物理化学10胶体化学

1、聚沉：
溶胶粒子合并长大进而发生沉淀的现象 2、造成聚沉的因素： 浓度、温度、光的作用、搅拌、外加电解质等。
3、电解质的聚沉作用： (1) 聚沉值
使溶胶发生明显聚沉所需电解质的最小浓度
(2) 聚沉能力
聚沉值的倒数
(3) 聚沉规律
i)反离子的价数起主要作用
价数，聚沉值，聚沉能力 聚沉值Z-6，聚沉能力Z6 舒尔策—哈迪(Schultz-Hardy)规则
说明：
2
2
n n 2 n 2n
2
2 0 2 0
1 cos2 α I 0
2


(1) I 1/4，波长越短，散射越强 (2) I V2，可用来鉴别真溶液与胶体 (3) I (n2 – n02)，可用来区分憎液溶胶与亲液溶胶 (4) I C，测定溶胶的乳光强度(浊度)
第十章 胶体化学 Colloid Chemistry
§10-1 引 言
§10-2 胶体系统的制备 §10-3 胶体系统的光学性质 §10-4 胶体系统的动力性质 §10-5 溶胶系统的电学性质 §10-6 溶胶的稳定与聚沉
本章基本要求
§10-1
引言
一、胶体化学的研究对象
二、胶体系统的分类
一、胶体化学的研究对象
1/ 2
布朗运动
二、扩散
有浓度梯度时因热运动而发生的宏观定向迁移现象
三、沉降与沉降平衡
多相分散系统中粒子因受重力作用而下沉的过程 沉降 产生浓度梯度 扩散 消除浓度梯度
沉降平衡：沉降速度 = 扩散速度
§10-5
胶体系统的电学性质
一、溶胶的电动现象 二、双电层理论 三、溶胶的胶团结构
一、溶胶的电动现象
相同条件下，I1 / I2 = C1 / C2乳光(浊度)计原理
§10-4
胶体系统的动力性质
一、布朗运动
二、扩散
三、沉降与沉降平衡
一、布朗运动
在显微镜下可看到悬浮于水中的花粉粒子处于
不停息、无规则的运动。一般小于4 m的粒
子都有这种运动，是粒子热运动的必然结果
爱因斯坦布朗平均位移公式
RTt x 3 L r
溶液中I- 过量时，可吸附I-而带负电，
溶液中Ag+过量时，可吸附Ag+而带正电。 2)蛋白质中的氨基酸分子: pH低时氨基形成－NH3+而带正电； pH高时羧基形成－COO－而带负电。
1、亥姆霍兹平板双电层平行板电容器模型 正负离子整齐排列于 界面层两侧；
两层间电势直线下降， 层间距离小；
外加电场下带电质点 与反离子反向移动；
(2)过饱和法：
改变溶剂或冷却使分散相的溶解度降低
而过饱和而析出
2、化学凝聚法： 利用生成不溶物的化学反应控制析晶过程
三、溶胶的净化
除去制备过程中产生的过量电解质或杂质的过程 1、渗析法
2、超过滤法
§10-3
胶体系统的光学性质
一、丁达尔效应 二、瑞利公式
一、丁达尔效应(乳光效应)
丁达尔效应的实质：光的散射
电渗的逆过程
在外力作用下，迫使液体分散介 质通过多孔膜(或毛细管)定向移动 而在多孔膜两端所产生的电势差
4、沉降电势
电泳的逆过程
分散相粒子在重力场或离心力场的作用下迅速 移动时，在移动方向的两端所产生的电势差
二、双电层理论
溶胶表面电荷的来源： (1)溶胶粒子选择性地吸附某种离子而带电 (2)溶胶粒子表面上的某些分子、原子可发生电离 例：1) AgI溶胶：
§10-6
溶胶的稳定与聚沉
一、溶胶的经典稳定理论DLVO理论
二、溶胶的聚沉
一、溶胶的经典稳定理论DLVO理论
溶胶稳定的原因： 1) 胶粒带电 增加胶粒间的排斥作用； 2) 溶剂化作用 形成弹性水化外壳，增加溶胶聚 合的阻力；
3) Brown运动 使胶粒受重力的影响而不下沉。
二、溶胶的聚沉
分散系统分类(按分散相与分散介质的聚集状态)： (1) 均相系统(真溶液) 分散相以分子形式溶于分散介质 (2) 多相系统 分散相不溶于分散介质
分散 分散相 介质 气
名称 气溶胶 泡沫 乳状液 液溶胶或悬浮液
实例
液 固
气 液 固 气 液 固
云、雾 烟、尘
肥皂泡沫 牛奶 泥浆、油漆 泡沫塑料 珍珠 有色玻璃
ii)同价离子，有感胶离子序
正离子聚沉能力：
H+ >Cs+ >Rb+ >NH4+ >K+ >Na+ >Li+
负离子聚沉能力 ： F－>Cl－>Br－>NO3－>I－>OH－
பைடு நூலகம்
n n 2 n 2n
2
2 0 2 0
1 cos2 α I 0
2


V每个分散相粒子的体积 C单位体积内粒子数目 及I0 入射光的波长及强度 l 观察者与散射中心的距离 观察方向与入射光方向的夹角 n及n0 分散相及分散介质的折射率
9π V C I＝ 2λ 4 l 2
三、溶胶的净化
一、分散法
利用机械设备将粗分散的物料分散成胶体 1、研磨法：适用于脆而易碎的物质 2、胶溶法：新鲜的凝聚胶粒重新分散在介质中 3、超声波分散法：目前只适用于制备乳状液
4、电弧法：主要用于制备金属溶胶
5、气流粉碎法：高压气流冲撞粗分散粒子使之破碎
盘式胶体磨示意图
二、凝聚法
由分子分散状态凝聚为胶体分散状 态 1、物理凝聚法： (1)蒸气凝聚法：分散相与分散介质气化后冷凝
电势：胶粒带电 ， 滑动面与溶液本体之间的电势差 ， 扩散层厚度
d
d
d
"
'
‘ “
紧密层

当溶液中电解质浓 度增加时，介质中 反离子的浓度加大 ，将压缩扩散层使 其变薄，把更多的 反离子挤进滑动面 以内，使 电势在 数值上变小。
b
b"
扩散层
b'
三、溶胶的胶团结构
胶体粒子：滑动面内所包围的带电体
光的吸收：入射光频率=分子的固有频率 光的透过：光束与系统不发生作用 光的反射：入射光波长 < 分散粒子尺寸 粗分散系统发生光的反射 光的散射：入射光波长 > 分散粒子尺寸 胶体分散系统发生光的散射 真溶液乳光效应很弱
二、瑞利公式胶体分散系统散射光强度
9π V C I＝ 2λ 4 l 2
2 2
溶胶与电势差有关的相对运动 1、电泳 2、电渗 3、流动电势
4、沉降电势
1、电泳 在外电场作用下，胶粒在分散介质中的定向移动
+
NaOH
Fe(OH)3
粒子带电量、外加电位 梯度 电泳速度 介质的粘度、粒子的大 小
电泳现象
2、电渗 在外电场作用下，液体分散介质 通过多孔膜(或毛细管)的定向移动
3、流动电势
(1) 溶胶 高度分散，多相系统，热力学不稳定 (2) 高分子溶液(亲液溶胶) 均相系统，热力学稳定 (3) 缔合胶体(胶体电解质) 均相系统，热力学稳定
粗分散系统
d >1000 nm
分散法 胶体系统
d = 1~1000nm
§10-2
胶体系统的制备
一、分散法
二、凝聚法
凝聚法 分子分散系统
d < 1nm
胶核：胶体粒子内由分子、原子或离子
形成的固态微粒
胶团：整个扩散层及其所包围的胶体粒子
构成的电中性的整体
例： AgNO3 + KI AgI + KNO3 KI过量 ：
AgI溶胶吸附I－带负电，K＋为反离子 AgNO3过量： AgI溶胶吸附Ag＋带正电，NO3－为反离子
特点：
(1) 胶 核 ： 首 先 吸附过量的成 核离子，然后 吸附反离子； (2) 胶 团 整 体 为 电中性。
液
固
固溶胶
分散系统分类(按分散相粒子的大小)： 系统 分散相粒子 系统相 热力学 的直径 态 稳定性 实例 各种分子、 原子、离子 溶液 各种溶胶
真溶液
胶体系统
d < 1nm
1nm < d < 1000nm
均相
多相 多相
稳定
不稳定 不稳定
粗分散系 统
d> 1000 nm
乳状液、悬 浮液、泡沫 等
2、胶体系统及分类
2、古依－查普曼扩散双电层理论
靠近质点表面 的反离子呈扩 散状态分布在 溶液中
3、 斯特恩(Stern)双电层模型
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，还有范德华吸 引力； 在靠近表面1-2个分子厚的 区域内，反离子由于受到 强烈的吸引，会牢固地结 合在表面，形成一个紧密 的吸附层，称为固定吸附 层或斯特恩层； 其余反离子扩散地分布在 溶液中，构成双电层的扩 散层。
胶体化学研究领域包括化学、物 理学、材料科学、生物化学等学科的 交叉。所研究的对象是高度分散的多 相系统(即一种或几种物质分散在另一 种物质中所构成的系统)。
二、胶体系统的分类
1、分散系统及分类
分散系统：一种或几种物质分散在另 一种物质中所构成的系统 分散相：被分散的物质 分散介质：呈连续分布起分散作用的物质