胶体稳定性

二、DLVO理论 理论
20世纪 年代，苏联物理化学家 世纪40年代 苏联物理化学家Derjaguin和Landau， 世纪 年代， 和 ， 荷兰物理化学家Verwey和Overbeek分别独立提出疏液胶体稳 和 荷兰物理化学家 分别独立提出疏液胶体稳 理论。 定性理论，统称为 理论 定性理论，统称为DLVO理论。 DLVO理论认为，溶胶在一定条件下是稳定存在还是聚 理论认为， 理论认为 沉，取决于粒子间的相互吸引力和静电斥力。若斥力大于吸 取决于粒子间的相互吸引力和静电斥力。 引力则溶胶稳定，反之则不稳定。 引力则溶胶稳定，反之则不稳定。
三、溶胶的聚沉
溶胶的“稳定”是有条件的， 溶胶的“稳定”是有条件的，一旦稳定被破 溶胶中的粒子就会聚集，长大， 坏，溶胶中的粒子就会聚集，长大，最后从介质 中沉淀出来，这种现象就称为聚沉。 中沉淀出来，这种现象就称为聚沉。 影响溶胶稳定性的因素
A、外加电解质的影响 这影响最大，主要影响胶粒的带电情况， 这影响最大，主要影响胶粒的带电情况，使ζ电位下 降，促使胶粒聚结。 促使胶粒聚结。 B、浓度的影响 浓度增加，粒子碰撞机会增多。 浓度增加，粒子碰撞机会增多。 C、温度的影响 温度升高，粒子碰撞机会增多，碰撞强度增加。 温度升高，粒子碰撞机会增多，碰撞强度增加。 胶体体系的相互作用。 D、胶体体系的相互作用。 带不同电荷的胶粒互吸而聚沉。 带不同电荷的胶粒互吸而聚沉。
Hamaker 假设（远程相互作用） 假设（远程相互作用）
Hamaker (1937)假设：一个颗粒所包含 假设： 假设 的分子之间的相互作用具有加和性， 的分子之间的相互作用具有加和性，由此可 得颗粒间的引力位 引力位能 得颗粒间的引力位能EA。
对于大小相同的两个球形粒子 Hamaker常数 常数
Aa EA = − 12 H
球半径 两球间的最短距离
Hamaker常数 是物质的特性参数，具有能 常数A是物质的特性参数 常数 是物质的特性参数， 量单位，其值常在10 左右 左右。 量单位，其值常在 -20J左右。
对于两个彼此平行的平板粒子
A EA = − 2 12πD
两极间的距离
对于分散在介质中的粒子， 必须用有效的 对于分散在介质中的粒子，A必须用有效的 常数代替
(a) 反离子所带的电荷数越高，聚沉能力越强。 反离子所带的电荷数越高，聚沉能力越强。 (b) 价数相同的反离子的水合半径越小，聚沉 价数相同的反离子的水合半径越小， 能力越强。 能力越强。 例如，对一价阳离子 按聚沉能力排列 按聚沉能力排列： 例如，对一价阳离子,按聚沉能力排列： H+ > Cs+ > Rb+ > NH4+ > K+ > Na+ > Li+
影响电解质聚沉能力的因素
电解质的聚沉能力主要与电解质中与胶粒带相反电荷的 电解质的聚沉能力主要与电解质中与胶粒带相反电荷的 主要与电解质中与胶粒带 离子价数、离子半径、同电性离子价数等有关 等有关。 离子价数、离子半径、同电性离子价数等有关。其中外加电 解质的反号离子的价数影响最大。 反号离子的价数影响最大 解质的反号离子的价数影响最大。
2. 溶胶的相互聚沉 当两种带相反电荷的溶胶所带电量相等 相互混合也会发生聚沉。 时，相互混合也会发生聚沉。
明矾净水原理:水中含有泥沙等污物的负溶胶， 明矾净水原理 水中含有泥沙等污物的负溶胶， 水中含有泥沙等污物的负溶胶 加入KAl(SO4)2在水中水解生成 在水中水解生成Al(OH)3正溶胶。 正溶胶。 加入 在适当量下，发生相互聚沉。 在适当量下，发生相互聚沉。 与加入电解质情况不同的是， 与加入电解质情况不同的是，当两种溶胶的用 量恰能使其所带电荷的量相等时，才会完全聚沉， 量恰能使其所带电荷的量相等时，才会完全聚沉， 否则会不完全聚沉，甚至不聚沉。 否则会不完全聚沉，甚至不聚沉。
1、空间稳定理论 、
（1）ER ） S Fisher认为：良溶剂有利于增大 认为： 认为 空间斥力位能，使胶体稳定， 空间斥力位能，使胶体稳定，吸附 力越强、吸附层越厚，胶体越稳定。 力越强、吸附层越厚，胶体越稳定。
（2）EA 具有高聚物吸附层的粒子之间的引 ） 力位能取决于高聚物-溶剂 溶剂-胶粒三者之间相互 力位能取决于高聚物 溶剂 胶粒三者之间相互 作用的强弱。若吸附层使E 增加， 作用的强弱。若吸附层使 A增加，胶体的稳定 性下降，反之，稳定性增加。 性下降，反之，稳定性增加。 （3）影响空间稳定性的因素有高聚物的分子 ） 结构、高聚物的分子量、吸附层的厚度、 结构、高聚物的分子量、吸附层的厚度、分散 介质。 介质。
两球间的最短距离
对于两个平行的等同板状粒子
2 64n0 kTν 0 exp(− KD ) ER = K
两板间的距离
C、胶粒间的总相互作用能 、
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， 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 图1-2 胶粒间作用能和距离的关系 体的稳定性。 体的稳定性。 当斥力位能>引力位能，可以阻止胶粒由于布朗运动碰撞而粘结，胶体稳定， 当斥力位能 引力位能，可以阻止胶粒由于布朗运动碰撞而粘结，胶体稳定， 引力位能 当引力位能>斥力位能时，胶粒靠拢而聚沉。 当引力位能 斥力位能时，胶粒靠拢而聚沉。 斥力位能时 调整其相对大小，可改变胶体的稳定性。 调整其相对大小，可改变胶体的稳定性。
胶体稳定性
主讲人： 主讲人：雷开臣 纺织化学与染整工程 1015043004
一、胶体稳定性理论
胶体化学是在讨论胶体稳定性的过程中发展起来的 －－P. －－ Hiemenz 在讨论稳定性时，强调胶体是化学稳定的， 在讨论稳定性时，强调胶体是化学稳定的，即其中不涉及 化学反应。 化学反应。 胶体稳定性的实指其某种性质（如分散相浓度、密度、体 胶体稳定性的实指其某种性质（如分散相浓度、密度、 系黏度和颗粒大小等）有一定程度的不变形。 系黏度和颗粒大小等）有一定程度的不变形。 胶体稳定性的表征： 胶体稳定性的表征： 热力学稳定性 动力学稳定性 聚集稳定性 聚沉作用： 聚沉作用：无机电解质使胶体沉淀的作用 絮凝作用： 絮凝作用：高分子化合物使胶体沉淀的作用 聚集作用：不知何种药剂， 聚集作用：不知何种药剂，使胶体沉淀时的笼统称
带电胶粒靠拢时扩散层重叠时产生的静电排斥 力就称为胶粒的斥力位能ER。
对于大小相同的球形粒子
球半径
2 0
64πan0 kTν ER = exp(− KH ) 2 K
Zeψ s exp −1 2kT ν0 = Zeψ s exp +1 2kT
为电导率， 为电导率， 其倒数为双电 层的厚度
A121 = A
10-21J
(
1/ 2 11
−A
1/ 2 2 22
)
粒子
Байду номын сангаас
介质
介质的存在使粒子间吸引力减弱 介质的性质与质点越接近， 介质的性质与质点越接近，粒子间的吸引力越弱
B、胶粒间的相互排斥 、
如图所示， 如图所示，当胶粒相 互接近到离子氛发生重叠 时，处于重叠区中的离子 浓度显然较大，破坏了原 浓度显然较大， 来电荷分布的对称性， 来电荷分布的对称性，引 起了离子氛中电荷的重新 分布， 分布，即离子从浓度较大 的重叠区间向未重叠区扩 散，使带正电的胶粒受到 斥力而相互脱离。 斥力而相互脱离。 图1-1 离子氛重叠
1. 电解质的聚沉作用
聚沉值和聚沉率
聚沉值：使溶胶以明显速率聚沉所需的电解质的最小浓度。 聚沉值：使溶胶以明显速率聚沉所需的电解质的最小浓度。 聚沉能力：是聚沉值的倒数。 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。 越小；反之，聚沉值越小的电解质，其聚沉能力越强。
电解质聚沉值rc与反离子价 之间的关系 之间的关系: 电解质聚沉值 与反离子价Z之间的关系
D (KT ) rc = C 2 6 6 AeZ
3
5
1 rc ∝ 6 Z
上式中：C为与电解质阴阳离子性质有关的常数； 上式中： 为与电解质阴阳离子性质有关的常数； 为与电解质阴阳离子性质有关的常数 D为介质的介电常数；K为Boltzmann常数；T为绝对 为介质的介电常数； 为 常数； 为绝对 为介质的介电常数 常数 温度； 为范德华引力常数 为单位电荷 为范德华引力常数； 为单位电荷； 为反离 温度；A为范德华引力常数；e为单位电荷；Z为反离 子价数。 子价数。
2、空位稳定理论 、
若胶粒表面层内的高聚物浓度低于体相中的 浓度，则胶粒表面生成空位层。 浓度，则胶粒表面生成空位层。 以平行板胶粒浸入高聚物溶液中为例， 以平行板胶粒浸入高聚物溶液中为例，当两 胶粒互相靠近时，存在引力与斥力。 胶粒互相靠近时，存在引力与斥力。高聚物的 浓度决定了这两种力的大小。 浓度决定了这两种力的大小。 若高聚物浓度较大，胶体呈稳定状态， 若高聚物浓度较大，胶体呈稳定状态，称之 空位稳定作用。 为空位稳定作用。 若高聚物浓度较小，胶体出现絮凝， 若高聚物浓度较小，胶体出现絮凝，称之为 空位絮凝作用。 空位絮凝作用。
A、胶粒间的相互吸引 、
胶粒间存在相互吸引的作用力， 胶粒间存在相互吸引的作用力，其本质为 范德华力。 范德华力。 由于胶粒是许多分子的聚集体， 由于胶粒是许多分子的聚集体，故胶粒间 的吸力是胶粒中所有分子引力的总和。 的吸力是胶粒中所有分子引力的总和。 胶粒间的吸引力与胶粒间的距离的3次方成 胶粒间的吸引力与胶粒间的距离的 次方成 反比， 反比，说明胶粒在比较远的距离时胶粒间仍 有一定的吸引力，即有长程范德华力。 有一定的吸引力，即有长程范德华力。
对一价阴离子，按聚沉能力排列： 对一价阴离子，按聚沉能力排列： F- > Cl- > Br- > NO3- > I这种将同符号、 这种将同符号、同价的离子按聚沉能力 排成的顺序，通常称为感胶离子序 感胶离子序。 排成的顺序，通常称为感胶离子序。 (c) 与胶粒电性相同的离子，一般说来，价数 与胶粒电性相同的离子，一般说来， 越高，水合半径越小，聚沉能力越弱。 越高，水合半径越小，聚沉能力越弱。