胶体的性质1

(2) 电渗(electro-osmosis)
在外加电场作用下， 分散介质的定向移动现 象称为电渗。
在外加电场作用下， 分散相和分散介质的相 对移动现象统称为电动 现象。
(+)
(-)
粘土
2. 胶粒的带电特征
(1) 吸附 由于胶粒颗粒度小,具有巨大的表面能,因此 有吸附分散介质中的离子,以降低其表面能的趋 势。
dm dc DA dt dx
dm/dt : 扩散速率(单位时间通过某一截面的胶 粒的质量) D: 扩散系数(单位浓度梯度下在单位时间 内通过单位面积截面的胶粒的质量) A: 胶粒扩散通过截面的面积 dc/dx : 在 x 方向上的浓度梯度
Fick’s Second law
dc d dc (D ) dt dx dx
(2) 溶胶的相互聚沉作用 当两种带相反电荷的溶胶所带电量相等时， 相互混合也会发生聚沉。 (3) 高分子化合物的作用 在溶胶中加入少量高分 子化合物可使溶胶聚沉， 称为敏化作用(絮凝作用)。
在溶胶中加入足够多 的高分子化合物，则会阻 止溶胶的聚沉，称为空间 保护作用。
3. 胶体的聚沉理论-DLVO理论 (Deijaguin-Landau-Verwey-Ovenbeek) (1) 质点间的范德华吸引能 胶粒之间的相互作用可看作是分子作用的加和 若两个球形粒子体积相等
A r Va 12 H
H: 两球表面之间的最短距离 r : 胶粒半径 A：Hamaker常数 （与物质有关 10-19～10-20 J) 在介质中， A ( A A ) 2
质点 介质
4. 溶胶的胶团结构 K+ AgNO3 + KI →AgI + KNO3 KI过量
K+
(AgI)m
胶团
胶粒
胶核
[(AgI)m nI-,(n-x)K+]x- xK+
紧密层 扩散层
胶粒 = 胶核 +被吸附离子 + 紧密层反离子 胶团 = 胶粒 + 扩散层反离子 12.4 溶胶的光学性质 Optical property of sol
RT 1 D L 6r
(适用于球形粒子)
3. 沉降与沉降平衡(sedimentation and sedimentation equilibrium)
当溶胶中粒子的密度 大于分散介质的密度 时,在重力作用下,就 会发生沉降.
fd
从而产生由下而上的 fw 浓度梯度 f 当作用于粒子上的重力 w fw 与扩散力fd 相等时,溶胶的浓度梯度不再随时 间而变,称系统达到了沉降平衡。
c2 0
电解质浓度 c ζ电势/mV
聚沉值：使溶胶以明显速率聚沉所需的电解质 的最小浓度。 聚沉率：聚沉值的倒数。 电解质的聚沉值越小，聚沉率越大，则聚沉能力越强
不同电解质的聚沉值(mmol/dm3) 正溶胶(Al2O3) 负溶胶(As2S3) LiCl NaCl KCl 1/2 K2SO4 HCl CaCl2 BaCl2 MgSO4 1/2Al3(SO4)3 AlCl3 58.4 51 50 65 31 0.65 0.69 0.80 0.096 0.093 NaCl KCl KNO3 K2SO4 K2Cr2O7 K2C2O4 K3[Fe(CN)6] 43.5 46 60 0.30 0.63 0.69 0.08
② 影响电解质聚沉能力的因素：
(a) 主要取决于与胶粒所带电荷相反的离子（反 离子）所带的电荷数（即价数）。反离子的 价数越高，聚沉能力越强。
Schulze-Hardy rule 电解质的聚沉值与胶粒的异电性离子的 价数的6次方成反比
c (j1) : c (j2) : c (j3) ( 1 ) 6 : ( 1 ) 6 : ( 1 ) 6 1 2 3
zc1 1 c2

Na Cl zc Na Cl
内 外 外
1

1 zc 1 2 Na 外 Na 内 (1 ) [ Na ]内


(c内 c外 ) RT

1 1000z c RT ( ) 2 c M 4 yM
在粗分散系统中,当扩散力不足以抗衡重力时, 粒子将发生沉降。当沉降速率达一定值时，重 力与阻力相等，此时沉降速率为：
2r v ( 粒子－介质）g 9
应用：① 落球式粘度计
2
② 沉降分析
w
t
扭力天平
4.渗透压
① 一般溶胶的渗透压
n RT V
n: 溶胶中所含胶粒的摩尔数。 V: 溶胶的体积
滑移界面（Stern面）
－ －
－
φ
ζ
－
－ －
反号离子
溶剂分子
扩散层
扩散双电层模型 吸附离子 胶粒表面 紧密层 (离子和溶剂化分子） 反号离子 扩散层
ζ电势： 胶粒表面滑移界面处的电势。 胶粒表面热力学电势φ和电动电势（ζ电势） 的区别： ① 发生在不同的部位； ② 大小不同，一般情况下ζ电势只是热力学 电势的一部分，其绝对值小于φ。
均相分散系统 (溶液、气体混合物）
粗分散系统(d >10-7m) 多相分散系统 胶体( 10-7m > d > 10-9 m)
胶体
溶胶（sol) （憎液溶胶） 大分子溶液(亲液溶胶）
憎液溶胶的基本特征：
高度的分散性， 多相性， 热力学不稳定性 12.2 溶胶的动力性质 Dynamic properties of sol 1. 布朗运动(Brownian motion ,1827) v 胶体粒子由于分散介 质分子的撞击而引起的不 规则运动。
③ φ只取决于被吸附的离子和溶胶中的反号 离子的活度,而ζ电势的值还与溶胶中外加 电解质有关。 当溶胶中有外加电解质存在时，可使紧密 层中反粒子浓度增加，扩散层变薄， ζ电 势的绝对值减小，甚至变为零或相反的值。
④ 胶粒的电泳速率与ζ电势的关系：
E r 4
ε：分散介质的介电常数 η：分散介质的粘度 E ： 外加电场强度
溶胶中的粒子在高度h 处的重力势能
4 3 r ( 粒子－ 介质）gh 3
r：粒子半径 ρ粒子，ρ介质：分别为粒子和介质 的密度 Boltzmann 分布定律：
) N1 kT N 2 exp( 2 ) kT
exp( 1
h1
h2
溶胶粒子随高度的分布公式
N2 4 3 exp r ( 粒子－介质）gL(h2 h1 ) / RT N1 3
Tyndall Effect
当一束可见光射入分散体系时,若分散相 粒子直径大于入射光波长,则发生反射;若分散 相粒子的直径小于光的波长,则发生光的散射 （散射光又称为乳光）。 可见光波长： Rayleigh 光散射定律 400nm < λ< 700nm
Tyndall 效应是溶胶粒子对光的散射的结果
Einstein 方程(球形粒子运动公式)
RT t 12 x( ) L 3r
X : 时间t 内粒子沿 x 方向移动的平均距离 r : 粒子的半径 η: 分散介质的粘度 L: Avogadro常数
2 . 扩散(Diffusion ) 由于布朗运动的存在,当溶胶中的胶粒存 在浓度梯度时,就会发生扩散. Fick’s first law
②大分子溶液的渗透压

1 2 RT ( B2 c B3c ) c M
Virial 方程
B2、 B3 virial 系数。 c：kg/m3
RT lim c 0 c M
π/c 对c作图，由截距可得分子量M （或数均分子量）

③ 聚电解质的渗透压-Donnan 平衡 天然的生物聚合体大多是聚电解质 PXz → P z+ +zX渗透平衡时 P- (c1) Cl- (c2) Na+ (zc1) Na+ (c2)
2. 溶胶的聚沉 (1) 电解质的聚沉作用 在溶胶中加入少量电解质，可以使胶粒吸 附的离子增加，ζ电势提高，增加溶胶的稳定 性，称为稳定剂。 但当电解质的浓度足够大，部分反粒子进 入紧密层，而使ζ电势降低，扩散层变薄，胶 粒之间静电斥力减小而导致聚沉，则称为聚沉 剂。
① 聚称值和聚沉率
聚沉速率
c1 30
I
24 A NV
2 2
2

4
n n ( ) n 2n
2 1 2 1
2 2 2 2 2
复习：11.8， 11.9 作业：20， 22， 25
12.6 胶体的稳定与聚沉 Stability and coagulation of sol 胶体由于具有巨大的表面能，因此是热 力学不稳定体系，但在某些条件下，也能稳 定的存在一段时间。胶体的稳定是相对的、 暂时的和有条件的，而不稳定则是绝对的。 1. 溶胶的稳定性 影响溶胶稳定性的因素 (1) 溶胶的动力稳定因素 (2) 胶粒带电的稳定作用 (3) 溶剂化的稳定作用
Fajans Rule 具有与胶粒化学组成相同的离子优先被吸附。 例： AgNO3 + KI →AgI + KNO3 若 AgNO3过量，则AgI胶粒吸附Ag＋ 而带正电 若 KI过量，则AgI胶粒吸附I－ 而带负电。
(2) 电离
SiO2 溶胶表面水解 SiO2 ＋ H2O → H2SiO3
若溶液显酸性 H2SiO3 → HSiO2+ + OHOH－进入溶液，而使胶粒带正电 若溶液显碱性 H2SiO3 → HSiO3+ + H＋ H＋进入溶液，而使胶粒带负电
Cj(i) : i 价电解质的聚沉 值
(b) 价数相同的反离子的水合半径越小，聚沉 能力越强。 例如，对一价阳离子,按聚沉能力排列： H+ > Cs+ > Rb+ > NH4+ > K+ > Na+ > Li+ 对一价阴离子： F- > Cl- > Br- > NO3- > I-
(c) 与胶粒电性相同的离子，一般说来，价数 越高，水合半径越小，聚沉能力越弱。
第十二章 胶体化学简介 Introduction of colloid chemistry
12.1 分散系统和胶体 ( dispersed system and colloid)
一种或多种物质分散在另一种物质中所构 成的系统称为分散系统。前者称为分散相，后 者称为分散介质。
Hale Waihona Puke Baidu
分散系统的分类：
分 散 系 统
3. 胶粒的双电层结构
Helmholtz 平板电容器理论 _ + _ + _ + _ + _ + _ + φ
Gouy－Chapman 扩散双电层模型
＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ + + _ _ _ _
φ ζ电势
_
_ _ _ _
_
紧密层
扩散层
Stern扩散双电层模型
紧密层（Stern层） ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － －
2
c： 蛋白质浓度 g ml-1 M: 蛋白质分子量 y： 膜内Na+的浓度
12.3 胶体的电学性质 Electric properties of colloid 1. 电动现象 (1) 电泳(electrophoresis) 在外加电场作用下，胶 体粒子在分散介质中定向移 动的现象称为电泳 (+) (-)
a
内 NaCl 内 Na 外 Na
a a a
外 NaCl
a a
外 Cl 内 Cl
P- (c1) Na+ (zc1+x) Cl- (x) 内
Cl- (c2-x) Na+ (c2-x) 外
2 c2 x zc1 2c2
（膜）
NaCl外 NaCl内
为了保持电中性
内