第十二章胶体化学详解演示文稿

(4) 沉降电渗：分散相粒子在重力作用 下或离心力场作用下迅速移动时，在移动方 向两端产生的电势差，称为沉降电势。
2. 扩散双电层理论
固、液两相在离子吸附、解离、静电引力 等作用下，而带有电荷，从而形成双电层。
(1) 亥姆霍茨模型：固液两相界面层整齐 地排列着正负离子，正负电荷的分布如同平板 电容器，在平板内电势直线下降，两层间距离 很小，与离子半径相当。
1. 丁铎尔效应
在暗室里，将一束经聚集的光线投射到 溶胶上，在与入射光垂直的方向上，可以看 到一个发亮的光锥，此为丁铎尔效应。丁铎 尔效应的实质是光的散射。丁铎尔效应又称 乳光效应，散射光的强度可以用瑞利公式计 算。
2. 瑞利公式
(1) 只有溶胶有明显的丁铎尔效应； (2) 蓝、紫光散射最强，红光散射最弱； (3) 分散相和分散介质折射率相差越大，乳光 效应越强； (4) 乳光强度又称为浊度。
§12.4 溶胶的电学性质
1. 电动现象
在外电场或外力作用下，溶胶中固、液两 相发生与电势差有关的相对运动称为电动现象。
(1) 电泳：在外电场的作用下，溶胶粒子 在分散介质中定向移动的现象。
(2)电渗：在外电场作用下，若溶胶粒子 不动(吸附固定于棉花或多孔物质)，而液体介 质定向移动的现象。
(3) 流动电势：在外力的作用下，迫使 流体通过多孔隔膜(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。
（3）缔合胶体：或称为胶体电解质， 分散相是由表面活性剂缔合形成的胶束。通 常以水作为分散介质，分散相和分散介质有 很好的亲和性，因此也是热力学稳定系统。
§12.1 溶胶的制备
分散法
粗分散系统
大变小 d>1000nm
胶体系统
1000nm>d>1nm
聚集法
小变大 分子分散系统
d<1nm
1. 分散法
利用机械设备，将粗分散的物料分散成高分 散的胶体。分散过程所消耗的电功或机械功，远 大于系统的表面吉布斯函数变，大部分能量以热 的形式传导给环境。 (1) 胶体磨：分干法和湿法。 (2) 气流粉碎机：粉碎程度1um以下。 (3) 电弧法：制备金属水溶胶。
2. 凝聚法
由分子(或原子、离子)的分散状态凝聚为 胶体分散状态的一种方法。 (1) 物理凝聚法：将蒸气或溶解状态物质凝聚。 分为①蒸气凝聚法；② 过饱和法。 (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，使其停留在胶核尺度。
第十二章胶体化学详解演示文稿
优选第十二章胶体化学
胶体化学研究的对象是高度分散的多相 系统。把一种或几种物质分散在一种介质中 所构成的系统，称为分散系统。被分散的物 质称为分散相，而令一种呈连续分布的物质 称为分散介质。
当被分散物质，以分子、原子或离子 (质点直径d<1 nm)形式均匀地分散在分散 介质中时，形成的系统即为真溶液。
（1）溶胶：由于分散相粒子很小，且 分散相和分散介质间有很大的相界面、很高 的界面能，因而溶胶是热力学不稳定系统。 其有许多不同于真溶液和粗分散系统的性质。
（2）高分子溶液：它们的分子大小虽 然已经达到1~1000 nm范围，但由于不存 在相界面，且不会自动发生聚沉，因而属于 均相热力学稳定系统。高分子溶液也称为亲 液胶体(没有相界面，分散相以分子形式溶 解，亲和力较强)。
粒子小，扩散作用为主；粒子大，沉降 作用为主；粒子大小相当，重力作用与扩散 作用相近，构成沉降平衡。
3. 沉降与沉降平衡
微小粒子在重力场中的沉降平衡，
ln C2 C1
Mg RT
1
0
h2
h1
大气分子的浓度随距地面高度而变化，
亦可建立重力场中的沉降平衡，
ln
p2 p1
Mg RT
h2
h1
(2)古依-查普曼模型：扩散双电层理论认 为，靠近质点表面的反离子是呈扩散状态分布 在溶液中，而不是整齐排列在一个平面上。
这是反离子受到的相反的两种作用的结果， 一方面是质点表面的静电吸引，一方面是离子 热运动。两种作用平衡的结果，令反离子越靠 近固体表面浓度越高，随距离增加浓度下降， 形成一个反离子的扩散层。
真溶液分为固态溶液、液态溶液和气相 溶液。
分散相粒子直径d>1000nm的分散系 统称为粗分散系统。包括悬乳液、乳状液、 泡沫、粉尘等。有明显的相界面。是热力学 不稳定系统。
分散相粒子直径介于1~1000 nm之间 的高分散系统即为胶体系统。分散相可以是 多原子或分子(103 ~ 106 个)组成的有界面 的粒子，也可以是没有相界面的大分子或胶 束，前者称为溶胶，后者称为高分子溶液或 缔合胶体。
菲克第一定律：
dn dt
DAs
dc dx
扩散系数D的物理意义：单位浓度梯度下，
单位时间通过单位面积的物质的量。单位为 m2·s-1。
对于球形粒子，扩散系数D可由爱因斯坦-斯 托克斯方程计算：
D RT
6Lr
3. 沉降与沉降平衡
多相分散系统中的粒子，由于重力的作 用而下沉的过程，称为沉降。分散相粒子所 受作用力情况分为两方面：① 重力的沉降作 用；② 浓差导致的扩散作用。
3. 超显微镜
超显微镜在黑暗的视野下，从垂直于入射光 的方向上观察，可以在整个黑暗的背景内看到一 个个闪闪发光、不断移动的光点，恰似黑夜观天 可见满天星斗闪烁。
超显微镜可以近似4
1
3
3B 4C
1
3
§12.3 溶胶的动力学性质
1. 布朗运动
在溶胶分散系统中，溶胶粒子处于永不 停息、无规则的运动之中，这种运动称为布 朗运动。是分子热运动的必然结果，是胶粒 的热运动。
3. 溶胶的净化
过量的电解质或杂质影响溶胶的稳定性， 需要去除。常用渗析法。该法利用胶粒不能透 过半透膜的特点，分离出电解质或杂质。如用 羊皮纸、动物的膀胱膜、硝酸或醋酸纤维素制 成的半透膜，将溶胶装入膜内，在放入流动的 水中，经过一定时间的渗透作用，可达到净化 的目的。
§12.2 溶胶的光学性质
与真溶液中的分子热运动无本质区别， 符合分子运动规律。
爱因斯坦-布朗平均位移公式
12
x
RTt
3Lr
平均位移公式有力地证明了分子运动论完 全适用于溶胶分散系统。就质点运动而言，溶 胶分散系统与分子分散系统并无本质区别。
2. 扩散
对存在浓度梯度的溶胶分散系统，由较 高浓度一侧进入较低浓度一侧的质点数更多， 总的净结果是溶胶粒子由高浓度向低浓度定 向迁移，即为溶胶粒子的扩散。