物理化学第十二章胶体化学
物理化学第十二章 胶体化学
2.固溶胶 将固体作为分散介质所形成的溶胶。
A.固-固溶胶 如有色玻璃，不完全互溶的合金 B.固-液溶胶 如珍珠，某些宝石 C.固-气溶胶 如泡沫塑料，沸石分子筛
3.气溶胶 将气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散
相为固体或液体时，形成气-固或气-液溶胶，但 没有气-气溶胶，因为不同的气体混合后是单相均 一体系，不属于胶体范围。
1. 布朗运动（Brown motion)
1827 年植物学家布朗(Brown)用显微镜观察到 悬浮在液面上的花粉粒子不断地作无规则的运动。
后来又发现凡是线度小于4μm的粒子，在分散 介质中皆呈现这种运动。人们称微粒的这种运动为 布朗运动。
用超显微镜观察到溶胶粒子不断地做无规则 运动，能够测出在一定时间内粒子的平均位移。
引言
把一种或几种物质 分散在另一种物质中所 构成的系统称为分散系 统。被分散的物质称为 分散相（dispersed phase），而另一种呈 连续分布的物质称为分 散介质（dispersing medium)。
例如：云，牛奶，珍珠
分散体系通常有三种分类方法： •真溶液
按分散相粒子的大小分类： •胶体分散体系 •粗分散体系
1905年爱因斯坦 （Einstein) 阐述了Brown运 动的本质，推导出爱因斯 坦－布朗平均位移公式。
1/ 2
x
RTt
3L r
爱因斯坦用概率的概念和分子运动论的观点，创立了布 朗运动的理论。认为Brown运动是分散介质分子以不同大小 和不同方向的力对胶体粒子不断撞击而产生的，由于受到的 力不平衡，所以连续以不同方向、不同速度作不规则运动。
梯度、单位时间内通过单位截面积的质量。
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
物理化学下册第五版天津大学出版社第十二章胶体化学习题答案
物理化学下册第五版天津大学出版社第十二章胶体化学习题答案12.1 如何定义胶体系统？总结交替的主要特征。
解：分散相粒子在某方向上的线度在1～100nm范围内的高度分散系统成为胶体系统。
胶体系统的主要特征是高度分散、多相性和热力学不稳定性。
12.2 丁铎尔效应的实质及其产生的条件？解：丁铎尔效应实质是光的散射作用引起的。
粒子的半径小于入射光的波长时才能观察到丁铎尔效应。
12.3 简述斯特恩双电层模型的要点指出热力学电势、斯特恩（stern）电势和ζ电势的区别？解：Stern 模型：固定层＋扩散层、三个面、三个电势。
具体如下：1924年斯特恩提出扩散双电层：离子有一定的大小；部分反离子被牢固吸附，形成固定吸附层或斯特恩固体面；Stern面：Stern层中反离子电性中心所形成的假想面；滑动面：固液两相发生相对移动时界面。
热力学电势0：固体面—溶液本体；Stern电势：Stern面—溶液本体；电势：滑动面—溶液本体12.4 溶胶能在一定时间内稳定存在的主要原因？解：分散相粒子的带电、溶剂化作用以及布朗运动是溶胶系统相当长得时间范围内可以稳定存在的主要原因。
12.5 破坏胶体最有效的办法是什么？说明原因。
解：破坏胶体最有效的办法是在溶胶中加入过量的含有高价相反号离子的电解质。
这主要是因为电解质的浓度或价数增加时，都会压缩扩散层，是扩散层变薄，电势降低，斥力势能降低，当电解质的浓度足够大时就会使溶胶发生聚沉；若加入的反号离子发生吸附，斯特恩层内的反离子数目增加，使胶体粒子的带电量降低，而导致碰撞聚沉。
过量的电解质加入，还将使胶体粒子脱水，失水化外壳而聚沉。
12.6 K、Na等碱金属的皂类作为乳化剂时，易于形成O/W型的乳状液；Zn、Mg等高价金属的皂类作为乳化剂时，易于形成W/O 型的乳状液。
解：乳化剂分子具有一端亲水而另一端亲油的特性，其两端的横截面不等。
当它吸附在乳状液的界面面层时，常呈现“大头”朝外，“小头”向里的几何构型，就如同一个个的锲子密集的钉在圆球上。
物理化学：第十二章 胶体化学(定稿)
（水）相。
(2)稀释法：将乳状液滴入水中或油中，若乳状 液在水中能稀释，即为O/W型；在 油中能稀释，即为W/O型。
(3)导电法：O/W型乳状液的导电性能远好于 W/O型乳状液，通过测电导可区别 两者。
2. 乳状液的稳定
(1) 降低界面张力
(a) 加入表面活性剂， ，G表，稳定性
(b) 表面活性剂的HLB值可决定形成乳状液 的类型： HLB 3-6: 形成W/O型乳状液； HLB 12-18: 形成O/W型乳状液。
（2）形成定向楔的界面
一价碱金属皂类， 形成O/W型乳状液：
二价碱金属皂类， 形成W/O型乳状液：
大头朝外，小头向内，表面活性剂可紧密排列， 形成厚壁，使乳状液稳定。
（3）形成扩Leabharlann 双电层离子型表面活性剂可形成扩散双电层，使乳状液稳定。
（4）界面膜的稳定作用
增强界面膜的强度，可增加乳状液的稳定性。
第十二章 胶体化学
§12.6 乳状液
由两种不互溶或部分互溶的液体所形成的粗 分散系统，称为乳状液。
水包油，O/W，油分散在水中 类型
油包水，W/O，水分散在油中
O + W + 乳化剂
乳状液
乳化剂 表面活性剂 固体粉末
1. 乳状液类型的鉴别
(1)染色法：将油（水）溶性染料滴入乳状液， 在显微镜下观察，染色的一相为油
固体大部分在水中，油水界面向油弯曲， 形成O/W乳状液。
油水
如 so < sw :
cos 为负， > 90 o，油能润湿固体,
固体大部分在油中，油水界面向水弯曲， 形成W/O乳状液。
水油
3. 乳化剂的选择
物理化学 第十二章 胶体化学
2 9π V C n2 n0 1 cos2 I 0 I＝ 2 2 24 l 2 n 2 n 0 2 2
2
3) I n
可以此来区分 胶体溶液 分散相与分散介质有相界面，n大 高分子溶液 均相溶液， n小
4) I C 同一种溶胶，仅C不同时，有：
9π V C I＝ 4 2 2 l
2 2
2 n n0 2 n2 2n0
2
1 cos2 I 0
2
由 Rayleigh 公式可知： 1) I V 2 可用来鉴别小分子真溶液与胶体溶液； 如已知 n 、n0 ，可测 I 求粒子大小V 。
2) I 1/4 波长越短的光，散射越强。 例：用白光照射溶胶，散射光呈蓝色， 透射光呈橙红色。
dn dc DAS dt dx
AS
c大
c小
在一定温度下，在浓差作用下，单位时间内向 x 方 向扩散,通过截面积AS的物质的量 dn/dt 正比于浓度梯度 dc/dx 与AS 的乘积，比例系数D 称边有 - 号。
x
dn dc DAS dt dx
第十二章
胶体化学
(6h)
同界面化学一样，胶体化学也是一门古老 而又年轻的科学。 有史以前，我们的祖先就会制造陶器；汉 朝已能利用纤维造纸；后汉时又发明了墨； 其他像做豆腐、面食以及药物的制剂等等在 我国都有悠久的历史，这些成品及其制作过 程都与胶体化学密切相关。 1809年，俄国化学家Scheele发现了土粒 的电泳现象； 1829年英国植物学家Brown观察到花粉的 布朗运动。次后，许多人相继制备了各种溶 胶，并研究了它们的性质。
§12.4 胶体系统的电学性质
胶体化学物理化学优秀课件
冷却法：用冰骤冷苯在水中的饱和溶液， 得到苯在水中的溶胶
2021/4/24
8
(2)化学凝聚法：利用生成不溶性物质的化学反应，控制析
晶过程，使其停留在胶核尺度的阶段，而得到溶胶。所谓控 制析晶过程，系指采用有利于大量形成晶核，减缓于晶体生 长的条件，例：采用较大的过饱和浓度，较低的操作温度。
胶体化学物理化学优秀课件
概论
胶 体是一种分散中, 所 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；
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1
粗分散系统 ( d > 10-6m )
分
散
胶体系统（ 10-9~10-6m)
系
统
真溶液（d < 10-9m )
1869年 Tyndall发现胶体系统有光散射现象
丁铎尔效应：在暗室里，将一束聚集的光投射到胶体系统 上，在与入射光垂直的方向上，可观察到一个发亮的光柱， 其中并有微粒闪烁。
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11
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丁达尔现象的实质是溶胶对光的散射作用。
入射光波长 < 分散粒子尺寸——反射
入射光波长 = 分子固有尺寸—— 吸收 无作用 ——— 透过
罗常数的测定。
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2. 扩散
定义：在有浓度梯度存在时，物质粒子因热运动而发 生宏观上的定向迁移，称为扩散。
浓度梯度的存在，是扩散的推动力
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胶体系统的扩散与溶液中溶质扩散一样，可用Fick 扩散第 一定律来描述：
dn
dc
dt -DAS dx
单位时间通过某一截面的物质的量dn/dt与该处的浓度梯度dc/dx
天津大学物理化学教研室《物理化学》(下册)章节题库(胶体化学)
第12章胶体化学一、选择题1．对于有过KI存在的AgI溶腔．电解质聚沉能力最强的是（）。
[中国科学技术大学2010研]A．MgSO4B．FeCl3C．NaClD．K3[Fe(CN)6]【答案】B【解析】AgI溶胶中KI过量，KI过量时，AgI胶团的结构为{(AgI)m·nI-·(n－x)K+}x-·xK+，表面带了负电荷，，阳离子价数越高，聚沉能力越强。
2．向25cm3、浓度为0．02mol·dm-3的AgNO3溶液中滴入25cm3的0．01mol·dm-3KI 溶液制备AgI溶胶，该溶胶ζ电位( )。
[天津大学2008研]A．＞OB．=0C．＜OD．不确定【答案】A【解析】因AgNO3过量，故制备的AgI溶胶为正溶胶，溶胶的ζ电位＞0。
．3．用相同体积0．01mol·dm-3KI和0．15mol·dm-3AgNO3溶液制备的AgI溶胶，分别加入相同浓度的下列电解质，聚沉能力最强的是：[中国石油大学(华东)2005年] A．NaClB．FeCl3C．MgSO4D．K3PO4【答案】D【解析】所制备的AgI溶胶为AgI的正溶胶，即胶粒带正点，起聚沉作用的主要是负离子。
比较选项中阴离子的价位可知，聚沉能力最强的是K3PO4。
4．憎液溶胶有如下性质：[中国石油大学(北京)2004年]A．是均相系统B．胶粒直径小于100nmC．胶粒可透过半透膜D．胶团带电【答案】B【解析】形成憎液溶胶的必要条件是：①分散相的溶解度要小；②必须有稳定剂的存在，否则胶粒易聚结而聚沉。
5．对于AgI的水溶胶，当以KI为稳定剂时胶团结构式为：、其中称为胶粒的是：(北京化工大学2001年)A．(AgI)mB．(AgI)m·nI-【答案】C6．导致Donnan平衡产生的根本原因是：(中国科学技术大学2006年)A．溶液浓度大，大离子迁移速度慢B．小离子浓度大，影响大离子通过半透膜C．大离子不能透过半透膜，且因静电作用使小离子在膜两边浓度不同D．大离子浓度大，妨碍小离子通过半透膜【答案】C7．有关DLVO理论，以下哪种说法不正确：(中国科学技术大学2006年)A．能够定量描述胶体稳定性与粒子之间相互排斥和吸引作用之间的关系B．能够在理论上解释Schulze-Hardy规则C．仅适合胶体粒子表面带有电荷的体系D．能够阐述ζ电势的物理意义【答案】D【解析】DLVO理论的基本观点：①胶粒之间存在着斥力势能和吸力势能；②系统总势能是斥力势能和吸力势能的加和；③总势能、斥力势能和吸力势能均随胶粒间距的改变而改变。
物理化学-胶体化学2
• 教学主要内容及重点难点：
• 主要内容：
• 1、溶胶的经典稳定理论DLVO理论（重点）、电解质、 高分子化合物对溶胶的聚沉作用及作用规律；沉降分析 （难点）
§10.3 溶胶的稳定与聚沉
二、 溶胶的聚沉
溶胶粒子合并、长大，进而发生沉淀的现象， 称为聚沉。
溶胶从本质上说是不稳定的，许多因素可导致 溶胶聚沉。
如加热、辐射、加入电解质等。
§10.3 溶胶的稳定与聚沉
• 溶胶的聚沉影响因素： • （一）．外加电解质的影响： • 影响最大，主要影响胶粒的带电情况，使电位下降，促使胶粒
聚结。 • （二）．浓度的影响 • 浓度增加，粒子碰撞机会增多。 • （三）、温度的影响 • 温度升高，粒子碰撞机会增多，碰撞强度增加。 • （四）、胶体体系相互作用 • 带不同电荷的胶粒互吸而聚沉。
§10.3 溶胶的稳定与聚沉
三、电解质的聚沉作用 适量的电解质对溶胶起到稳定剂的作用。 但如果电解质加入得过多，往往会使溶胶发生聚 沉。 （一）、原因： 电解质的浓度或价数增加时，都会压缩扩散层 ，使扩散层变薄，斥力势能降低，当电解质的浓 度足够大时就会使溶胶发生聚沉；
• 2、乳状液的定义及分类、乳状液的稳定机理；泡沫的应 用，气溶胶的应用，粉尘的性质及除尘措施（重点）。
• 难点：乳状液的稳定机理中固体粉末的稳定作用
§10.3 溶胶的稳定与聚沉
一、溶胶的经典稳定理论DLVO理论(重点)
（1）胶团之间既存在着斥力势能，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：
【物理化学D】第12章 胶体化学
因为粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学 不稳定体系，有自发降低表面自由能的趋势，即小粒 子会自动聚结成大粒子。
2021/1/27 Wednesday
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概论
胶体是一种分散系统
分散系统：一种或几种物质分散在另一种物质之中, 所 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；
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分 散 系 统
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粗分散系统 ( d > 103 nm) 胶体系统（1 nm < d < 103 nm)
真溶液（d < 1nm) (氢原子半径 0.05 nm)
胶 体 系 统
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(1)溶胶： 分散相不溶于分散介质，有很大相 界面，是热力学不稳定系统。(憎液溶胶)
(2)高分子溶液: 高分子以分子形式溶于 介质，分散相与分散介质间无相界面， 是热力学稳定系统。(亲液溶胶)
微观：上限为原子、分子，而下限则是一个无 下限的时空。
在宏观世界与微观世界之间，还有一个介观世界， 胶体化学中所涉及的超细微粒，其大小、尺寸在 1nm～1000nm之间，基本上归属于介观领域。
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（2）按分散相和介质聚集状态分类
1.液溶胶 将液体作为分散介质所形成的溶胶。当分散
液
等
原子 剂均能透过半透膜。
混合气体等
溶胶
物理化学-胶体化学1
固 液溶胶或悬浮液 金溶胶，油墨，泥浆
气
固
液
固
固溶胶
泡沫塑料 珍珠，蛋白石 有色玻璃，某些合金
❖ §10.1溶胶的制备
（三）溶胶分类方法（2种）： 1、按分散相和介质的聚集状态分类分为3类：液溶胶、固溶
胶、气溶胶 （1）、液溶胶 将液体作为分散介质所形成的溶胶，称为液溶胶，简称溶胶 例：液－固溶胶 如油漆、AgI溶胶 （2）、固溶胶 将固体作为分散介质所形成的溶胶： 例：固－固溶胶：如有色玻璃，不完全互溶的合金 固－液溶胶：如珍珠，某些宝石 固－气溶胶：如泡沫，沸石分子筛 （3）．气溶胶 将气体作为分散介质所形成的溶胶。 A、气－固溶胶 如烟、含尘的空气 B、气－液溶胶 如雾、云
过量的FeCl3为稳定剂，胶粒带正电荷
As2S3溶胶： As2O3 + 3H2O 2H3AsO3 2H3AsO3 + 3H2S As2S3 + 6H2O
HS－为稳定剂，胶粒带负电荷
11Leabharlann §10.1溶胶的制备❖ 三、溶胶的净化： ❖ 主要有渗析法和过滤法。最常用的是渗析法。 ❖ 渗析法------利用胶体粒子不能透过半透膜的
浑浊泥水，牛 奶，豆浆等
4
❖ §10.1溶胶的制备 ❖ （四）分散系统性质比较
§10.1溶胶的制备
（二）、按分散相和分散介质的聚集状态不同进行分类 (P615页)：
表12.0.2 分散系统分类(按聚集状态)
分散介质 分散相
名称
实例
气
液
固
气溶胶
云，雾 烟，含粉尘的空气
气
泡沫
肥皂泡沫
液
液
乳状液
牛奶，含水原油
特点，分离出溶胶中多余的电解质或其它杂 质，一般用羊皮纸，动物膀胱膜，硝酸或醋 酸纤维素等作为半透膜。
物理化学第十二章胶体化学课件演示文稿
实例
云，雾，喷雾 烟，粉尘
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
7
§12-1 溶胶的制备
分散法 粗分散系统 大变小
胶体系统
聚集法 小变大
d >1000nm
1 < d <1000nm
分子分散系统
d < 1nm
1．分散法：
（1）胶体磨 （2）气流粉碎机（又称喷射磨） （3）电弧法—用于制备贵金属的水溶胶
2. 凝结法
（1）物理凝聚法
①蒸气凝聚法 ②过饱和法
将蒸气状态的物质或溶解状态的物质凝聚为胶体状态
蒸 气 凝 聚 法
1—被抽空容器 2、4—盛有溶剂的和
需要分散的物质容器
3—盛溶胶是容器 5—液态空气冷凝器
示
意
图
10
（2）化学凝聚法
利用生成不溶性物质的化学反应，通过控制析晶过程得 到溶胶的方法
Fe (OH)3溶胶：
3
胶体化学主要研究对象是多相分散系统
分散系统：一种或几种物质分散在另一种物质之中所构 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
4
根据分散相粒子的大小，分散系统可分为：
真溶液 d < 1nm 胶体分散系统 1 < d <1000nm
溶胶 高分子溶液 缔合胶体
粗分散系统 d >1000nm
胶体粒子
多相，热力学不稳定系统，扩 散慢、不能透过半透膜，成胶 体
金溶胶，氢氧化铁 溶胶
体
分 散 系
高分子溶液
1 < d <1000nm
高（大）分 子
物理化学 第12章 胶体化学
思考题：1.为什么加入与胶体粒子电荷异号离子能引起聚沉呢？2.在进行重量分析实验时，为了尽可能使沉淀完全，通常加入大量电解质，或将溶胶适当加热，为什么？试从胶体分散体系观点解释。
3.胶粒吸附稳定离子时有何规律？4.影响胶粒电泳速率的主要因素有哪些？电泳现象说明什么问题？5.什么是ζ-电势？如何确定ζ-电势的正、负号？选择题：1.溶胶与大分子溶液的相同点是（C）A．热力学稳定体系B．热力学不稳定体系C. 动力学稳定体系D. 动力学不稳定体系2.稀的砷酸溶液中通入H2S制备As2S3溶胶，H2S适当过量，则胶团结构为（B）A．[(As2S3)m·nH+，(n-x)HS—]x+·xHS—B．[(As2S3)m·nHS—，(n-x)H+]x-·xH+C. [(As2S3)m·nH+，(n-x)HS—]x-·xHS—D. [(As2S3)m·nHS—，(n-x)H+]x+·xHS-3.下列诸性质中，哪一个属于亲液溶胶（A）A．溶胶与凝胶作用可逆B．需要第三种物质作稳定剂C. 对电解质十分敏感D. 丁达尔效应很强4.关于ζ-电势，描述错误的是（C）A．是指胶粒的相对运动边界与液体内部的电位差B．其值随外加电解质而变化C. 其值一般高于热力学电势D. 有可能因外加电解质而改变符号5.有两种利用光学性质测定溶胶浓度的仪器：比色计和比浊计，它们分别观察胶体溶液的（B）A．透射光、折射光B．透射光、散射光C. 透射光、反射光D. 折射光、散射光6.大分子溶液分散质的粒子尺寸为（C）A．> 1μm B．< 1 nm C. 1 nm ~ 1μm D. > 1 mm7.下列分散系统中，丁达尔效应最强的是（D）A．空气B．蔗糖水溶液 C. 大分子溶液 D.硅胶溶胶8.向碘化银正溶胶中滴加过量的KI溶液，生成的新溶胶在外加直流电场中的移动方向为（A）A．向正极移动B．向负极移动 C. 不移动 D.无法确定9.用0.08mol·L-1的KI和0.1mol·L-1的AgNO3溶液等体积混合制成水溶胶,电解质CaCl2、Na2SO4、MgSO4对它的聚沉能力顺序为（C）A．Na2SO4 > CaCl2 > MgSO4B．MgSO4 > Na2SO4 > CaCl2C. Na2SO4 > MgSO4 > CaCl2D. CaCl2 > Na2SO4 > MgSO410.下面属于水包油型乳状液（O/W型）基本性质之一的是BA．易于分散在油中B．导电性强C. 导电性弱D. 乳化剂的特点是亲油性强11.将两滴K4[Fe(CN)6]水溶液滴入过量的CuCl2水溶液中形成亚铁氰化铜正溶胶，下列四种电解质聚沉值最大的是（A ）A. KBrB.K2SO4C. K4[Fe(CN)6]D. NaCl12.在相同的温度及浓度下，同一高分子化合物在良性溶剂中与在不良性溶剂中其散射强度是 （ ）A. 在良性溶剂中的散射强度大于在不良性溶剂中的散射强度B. 在良性溶剂中的散射强度小于在不良性溶剂中的散射强度C. 在良性溶剂中的散射强度等于在不良性溶剂中的散射强度D. 无法确定13. 下列属于溶胶光学性质的是（ B ）A ．唐南平衡 B. 丁达尔效应C ．电泳 D. 沉降平衡14. 在等电点上，两性电解质（如蛋白质、血浆等）和溶胶在电场中（C ）A ．向正极移动 B. 向负极移动C ．不移动 D.无法确定15. 胶体系统产生丁达尔现象的实质是胶体粒子对光的 （ C ）A ．反射 B. 透射 C ．散射 D. 衍射16. 若分散相固体微小粒子表面吸附负离子，则该胶体粒子的ζ-电势（ B ）A ．大于零 B. 小于零 C ．等于零 D. 等于外加电势差17. 对于以AgNO 3为稳定剂的AgCl 水溶胶胶团结构，被称为胶体粒子的是（ D ）A ．m AgCl ][ B. -+--⋅x m Ag x n nNO AgCl })(]{[3C ．-+-+⋅-⋅33})(]{[xNO NO x n nAg AgCl x m D. +-+-⋅x m NO x n nAg AgCl })(]{[318. 一定量以KI 为稳定剂的AgI 溶胶，分别加入浓度c 相同的下列电解质溶液，在一定时间范围内，聚沉值最小的是 （ A ）A ．La(NO 3)3 B. NaNO 3 C ．KNO 3 D.Mg(NO 3)219. 作为乳化剂的表面活性剂分子大的一端亲水，小的一端亲油，则此乳化剂有利于形成（ ）型乳状液A ．O/W B. O/W C ．O/W 和O/W D. 不确定20. 使用明矾KAl(SO 4)2·12H 2O 来净水，主要是利用（ A ）A. 胶体的特性吸附B. 电解质的聚沉作用C. 溶胶之间的相互作用D. 高分子的絮凝作用判断题1. ζ-电势在数值上一定小于热力学电势。
物理化学：第十二章 胶体化学(2)
总作用势能：E = ER + EA
粒子的平动能＝(3/2) RT <Emax时，溶胶稳定; >Emax时，溶胶不稳定
ER 势 能
E
Emax
0
x
第二最小值
EA 第一最小值
EA曲线的形状由粒子本性决定，不受电解质影响； ER曲线的形状、位置强烈地受电解质浓度的影响。 电解质浓度对胶体粒子势能的影响：
2. 扩散双电层理论
常用名词： 双电层： 质点表面电荷与周围介质中的反离子
构成的电层；
表面电势0：带电质点表面与液体的电势差： 电势： 固、液两相发生相对运动的边界处与液
体内部的电势差。
1) 亥姆霍兹平板电容器模型
0
1879年，亥姆霍兹 首先提出在固液两相之 间的界面上形成双电层 的概念。
0
x
电泳或电渗实验证明：溶胶的分散质和分散 介质都带电，且所带的电性是不同的。
在电泳实验中，当溶胶粒子向负极迁移时，说 明胶粒带正电，此溶胶称为正溶胶；当溶胶粒子向 正极迁移时，说明胶粒带负电，此溶胶称为负溶胶
在电渗实验中，则正好相反。当介质向负极迁移 时，说明胶粒带负电，此溶胶称为负溶胶；当介质向 正极迁移时，说明胶粒带正电，此溶胶称为正溶胶。
本体之间的电势差
Stern 模型：固定 层＋扩散层
固体表面 Stern面 滑动面
电势
0
0
--- 热力学电势，固体 表面与溶液本体的电
势差与溶液中电位离
子的浓度有关。
---- Stern电势。 Stern面与溶液本体的
电势差
距离
---- 电动电势（Zata电 势）滑动面与溶液本 体的电势差其值取决 于可动层的厚度
天津大学物理化学第五版-第十二章-胶体化学
van der Waals 吸引力：EA -1/x2 双电层引起的静电斥力：ER ae-x
总作用势能：E = ER + EA
EA曲线的形状由粒子本
性决定，不受电解质影响；
ER曲线的形状、位置强
烈地受电解质浓度的影响。
ER 势 能
E
n : 分散相的折射率； n0：分散介质的折射率；
：散射角；
l : 观测距离
I＝ 9 2V 2C 2 4 l 2
n 2 n02 n2 2n02
2
1 cos 2
I0
由 Rayleigh 公式可知：
1) I V 2
可用来鉴别小分子真溶液与胶体溶液；
如已知 n 、n0 ，可测 I 求粒子大小V 。
2. 憎液溶胶的聚沉 溶胶粒子合并、长大，进而发生沉淀的现
象，称为聚沉。
(1) 电解质的聚沉作用 聚沉值使溶胶发生明显的聚沉所需电解质的最小浓度 聚沉能力聚沉值的倒数
EA 曲线的形状由粒子本性决定，不受电解质影响； ER 曲线的形状、位置强烈地受电解质浓度的影响。
电解质浓度与价数增加，使胶体粒子间势垒的高度 与位置发生变化。
分散系统：一种或几种物质分散在另一种物质之中
分散相：被分散的物质 （dispersed phase） 分散介质：另一种连续分布的物质
medium)
（dispersing
分子分散系统
胶体分散系统
粗分散系统
例如：云，牛奶，珍珠
按分散相粒子的大小分类
类型
粒子大小
特性
举例
低分子溶 液(分子分
散系统)
<1nm
物理化学及胶体化学课后答案
52第十二章胶体化学12－1 如何定义胶体系统？总结胶体系统的主要特征。
答：(1) 胶体定义：胶体系统的主要研究对象是粒子直径d至少在某个方向上在1－100nm之间的分散系统。
(2) 胶体系统的主要特征：溶胶系统中的胶粒有布朗运动，胶粒多数带电，具有高度分散性，溶胶具有明显的丁达尔效应。
胶体粒子不能透过半透膜。
[注] 溶胶系统中的胶粒的布朗运动不是粒子的热运动，且只有溶胶才具有明显的丁达尔效应。
12－2 丁铎尔效应的实质及产生的条件是什么？答：丁铎尔现象的实质是光的散射作用。
丁铎尔效应产生的条件是分散相粒子的直径小于入射光波长、分散相与分散介质的直射率相差较大。
12－3 简述斯特恩双电层模型的要点，指出热力学电势、斯特恩(Stern)电势和 电势的区别。
答：斯特恩认为离子是有一定大小的，而且离子与质点表面除了静电作用外还有范德华力。
(1) 在靠近质点表面1～2个分子厚的区域内，反离子受到强烈地吸引而牢固地结合在质点表面，形成一个紧密地吸附层－斯特恩层，(2) 在斯特恩层，非离子的电性中心将形成一假想面－斯特恩面。
在斯特恩面内电势呈直线下降的变化趋势，即由质点表面的 0直线下降至处的 s， s称为斯特恩电势；(3) 其余的反离子扩散地分布在溶液中，构成双电层的扩散层部分。
在扩散层中，电势由 s降至零。
因此斯特恩双电层由斯特恩层和扩散层构成；(4) 当固、液两相发生相对运动时，紧密层中吸附在质点表面的反离子、溶剂分子与质点作为一个整体一起运动，滑动面与溶液本体之间的电势差，称为 电势。
热力学电势 0是质点表面与液体内部的总的电位差，即固液两相之间双电层的总电势。
它与电极∕溶液界面的双电层总电势相似，为系统的热力学性质，在定温定压下，至于质点吸附的(或电离产生的)离子在溶液中活度有关，而与其它离子的存在与否无关。
斯特恩电势 s是斯特恩面与容液本体的电势差，其值与集中在斯特恩层里的正负离子的电荷总数有关，即与双电层的结构状态有关。
天津大学物理化学教研室《物理化学》(第6版)笔记和课后习题详解(胶体化学)【圣才出品】
第12章胶体化学12.1 复习笔记分散系统：把一种或几种物质分散在一种介质中构成的系统称为分散系统，包括分散相和分散介质。
分散相：被分散的物质。
分散介质：分散系统中呈连续分布的物质。
根据分散相粒子的大小，将分散系统分为三类：①真溶液（被分散物质以分子、原子或离子即质点直径d＜1nm形式均匀分散，不存在相界面）；②胶体系统（分散相粒子直径d 介于1～1000nm之间）；③粗分散系统（分散相粒子直径d＞1000nm，包括悬浮液、乳状液等，存在明显的相界面）。
一、胶体系统分散相粒子粒径d在1～1000nm范围之间的高度分散系统称为胶体系统。
可分溶胶（分散相为由许多原子或分子组成的有界面的粒子，热力学不稳定系统）、高分子溶液（分散相是没有相界面的大分子，均相热力学稳定系统）和缔合胶体（分散相是由表面活性剂缔合形成的胶束）。
特点：可发生光散射；胶体粒扩散速率慢；不能透过半透膜；具有较高的渗透压；高度分散性。
二、溶胶的光学性质 在暗室中当将点光源发出的一束经聚集的光照射到胶体系统时，在垂直于入射光的方向上可观察到一个发亮的光锥，此现象称为丁铎尔效应。
丁铎尔效应是胶体粒子粒径小于可见光的波长而发生光的散射的结果。
单位体积液溶胶的散射光强度I 可由瑞利公式计算()2222200422209π1cos 2λ2V C n n I αI l n n ⎛⎫-=+ ⎪+⎝⎭式中：I 0及λ表示入射光的强度与波长；n 及n 0分别为分散相及分散介质的折射率；α为散射角，即观察方向与入射光之间的夹角；V 为单个分散相粒子的体积；C 为分散相的数浓度即单位体积中的粒子数；l 为观察者与散射中心的距离。
此式适用于粒子尺寸远小于入射光波长时，可将粒子看成点光源；粒子不导电；粒子相距较远，不考虑各粒子散射光之间的相互干涉。
由公式可知：（1）单位体积的散射光强度与每个粒子体积的平方成正比；（2）散射光强度与入射光波长的4次方成反比，即波长愈短其散射光愈强；（3）分散相与介质的折射率相差愈大，散射光愈强；（4）散射光强度与粒子的数浓度成正比。
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有史以前，我们的祖先就会制造陶器；汉 朝已能利用纤维造纸；后汉时又发明了墨； 其他像做豆腐、面食以及药物的制剂等等在 我国都有悠久的历史，这些成品及其制作过 程都与胶体化学密切相关。
1809年，俄国化学家Scheele发现了土粒 的电泳现象；
1871年 Rayleigh 对非导电的、球形粒子的 稀溶胶系统，导出了单位体积溶胶的散射强度：
I＝9π 2V 2C 24l 2
n2 n02 n2 2n02
2
1
cos2
I0
I ：散射光强 ；
I0 : 入射光强；
V ：一个粒子的体积； C ：单位体积中的粒子数；
3）缔合胶体— 分散相为表面活性剂缔合形成的 胶束，分散相与分散介质间有很好的亲和性， 也是均相热力学稳定系统。
表 12.0.2 分散系统按聚集状态分类
分散介质 气 液
固
分散相
液 固
气 液 固
气 液 固
名称 气溶胶
泡沫 乳状液 溶胶或悬浮液
固溶胶
实例
云、雾、喷雾 烟、粉尘
肥皂泡沫 牛奶、含水原油 金溶胶、油墨、泥浆
1829年英国植物学家Brown观察到花粉的 布朗运动。次后，许多人相继制备了各种溶 胶，并研究了它们的性质。
胶体化学作为一门学科来说，它的历史 比较一致的看法是从1861年开始的，创始人 是英国科学家Thomas Graham，他系统研究 过许多物质的扩散速度，并首先提出晶体和 胶体（colloid）的概念，制定了许多名词用 来形容他所发现的事实。
泡沫塑料 珍珠、蛋白石 有色玻璃、某些合金
憎液溶胶 分散相与分散介质之间有相界面 液溶胶
亲液溶胶 均相，无相界面 高分子溶液
胶体的分类:
Fe(OH)3 AgI胶体
淀粉 胶体
雾、 云、 烟
有 色 玻 璃
Fe(OH)3 AgI胶体
分散体系通常有三种分类方法： •真溶液
按分散相粒子的大小分类： •胶体分散体系 •粗分散体系
§12.1 胶体分散系统及其基本性质
胶体化学研究的对象是粒子直径至少在某个 方向上在 1 nm ~ 1μm 之间的分散系统。
分散系统：一种或几种物质分散在另一种物 质之中所构成的系统；
分 散 相：被分散的物质； 分散介质：另一种连续分布的物质
真溶液
根据分散相的
大小，可分为： 胶体分散系统 粗分散系统
1907年，德国化学家Ostwald创办了第一个胶 体化学的专门刊物——《胶体化学和工业杂 志》，因而许多人把这一年视为胶体化学正 式成为一门独立学科的一年。
接着Freundlich和Zsigmondy先后出版了他们 的名著《毛细管化学》（1909）和《胶体化 学》（1902）。
近几十年来，
•由于实验技术的不断发展（像超离心机、 光散色、X射线、多种电子显微镜、红外 线以及各种能谱等的应用），又使胶体和 表面化学在微观研究中跃进了一大步。
现今我们所用的一些名词，如溶胶 （sol）、凝胶（gel）、胶溶（peptization）、 渗析（dialysis）、离浆（syneresis）都是 Graham提出的。
尽管在这一时期积累了大量的经验和知 识，但胶体化学真正为人们所重视并获得较 大的发展是从1903年开始的。
这时 Zsigmondy（德）发明了超显微镜，肯 定了溶胶的一个根本问题——体系的多相性， 从而明确了胶体化学是界面化学。
胶体溶液 丁达尔效应可用来区分
小分子真溶液
但粒子的直径不是越大越容易产生丁达尔效应： 当粒子粒径 d > 波长时，发生光的反射； 当粒子粒径 d < 波长时，发生光的散射。
可见光的波长：400 ~ 760 nm 胶体粒子直径：1 ~ 1000 nm 胶体系统可发生光散射
2. Rayleigh 公式
•液溶胶 按分散相和介质的聚集状态分类： •固溶胶
•气溶胶
按胶体溶液的稳定性分类： •憎液溶胶 •亲液溶胶
§12.2 胶体系统的光学性质 1、Tyndall（丁达尔）效应
1869年 Tyndall发现胶体系统有光散射现象
丁达尔效应：在暗室里，将一束聚集的光投射到胶体系统 上，在与入射光垂直的方向上，可观察到一 个发亮的光柱，其中并有微粒闪烁。
胶体化学是物理化学的一个重要分支。它 所研究的领域是化学、物理学、材料科学、生 物化学等诸多学科的交叉与重叠，它已成为这 些学科的重要基础理论。
胶体化学的理论和技术现在已广泛应用于 化工、石油开采、催化、涂料、造纸、农药、 纺织、食品、化妆品、染料、医药和环境保护 等工业部门和技术领域。
胶体系统的光学性质 胶体系统的动力性质 胶体系统的电学性质 憎液溶胶的胶团结构 憎液溶胶的稳定理论－DLVO理论 憎液溶胶的聚沉 乳状液
丁达尔效应是由于胶体粒子发生光散射而引起的
光散射：分子吸收一定波长的光，形成电偶极子， 由其振荡向各个方向发射振动频率与入
射光频率相同的光。
系统完全均匀：所有散射光相互抵消， 看不到散射光；
系统不均匀：散射光不会被相互抵消， 可看到散射光。
胶体系统的丁达尔效应是其高度的分散性和 多相不均匀性的反应。
胶体系统中的分散相可以是一种物质，也可以是多种 物质，可以是由许多原子或分子组成的粒子，也可以是一 个大分子。
胶体系统通常还可分为三类：
1）溶胶 — 分散相不溶于分散介质，有很大的相 界面，很高的界面能，因此是热力学不稳定 系统；
2）高分子溶液— 以分子形式溶于介质，没有相 界面，为均相热力学稳定系统；
: 入射光波长
l : 观测距离；
n : 分散相的折射率； n0：分散介质的折射率；
：散射角(观测方向与入射光之间的夹角)；
I＝
9π 2V 2C
24l 2
表 12.0.1 分散系统的分类及特征
系统 真溶液 胶体系统 粗分散系统
分散相粒子 直径 d
实例
各种分子、原子、离子溶液
d < 1 nm 如 乙 醇 水 溶 液 、NaCl 水 溶 液 、
空气等
1<d <1000 nm d > 1000 nm
各种溶胶 如 AgI、Al(OH)3 水溶胶等
乳状液、悬浮液、泡沫 如牛奶、豆浆、泥浆等