溶胶的稳定与聚沉
胶体的稳定性和聚沉作用
8.4 胶体的稳定性和聚沉作用8.4.1 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＋ ＋ ＋＋ ＋＋ ＋ ＋ － － －－ － －－ － 胶核 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － － － 胶核结构，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。
§14.7 溶胶的稳定性和聚沉作用.
2. 胶粒之间的相互作用 将胶粒带相反电荷的溶胶互相混合，也会发生聚
沉。
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， 否则会不完全聚沉，甚至不聚沉。
产生相互聚沉现象的原因是：可以把溶胶粒 子看成是一个巨大的离子，所以溶胶的混合类似 于加入电解质的一种特殊情况。
加入少量明胶，使SiO2 的胶粒粘附在明胶上，便于
聚沉后过滤，减少损失，使分析更准确。
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不同胶体的相互作用
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胶体稳定性的DLVO理论大意
在20世纪四十年代，前苏联学者Deijaguin和 Landau与荷兰学者Verwey和Overbeek分别提出了关于 各种形状粒子之间在不同的情况下相互吸引能与双电 层排斥能的计算方法。他们处理问题的方法与结论有 大致共同之处，因此以他们的姓名第一个字母简称为 DLVO理论。
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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
物理化学：12.5 溶胶的稳定与聚沉
§12.5 溶胶的稳定与聚沉
1、溶胶的经典稳定理论－－DLVO理论 2、溶胶的聚沉
1. 溶胶的经典稳定理论DLVO理论
1941年杰里亚金(Derjaguin)和朗道(Landau)、1948年维韦 (Verwey)和奥弗比克(Overbeek)分别提出带电胶体粒子稳定理论 (DLVO理论)，理论揭示溶胶稳定与聚沉的原因。
胶粒电荷量降低，碰撞聚沉。
➢ 电解质浓度越大，须克服势垒越低，越易聚沉。 聚沉值：溶胶发生明显聚沉所须电解质的
最小浓度；聚沉能力：聚沉值的倒数。 ➢ 聚沉值越小，聚沉能力越大。
c1<c2<c3
(i) 舒尔策(Schultz)-哈迪(Hardy)价数规则：
与胶粒带电符号相反的离子，即反离子能使溶胶发生聚沉， 反离子价数越高，聚沉能力越大(H+例外)。
电势越高：胶粒带电越多，扩散层越厚
溶液中电解质浓度增加时，介质中 反离子的浓度加大，把更多的反离子挤
进滑动面内，中和固体表面电荷，使
电势降低，甚至改变符号。
电解质浓度足够大， = 0 ，为等电态：胶粒不带电，不发
生电动现象，极易聚沉。
➢ 斯特恩模型:
❖ 给出了 电势明确的物理意义；
❖ 解释了溶胶的电动现象； ❖ 定性地解释了电解质浓度对溶胶稳定性的影响。
➢ 任何溶胶本质上都是不稳定的，稳定只是暂时，总会聚沉。 聚沉：溶胶粒子互相聚结、长大，进而沉淀的现象。
(1) 电解质的聚沉作用 适量电解质作溶胶的稳定剂；但电解质加入过多反而聚沉。 电解质浓度或价数增加，压缩扩散层，扩散层变薄，斥力势
能降低，溶胶聚沉； 加入的反离子发生特性吸附，斯特恩层内反离子数量增加，
(1) 胶团之间既存在着斥力势能，也存在着引力势能。 (2) 引力势能占优——聚沉；斥力势能占优——稳定。 (3) 斥力、引力、总势力均随粒子间距离而变化：某一距离范围 内引力占优势；而另一范围内斥力占优势。 (4) 加入电解质，对引力影响不大，但对斥力影响明显，使总势 能发生很大的变化。
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
溶胶聚沉能力大小判断方法
溶胶聚沉能力大小判断方法1.引言1.1 概述概述在纳米科技和材料科学领域，溶胶聚沉是一个重要的研究方向。
溶胶聚沉是指溶胶中的粒子在溶液中聚集形成较大的团簇或沉积物的过程。
溶胶聚沉的能力大小对于材料的性质和应用具有重要的影响。
溶胶聚沉能力的大小取决于多种因素，如溶胶中粒子的稳定性、分散度、浓度以及外界条件（如温度、pH值等）。
在研究和应用中，我们需要确定溶胶聚沉的能力大小，以便能更好地控制和调节材料的形态和性质。
为了判断溶胶聚沉能力的大小，科学家们发展了多种方法和技术。
其中一种常用的方法是通过观察溶胶中粒子的聚集情况和沉积物的形态来评估溶胶聚沉能力。
例如，可以使用显微镜对溶胶样品进行观察，分析粒子的分布和聚集程度。
另外，还可以使用离心和过滤等方法来分离溶胶中的粒子，并对溶胶和沉积物中的粒子进行形貌和粒径分析。
此外，表征溶胶聚沉能力也可以通过测定溶胶中粒子的剩余浓度来实现。
通过比较溶胶样品在一定时间内的粒子浓度变化情况，可以了解粒子的聚集和沉积过程。
常见的测定方法包括离心沉降法、动态光散射法、电导法等。
综上所述，溶胶聚沉能力大小的判断方法包括观察聚集情况和沉积物形态分析、粒子浓度测定等多种方法。
这些方法的应用可以为材料的制备和应用提供重要的指导，有助于实现对材料形态和性质的精确控制。
未来的研究中，我们还可以进一步发展新的技术和方法，以更准确地评估和预测溶胶聚沉能力的大小。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以参考以下编写：文章结构部分旨在介绍本篇文章的组织和内容安排，帮助读者更好地理解和阅读整篇文章。
本文按照以下方式进行组织：第一部分是引言部分，包括概述、文章结构和目的。
在概述部分，将介绍溶胶聚沉能力的重要性和研究的背景。
在文章结构部分，将详细介绍整篇文章的组织结构，帮助读者了解各个部分的内容。
在目的部分，将阐明本文的研究目标和意义。
第二部分是正文部分，包括第一个要点和第二个要点。
在第一个要点中，将详细介绍判断溶胶聚沉能力大小的方法一，并提供相关的理论支持和实验数据作为支撑。
第8章 胶体分散体系稳定性
8.2 聚沉动力学
自热力学的观点，憎液胶体都是不稳定的。 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Umax为零，胶粒凡碰即聚；
慢聚沉：有势垒存在，只有其中一部分胶粒 碰撞导致聚沉。
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8.2.1 快聚沉
快聚沉时，质点之间无势垒存在，凡碰即 聚，聚结速度取决于碰撞频率，而碰撞频率则 由布朗运动，即质点的扩散速度决定，于是聚 沉速度问题转化为质点向另一质点扩散的问题。 1917年，斯莫卢霍夫斯基(Smoluchowski) 将扩散理论用于聚沉，讨论了单分散球形质点 的聚沉速度。
沉所需要的电解质的最低浓度。 聚沉能力: 聚沉值的倒数定义为聚沉能力 聚沉值大小与实验条件有关，通常作相同条件 下的比较。
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电解质的聚沉作用
少量电解质的存在对溶胶起稳定作用 ; 过量的电 解质的存在对溶胶起破坏作用(聚沉)。原因主要是: •电解质的浓度或价数增加都 会压缩扩散层, 使扩散层变薄, 斥力势能降低; •若加入的反离子发生特性吸 附时, 斯特恩层内的反离子数 量增加 , 使胶体粒子带电量降 低。
21
临界聚沉浓度
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。 某电解质的聚沉值愈小， 表明其聚沉能力 愈强。 电解质浓度越高，势垒降低，系统越不稳定。
U H
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临界聚沉值
c B
(kT )
3 5
4 0
A z
2
6
(a) 当表面电势较高时，γ0 →1，c∝z-6 当表面电势较低时，γ0≈zeψ0/4kT c∝ψ04 ·z-2
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发生聚沉时，原始质点消失， 球形胶粒的消失速度：
溶胶的经典稳定理论——DLVO理论
�
00-8-1 2
溶胶的经典稳定理论——DLVO理论
(3) 斥力势能, 吸力势能 以及总势能都随粒子间距离 的变化而变化, 且在某一距 离范围吸力占优势, 而在另 一距离范围斥力占优势. (4) 加入电解质对吸力势 能影响不大, 但对斥力势能 的影响却十分显著. 电解质 的加入会导致系统的总势能 发生很大的变化, 适当调整 电解质浓度, 可以得到相对 稳定的胶体.
00-8-1
扩散层未重叠, 两胶团 之间不产生斥力
扩散层重叠, 平衡破坏, 产 生渗透性斥力和静电斥力
1
溶胶的经典稳定理论——DLVO理论
两胶团扩散层重叠后, 破坏了扩散层中反离子的平衡分 布, 使重叠区反离子向未重叠区扩散, 导致渗透性斥力产生; 同时也破坏了双电层的静粒间存在的吸引力本质上仍具有范德 华吸引力的性质, 但这种吸引力的作用范围要比一般分子的 大千百倍之多, 故称其为远程范德华力. 远程范德华力势能与 粒子间距离的一次方或二次方成正比, 也可能是其它更复杂 的关系. (2) 胶体系统的相对稳定或聚沉取决于斥力势能和吸力 势能的相对大小. 当粒子间斥力势能在数值上大于吸力势能, 而且足以阻止由于布朗运动使粒子相互碰撞而粘结时, 则胶 体处于相对稳定状态; 当吸力势能在数值上大于斥力势能, 粒 子将相互靠拢而发生聚沉. 调整两者的相对大小, 可以改变胶 体系统的稳定性.
E 斥 力 0 吸 力
c1 c3 c2
x
从电解质对胶体粒子势 能的影响看, 当电解质的浓度 或价数增加使溶胶发生聚沉 时, 所必须克服的势垒高度和 位置皆发生变化, 势垒高度随 电解质浓度增大而降低.
7
电解质浓度对胶粒势能的影响 00-8-1
溶胶的聚沉
简述溶胶的聚结稳定性的定义
简述溶胶的聚结稳定性的定义溶胶的聚结稳定性是指溶胶粒子从胶体分散液中沉淀析出的难易程度。
根据聚结的不同类型，有聚沉和聚结两种不同的现象，但这两个概念又可交替使用。
溶胶的聚结可以用凝聚核来说明，具有较大的稳定性的溶胶称为凝聚核，通常又叫做稳定核。
溶胶的聚结稳定性又分为内聚结和外聚结两种情况。
1。
内聚结溶胶的聚结稳定性的表征，就是看胶粒是否能够自发地进行二次聚结。
即判断溶胶是否存在凝聚核，一般可以用电泳法。
把分散相加入到电泳槽中，样品的颗粒大小应比凝聚核大，使胶粒之间产生凝聚核。
如果加入足够多的样品时，形成的凝聚核中的凝聚质点数与凝聚核的平均直径之比就是该溶胶的电泳分散系数，它反映了溶胶的凝聚程度。
溶胶的聚结稳定性可以用电泳、光学显微镜或差示扫描量热法来测定，其具体方法如下：(1)将胶体溶液加入到密闭的容器里，用0.1-0.3mol/L的凝聚剂作电泳分散剂，在恒温条件下，测定单位体积内能够自动形成凝聚核的样品所占的百分率。
一般而言，样品颗粒越小，则单位体积内能够形成凝聚核的样品的百分率越高，此值也就越大。
(2)将溶胶与凝聚核直接接触，然后测定凝聚核中的凝聚质点与胶体颗粒中的颗粒的总质点数之比，以此计算聚结核的直径。
(3)测定凝聚核形成后溶胶样品中的凝聚质点与胶体颗粒的质点数之比，以此计算凝聚核的直径。
溶胶的凝聚核在一定条件下会脱稳，随着时间的延长，由于溶胶发生二次聚结，而使得凝聚核的数目不断增多。
这些增多的凝聚核又因静电引力相互吸附，当达到一定程度时便不再聚结，这种过程就是溶胶的聚结稳定性。
2。
外聚结试验证明，当溶胶的内聚结发展到一定程度时，胶粒间的凝聚核并不稳定，胶粒仍有脱稳的趋势。
当凝聚核数目较少，又处于聚合阶段时，胶粒间彼此分离的倾向很弱；若胶粒数目较多，又处于“解聚”阶段时，胶粒间彼此分离的倾向很强。
这两种现象都能使胶粒失去凝聚力，逐渐形成聚沉。
为了观察聚沉的实际情况，可以先进行外聚结的研究，也就是在一定条件下，测定凝聚核的数目。
简述溶胶稳定的原因
简述溶胶稳定的原因在化学实验中，为了区别两种物质是否溶解在同一溶液中，常常采用分别加入沉淀剂和溶剂，使其成为不溶的沉淀或溶液的混合物。
由于沉淀剂能使溶液变浑浊而溶液不变浑浊，这种混合物称为溶胶。
为什么胶体能稳定存在呢？首先要弄清楚，胶体具有独特的性质：1、胶体不需要或只需微量的电解质溶液便能稳定存在； 2、胶体对光、热、酸碱等外界条件的刺激都极为敏感，加入少量的电解质便可使胶体发生聚沉，从而使胶体的性质发生改变； 3、胶体能带电。
根据这些特点，胶体与悬浮液相比，胶体具有以下性质：①溶解度小。
一般的物质都是在水中溶解的，在水中可以任意的溶解。
然而胶体则不然，因为它们的溶解度很小，所以必须在电解质溶液中才能稳定存在。
②表面积大。
对于同样体积的胶体与悬浮液相比，胶体的表面积要大几十倍到几百倍。
由此可知胶体表面上的吸附力也很强。
③稳定性好。
胶体在水中的稳定性是所有物质中最好的。
④粘度小。
胶体的粘度小，所以加入电解质后，胶体易于分散。
⑤电泳现象。
当胶体粒子带负电荷时，它会向带相反电荷的电极移动，形成胶体粒子的定向移动。
胶体带有同号电荷，因此它会吸引彼此排斥的电解质，聚集成较大的颗粒。
因此胶体能稳定存在，原因就是上述五个原因。
2、溶胶不能用过滤的方法分离开来，要用过滤的方法分离的固体是原溶液，原溶液是稳定的，把不稳定的滤渣（没有被溶剂化的胶粒）和母液分开。
3、某些情况下，胶体粒子自身带有电荷，加入的少量电解质会破坏胶粒的电荷平衡，胶粒失去稳定性。
4、胶体粒子的大小很接近，一般用显微镜难以观察清楚。
5、同种胶体的聚沉值相差很小， [gPARAGRAPH3]规则将决定最终的沉降速度。
总之，由于胶体具有以上特点，使得胶体在许多场合有着重要的应用。
例如天然界和生产实践中有大量的胶体存在，还有涂料、建筑装饰材料、工业废水处理、海洋开发、纺织、造纸、印染、照相材料等都与胶体有关。
1、丁达尔现象在显微镜下观察到胶体时，常可见到光亮的圆形，或椭圆形的油珠或水珠，像“丁达尔”小球一样漂浮在视野里。
溶胶的聚沉
絮凝，这对有用矿泥的回收特别有利。 目前，市售絮凝剂牌号最多的是聚丙烯酰胺类，各种牌
号标志着它的不同水解度和摩尔质量，适应各种不同的实际 需要。这类絮凝剂约占各种絮凝剂总量的 70%。其他絮凝剂 还有：聚氧乙烯、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酸钠以及动 物胶、蛋白质等。
影响溶胶稳定性的因素还有很多，如溶胶的浓渡、温度、 pH、非电解质的作用等，在此不再详述。了解溶胶稳定性的 规律，有助于根据需要，通过调节外界条件达到使溶胶稳定 存在或使溶胶破坏的目的。
越强，聚沉值越小。这一规律称为哈迪 – 叔采（Hardy Schulze）规则。通常一价反离子的聚沉值比二价的大 20—80 倍，比三价的大 500—1500 倍。应当指出，当离子在胶粒表 面强烈吸附或发生表面化学反应时，哈迪 – 叔采规则不能 应用。例如对 As2S3 溶胶来说，一价吗啡离子的聚沉能力比 二价 Mg2+和 Ca2+还要强得多。
（1）外加电解质对溶胶聚沉的影响
电解质对溶胶稳定性的影响具有两重性。当电解质浓度 较小时，有助于胶粒带电形成 电势，使粒子之间因同性电 的斥力而不易聚结，因此电解质对溶胶起稳定作用。但是， 当电解质浓度足够大时，使分散层亦薄而 电势下降，因此 能引起溶胶聚沉。关于外加电解质对溶胶聚沉的影响有以下 几点经验规则： 1、外加电解质需要达到一定浓度方能使溶胶发生明显聚沉。 使溶胶发生明显聚沉所需电解质的最低浓度称为“聚沉值”。 聚沉值是电解质对溶胶聚沉能力的衡量，聚沉能力越强，聚 沉值越小，反之亦然。实验表明，当电解质浓度达到聚沉值 时，并未使胶粒的荷电量减少到零，亦即 不等于零。一般 说来此时电动电势的数值仍有 25—30mV 左右，但胶粒的布
发生部分聚沉，甚至不聚沉。我国自古以来沿用的明矾净水，
基础化学教学课件：4.6.3 溶胶的稳定性和聚沉
破坏了原来的电荷平衡； 导致胶体微粒之间的碰撞机会增多； 聚集成较大的颗粒； 使得彼此之间的排斥力减弱。
溶胶的聚沉
影响胶体粒子的热运动平衡，进一步促进了聚沉的发生。 氯化银溶胶中加入一些氯化钠溶液
钠离子浓度 适当
钠离子会进入负电性的氯化银胶粒吸附层
• 中和氯化银胶粒所带来的负电荷而使它聚沉； • 氯离子会进入正电性的氯化银胶粒吸附层； • 减少胶粒的带电量，而使其易于聚集而沉降。
溶胶的聚沉
很少量的电解质就可以引起溶胶聚沉
聚沉值：使一定量的某种溶胶，在规定的时间内发生明显聚沉所需电解质的最小 浓度。
聚沉值越小
聚沉力量越大
聚沉能力 是聚沉值的倒数
溶胶的聚沉
电解质的聚沉规律
1.舒尔策-哈迪价数规则
聚沉能力主要决定于与胶粒带相反电荷的电解质离子价数。
例如，不同价数（例如1、2、3价）的反离子，则聚沉值的比例约为：
F->Cl->Br->NO3->I->SCN->OH-
3.同号离子对聚沉也有影响
同号离子与胶粒之间的强烈的范德华力而产 生吸附，从而改变了胶粒的表面性能，降低 了反离子的聚沉能力。
溶胶的聚沉
1.舒尔策-哈迪价数规则 2.同价离子序 3.同号离子对聚沉也有影响
电解质对溶胶的作 用是比较复杂的。
溶胶的聚沉
溶胶的聚沉
胶体聚沉的方法
加电解质 加与胶体带相反电荷的溶胶
加热
溶胶的聚沉
电解质加入到胶体中
在溶液中电离产生阴阳离子，这些 离子会吸引周围带电的胶粒，起到 桥梁的作用，使得胶粒能够相互聚 合，形成较大的颗粒；
溶胶的聚沉
• 颗粒增大到一定程度； • 重力作用超过颗粒的扩散运动作用；
第五章胶体和胶体的稳定性
?? 舒尔策-哈迪（ Schultz-Hardy ）规则
Schulze-Hardy规则
聚沉能力主要决定于胶粒带相反电荷的离子的价数。 聚沉值与异电性离子价数的六次方成反比 ，这就是
Schulze-Hardy 规则。
电泳与电渗电泳与电渗return电位离子反离子扩散层胶团边界滑动面胶粒吸附层电位电位胶体的结构胶体的结构产品产品墨水墨水纳米防水剂纳米防水剂碳纳米管碳纳米管废水处理废水处理处理的效果处理的效果锅炉污垢沉积锅炉污垢沉积气体尘埃气体尘埃33溶胶的稳定与聚沉溶胶的稳定与聚沉胶体具有较大的表面积较大的比表面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
思考题：如何除去空气中的尘埃？
形成结构紧 密而又稳定 0 的沉积物
第一最小值
ER
形成疏松
左 图 中 ， EA 为引力势能，
E
的聚沉物 ER 为 斥 力 势 能
实线 E 为总势能。
E max
b
EA
a
在粒子 距 离
x（粒子间距离） 接近a 时，达
到第二最小
值，其值为
第二最小值
几个kT 。
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 时，这种聚沉物可重新分离生成溶胶。
思考题
? 如何提高天然染料的稳定性？ ? 天然染料的特点：
? 天然可再生资源 ? 多种保健功能： 防紫外线 抗老化 延缓衰老 ? 自然大方的染色效果
天然染料分子中的基本单元
表儿茶素棓酸酯（ ECG）表棓儿茶素棓酸酯（ EGCG）
4.溶胶的聚沉
定义： 溶胶中分散相微粒互相聚结，颗粒变大，进而 发生沉淀的现象称为聚沉。
§6 溶胶的稳定性和聚沉作用
(1) 颗粒间的范德华引力
两分子间由于范德华引力产生的势能函数
可以近似用兰纳－琼斯位能函数表示
p 4 r r
12 6
球形胶体颗粒的位能函数
两个球形胶体颗粒间的位能函数可通 过二重积分求算，近似为：
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
6 6 6 1 1 1 ( ) :( ) :( ) 1 2 3
Cj(i) : i 价电解质的聚沉值
当离子在胶粒表面上有强烈吸附或发生表面化学反应时，舒— 哈规则不适用。
58.4 51 50 65 31 0.65 0.69 0.80 0.096 0.093
NaCl KCl KNO3 K2SO4 K2Cr2O7 K2C2O4 K3[Fe(CN)6]
43.5 46 60 0.30 0.63 0.69 0.08
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。
势垒 Eb
H
当粒子的动能3kT/2大于势垒Eb时方能聚沉
4.
溶胶的聚沉
(1) 电解质的聚沉作用
在溶胶中加入少量电解质，可以使胶粒吸
附的离子增加，ζ电势提高，增加溶胶的稳定
性，称为稳定剂。
当电解质的浓度足够大, 部分反粒子进入
紧密层，而使ζ电势降低, 扩散层变薄, 胶粒之间 静电斥力减小而导致聚沉，则称为聚沉剂。
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，外加电解质的离子 价数越低，其聚沉值越大。
胶体的稳定性和聚沉
胶体的稳定性和聚沉憎液溶胶属热力学不稳定体系，有集结长大以至于聚沉的趋势。
但在短时间内甚至在相当长时间内(对某些特殊的溶胶如金溶胶)，憎液溶胶却能稳定存在。
1.溶胶的稳定性除布朗运动外，溶胶的稳定性还与下面两个因素有关。
(1).胶粒的电性：带电的胶粒由于胶粒间的范德华力而相互吸引，而相同电荷的斥力又将使之分开。
胶粒是否稳定，取决于这两种相反的力的相对大小。
这也是20世纪40年代由Derjaguin、Landan、Verwey、Overbeek等人提出的溶胶稳定性理论(通常称为DLVO理论)的主要点。
(2).溶剂化作用：溶剂化作用降低了胶粒的表面能，同时溶剂分子把胶粒包围起来，形成一具有弹性的水合外壳。
当胶粒相互靠近时，水合外壳因受到挤压而变形，但每个变形胶团都力图恢复其原来的形状而又被弹开。
可见，水合外壳(溶剂化层)的存在起着阻碍聚结的作用。
综上所述：分散相粒子的带电、溶剂化作用、布朗运动是憎液溶胶三个最重要的稳定因素。
凡是能使上述稳定因素遭到破坏的作用，皆可以使溶胶聚沉2.溶胶的聚沉溶胶中的分散相微粒互相聚沉，颗粒变大，最后发生沉淀的现象称为聚沉。
溶胶的聚沉可分为二个阶段，第一为无法用肉眼观察出分散程度变化的阶段，称为"隐聚沉"；第二阶段则可用肉眼观察到颗粒的变化，称为"显聚沉"。
(1).电解质的聚沉作用当往溶胶中加入过量的电解质后，往往会使溶胶发生聚沉。
这是由于电解质加入后，电解质中与扩散层反离子电荷符号相同的那些离子将由于同电排斥而将反离子压入到吸附层，从而减少胶粒的带电量，ζ电势降低。
当扩散层中的反离子被全部压入吸附层内，胶粒处于等电状态，ζ电势为零，此时溶胶的稳定性最差，非常易于聚沉。
如豆浆使荷负电的蛋白质胶体，卤水中的Ca2+、Mg2+、Na+等离子压缩扩散层厚度，使ζ电势下降并使蛋白质聚沉。
实验表明，当溶胶的ζ电势降低到一定值时，(不必降到零！)，就可观察到聚沉现象的发生。
溶胶的制备、纯化、稳定性研究及溶胶聚沉值的测定
溶胶的制备、纯化、稳定性研究及溶胶聚沉值的测定—电压对溶胶稳定性的影响和KCl聚沉值的测定一、前言（一）实验背景电泳法测定氢氧化铁溶胶ξ-电势是大多数高校化学专业开设的基础物理化学实验之一,胶体是日常生活中比较常见的混合物体系，本文从水解法制备Fe(OH)3溶胶、Fe(OH)3溶胶的纯化、电泳实验、测定不同电解质对Fe(OH)3溶胶的聚沉值等四个方面对Fe(OH)3溶胶的性质进行深入的探究，通过本实验我们可以探究利用溶胶的性质来处理水污染等实际问题。
（二）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（一）实验原理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。
1、溶胶的制备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。
2、溶胶的纯化制成的Fe(OH)3溶胶溶液中常有其它杂质存在,而影响其稳定性,而且制得的Fe(OH)3水溶胶冷却时,反应要逆向进行,因此必须纯化。
常用的纯化方法是半透膜渗析法。
渗析时以半透膜隔开胶体溶液和纯溶剂,胶体溶液中的杂质,如电解质及小分子能透过半透膜,进入溶剂中,而大部分胶粒却不透过. 如果不断换溶剂,则可把胶体中的杂质除去. 要提高渗析速度,可用热渗析或电渗析的方法。
溶胶的经典稳定理论——DLVO理论
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溶胶的聚沉
聚沉: 憎液溶胶中分散相微粒互相聚结构, 颗粒变大, 进而发生 沉淀的现象. 加热, 辐射或加入电解质皆可导致溶胶的聚沉.
三种溶胶聚沉. (左)Al(OH)3; (中)Fe(OH)3; (右)Cu(OH)2
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溶胶的聚沉
(1)电解质的聚沉作用 少量电解质的存在对溶胶起稳定作用; 过量的电解质的存 在对溶胶起破坏作用(聚沉). 原因主要是: 电解质的浓度或价数增加都会压缩扩散层, 使扩散层变薄, 斥力势能降低; 若加入的反离子发生特性吸附时, 斯特恩层内的反离子数 量增加, 使胶体粒子带电量降低.
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斥力势能, 吸力势能及总势能曲线
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溶胶的经典稳定理论——DLVO理论
除胶粒带电外, 溶剂化作用也是使溶胶稳定的重要原 因. 水化外壳的存在势必增加溶胶聚合的机械阻力. 如前所述, 分散相粒子的布朗运动是胶体粒子受重力 影响而不下沉的原因. 当布朗运动足够强时, 粒子热运动 能够克服重力场的作用而不下沉, 溶胶的这种性质, 称为 动力稳定性. 综上所述, 分散相粒子的带电, 溶剂化作用及布朗运动 是溶胶三个重要的稳定原因.
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溶胶的聚沉
同价离子的聚沉能力也各不相同: 同价正离子, 由于正离子水化能力很强, 且离子半径愈小, 水化能力愈强, 水化层愈厚, 被吸附的能力愈小, 使其进 入斯特恩层的数量减少, 而使聚沉值增大. 同价负离子, 由于负离子水化能力很弱, 所以负离子的半 径愈小, 吸附能力愈强, 聚沉值愈小. 感胶离子序 将相同电荷的离子按聚沉能力大小排列的顺 序. H+>Cs+>Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+ Ba 2+ > Sr 2+ >Ca 2+ >Mg 2+ F->IO3- > H2PO4-> BrO3- > Cl->ClO3-> Br->NO3- >ClO4- > I->SCN->OH- 00-8-1 9
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◎两个胶团的扩散层发生重叠，重
叠区内负离子浓度增加，扩散层对 称性遭破坏， 破坏负离子的平衡分布 破坏双电层的静电平衡
◎导致两胶团之间产生静电斥力
（1）DLVO理论基本要点 （B）溶胶的相对稳定或聚沉取决于斥力势能或引力势能的相 对大小 ◎斥力势能占优——稳定 ◎引力势能占优——聚沉 ◎调整两者的相对大小，可改变胶体系统的稳定性 （C）斥力势能、引力势能及总势能都是粒子间距离的函数。 某一距离范围内，引力势能占优势，另一距离 范围斥力势 能占优势。 （D）加入电解质导致系统的总势能发生很大的变化 加入电解质，对斥力势能影响十分明显，调整电解质浓 度，对溶胶稳定性有明显作用。
2、溶胶的聚沉 （1）电解质的聚沉作用 （C）对于同价离子，聚沉能力各不相同 ◆同价正离子,半径愈小,水化能力愈强，被吸附的能力愈小，聚 沉能力愈弱 负溶胶，一价正离子的聚沉能力： H ＋ > Cs＋ > Rb＋ > K＋ > Na＋ > Li＋ ◆同价的负离子，半径愈小，吸附能力愈强，聚沉能力愈强。 正溶胶：一价负离子的聚沉能力： F－ > Cl － > Br － > NO3 － > I － 带有相同电荷的离子，按聚沉能力的大小排列的顺序称“感胶离 子序”。 （2）溶胶的相互聚沉 两种电性不同的溶胶混合，可发生相互聚沉作用
2、溶胶的聚沉 聚沉：溶胶中的分散相微粒互相聚结，颗粒变大，进而发生沉 淀的现象。 （1）电解质的聚沉作用 聚沉值 倒数 电解质的聚沉能力
聚沉值＝ 加入溶胶中电解质的物 质的量 溶胶的体积＋电解质溶 液的体积
使溶胶发生明显的聚沉所需电解质的最小浓度
某电解质的聚沉值愈小，其 聚沉能力愈大
2、溶胶的聚沉 （1）电解质的聚沉作用 （A）电解质浓度的影响 c3>c2>c1 c↑，聚沉时所需克服的势垒↓。 （B）舒尔策一哈迪价数规则 反离子的价数愈高，聚沉能力愈大 带负电荷As2S3胶体粒子，起聚沉作用的是阳离子 聚沉值 KCl MgCl2 AlCl3 （mol. m-3 ） 49.5 0.7 0.093 聚沉能力 1 ： 70.7 ： 532 聚沉能力可近似表示为反号离子价数的六次方之比
§12.5 溶胶的稳定与聚沉
1、溶胶的经典稳定理论—DLVO理论 实线为胶核 （1）DLVO理论基本要点： 作用的范围 （A）胶团间既存在引力势能，也存在斥力势能。 的大小
胶核
扩散层边界
※胶团外A点，不受正电荷影响 ※扩散层内任B点，因正电荷作用 未被完全抵消，仍表现出正电性。 两个胶粒趋近、胶团的扩散层未 重叠时，两者间不产生任何斥力
（2）吸力势能及斥力势能对溶胶稳定性的影响
★两胶粒相距较远时，离子氛尚未重 叠，引力势能和斥力势能皆趋于零。
两胶粒靠近时斥力势能变 化情况
★胶粒间距离变近，引力势能占优势
(a点前)，曲线在横轴下，总势能为 负值； ★胶粒间距离再接近(ab点间) ，斥力 势能占优势，总势能曲线出现极大值 能峰Emax； ★如越过能峰Emax ，势能迅速下降， 意味着胶粒将发生聚集； 若势能峰足够高，溶胶处于相对 稳定的状态； 若势能峰不存在或者很小，则溶 胶易于发生聚沉。
形成较疏松 的沉积物
表示吸力势能变化情况
永久性聚沉
★在总势能曲线上出现两个最小值。
Hale Waihona Puke 1、溶胶的经典稳定理论—DLVO理论
（3）影响溶胶稳定的主要因素 ◎胶粒带电 增加胶粒间的排斥作用。 ◎溶剂化作用 形成弹性水化外壳，增加溶胶聚合的 阻力。 ◎布朗运动 当布朗运动足够强时，能克服重力场的影响而不 下沉，称为动力稳定性。
（3）高分子化合物的聚沉作用和保护作用 ◆保护作用 高分子线团环绕在分散相粒子周围，形成水化外壳，包围 分散相粒子，对溶胶起到保护作用。
（3）高分子化合物的聚沉作用和保护作用 ◆聚沉作用 （A）搭桥效应：高分子化合物起搭 桥作用，把多个胶粒联结起来，变成 较大的聚集体而聚沉; （B）脱水效应: 高分子化合物对 水有更强的亲合力，使胶体粒子 脱水，失去水化外壳而聚沉； （C）电中和效应：离子型的高分子化合物吸附在带电胶粒 上，中和分散相粒子的表面电荷，使粒子间斥力势能降低，溶 胶聚沉 。