胶中，分散相颗粒相互聚结，颗粒变大， 以致最后发生沉降的现象——称为溶胶的聚沉。 1、电解质作用 加入电解质，扩散层变薄，ζ电势降低，到一定程度， 溶胶开始聚沉。ζ电势为0时为等电态，溶胶的聚沉 速度最大。 聚沉值：引起溶胶聚沉所需电解质的最小浓度。
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2、按分散相与分散介质的关系分2种。
如高分子溶液，不能透 过半透膜， 亲液溶胶：亲合力强， 统。 但均相，热力学稳定系 憎液溶胶：一般溶胶。
研究胶体化学的意义：与实际密切结合， 与其它学科息息相关，如石油开采、炼制， 油漆，塑料，纺织，印染，橡胶，皮革， 奶油，洗涤剂，胶粘剂，选矿等工业及 土壤改良、人工降雨、环境保护、生命过程、 医学等。
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胶体系统(colloid system)和 粗分散系统(coarse disperse system)之间
没有明显的界限。粗分散系统的许多性质与胶体系统类似。
源自文库
均相分散系统（溶液） ：分散相以分子、原子 、离子等形式 均匀地分散在介质中。 d 1nm，质点小，无相界面。 分为 固态溶液、液态溶液、 气态溶液。 其特征为：透明；不发 生光的散射；溶质、溶 剂皆 可透过半透膜；属于热 力学稳定系统。 多相分散系统：分散相 以比分子大得多的颗粒 分散在介质中， 分散颗粒可以为许多分 子、原子、离子的集合 体，与分散 介质有明显的相界面， 每个颗粒自成一相。
，不透明，光不能透过 悬浮体、乳状液：浑浊 溶液：透明 溶胶：能通过光线，表 观透明
故很难将溶液与溶胶区分，为此，可利用丁铎尔效应。 光的作用分类。丁铎尔效应，亦称乳光效应。 其实质是光的散射。
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分子的固有频率相同 吸收：当入射光频率与 小于分散相粒子的尺寸 反射：当入射光的波长 大于分散相粒子的尺寸 散射：当入射光的波长 透过：当光束与系统无 任何相互作用
3、影响布朗运动的因素 ⑴分散相的大小：分散相越小，布朗运动越激烈； ⑵温度：温度越高，布朗运动越激烈。
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二、扩散(diffusion) 1、扩散现象是微粒在有浓差时发生的物质迁移现象。 2、原因：浓差。 3、影响扩散速度的因素 ⑴浓差：越大，扩散越快； ⑵质点大小：越小，扩散越快；（真溶液比胶体快得多 ⑶温度：越高，扩散越快； ⑷介质粘度(viscosity)：越小，扩散越快。
1 聚沉能力 聚沉值
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规律： ①几乎所有电解质在浓度足够高时， 可使胶体发生聚沉。 ②电解质起聚沉作用的主要是反电离 子， 反电离子价数越高，聚沉能力 越强。
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3、1924年，斯特恩双电层理论 斯特恩双电层： ⑴紧密层（固定吸附层、斯特恩层）：紧靠固体表面 的不流动层（包括吸附离子和部分异电离子） ⑵扩散层：异电离子逐渐减少到0，可流动。
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◆电解质对|ζ|的影响： 溶胶中加入电解质，离子浓度加大，电解质中与 异电离子符号相同的离子会把异电离子挤入紧密 层，这样，紧密层的异电离子增加，而扩散层内 的异电离子会减少，于是扩散层变薄，ζ电势降 低。扩散层被压缩后，总电势φ保持不变，而ζ 电势降低，因此，电泳速度变慢。当扩散层的厚 度为0时，ζ为0，此时为等电点(isoelectric point)，无电泳现象，溶胶的稳定性最差。
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三、沉降(sedimentation)及沉降平衡 1、沉降：多相分散系统中的粒子，因受重力作用 而与介质分离下沉的过程。 2、沉降平衡：扩散作用与沉降的方向相反，成为 阻碍沉降的因素，当沉降速度与扩散速率相等达 平衡状态时，此平衡状态称为沉降平衡。 动力稳定性是溶胶区别于粗分散系统的一个重要特征。
扩 散 层
紧 密 层
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{[Fe (OH)3 ]m y FeO+ ( y - z ) Cl- }z+ zCl分子团 决定电势离子 紧密层 扩散层
胶核
胶粒
例： AgI胶体
胶团
AgNO3+过量KI: {[AgI]m nI-, (n-x)K+}x - x K+
KI+过量AgNO3:{[AgI]m nAg+,(n-x)NO3-]}x+ xNO322
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§12.4
胶体系统的电学性质
胶体粒子带电是溶胶稳定存在的重要原因。 溶胶带电的原因： 1、固体表面有选择地吸附离子。遵循 法扬斯-帕尼思规则：离子晶体表面对溶液中能与晶格 上电荷符号相反的离子生成难溶或电离度很小的化合物 的那些离子，具有优先吸附作用。 2、固体表面上某些分子、原子，在溶液中发生电离， 导致固体表面带电。
第十二章

胶体化学
扩 散 层
++ + 胶 + 胶 + 核 + + + 粒 胶 团
紧 密 层
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绪言
物质分散在另一种物质 中所 分散系统：一种或几种 构成的系统。 。 分散相：被分散的物质 分散介质：另一种连续 分布的物质。
根据分散相粒子的大小，分散系统可分为：
胶体1100nm，可见光波长400 700nm
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二、瑞利公式
2 9 2V 2 C n 2 n0 2 2 I ( ) ( 1 cos )I 0 4 2 2 2 2 l n 2n0
分析： 1、单位体积的散射光的强度与每个粒子体积的平方 成正比。可以此来鉴别分散系统的种类。 2、散射光强度与入射光波长的4次方成反比， 波长愈短，散射光愈强。 3、分散相与介质的折射率相差愈大，散射光愈强。 可以此来区别高分子溶液和溶胶。 4、散射光强度与粒子的数密度成正比。以此设计了浊度计
: 介质粘度 E : 电势差 v : 胶粒运动速度 : 介电常数 r
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2、1910年，古依-查普曼提出扩散双 电层(diffues double layer)理论。 与固体表面离子带相反电荷的离子 （异电离子、反号离子）由于热运动， 并不是全部整齐地排列在胶粒表面上， 而是呈一定的浓度梯度分布。
电动现象说明：分散相和分散介质均带电。
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二、双电层理论 1、1879年，亥姆霍兹双电层（Helmholtz double layer）提出平板双电层理论。 ζ 电势（双电层电势、电动电势）：只有胶粒和 分散介质反向移动时，才能显示出电势差， 故称为流动电势（或电动电势）。
4v r E
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§12.1 胶体系统的制备与纯化（自学）
一、制备 亲液胶体：直接溶解 憎液胶体：分散法(胶磨法 、气流粉碎机、电弧法) 凝聚法(物理凝聚与化学凝聚方法) 二、纯化： 除去胶体中的电解质及杂质，常用：半透膜渗析
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§12.2 胶体系统的光学性质
胶体系统的光学性质是其多相性和高度分散性 特点的反映。 一、丁铎尔效应(Tyndall effect)
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真溶液：d 1nm 1nm d 100nm。特征：多相性、 胶体系统： 高度分散性、热力学不 稳定性。 ，发生光散射， 系统为可透明或不透明 不能透过半 胶体粒子扩散速度慢， 透膜，有较高的渗透压 。 粗分散系统： d 100nm。特征：不透明、浑浊 ； 分散相易发生沉降而与 分 分散相不能透过滤纸； 散介质分离。
电位差越大 带电量越高 电泳速度越快 分散相越小 介质粘度越小
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2、电渗(electro-osmosis)： 在多孔膜(或毛细管 ) 的两端施加一定电压，
分散介质将通过多孔 膜而定向移动
+
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3、流动电势：在外力作用下，迫使液体通过多孔 隔膜（或毛细管）定向流动，多孔隔膜两端所产生 的电势差，称为流动电势。此过程可视为电渗的逆 过程。 4、沉降电势：分散相粒子在重力场或离心力场的 作用下迅速移动时，在移动方向的两端所产生的电 势差。它是与电泳现象相反的过程。
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二、溶胶稳定的原因
1、动力稳定性 胶粒因颗粒很小，布朗运动较强，能够克服重力 影响不下沉而保持均匀分散。 影响因素： A、分散度（主要因素）越大，越稳定； B、介质粘度越大，越稳定； C、密度差越小，越稳定。 2、胶粒带电稳定。ζ电势越高，越稳定。 3、溶剂化层的稳定作用。紧密层、扩散层中的离子 溶剂化，起保护作用。ζ电势越高，扩散层中的异 电离子越多，溶剂化层越厚，溶胶越稳定。
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§12.3 胶体系统的动力性质 一、布朗运动(Brownian movement) 1、现象：分散相在分散介质中作无规则的永不停 息的运动。 2、原因：分散相周围的分散介质分子处于热运动 状态而不断冲撞分散相的缘故。
粗分散系统: 质点大, 受力抵消 , 无序运动 胶体系统 : 质点小, 受力不完全抵消
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三、溶胶的胶团结构 1、法扬斯-帕尼斯规则：优先吸附与胶核有 相同元素的那些离子。 2、胶团结构： 胶核—由分子、原子或离子 形成的固体颗粒胶粒—滑动面 + + + 胶 + 所包含的带电体。（胶核+吸附 胶 + 核 + + + 离子+紧密层中的异电离子） 粒 胶团—整个扩散层及所包围 胶 的胶体粒子。（胶粒+扩散层中 团 的异电离子） 胶团呈电中性。
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胶体系统的分类： 1、按分散相和分散介质的聚集状态的不同，可分为8种。
分散介 质 气 分散相 液 固 名称 气溶胶 实例 云，雾，喷雾 粉尘、烟
液
气 液 固
气 液 固
泡沫 乳状液 液溶胶或悬 浮液
固溶胶
固
肥皂泡沫 牛奶，含水原油 金溶胶，油墨， 泥浆 泡沫塑料 珍珠，蛋白石 有色玻璃，某些 合金