胶粒的双电层理论

电解质对双电层的作用
紧密层：一般很薄，只有单层或数层离 反离子扩散层：却很厚，其厚度与溶液中的离子强 度有关，离子强度越大，厚度越小，而高价离子对 扩散层厚度影响更大，当扩散厚度减小时，ξ电位也 随之降低，稳定性降低。 其原因：电解质对扩散层有压缩作用（直接压缩 ； 进一步把反离子压缩进紧密层，ξ电位降低，扩散层 厚度降低。） 离子强度：电解质的浓度，离子价数
ξ电位只有在固液两相发生相对移动时才能呈现出来. ξ电位的大小反映了胶粒带电的程度, 其值越高表明 胶粒带电越多, 扩散层越厚.


双电层稳定原因： 在双电层中建立了静电力和扩散力之间的平衡。形 成双电层后由于相同的乳胶粒具有相同的电荷，而 相同的电荷相斥，所以乳胶粒能稳定地悬浮在水相 中。ξ电位越高，乳液就越稳定。
带同种电荷胶体颗粒双电层相互作用
影响因素： 双电层之间的相互作用受胶体颗粒表面性质和胶体 颗粒周围溶液两方面因素的影响。


研究不同价态组合型电解质(如1价阳离子／1价阴离 子，1价阳离子／2价阴离子)对双电层相互作用的影 响时发现 ：
①同号离子比反号离子对双电层相互作用的影响要 大，尤其是高价态的同号离子在表面电位高时影响 更大。 ②相同价态的同号离子对双电层相互作用的影响差 异不大 ③双电层相互作用的程度随电解质浓度的增加而减 小。 ④随着两带正电荷平面之间距离的减小，双电层相 互作用力会急剧地持续增加，而且总是表现为相互 之间的排斥力。

废水处理常用的絮凝剂： ① 无机盐类：硫酸铝、明矾、三氯化铁水合物 ② 无机盐类聚合物：聚合氯化铝(PAC) 、聚合硫酸 铁 ③ 有机类化合物：如高聚合的聚丙烯酸钠，聚乙烯 吡啶、聚丙烯亚胺，聚丙烯酰胺等

PS:絮凝过程是比较复杂的物理、化学过程，迄今 为止还没有一个统一的认识（电荷中和作用、吸附/ 架桥作用 ）。

高价离子：可以进入乳胶粒的扩散层和紧密层，置 换出低价离子，使双电层的离子数目减少而压缩扩 散层，降低ξ电位。 结果： 由于直接压缩，以及高价离子的离子交换和吸附作 用。扩散层减小，电动电位降低，直到使全部反离 子都由扩散层进入紧密层，电动电位降为零。 这时胶团的吸附层中正负电荷相等，胶团变为电中 性，达到等电状态（等电点），消除了水乳胶体系 的稳定性。

Frank根据带相反电荷胶体颗粒之间的静电作用， 通过自组装制成双层胶囊形的纳米材料，其形成过 程类似于胶体颗粒之间的团聚行为。
Antonio等研究带相反电荷胶体颗粒发生团聚时，内 部结构有一个特点，每一个颗粒被带相反电荷的颗 粒所包围，外围再分布相同电荷的颗粒，这样带相 反电荷的颗粒交替排列，而且随着两种胶体颗粒数 量比的变化，团聚颗粒的内部结构也发生变化。

带相反电荷胶体颗粒之间相互作用与胶体团聚行为 的关系是人们关注的热点。 机理：由于静电引力的作用，带相反电荷的胶体百度文库 粒相互靠近，导致胶体颗粒表面双电层的扩散层发 生部分重叠，从而降低胶体颗粒表面的有效电荷密 度。 化学胶体领域应用：

①利用带相反电荷胶体颗粒之间的静电吸引力作用，
将带相反电荷的胶体颗粒在一定条件下混合制成分 子膜(LB膜），这种膜的稳定性取决于带相反电荷 胶体颗粒的相互作用程度。
胶粒的双电层理论及应用
高分子化学与物理 曹佳乐 2014.04.09
胶粒的双电层 理论及应用
乳胶粒的形成 与结构
电解质对双 电层的作用
胶体颗粒表面 双电层之间 的相互作用
机理
稳定 与絮凝
同种电荷 胶体颗粒 相互作用
异种电荷 胶体颗粒 相互作用
乳胶粒的形成与结构

乳胶粒：在乳液聚合时，单体进入由乳化剂形成的 胶束后经引发剂引发聚合后产生的胶体粒子。

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带相反电荷胶体颗粒双电层相互作用
胶体颗粒表面所带的电荷有正电荷和负电荷之分， 而且在一定条件下带相反电荷的胶体颗粒可以共存 于相同体系中，这种现象在自然界普遍存在。 如热带、亚热带地区的可变电荷土壤。 由于这类土壤中含有带负电荷的高岭石和带正电荷 的铁铝氧化物，它们所带电荷相反，当共存于相同 体系时它们表面的双电层会发生相互作用，并对胶 体性质产生影响。

稳定与絮凝
胶体的稳定因素：动力学稳定性、溶剂化稳定、表 面带电（双电层）。 高价电解质或电解质的浓度足够大，使胶粒扩散层 压缩， ξ电位降低，胶粒间排斥作用就减弱，这时 胶粒之间就会发生凝聚。 当ξ为零时（等电点），乳胶粒最不稳定，凝聚作用 最剧烈，这就是用絮凝剂对乳液进行絮凝的机理。
胶粒结构： 电位离子+反离子=双电层 胶体表面电位离子通过静电作用将溶液中的带相反 电荷离子吸附到乳胶粒周围

反离子层： ①反离子吸附层 （stern层） 能同胶核一起运动的部分反离子由于靠近胶核，吸 附较牢。 ②反离子扩散层 反离子离胶核稍远不随胶核一起运动。

胶核表面上的电位称为热力学电位，而在扩散层表 面处的电位称为ξ（zeta）电位。