第四章 胶体化学(合)

3、溶胶的聚沉

等电态 临界电位：溶胶开始明显聚沉时的电位 （20~30mV） 聚沉值：一定时间内，能使溶胶发生聚沉的电解质 的最低浓度。用每升溶胶中所加电解质的毫摩尔数
二、胶体化学的定义
胶体:
指的是高度分散的分散体（质点大小在
1nm~100 nm）。
胶体化学:
是研究胶体体系的化学。
二、胶体化学的定义
举例：泥土分散在水中 (1)分子或离子分散体系 (2)胶体 (3)悬浮体（粗分散体系）
胶体是物质存在 的一种特殊状态，而不是一 种特殊的物质
二、胶体化学的定义
胶体是物质存在的一种特殊状态，
胶核
吸附层离子 胶粒 胶团
扩散层离子
动电现象
1. 沉降电位 由于带电固体粒 子或液滴在分散介质 中沉降则在流体的表 面和底层间产生电位 差 （电泳现象的逆现象）
动电现象
1. 沉降电位（电泳现 象的逆现象） 2. 流动电位（电渗现 象的逆现象） 加压使液体流 过相对静止的固体 （如毛细管）所产 生电位差。
AgI溶胶
丁达尔（Tyndall）现象解释
散射
光线绕过离子 前进，并从该粒 子向各个方向传 播。
散射 反射或折射
丁达尔（Tyndall）现象解释
散射
反射或折射
丁达尔（Tyndall）现象解释

可见光400~800nm（0.4~0.8m），
溶胶粒子， 0.001~0.1m 悬浮体，0.1~10m
固
浮石、泡沫塑料 沸石、珍珠、某些宝石 某些合金、有色玻璃 混合气体 雾 烟、尘
气
分散体系按质点大小分类
分子或离子分散体系
<10-9m 10-7m~10-9m > 10-7m
胶体分散体系
粗分散体系
按分散相和分散介质之间的亲和力分类
（1）憎液胶体（lyophobic sol）：简称溶胶 由难溶物质分散在分散介质中所形成的分散体系，分散相与分
称为溶剂化。
例如：氯化钠在溶液中，结构单元就是水化
的钠离子（Na+）和氯离子（Cl-）。即氯化
钠被水溶剂化。
一个极性溶剂分子有带部分正电荷的正端和带部 分负电荷的负端，如R-O-H。正离子与溶剂的负端， 负离子与溶剂的正端互相吸引，称为离子—偶极作用， 也称为离子偶极健。离子—偶极作用是溶剂化的本质， 一个离子可形成多个离子—偶极健，结果离子被溶剂 化，在溶剂包围中。 质子溶剂的溶剂化作用除了离子—偶极健外，往 往还有氢键的作用。
（1）反离子受到定势离子的静电 引力而趋向整齐排列； （2）反离子由于本身的热运动而 趋向于在体系中均匀分布
反离子以 扩散方式 排列
随定势离子和胶体粒子一起运动
随分散介质一起运动
扩散层离子
吸附层离子
滑动面
与吸附层中定势离子与 反离子数目有关
扩散双电层理论要点
1、双电层由定势离子和反离子构成，前者沿 固体表面分布，后者采取扩散的方式分布； 2、按对固体的关系，双电层离子可沿滑动面
1、溶胶的稳定性 动力稳定性与聚结稳定性 2、动力稳定性



用来衡量溶胶在重力场作用下分散相是否 容易下沉的性质。 在重力场下，如果分散相下沉速度小到可 以忽略，则这种溶胶具有动力稳定性。 是否具有动力稳定性取决与布郎运动与下沉 运动
下沉运动

Stokes公式
2 r 0 g u 9
乳光现象利用—超显微镜设计
普通高倍显微镜： 大于300nm粒子 超显微镜： 10 ~300nm 看到的是散射光点。 看 到 的 物 象 为 散 射 光 点
2 溶胶的运动性质—布朗运动
2 溶胶的运动性质—布朗运动
微观解释：固体粒子处在液体分子包围之 中，由于液体分子一直处于不停的、无序 的热运动状态，因而不断地撞击着固体粒 子。如果固体粒子较小，在某一瞬间，固 体粒子各个方向所受力不能相互抵消，就 会向某一方向运动，在某一瞬间又向另一
3、溶胶的电学性质—电泳
碘化钾加到过量的硝酸银中制备的胶体，加电后 分散相移向负极； 碘化银带正电 硝酸银加到过量的碘化钾中制备的胶体，加电后 分散相移向正极。 碘化银带负电
3、溶胶的电学性质—电渗
分散介质在电场的作用下向正极或
负极移动作定向移动的现象。
(2) 电
渗
电渗仪中：碘化钾加到过量的硝酸银中制 备的胶体，加电后分散介质移向正极； 电泳仪中：碘化钾加到过量的硝酸银中制 备的胶体，加电后分散相移向负极；
散介质之间亲和力较弱，有明显的相界面，属于热力学不稳定体系，
如粘土在水中形成的溶胶。
按分散相和分散介质之间的亲和力分类
（2）亲液胶体（lyophilic sol）： 分散相与分散介质之间有很好的亲和力和很强的溶剂化作 用，如高分子化合物溶液，虽然是分子分散的真溶液，但其分 子大小已经达到胶体范围，因此具有胶体的一些特性（例如扩 散慢、不透过半透膜、有丁铎尔效应等）。 只有典型的憎液溶胶才能全面地表现出胶体的特性，因此， 本章以溶胶作重点来讨论胶体的共同性质。
粒子越小、温度越高、 介质粘度越低，布朗 运动越剧烈。
η——介质的粘度； r——粒子的半径；
NA——阿伏加德罗（Avogadro）常数。
布朗运动的作用

克服由于重力而引起的定向运动，利于
动力稳定性

增加碰撞机会，不利于聚结稳定性
3、溶胶的电学性质—电泳

胶体粒子在电场的作用下向正极或负极
移动、作定向移动的现象。
第四章
第二章 岩心分析
源自文库
胶体化学
第一节 岩心分析概述
第二节 岩心分析技术及应用
2013年5月30日 第三节 岩心分析技术应用展望
前言


一、分散体系
二、胶体化学的定义

三、胶体化学研究的体系
四、胶体化学解决的问题
一、分散体系


定义：一种或几种物质分散在另一 种物质中形成的体系。 举例：奶油，油漆 分散相、分散介质 分类：按聚集状态分类 按分散相质点大小分类
2、凝聚法

使分子或离子聚结成胶体粒子并分散在分散介
质中.

(1) 物理凝聚法：
（2）化学凝聚法：
利用水解、复分解、 氧化反应，生成不溶或 难溶的物质。
更换溶剂法 在蒸馏水中滴入松 电 香乙醇溶液 弧 法

2、凝聚法
（2）化学凝聚法

水解反应
FeCl3 3H2O FeO H3 3HCl
1 、胶体分散体系的特征 （1） 多相； （2）大表面的体系； （3）高表面能； （4）热力学不稳定。
直径为10nm的球形质点， 质点总体积1cm3， 其面积为600m2。
三、胶体化学研究的分散体系

2 聚合物溶液
（1）真溶液
（2）均相体系
（3）热力学稳定
四、胶体化学的主要研究内容

1 胶体体系的稳定与破坏
3 2 2 2 2 2 2 1 2 1 2
散射光强 度I与入射 光波长λ成 反比
n1,n2——分散介质和分散相的折光率 C——单位体积中的胶体粒子数 V——单个粒子的体积
乳光现象的解释
（1）红光波长大，散射作用弱，光线主 要通过溶胶；
（2）蓝光波长小，散射作用强，光线通
过溶胶少。 （思考：蓝天碧水？）
丁达尔（Tyndall）现象解释
（1）可见光照射溶胶，发生散射，所以
即使从侧面可以观察到光的行进；
（2）可见光照射悬浮体，发生反射，凭
借反射光线，可以看到悬浮体粒子。
乳光现象的解释

雷利（Rayleigh）定律
24 CV n n I0 I 4 n 2n

复分解沉淀反应
AgNO3 KI AgI KNO3
2、凝聚法
还原反应：某些贵金属的溶胶可用还原反应制得。
2H2AuCl4（稀溶液） + 3HCHO（少量） + 8KOH →
2Au（溶胶）+ 3HCOOH +8KCl + 5H2O
氧化-还原反应：如硫溶胶的制备。
2H2S + SO2 = 2H2O + 3S（溶胶） Na2S2O3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + SO2 + S（溶胶）
方向运动，因此，造成粒子的无规则运动。
当粒子直径大于5m时，就没有布朗运动 了，因为这时粒子周围受到的撞击力相互
抵消。
爱因斯坦 （Einstein）方程

影响布朗运动的因素

温度 粒子大小 介质粘度
X
RT t N A 3r
X——粒子的平均位移； t——观察平均位移时每次相隔的时间； T——热力学温度；
溶胶的净化
溶胶的净化：通过化学凝聚法制备的溶胶，往往含有过量
的电解质，影响溶胶的稳定性，需要用透析方法除去过量
的电解质。
溶胶的透析装置
三、溶胶的性质

1 光学性质 2 运动性质 3 电学性质
溶胶的性质是溶胶的特征， 可以提供判断溶胶的方法。
1 光学性质—丁达尔现象
1、光学现象——乳光现象
2
u——粒子下沉速度； r——粒子半径； ρ,ρ0——分散相、分散介质密度； η——分散介质粘度； g——重力加速度。
影响动力稳定性的因素
X RT t N A 3r
2 r 0 g u 9
2
①粒子大小：r越小，下沉速度越小，布朗 运动越剧烈，动力稳定性越好； ②温度：温度越高，动力稳定性越好； ③密度差：分散相和分散介质密度差越大， 动力稳定性越不好。 粒子大小是主要的影响因素（在分子 上是平方项）。
体中，分散相粒子的直径在0.001 ~ 0.1 m（1 ~ 100nm）之间。
二、溶胶的制备
1、分散法 2、凝聚法
溶液 高分散体系 粗分散体系
凝聚 分散
胶体
1、分散法
(1) 粉碎
用研钵、球磨机或胶体磨 (2)稳定剂
表面活性剂或电解质
如：研磨过的TiO2在稀的肥皂溶液
溶剂化 的本质
溶胶稳定原因

动力稳定性：溶胶粒子小
聚结稳定性：溶胶粒子带电以及扩散双 电层的溶剂化

溶胶动力稳定性与聚结稳定性的关系
3、溶胶的聚沉
定义：溶胶由于失去聚结稳定性，进而失去动力
稳定性的整个过程叫聚沉。
（1）电解质聚沉作用

聚沉过程：高价反离子的作用
与吸附层中定势离子与 反离子数目有关
2、聚结稳定性

用来衡量分散相是否容易粘结的性质 若分散相的粘结速度小到可以忽略，则
具有聚结稳定性

取决粒子间的吸引力、排斥力和布朗运
动
影响聚结稳定性的因素


温度：布朗运动 溶胶粒子大小： 布朗运动 电位 扩散双电层的溶 剂化
对溶胶的聚结稳 定性起主要作用
溶剂化——概念
在溶液中，溶质被溶剂分子包围的现象
一、分散体系
按分散相和分散介质聚集状态分类：
分散相 分散介质 液 名 称 实 例
气 液 固
气 液 固 气 液 固
液溶胶 (sol)
固溶胶 (solid sol) 气溶胶 (aerosol)
泡沫（如灭火泡沫、充气钻井液） 乳状液（牛奶、石油、O/W,W/O乳化钻井液） 悬浮体、溶胶（如油漆、水基钻井液）
分为吸附层离子和扩散层两部分，使固体表
面与分散介质之间有电位差。即电位
（Zeta-电位）。
一切电动现象与动电现象都是由于电位的存 在而产生。
AgI
m
nAg n x NO

x 3

xNO
3

溶胶的胶团式

{[(AgI)mnAg+(n-x)NO3-]x+x NO3-}
3、溶胶的电学性质

电泳现象和电渗现象说明： 分散相和分散介质带有相反的电荷。

电动现象: 加电后发生的分散相或分散介质的
定向移动现象。
四、扩散双电层理论与溶胶结构

扩散双电层的形成 法扬司法则：
碘化钾加到过量的硝酸银中制 备出胶粒带正电的溶胶 NO3-,反离子
Ag+,优先吸附的离子，又称定势离子
而不是一种特殊的物质。 举例： 硫磺在乙醇、水中。 溶液 硫磺水溶胶
二、胶体化学的定义

典型的胶体举例
（1）墨水（溶胶） （2）金溶胶 (Faraday制得1858年金溶胶，到 1920年发生沉淀） （3）乳状液
三、胶体化学研究的分散体系

1 胶体分散体系
2 聚合物溶液

三、胶体化学研究的分散体系
（1）溶胶 （2）乳状液 2 聚合物溶液的性质

本章主要内容

1 溶胶


2 乳状液
3 泡沫 4 聚合物溶液
第一节 溶 胶

一、溶胶的定义
二、溶胶的制备
三、溶胶的性质
四、扩散双电层理论与溶胶结构


五、溶胶的稳定与聚沉
六、溶胶的胶凝与触变作用
一、溶胶的定义
溶解度极小的固体高度分散在液
定势离子
反离子
电位测定

K
单位距离电位差下胶粒的移动速 度，电泳淌度，m2.V-1.s-1

U
分散介质粘度，Pa.s 常数，胶粒球形，取1.5;片型、 棒型为1.0
电学性质
电泳：颗粒运动 电动现象 电学性质 动电现象 流动电位：介质运动 沉降电位：颗粒运动
电渗：介质运动
五、溶胶的稳定与聚沉