2胶体分散系统与粗分散系统

胶团
(iii)电动现象 由于胶粒是带电的，所以在电场作用下，或在外加压力、 自身重力下流动、沉降时产生电动现象 电动现象,表现出溶胶的电学性质。 电动现象
电泳——在外加电场作用下，带电的分散相粒子在分散介 电泳 质中向相反符号电极移动的现象，如图5; 电渗——在外加电场作用下，分散介质(由过剩反离子所携 电渗 带)通过多孔膜或极细的毛细管移动的现象（此时带电的固相不 动），如图6所示。
Na+ (b)
) Na + (b'')
Na + (b'+bx)
Na+ (b - bx)
P x- (b'') P 2- (b /2)
P 2- (b'/2)
- (b) Cl- (b) P 2-
Cl- (bx) ClNa + (b) 平衡时
Cl- (b- bx)
(a) 开始时
图 10
膜平衡示意图
当渗透达到平衡时，可以推得，左右两侧NaCl的浓度为
+ + + + + + + + +
固体表面 斯特恩面 滑动面
φe
+ +
+
-
+ + + -
-
-
+
φδ
+பைடு நூலகம்
ζ
+
-
扩散层 斯特恩层(紧密层)
-
(a)
(b)
图4斯特恩模型 斯特恩模型
(ii)胶团的结构 以KI溶液滴加至AgNO3溶液中形成的AgI溶胶为例， 其胶团结构可用下图表示：
固相 [(AgI)mnAg+ 胶核 胶粒 滑动面 紧密层 (n-x)NO3-]x+ 扩散层 xNO3－ 溶液 本体
5 胶束溶液及增溶作用 （1）胶束溶液的特征 少量表面活性剂在水中可在表面定向排列形成单分子表面 膜，继续溶解则在体相中形成胶束，胶束可以是球状、层状和棒 状。胶束溶液是均相的热力学稳定系统。胶束溶液属于胶体分散 系统。 （2）胶束的增溶作用 通过胶束容纳有机物使之在水中溶解度增加的现象称增溶作 增溶作 用。
反离子对溶胶的聚沉起主要作用，聚沉值与反离子价数有关： 反离子 聚沉值比例 100 : 1.6 : 0.14 =
1 1 1 : 6 : 6 ， 即聚沉值与反离子价数的 6 1 2 3
6次方成反比。这叫舒尔采 舒尔采(Schulze)-哈迪 哈迪(Hardy)规则 规则。 舒尔采 哈迪 规则
离子起聚沉作用的机理是： (i)反离子价数愈高，则扩散层的厚度愈薄，降低扩散层重叠 时产生的斥力越显著 (ii)反离子浓度愈高，则进入Stern层的反离子愈多，从而降低 了φδ，而φδ≈ζ电势，即降低扩散层重叠时的斥力 同号离子对聚沉亦有影响，这是由于同号离子与胶粒的强烈 的v·d·Ｗ力而吸附，从而改变了胶粒的表面性能，降低了反离子的 聚沉能力。
式中，I0为入射光强度，λ0为入射光波长，n为体积粒子数， v为粒子体积，n2、n0为折射率，l为观察者至散射中心的距离， θ为散射角。 上式表明，散射光强度与λ4成反比，且(n2 − n0 ) 差值愈大，则I 愈强，此外与粒子的体积平方v２及体积粒子数均成正比。
2 2
用丁达尔效应可鉴别小分子溶液、大分子溶液和溶胶。小 分子溶液无丁达尔效应，大分子溶液丁达尔效应微弱，而溶胶 丁达尔效应强烈。
(2)高聚物分子对聚沉的影响 在溶胶中加入适量高聚物分子可使溶胶稳定(见空间稳定理 论及空缺稳定理论)，但也可使溶胶聚沉。 其聚沉作用如下： (i)搭桥效应 搭桥效应——高聚物分子通过“搭桥”把胶粒拉扯在一起，引 搭桥效应 起聚沉； (ii)脱水效应 脱水效应——高聚物分子由于亲水，其水化作用较胶粒水化作 脱水效应 用强(胶粒憎水)，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 电中和效应——离子型高聚物加入后吸附在带电的胶粒上而 电中和效应 中和了胶粒的表面电荷。
b(NaCl) L bx b = = b(NaCl) R b − bx b'+ b
表明，由于大分子不能透过膜，平衡时影响到小离子在两侧分布 不均匀，就会产生额外的渗透压，这叫唐南效应 唐南效应。 唐南效应 唐南效应影响利用渗透压法测定大分子的摩尔质量的准确性， 必须设法消除。 (4)盐析作用和胶凝作用 溶胶(憎液胶体)对电解质的存在是十分敏感的，而大分子溶 液(亲液胶体)对电解质却不敏感，直到加入大量的电解质，才能 使大分子溶液产生聚沉现象，我们称之盐析作用 盐析作用。这是由于所加 盐析作用 大量电解质对大分子的去水化作用而引起的。 大分子溶液在一定外界条件下可以转变为凝胶称为胶凝作用。
ln n2 M B g ρ 1 − B ( h2 − h1 ) = n1 RT ρ0
式中，n2、n1分别为高度h2及h1处的体积粒子数。
③溶胶的流变性质 流变性质是指物质(液体或固体)在外力作用下流动与变形 流变性质 的性质。 以液体在管道中进行层流时的情况为例（见图3），两液层 间产生的摩擦阻力F为： F＝ηＡＤ
(3)胶体分散系统及粗分散系统
胶体分散系统（粒子大小在1nm～1000nm之间） 胶体分散系统 溶胶（憎液胶体） 大分子溶液（亲液胶体） 胶束溶液（胶体电解质） 粗分散系统（粒子大小大于1000nm） 1000nm 粗分散系统 乳状液 悬浮液及悬浮体 泡沫
２.溶胶的性质 溶胶的性质
(1)溶胶的主要特征是： 高度分散的（分散相在1nm～1000nm）、微不均匀的（多相 的）、热力学不稳定系统。 (2)溶胶的性质 (2) ①溶胶的光学性质 由于溶胶的光学不均匀性，当一束波长大于溶胶分散相粒子尺 寸的入射光照射到溶胶系统，可发生散射现象 散射现象——丁达尔 散射现象 丁达尔 (Tyndall)现象 现象。 现象
{U}
Born排斥 Umax
UR ∝exp{-κx} κ —德拜参量
0 C
势垒
U F {x}
1 UA∝ n x
图 9胶粒间斥力势能、吸力 势能及总势能曲线
4．电解质及高聚物分子对溶胶聚沉的影响 ． (1)电解质对溶胶聚沉的影响 少量电解质的存在对溶胶起稳定作用；过量电解质的存在 对溶胶起破坏作用(聚沉)。 使一定量溶胶在一定时间内完全聚沉所需最小电解质的物 质的量浓度，称为电解质对溶胶的聚沉值 聚沉值。 聚沉值
+ + + + + + +++
压力
V
毛细管
气体
V
+ + + + + +++
图7流动电势
图8 沉降电势
3．溶胶的稳定性 ．溶胶的稳定性 (1)溶胶的动力稳定性 由于溶胶中分散相粒子的布朗运动在分散介质中不停地做无序 迁移而能在一段时间内保持溶胶稳定存在称为溶胶的动力稳定性 动力稳定性。 动力稳定性 (2)溶胶的稳定理论——DLVO理论 理论 理论要点如下： 在胶粒之间，存在着两种相反作用力所产生的势能。一是由 扩散双电层相互重叠时而产生的斥力势能 Ｒ；另一是由分子间 斥力势能U 斥力势能 存在的远程v·d·Ｗ力（∝1/x2）或∝1/x）而产生的吸力势能UA。 此两种势能之和U＝UＲ＋UA即系统的总势能，U的变化决定着系 统的稳定性。UＲ，UA均是胶粒之间的距离x的函数，如图9所示。
6．大分子溶液的性质 ． (1)大分子溶液的主要特征 大分子溶液也叫亲液胶体，其主要特征是：高度分散的(分 散质即大分子的线尺寸在1nm～1000nm之间)、均相的、热力学 稳定系统。 (2)大分子溶液的渗透压 小分子稀溶液产生的渗透压Π=cBRT，由于大分子溶液的非理 想性，它所产生的渗透压 渗透压可表示为： 渗透压
图2
布朗运动(a)
溶胶中的分散相由于受自身的重力作用而下沉的过程称为沉降 沉降。 沉降
dx 分散相在分散介质中的沉降速度 dt
由下式表示：
dx 2r 2 (ρ B − ρ 0 )g = dt 9η
式中，r为粒子半径，ρB,ρ0分别为粒子及介质的体积质量，η为介 质粘度，g为重力加速度。 分散相粒子本身的重力使粒子沉降；而介质的粘度及布朗运 动引起的扩散作用阻止粒子下沉；两种作用相当时达到平衡，称 之为沉降平衡 沉降平衡。 沉降平衡 可应用沉降平衡原理，计算系统中体积粒子数的高度分布：
+
–
+
图5 电泳
+++++++++++++++ –––––––––––––––
+ + + + + + ++
+ + + + + +++
+++++++++++++++ –––––––––––––––
–
图6 电渗
流动电势——在外加压力下，迫使液体流经相对静止的固体 流动电势 表面(如多孔膜)而产生的电势叫流动电势(它是电渗的逆现象)，如 图7所示。 沉降电势——由于固体粒子或液滴在分散介质中沉降使流体 沉降电势 的表面层与底层之间产生的电势差叫沉降电势(它是电泳的逆现 象)，如图8所示。
dN dt
(
∂n )T ∂x
为定温
溶胶中分散相粒子的扩散作用是由布朗 布朗(Brown)运动 运动引起的。 布朗 运动 溶胶中的分散相粒子由于受到来自四面八方的做热运动的分散 介质的撞击而引起的无规则的运动叫布朗运动。布朗运动及其 引起的扩散作用是溶胶的重要动力性质 动力性质之一，如图2所示。 动力性质