第四章--分散体系的物理化学性质
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4.1.3.3沉速率计算公式
4.1.3.1 沉降平衡的产生及条件
定义：多相分散系统中的粒子，因受重力作用而 下沉的过程，称为沉降。
沉降与布朗运动所产生的扩散为一对矛盾的两个 方面。
条件： 沉降 扩散
真溶液
粗分散系统
胶体系统 平衡
分散相分布
均相 沉于底部 形成浓梯
4.1.3.2 产生原因
• 胶体粒子在重力或离心力作用下发生沉降，而扩 散作用又使体系浓度趋于均匀，在适当条件下沉 降与扩散的作用彼此抵消，体系达到平衡的浓度 分布，体系内各处的粒子浓度不再随时间而变， 此即沉降平衡。
Svedberg用超显微镜,对金溶胶作不同时间间隔 t 与平均
位移 x 测定的实验,验证爱因斯坦-布朗平均位移公式:
大 师 的 验 证 是 极 好 的 ， 可 是 俺 理 解 不 上 去
4.1.2 扩散运动 4.1.2.1 定义 4.1.2.2 Fick第一扩散律
4.1.2 扩散
• 1、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
4.1.2.2 Fick第一扩散律
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 dt
DAS
dc dx
D——比例系数称为扩散系数 As——面积大小 dc/dx——该处的浓度梯度 dn/dt ——单位时间通过某一截面的物质的量
负号是因为扩散方向与浓梯方向相反
• 的扩散层。
扩散双电层理论
古依－查普曼模型的缺点： 1) 没有给出电位的具体位置及意义 2) 没有考虑胶粒表面上的固定吸附层
• 若假设：
• 1）质点表面看作无限大的平 面；
• 2）表面电荷分布均匀；
• 3）溶剂介电常数处处相同；
• 则，距表面 x 处的电势
与表面电
• 势 0 的关系为（玻耳兹曼定
4.2.1 电泳和电渗
• 1 电泳 在外加电场作用下，分散相胶粒相对于静止介质作定向 移动的电动现象。在电子显微镜下，恰像小蝌蚪在水中 游动的景象。
• 2 电渗 在外加电场作用下，分散介质相对于静止的带电固体表 面做定向移动的现象。固体可以是毛细管或多孔性滤板。
4.2.2 流动电势 沉降电势
• 3 流动电势 在外力作用下，流体流过毛细管或多孔 塞时，两端产生的电势差。
D 扩散系数
——D 可用来衡量扩散速率。
定义
单位浓度梯度下，单位时间通过单位面积的物 质的量。单位：m2 s --1
公式
D 可由爱因斯坦－斯托克斯方程计
算
D
RT
6 N A πrη
我数学最差了，大家见谅，实在掰扯不明白
4.1.3 沉降与沉降平衡
4.1.3.1 沉降平衡的产生及条件 4.1.3.2产生原因
4.1 动力性质
4.1.1 布朗运动
4.1.1.1 定义 4.1.1.2产生原因 4.1.1.3爱因斯坦-布朗平均位移公式
4.1.1 布朗运动与扩散
• 4.1.1.1 Brown 运动定义
1827年,植物学家布朗( Brown)在显微镜下,看到悬浮在 水中的花粉粒子处于不停息的无规则运动状态
4.1.1.2 产生的原因
• 4 沉降电势 在外力作用下，带电胶粒作相对于相对 于液相的运动时，两端产生电势差 。
胶粒的扩散双电层结构
4.2.3 胶团结构 4.2.4 扩散双电层理论 4.2.5 溶胶粒子表面上电荷的来源
4.2.3 胶团结构
• 由吸附及扩散双电层理论可以想象溶胶的结构为:
• 1)由分子、原子或离子构成的,具有晶体结构的,固态
• 以后发现，线度小于4000nm的粒子， 在分散介质中都有这种运动。（胶体尺 度 1 ~ 1000nm)
• 布朗运动产生的主要原因：分散介质分 子处于不断的热运
• 动中，从四面八方不断地撞击分散相粒 子。对于大小在胶
• 体尺度下的分散相粒子，粒子受到撞击 次数较小,从各个
• 方向受到的撞击力不能完全互相抵消, 在某一时刻,粒子从
律） ：
•
= o e- x
式中 的倒数 -1 具有双电层厚度的意义。 当离开固体表面足够远时，溶液中正负离子所带电量大小相等，对应电势为零。
•
微粒 – 胶核。
• 2）过剩反离子，一部分在滑动面内，一部分在滑动
• 面外，呈扩散状态分布于分散介质中。若分散介
• 质是水，反离子应当是水化的。
• 3）被包围在滑动面内的胶核+反离子=胶体粒子。
• 4）整个扩散层 + 被包围的胶体粒子 = 胶团（电中性）
KI为稳定剂的胶团剖面图：
特点
1)胶核：首先吸附过量的 成核 离子，然后吸附反 离子形成胶 粒，包在滑动 层内； 2) 胶团整体为电中性，在扩散层 内
4.1.3.3 沉速率计算公式
Stokes沉降公式
对球形粒子
下沉的重力：
F1
4 r 3 (
3
0 )g
若粒子以速度v下沉，按Stokes定律，所受阻力F2
F2 6 rv
沉降速度V • 当F1＝ F2时，粒子是以匀速下降，则
v 2r2( 0) g 9
4.2 胶体的电学性质
电动现象
4.2.1 电泳和电渗 4.2.2 流动电势、沉降电势
电动现象
• 溶胶是一个高度分散的非均相系统。分散 相粒子与分散介质间有明显的相界面。实验 发现，在外电场下，固、液两相可发生相对 运动；反之，若迫使固、液两相作相对运动 时，又可产生电势差。溶胶的这种与电势差
有关的相对运动称为电动现象。
电动现象说明，溶胶粒子表面带有电荷。而溶 胶粒子带有电荷也正是它能长期存在的原因
4.2.4 双电层理论
扩散双电层理论 太难了，这块儿，讲不好大家 见谅阿
• 1Baidu Nhomakorabea10年，古依和查普曼提出了扩散双电层理论：
• 1）反电荷的离子不是整齐排列在一个平面上，而是扩 散分布在溶液中的。
•
静电力：使反离子趋向表面；
• 热运动：使反离子趋于均匀分布。
•
总结果：反离子平衡分布。
• 2）离固体表面越远，反离子浓度越小，形成一个反离 子
• 某一方向得到的冲量即可发生位移。此 即布朗运动。
布朗运动分子热运动的必然结果
4.1.1.3 爱因斯坦-布朗平均位移公 式
x
RTt 3 N A π rη
1/2
x : t 时间间隔内粒子的平均位移 r : 粒子半径 T：热力学温度 ：分散介质粘度 NA：阿伏加德罗常数
该公式也可用于分散相粒子大小的测定，及阿伏加德罗常数的测定。
4.1.3.1 沉降平衡的产生及条件
定义：多相分散系统中的粒子，因受重力作用而 下沉的过程，称为沉降。
沉降与布朗运动所产生的扩散为一对矛盾的两个 方面。
条件： 沉降 扩散
真溶液
粗分散系统
胶体系统 平衡
分散相分布
均相 沉于底部 形成浓梯
4.1.3.2 产生原因
• 胶体粒子在重力或离心力作用下发生沉降，而扩 散作用又使体系浓度趋于均匀，在适当条件下沉 降与扩散的作用彼此抵消，体系达到平衡的浓度 分布，体系内各处的粒子浓度不再随时间而变， 此即沉降平衡。
Svedberg用超显微镜,对金溶胶作不同时间间隔 t 与平均
位移 x 测定的实验,验证爱因斯坦-布朗平均位移公式:
大 师 的 验 证 是 极 好 的 ， 可 是 俺 理 解 不 上 去
4.1.2 扩散运动 4.1.2.1 定义 4.1.2.2 Fick第一扩散律
4.1.2 扩散
• 1、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
4.1.2.2 Fick第一扩散律
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 dt
DAS
dc dx
D——比例系数称为扩散系数 As——面积大小 dc/dx——该处的浓度梯度 dn/dt ——单位时间通过某一截面的物质的量
负号是因为扩散方向与浓梯方向相反
• 的扩散层。
扩散双电层理论
古依－查普曼模型的缺点： 1) 没有给出电位的具体位置及意义 2) 没有考虑胶粒表面上的固定吸附层
• 若假设：
• 1）质点表面看作无限大的平 面；
• 2）表面电荷分布均匀；
• 3）溶剂介电常数处处相同；
• 则，距表面 x 处的电势
与表面电
• 势 0 的关系为（玻耳兹曼定
4.2.1 电泳和电渗
• 1 电泳 在外加电场作用下，分散相胶粒相对于静止介质作定向 移动的电动现象。在电子显微镜下，恰像小蝌蚪在水中 游动的景象。
• 2 电渗 在外加电场作用下，分散介质相对于静止的带电固体表 面做定向移动的现象。固体可以是毛细管或多孔性滤板。
4.2.2 流动电势 沉降电势
• 3 流动电势 在外力作用下，流体流过毛细管或多孔 塞时，两端产生的电势差。
D 扩散系数
——D 可用来衡量扩散速率。
定义
单位浓度梯度下，单位时间通过单位面积的物 质的量。单位：m2 s --1
公式
D 可由爱因斯坦－斯托克斯方程计
算
D
RT
6 N A πrη
我数学最差了，大家见谅，实在掰扯不明白
4.1.3 沉降与沉降平衡
4.1.3.1 沉降平衡的产生及条件 4.1.3.2产生原因
4.1 动力性质
4.1.1 布朗运动
4.1.1.1 定义 4.1.1.2产生原因 4.1.1.3爱因斯坦-布朗平均位移公式
4.1.1 布朗运动与扩散
• 4.1.1.1 Brown 运动定义
1827年,植物学家布朗( Brown)在显微镜下,看到悬浮在 水中的花粉粒子处于不停息的无规则运动状态
4.1.1.2 产生的原因
• 4 沉降电势 在外力作用下，带电胶粒作相对于相对 于液相的运动时，两端产生电势差 。
胶粒的扩散双电层结构
4.2.3 胶团结构 4.2.4 扩散双电层理论 4.2.5 溶胶粒子表面上电荷的来源
4.2.3 胶团结构
• 由吸附及扩散双电层理论可以想象溶胶的结构为:
• 1)由分子、原子或离子构成的,具有晶体结构的,固态
• 以后发现，线度小于4000nm的粒子， 在分散介质中都有这种运动。（胶体尺 度 1 ~ 1000nm)
• 布朗运动产生的主要原因：分散介质分 子处于不断的热运
• 动中，从四面八方不断地撞击分散相粒 子。对于大小在胶
• 体尺度下的分散相粒子，粒子受到撞击 次数较小,从各个
• 方向受到的撞击力不能完全互相抵消, 在某一时刻,粒子从
律） ：
•
= o e- x
式中 的倒数 -1 具有双电层厚度的意义。 当离开固体表面足够远时，溶液中正负离子所带电量大小相等，对应电势为零。
•
微粒 – 胶核。
• 2）过剩反离子，一部分在滑动面内，一部分在滑动
• 面外，呈扩散状态分布于分散介质中。若分散介
• 质是水，反离子应当是水化的。
• 3）被包围在滑动面内的胶核+反离子=胶体粒子。
• 4）整个扩散层 + 被包围的胶体粒子 = 胶团（电中性）
KI为稳定剂的胶团剖面图：
特点
1)胶核：首先吸附过量的 成核 离子，然后吸附反 离子形成胶 粒，包在滑动 层内； 2) 胶团整体为电中性，在扩散层 内
4.1.3.3 沉速率计算公式
Stokes沉降公式
对球形粒子
下沉的重力：
F1
4 r 3 (
3
0 )g
若粒子以速度v下沉，按Stokes定律，所受阻力F2
F2 6 rv
沉降速度V • 当F1＝ F2时，粒子是以匀速下降，则
v 2r2( 0) g 9
4.2 胶体的电学性质
电动现象
4.2.1 电泳和电渗 4.2.2 流动电势、沉降电势
电动现象
• 溶胶是一个高度分散的非均相系统。分散 相粒子与分散介质间有明显的相界面。实验 发现，在外电场下，固、液两相可发生相对 运动；反之，若迫使固、液两相作相对运动 时，又可产生电势差。溶胶的这种与电势差
有关的相对运动称为电动现象。
电动现象说明，溶胶粒子表面带有电荷。而溶 胶粒子带有电荷也正是它能长期存在的原因
4.2.4 双电层理论
扩散双电层理论 太难了，这块儿，讲不好大家 见谅阿
• 1Baidu Nhomakorabea10年，古依和查普曼提出了扩散双电层理论：
• 1）反电荷的离子不是整齐排列在一个平面上，而是扩 散分布在溶液中的。
•
静电力：使反离子趋向表面；
• 热运动：使反离子趋于均匀分布。
•
总结果：反离子平衡分布。
• 2）离固体表面越远，反离子浓度越小，形成一个反离 子
• 某一方向得到的冲量即可发生位移。此 即布朗运动。
布朗运动分子热运动的必然结果
4.1.1.3 爱因斯坦-布朗平均位移公 式
x
RTt 3 N A π rη
1/2
x : t 时间间隔内粒子的平均位移 r : 粒子半径 T：热力学温度 ：分散介质粘度 NA：阿伏加德罗常数
该公式也可用于分散相粒子大小的测定，及阿伏加德罗常数的测定。