第四讲胶体的稳定性
胶体的稳定性
1/ 2
（自修内容） 胶粒间引力位能的公式推导 胶粒间斥力位能的公式推导 公式推导、各种近似的讨论 溶胶、凝胶转变法制备单分散溶胶 粘度的测量 由电渗速度数据计算ζ电位 扩散双电导模型的完整公式
4、胶粒间的总相互作用能
综合考虑颗粒间的范德华引 力和静电斥力，可以解释静 电稳定胶体的稳定机制。总 位能为：
Schultz-Hardy规则适用于各种溶胶和惰性电解质，即那 些不与溶胶发生任何特殊反应的电解质。因此，溶胶的 电势决定离子、胶体颗粒上的特性吸附离子以及与双电 层起化学反应的离子等，都不应包含在内。
感胶离子序：
相同价态的各种离子在聚沉能力上的差异的排序 H＋＞Cs+ > Rb+ > K+ >Na+ >Li+
5、搭桥作用
Fleer-Lykloma实验：胶体溶液与高分子溶液的 混合方式不同导致稳定情况不同
0
exp
exp
2
ze kT ze kT
0
1 1
2
2
exp H
0
胶粒间距离减小，静电斥力 指数增大。 胶体稳定状态要求ER增加： 提高胶粒的表面电位 ψ 0 增大扩散双电层厚度 κ-1
e N A ci zi kT
2、胶粒间的长程van der Waals引力
分子间的van der Waals引力
2 1 2 3 kTr
2
2
2
Keeson相互作用： Debye相互作用： London相互作用：
U
U
U
K
6
2
胶体的稳定性和聚沉作用
8.4 胶体的稳定性和聚沉作用8.4.1 溶胶的稳定根据胶体的各种性质。
溶胶稳定的原因可归纳为:(1) 溶胶的动力稳定性胶粒因颗粒很小，布朗运动较强，能克服重力影响不下沉而保持均匀分散。
这种性质称为溶胶的动力稳定性。
影响溶胶动力稳定性的主要因素是分散度。
分散度越大，颗粒越小，布朗运动越剧烈，扩散能力越强，动力稳定性就越大，胶粒越不溶易下沉。
此外分散介质的粘度越大，胶粒与分散介质的密度差越小，溶胶的动力稳定性也越大，胶粒也越不溶易下沉。
(2) 胶粒带电的稳定作用下图表示的是一个个胶团。
蓝色虚线圆是扩散层的边界，虚线圆以外没有净电荷，呈电中性。
因此，当两个胶团不重迭时，如左图，它们之间没有静电作用力，只有胶粒间的引力，这种引力与它们之间距离的三次方成反比，这和分子之间的作用力（分子之间的作用力与分子之间距离的六次方成反比）相比，是一种远程力，这种远程力驱使胶团互相靠近。
当两个胶团重迭时，如右图，它们之间就产生静电排斥力。
重叠越多，静电排斥力越大。
如果静电排斥力大于胶粒之间的吸引力，两胶粒相撞后又分开，保持了溶胶的稳定。
胶粒必须带有一定的电荷才具有足够的静电排斥力，而胶粒的带电量与ζ电势的绝对值成正比。
因此，胶粒具有一定的ζ电势是胶粒稳定的主要原因。
(3) 溶剂化的稳定作用物质和溶剂之间所起的化合作用称为溶剂化，溶剂若为水，则称水化。
憎液溶胶的胶核是憎水的，但它吸附的离子都是水化的，因此增加了胶粒的稳定性。
由于紧密层和分散层中的离子都是水化的，这样在胶粒周围形成了水化层。
实验证明，水化层具有定向排列＋ ＋ ＋＋ ＋＋ ＋ ＋ － － －－ － －－ － 胶核 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － － － 胶核结构，当胶粒接近时，水化层被挤压变形，它有力图恢复定向排列结构的能力，使水化层具有弹性，这成了胶粒接近时的机械阻力，防止了溶胶的聚沉。
以上影响溶胶稳定的三种因素中，尤以带电因素最重要。
胶体的稳定性和聚沉作用
溶胶的稳定性
抗聚结稳定性 胶粒之间有相互吸引的能量Va和相互排斥的能量Vr，总作用能 为 Va+Vr。如图所示：
当粒子相距较大时，主要为 吸力，总势能为负值；当靠近 到一定距离，双电层重叠，排 斥力起主要作用， 势能升高。要使粒子聚结必须 克服这个势垒。
2021/11/3
影响溶胶稳定性的因素
高分子化合物在低浓度时，大量胶粒会吸附在同一个高分子线型分子上，整个系 统质量增大，发生聚沉。这种现象称为敏化作用。在敏化作用中，高分子化合物起到 了一个桥梁的作用，通过吸附架桥，从而破坏胶体，使其发生聚沉。
2021/11/3
高分子化合物的作用
但是，高分子化合物浓度较高时，能大大提高溶胶的稳定性，这就是高分子化合物 对溶胶的保护作用。
1、电解质的聚沉作用 2、高分子化合物的聚沉作用 3、带相反电荷的溶胶的聚沉作用
2021/11/3
电解质的聚沉作用
当向溶胶中加入电解质后，电解质中与溶胶带相反 电性的离子会进入吸附层，中和了电位离子，减少或者中 和胶粒的带电量，从而使胶粒在碰撞后易于聚结而沉降。 因此，电解质的聚沉作用主要是减少胶粒带电，使ξ电位 下降，促使胶粒聚结。水处理中常用明矾或聚合氯化铝来 使水中黏土等负电性胶体聚沉。再如豆腐的制作、河流入 海口三角洲的形成等，都是这个原理。
例如，对于给定的溶胶，异电性离子分别为一、 二、三价，则聚沉值的比例为：
2021/11/3
1 1
6
:
1 2
6
:
1 3
6
电解质的聚沉作用
当起聚沉作用的离子电荷数相同时，其聚沉能力也会因离子的活泼性不同而有 所差别。
例如，对带负电的溶胶，一价阳离子硝酸盐的聚沉能力次序为： H+>Cs+>Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+ 而碱土金属离子的聚沉能力大小为
胶体稳定性名词解释
胶体稳定性名词解释胶体稳定性名词解释：指的是溶液中的微粒能长期稳定存在于溶液中，而不会聚结成大颗粒。
以及它们在胶体状态下具有稳定性、分散性和增稠性的特点。
如蛋白质溶液在常温下呈胶体状态，因此在通常的溶液状态下，这些胶体微粒是很稳定的，在稀释时也不会聚沉。
但当其浓度较高时，由于胶体微粒吸附水分子，使得微粒的浓度变小，故形成了稳定的胶体状态。
微粒的稳定性有两种类型：非均相性和均相性。
在非均相系统中，物理的或化学的作用可以使分散相或胶体聚集起来形成大的颗粒;在均相系统中，分散相或胶体只在一定条件下才聚集成大颗粒。
前者称为均相性胶体稳定性，后者称为非均相性胶体稳定性。
胶体的稳定性有些来自分散介质本身，有些来自微粒的性质，如尺寸、形状、电荷等。
胶体粒子在不同的条件下可表现出不同的稳定性，如当溶液处于静止状态时，微粒将表现出很强的稳定性;当微粒间的距离增大到某一数值时，所有微粒都将表现出相同的稳定性;随着微粒直径的减小，稳定性逐渐增加。
可见，颗粒粒子的尺寸对其稳定性有重要影响。
一般说来，微粒越小，越容易获得足够的稳定性。
胶体是一种很稳定的微粒群，常用来描述一种无固定形状的、或既有固定形状又有流动性的分散系统。
1、物理稳定性2、化学稳定性3、热稳定性4、生物稳定性5、光学稳定性6、电学稳定性7、磁学稳定性8、放射学稳定性9、相对稳定性10、光化学稳定性11、辐射学稳定性12、空化学稳定性13、动力学稳定性14、能量学稳定性15、静电学稳定性16、溶解学稳定性17、凝聚学稳定性18、界面学稳定性19、老化学稳定性20、输运学稳定性21、毒理学稳定性22、环境学稳定性23、免疫学稳定性24、生态学稳定性25、输血学稳定性26、神经学稳定性27、眼科学稳定性28、麻醉学稳定性29、心脑血管病防治稳定性30、分析化学稳定性31、文献信息传递稳定性32、生物学稳定性33、食品卫生学稳定性34、医学检验稳定性35、其他学科稳定性36、病例组织学鉴定37、临床化学试剂稳定性38、临床放射学稳定性39、医院感染控制稳定性40、肿瘤预防学稳定性41、卫生化学稳定性。
胶体的稳定性
二、DLVO理论
1941，德查金(Darjaguin)和朗道(Landau)； 1948，维韦(Verwey)和奥弗比克(Overbeek)： 带电胶粒稳定理论，简称DLVO理论
1. 理论要点
（1）胶粒既存在斥力位能，也存在引力位能。前者是带电胶粒 靠拢时扩散层重叠时产生的静电排斥力；而后者是长程范德 华力所产生的引力位能，与距离的一次方或二次方成反比， 或是更复杂的关系。 （2）胶粒间存在的斥力位能和引力位能的相对大小决定了系统 的总位能，亦决定了胶体的稳定性。当斥力位能>引力位能， 并足以阻止胶粒由于布朗运动碰撞而粘结时，胶体稳定，而 当引力位能>斥力位能时，胶粒靠拢而聚沉。调整其相对大 小，可改变胶体的稳定性。 （3）斥力位能、引力位能及总位能随胶粒间距离而改变。由于 UR和UA与距离的关系不同，会出现在一定距离范围内引力占 优；而在另一范围内斥力占优的现象。 （4）理论推导的斥力位能和引力位能公式表明，加入电解质对 引力位能影响不大，但对斥力位能有很大影响。电解质加入 会导致系统总位能的变化，适当调整可得到相对稳定的胶体 系统。
Schultz-Hardy规则适用于各种溶胶和惰性电解质，即那 些不与溶胶发生任何特殊反应的电解质。因此，溶胶的 电势决定离子、胶体颗粒上的特性吸附离子以及与双电 层起化学反应的离子等，都不应包含在内。
感胶离子序：
相同价态的各种离子在聚沉能力上的差异的排序 H＋＞Cs+ > Rb+ > K+ >Na+ >Li+
提高胶粒的表面电位自修内容胶粒间引力位能的公式推导胶粒间斥力位能的公式推导公式推导各种近似的讨论溶胶凝胶转变法制备单分散溶胶粘度的测量由电渗速度数据计算电位扩散双电导模型的完整公式综合考虑颗粒间的范德华引力和静电斥力可以解释静电稳定胶体的稳定机制
胶体稳定性名词解释
胶体稳定性名词解释胶体稳定性名词解释胶体稳定性的原因及过程大分子分散到溶液中所形成的分散体系称为胶体。
胶体具有不带电荷，不吸附质点，不易聚沉等性质。
胶体的性质： (1)溶解性胶体对不同的物质有不同的溶解能力。
(2)分散性胶体对固体、液体或气体有很强的分散能力，在水中不稳定的胶体会逐渐沉降；在水中稳定的胶体，放置时间长了也会发生聚沉现象。
(3)稳定性胶体能被某些试剂破坏的性质。
胶体具有胶体稳定性的原因：(1)胶体对悬浮液所含杂质的抵抗能力。
如油滴、胶体粒子或加入絮凝剂，可以消除或减弱胶体对悬浮液的稳定作用。
(2)胶体粒子的布朗运动使它们相互碰撞而凝聚，这是一种动态平衡。
在一定条件下，凝聚的速度取决于周围介质对它的吸引力。
此外，分散相颗粒的性质，如表面电荷、分子的极性、大小、分子量、表面张力等都会影响胶体的稳定性。
当悬浮液的粘度较高或悬浮液中杂质较多时，将增大悬浮液对胶体的吸引力。
液态小颗粒聚集并有足够稳定的最低密度(或浓度)的特性。
当小颗粒在介质中形成双电层时，这种聚集就会向宏观体积方向移动，同时向粒子表面及周围扩散，造成颗粒内部的紧密堆积。
当介质的粘度适当时，可以阻止或促进这种运动的进行，但粘度太高时则会阻碍这种运动。
通常把小颗粒稳定在分散介质中的最低密度或最大浓度，叫做该介质的“最稳定状态”，简称为“最稳定浓度”。
在水中，胶体粒子半径很小，离子浓度较高时，粒子将趋向于聚集，直至形成稳定的胶体。
1.两亲物系之一或另一个与一个亲水基团和一个疏水基团相连。
其胶体稳定性依赖于相互接触的两个物系的相对挥发性。
2.具有双电层结构，由同号离子组成的离子对，每个离子对的负电荷为若干单位。
这些离子对比相应的离子更容易彼此聚集。
其胶体稳定性取决于负电荷离子和正电荷离子的数目。
3.固体颗粒的聚集。
在胶体粒子周围，离子会吸引带相反电荷的离子聚集成团。
4.液滴的聚集。
当液滴的半径和周围的介质的折射率一致时，在折射率差的作用下，会引起液滴的凝聚。
胶体的稳定性
聚沉值
使溶胶发生明显聚沉时外加电解质的最小 浓度称为该电解质对该溶胶的聚沉值 浓度称为该电解质对该溶胶的聚沉值
聚沉能力
聚沉能力＝1/聚沉值 聚沉能力＝1/聚沉值
解释： 解释：
ci ↑ I ↑
κ↑
VR ↓↓ V ↓↓
斥力不足以克服引力——聚沉 聚沉 斥力不足以克服引力 聚沉值： 聚沉值：
∂V
V = V A + VR = 0
（3）法扬斯（Fajans)规则 法扬斯（Fajans)规则 能与晶体的组成离子形成不溶物或难电离化合物的 异电离子优先被吸附，具有强的聚沉能力。 异电离子优先被吸附，具有强的聚沉能力。
（4）不规则聚沉 有时，少量电解质使溶胶聚沉，电解质浓度高时， 有时，少量电解质使溶胶聚沉，电解质浓度高时， 又重新分散，浓度再高又聚沉，此为不规则聚沉， 又重新分散，浓度再高又聚沉，此为不规则聚沉，多发 不规则聚沉 生在以大离子或高价离子为聚沉剂的情况——大离子或 生在以大离子或高价离子为聚沉剂的情况 大离子或 高价离子引起电动电势反号。 高价离子引起电动电势反号。 （5）有机离子一般具有较强聚沉能力——特殊吸附力 有机离子一般具有较强聚沉能力 特殊吸附力 （6）同号离子的影响 大的同号有机离子因与质点强烈的van 大的同号有机离子因与质点强烈的van der Waals 引力而被吸附，从而改变质点的表面性质。一般说来， 引力而被吸附，从而改变质点的表面性质。一般说来， 大的或高价的负离子对于负溶胶有一定稳定作用， 大的或高价的负离子对于负溶胶有一定稳定作用，大的 或高价正离子对于正溶胶有一定稳定作用。 或高价正离子对于正溶胶有一定稳定作用。
-
- + + ++ + + + ++
胶体稳定性简介
胶体稳定性简介胶体稳定性一、胶体的分类所谓胶体是一种分散质粒子直径介于粗分散体系和溶液之间的一类分散体系，其值通常在1nm—100nm之间，这是一种高度分散的多相不均匀体系。
按分散剂的不同可分为气溶胶、固溶胶、液溶胶；按分散质的不同可分为粒子胶体、分子胶体。
二、胶体的稳定及不稳定性胶体因质点很小，强烈的布朗运动使它不致很快沉降，故具有一定的动力学稳定性；另一方面，疏液胶体是高度分散的多相体系，相界面很大，质点之间有强烈的聚结倾向，所以又是热力学不稳定体系。
一旦质点聚结变大，动力学稳定性也随之消失。
因此，胶体的聚集稳定性是胶体稳定与否的关键。
三、双电层与zeta电位由于分散粒子表面带有电荷而吸引周围的反号离子，这些反号离子在两相界面呈扩散状态分布而形成扩散双电层。
根据双电层理论可将双电层分为Stern层和扩散层。
当分散粒子在外电场的作用下，稳定层与扩散层发生相对移动时的滑动面即是剪切面，该处对远离界面的流体中的某点的电位称为Zeta电位。
即Zeta电位是连续相与附着在分散粒子上的流体稳定层之间的电势差。
四、聚集沉降理论影响因素起聚沉作用的主要是电荷与胶体相反的离子（称为反离子）。
反离子的价数越高，则聚沉效率越高，聚沉值越低。
一价反离子的聚沉值约为25～150，二价的为0.5～2，三价的为0.01～0.1。
聚沉值大致与反离子价数的六次方成反比，这称为舒尔茨-哈代规则。
五、胶体稳定性疏液胶体的稳定性理论通称DLVO理论。
此理论的出发点是：胶体质点间因范德瓦耳斯力而相互吸引，质点在相互接近时又因双电层的重叠而产生排斥作用，胶体的稳定程度取决于上述两种作用的相对大小。
DLVO理论计算了各种形状质点之间的范德瓦耳斯吸引能与双电层排斥能随质点间距离的变化。
在质点相互接近的过程中，如果在某一距离上质点间的排斥能大于吸引能，胶体将具有一定的稳定性；若在所有距离上吸引皆大于排斥,则质点间的接近必导致聚结,胶体发生聚沉。
胶体的稳定性名词解释
胶体的稳定性名词解释胶体的稳定性胶体是分散系的一类。
它在一定条件下能长期存在而不沉淀、不分层、保持其原有状态，这个性质称为胶体的稳定性。
溶液中胶粒所带电荷与溶液中离子所带电荷相反，整个胶体带同种电荷，因此胶粒本身所带电荷等于整个胶体所带的电荷，整个胶体即为正电荷，如果胶粒带有异种电荷时，胶体就不稳定。
常见的胶体如蛋白质、淀粉、乳浊液等。
稳定性和胶体的分散质有关，也与胶体粒子的大小和形状有关，越小的胶粒，稳定性越高。
胶体粒子的稳定性不仅受到它本身结构的影响，而且还受到外界环境条件变化的影响。
胶体的稳定性的强弱可以用粘度来衡量。
测定方法： 1）毛细管法：将样品放入管内并使之充满液体，然后再逐滴加入毛细管中，当悬浮液呈现浑浊时，继续加入毛细管，直至出现明显的颜色分层时，则该悬浮液的浓度最大； 2）薄膜覆盖法：将试样制成平板，将一张薄膜覆盖在平板上，用另一张薄膜盖在上面，使二者连成一个封闭体系。
待封闭体系自行凝固，静置片刻后取下，观察到有无色分层。
这两种方法都需要仪器设备。
乳浊液的聚沉或絮凝乳浊液是由许多小液滴所组成的。
它们的大小通常是几十微米至几百微米，有时还会超过一千微米。
由于其表面积大，对电解质有很强的吸附力，因而不易沉降。
胶体的聚沉或絮凝作用，就是利用胶体粒子大小的差别。
当颗粒小于100nm时，它们的直径大约在几百纳米左右。
当颗粒大于100nm 时，直径往往大于1000nm。
当粒子表面被电解质所包围，即具有胶粒电性时，这些微粒对电解质起了反吸附作用，使胶体脱稳。
当粒子所带的电荷与电解质所带的电荷相反，胶体也会从溶液中析出。
盐析、晶种法、分子筛和硅胶分子筛等都是可用的方法。
加入电解质的目的，就是使溶液中的电解质聚集，形成均匀分散的胶粒，然后经过聚沉或絮凝过程将胶粒沉淀，分离出来。
除了利用胶体粒子的聚沉或絮凝作用外，电泳、静电沉淀、阳极溶出、磁性分离、选择性沉淀、离子交换以及透析等，也都可以应用。
高分子溶液的粘度由于高分子溶液粘度较大，沉降速度较慢，若不加入某种物质，可使高分子溶液稳定在某一低的高度，在这个位置上，不论搅拌或加入什么物质，高分子溶液的粘度不再发生显著变化，这种现象叫做高分子溶液的稳定性。
胶体的稳定性
胶体的稳定性
答案：
胶体（Colloid）又称胶状分散体，是一种分散质粒子直径介于粗分散体系和溶液之间的一类分散体系[1]。
胶体不一定都是胶状物，也不一定是液体，常见的胶体有有色玻璃、果冻、鸡蛋清、血液等。
介稳性：
胶体的稳定性介于溶液和浊液之间，在一定条件下能稳定存在，属于介稳体系。
胶体具有介稳性的两个原因：
原因一：胶体粒子可以通过吸附而带有电荷，同种胶粒带同种电荷，而同种电荷会相互排斥（要使胶体聚沉，就要克服排斥力，消除胶粒所带电荷）。
原因二：胶体粒子在不停地做布朗运动，与重力作用相同时便形成沉降平衡的状态。
结构：
根据法扬斯规则（能与晶体的组成离子形成不溶物的离子将优先被吸附.优先吸附具有相同成分的离子），胶体粒子是胶粒，胶粒与扩散层在一起组成了胶团，而胶粒又包括胶核与吸附层。
胶体的稳定性
二、DLVO理论
1941，德查金(Darjaguin)和朗道(Landau)； 1948，维韦(Verwey)和奥弗比克(Overbeek)： 带电胶粒稳定理论，简称DLVO理论
1. 理论要点
（1）胶粒既存在斥力位能，也存在引力位能。前者是带电胶粒 靠拢时扩散层重叠时产生的静电排斥力；而后者是长程范德 华力所产生的引力位能，与距离的一次方或二次方成反比， 或是更复杂的关系。 （2）胶粒间存在的斥力位能和引力位能的相对大小决定了系统 的总位能，亦决定了胶体的稳定性。当斥力位能>引力位能， 并足以阻止胶粒由于布朗运动碰撞而粘结时，胶体稳定，而 当引力位能>斥力位能时，胶粒靠拢而聚沉。调整其相对大 小，可改变胶体的稳定性。 （3）斥力位能、引力位能及总位能随胶粒间距离而改变。由于 UR和UA与距离的关系不同，会出现在一定距离范围内引力占 优；而在另一范围内斥力占优的现象。 （4）理论推导的斥力位能和引力位能公式表明，加入电解质对 引力位能影响不大，但对斥力位能有很大影响。电解质加入 会导致系统总位能的变化，适当调整可得到相对稳定的胶体 系统。
胶体的稳定性 DLVO理论
胶体化学是在讨论胶体稳定性的过程中发展起来的。 －－P. Hiemenz 首先，在讨论稳定性时，强调胶体是化学稳定的。 胶体稳定性可分为三个层次：
热力学稳定性 动力学稳定性 聚集稳定性
聚集稳定性是指体系的分散度是否随时间而变。 聚沉作用：无机电解质使胶体沉淀的作用 絮凝作用：高分子化合物使胶体沉淀的作用 聚集作用：不知何种药剂，使胶体沉淀时的笼统称呼
第4讲 胶体的稳定性
四、高分子的稳定和絮凝作用
所以，总势能E＝ER + EA + ERS
起聚沉作用的主要是反离子，反离子的价数越高，聚沉 效率也越高。对于给定溶胶来说，聚沉值与反离子的价数的
六次方成反比。即1/16∶1/26∶1/36或1∶0.016∶0.0013。
二、聚沉作用（coagulation）
相同价数的反离子聚沉值虽然相近，但也有差距
其顺序为：
Li＋＞Na＋＞K＋＞NH4＋＞Rb＋＞Cs＋ Mg2＋＞Ca2＋＞Sr2＋＞Ba2＋ SCN－＞I－＞NO3－＞Br－＞Cl－＞F－＞1/2SO42－
CCCC 常数
3 (kT)5 0 4
A2 Z 6
三、DLVO理论
该式表明，临界聚沉浓度与离子价数的六次方成
反比，这与Schulze-Hardy经验规则相符，证明了DLVO 理论的合理性。 对带电胶体质点的稳定性，DLVO理论是相当成功 的，但对有些现象，DLVO理论是无能为力的，如某些 高分子和表面活性剂稳定胶体的现象。 此外，另一个要考虑的因素是溶剂化层的影响。
斥力势能而使 energy） E 值，称为势垒。 急剧上升，又 而E逐渐增大变为正值。 形成一个极小值（第一极小 值）。
势能作用曲线
三、DLVO理论
势能的大小是胶体能否稳定的关键，粒子要发生聚沉，必
须越过这一势垒才能进一步靠近。如果势垒很小或不存在，粒 子的热运动完全可以克服它而发生聚沉，从而呈现聚结不稳定 性。如果势垒足够大，粒子的热运动无法克服它，则胶体保持 相对稳定，即表现出聚结稳定性。一般势垒高度超过15RT时就
exp( Ze 0 / 2kT) 1 0 exp( Ze 0 / 2kT) 1
胶体的稳定性
κ2
Aa exp ( κ H 0 ) 12 H 0
典型的位能曲线
1、当能垒高度超过15kT以上， 、当能垒高度超过 以上， 以上 则可阻止由热运动碰撞而产 生的聚沉。 生的聚沉。此能垒相当于化 学反应的活化能。 学反应的活化能。 2、并非所有胶体均由第二最小 、 它与表面电位、 值。它与表面电位、粒子大 小及对称性有关。 小及对称性有关。 3、在第二最小值发生的聚沉称 、 可逆聚沉” 为“可逆聚沉”或“临时聚 沉”。
胶体的稳定性 DLVO理论
胶体化学是在讨论胶体稳定性的过程中发展起来的。 胶体化学是在讨论胶体稳定性的过程中发展起来的。 －－P. －－ Hiemenz 首先，在讨论稳定性时，强调胶体是化学稳定的。 首先，在讨论稳定性时，强调胶体是化学稳定的。 胶体稳定性可分为三个层次： 胶体稳定性可分为三个层次： 热力学稳定性 动力学稳定性 聚集稳定性 聚集稳定性是指体系的分散度是否随时间而变。 聚集稳定性是指体系的分散度是否随时间而变。 是指体系的分散度是否随时间而变 聚沉作用： 聚沉作用：无机电解质使胶体沉淀的作用 絮凝作用： 絮凝作用：高分子化合物使胶体沉淀的作用 聚集作用：不知何种药剂， 聚集作用：不知何种药剂，使胶体沉淀时的笼统称呼
e NA∑c z κ = ε kT
1/ 2
（自修内容） 自修内容） 胶粒间引力位能的公式推导 胶粒间斥力位能的公式推导 公式推导、 公式推导、各种近似的讨论 溶胶、 溶胶、凝胶转变法制备单分散溶胶 粘度的测量 由电渗速度数据计算ζ电位 由电渗速度数据计算 电位 扩散双电导模型的完整公式
4、胶粒间的总相互作用能 、
综合考虑颗粒间的范德华引 力和静电斥力， 力和静电斥力，可以解释静 电稳定胶体的稳定机制。 电稳定胶体的稳定机制。总 位能为： 位能为：
胶体的稳定性
3、胶粒间的静电斥力
当颗粒表面带有电荷，在颗粒-溶液界面上即产生扩散双 电层。当它们互相接近，两个双电层相互重叠，即产 生静电斥力
颗粒间的静电斥力使颗粒互相远离，有利于稳定
H
R a
O1
h
dh
H0 O2
ER
64 n0kT
2 0
exp D
0
ER
6 4 a n0 k T
2 0
H
0
0
a
板厚δ ＝0
A：Hamaker常数，与β有关，10－19～10－20J
分散介质对引力位能的影响
有效Hamaker常数
A101 A11
1/2
A 00
1/2
2
1、不管A11、A00相对大小如何，A101总为正值，即在溶剂 或真空中，胶体颗粒之间的van der Waals力总表现为 引力 2、两个胶体颗粒被溶液隔开后，其van der Waals引力总 小于真空中的引力 3、若A11＝A00，则A101＝0，胶体颗粒间无相互吸引作用， 这样的胶体体系至少是聚集稳定的。另外，这意味着 溶剂性质与胶体颗粒性质相同，而溶剂化好的胶体颗 粒似乎能满足这一条件
2、胶粒间的长程van der Waals引力
分子间的van der Waals引力
2 1 2 3 kTr
2
2
2
Keeson相互作用： Debye相互作用： London相互作用：
U
U
U
K
6
2
1 2 2 1
3 h
6
D
r 1 2
2
6
L
胶体与表面化学 第4章 胶体的稳定性
引力势能 溶胶中分散相微粒间的引力势能，仍具有范德华引力 的性质。但它是一种远程范德华力，其作用范围比一般 分子的大千百倍，与粒子间距离的一次方或二次方成反 比。（一般分子或原子间的范德华力与粒子间距离的六 次方成反比） 溶 胶 粒 子 间 的 作 用 力
总
双电层引起的静电斥力：ER ae -k r
斯特恩层
2013-7-12 20
EA 曲线的形状由粒子本性决定，不受电解质影响； ER 曲线的形状、位置强烈地受电解质浓度的影响。 电解质浓度与价数增加，使胶体粒子间势垒的高度与位 置发生变化。 电解质浓度： c1 < c2 < c3 ， ER 势 电解质浓度，ER，E， 能 溶胶稳定性。在 c3 以后， E
第4章 胶体的稳定性
2013-7-12
1
主要内容
§4.1 电解质的聚沉作用
§4.2 DLVO理论 §4.3 聚沉动力学 §4.4 高分子化合物的絮凝和稳定作用
2013-7-12
2
概述
聚集（ aggregation ）－－粒子由小变大 的过程。 聚集体（ aggregate ）－－由胶体粒子聚 集而成的大粒子。 聚集是一通用术语，可分为凝聚和絮凝。
2013-7-12 17
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。
所以，要使溶胶聚沉也要从中和粒子电荷、降低溶剂化 作用等入手。
2013-7-12
18
电解质的聚沉作用
关。
2013-7-12 7
影响电解质聚沉能力的其它因素
2、同号离子的影响 一般说来，它们对胶体有一定的稳定作 用，可降低异号离子的聚沉能力。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
在Vande Wadls吸引势能。据此对溶胶的稳定性进行了定
量处理，形成了能比较完善地解释胶体稳定性和电解质 影响的理论，称之为DLVO理论。
三、DLVO理论
1．胶粒间的Vander wadls引力势能 分子间的Vander waals引力包括诱导力（Debye引力）， 偶极力（Keesom力）和色散力（London引力），其大小与
度，降低了 电势，使粒子间静电斥力减小，从而使溶胶失去
聚集稳定性而发生聚沉作用。
表征电解的聚沉能力的参数是聚沉值。
聚沉值：是指在规定条件下使溶胶聚沉所需电解质的最低浓
度，常以mmol/L为单位，聚沉值越小，所以该电解质的聚沉作用 越强，聚沉能力越大。
二、聚沉作用（coagulation）
聚沉作用实验规律 （1） Schulze-Hardy规则
三、DLVO理论
2．双电层的斥力势能
当两粒子的扩散双电层发生重叠时，胶粒对重叠区的作 用不能被反离子氛完全屏蔽。重叠后反离子浓度增大，这样
既破坏了扩散层中的离子平衡分布，又破坏了双电层的静电
平衡。前一种平衡的破坏使离子自浓度大的重叠区向未重叠
区扩散，从而产生渗透性的排斥力；后一种平衡的破坏引起
胶粒间的静电性斥力。它们的大小与粒子的形状有关。
作用，产生斥力势能称为空间斥力势能ERS。
四、高分子的稳定和絮凝作用
所以，总势能E＝ER + EA + ERS
若降低胶粒的 电势，则其排斥势能减小，势垒降低，聚结稳定性降低。
当 降低到某个程度，势垒被分子热运动所克服，则会导致聚沉（极端 情况下， ＝0）。
5．临界聚沉浓度
电解质是影响E的主要因素之一，电解质浓度越大，值就越大，
ER就越小，势能就越低。我们把势能值为0时的电解质浓度称为临界 聚沉浓度，用Cccc来表示。根据DLVO理论的势能公式，可导出
溶胶有稳定作用。如对As2S3负溶胶，KCl、KNO3、甲
酸钾、乙酸钾分别是49.5、50、85、110(聚沉值)，on）
（3） 不规则聚沉 有时少量的电解质使溶胶聚沉，电解质高时沉淀又重 新分散成溶胶，浓度再高时，又使溶胶聚沉。这种现象称 为不规则聚沉。多发生在高价反离子或有机反离子为聚沉 剂的情况。 不规则聚沉可通过反离子对ζ电势的影响来解释，见 下页图。
或不发生聚沉，在等电点附近沉淀最完全。
相互聚沉的原因可能有两种：① 两种胶粒电性中和；② 两种 胶粒的稳定剂相互发生破坏（如沉淀）。 此外，溶胶的浓度也影响电解质的聚沉值。通常对一价反离子
来说，溶胶稀释时聚沉值增加，二价反离子不变，三价反离子降低
－Burton－Bishop规则。
三、DLVO理论
前苏联学者Derjajuin和Landan（1941年）与荷兰学者 Verwey和Overbeek（1948年）分别独立提出胶粒之间存
二、聚沉作用（coagulation）
稳定区
聚沉区
+30mv 0 －30mv
稳定区
不规则聚沉示意图
当ζ电势绝对值低于临界值（一般为30mv）时，溶胶就聚
沉，高于此值，体系稳定。
二、聚沉作用（coagulation）
（4）溶胶相互聚沉
两种电性相反的溶胶混合时可发生相互聚沉作用，聚沉 胶粒所带
电荷为零 的程度与两胶体的比例有关，比例相差很大时，聚沉不完全
如胶粒表面的溶剂化膜是比较定向排列的，表现出一
定的弹性，具有“水化膜斥力”作用。
四、高分子的稳定和絮凝作用
1．高分子的稳定作用
很早以前，人们就发现高分子物质对溶胶具有稳定作用。如我国
古代制造的墨汁就掺进树胶，以保护炭粉不致聚结。现代工业上制造 的油溶性油漆、涂料、油墨等均利用了高分子的稳定作用。 关于稳定机理，直至近年才有比较深刻的认识，总的来说主要是
二、聚沉作用（coagulation）
胶体的离子有很大的比表面，体系的表面能也很高，
所以粒子有自动聚集以降低其表面能的趋势。粒子由小变
大的过程称为聚集过程（aggregation），有胶体粒子聚集 而成的大粒子称为聚集体（aggregate），如聚集的最终结
果导致粒子从溶液中沉淀析出则称为聚沉过程。
R 高分子在胶粒表面的高分子吸附层而不是扩散双电层重叠的静电斥力。
① 带电高分子吸附后会增加胶粒间静电斥力势能E 。
主要有以下几方面的原因：
② 高分子吸附层通常能减小Hamaker常数，因而能降低
③ 带有高分子吸附层的胶粒接近时，吸附层的重叠会产生 粒子间的Vander waals引力势能EA。
一种新的斥力势能阻止粒子聚集，这种稳定作用称为空间稳定
三、DLVO理论
（1）两等同球形粒子间的斥力势能
ER
64 πrn0 k T 0
2
2
exp( H )
r——球半径；
EA——斥力势能（规定为正值）； n0——电解质浓度； ——常数；-1为双电层厚度；
k——Boltzman常数； H——两粒子间最短距离；
0——双电层电势0的复杂函数。
10－19～10－20J之间。
三、DLVO理论
2．双电层的斥力势能
因带电胶粒所带电荷的影响，在其周围形成双电层，使 Stern层和扩散层中的反离子浓度高于体相中的浓度。而在扩 散层以外任何一点不受胶粒电势的影响，因为胶粒所带电荷 对它的作用被双电层中反离子的作用抵消。 由于这种反离子氛的“屏蔽作用”，当两粒子的扩散层不 重叠时，它们之间不产生任何斥力。当两粒子的扩散双电层 发生重叠时，胶粒对重叠区的作用不能被反离子氛完全屏蔽。 重叠后反离子浓度增大，这样既破坏了扩散层中的离子平衡 分布，又破坏了双电层的静电平衡。
Ar 12 H
引力位能皆
规定为负值
EA——Vander Waals引力势能（规定为负值）； r ——球半径； H——两球间最短距离；
A——Hamaker常数。
三、DLVO理论
A EA 12 πH 2
H——两板间最短距离。
（2）两平行的等同平板粒子：
从以上两式可以看出，EA随距离增大而下降。 Hamaker常数A是一个重要参数，与粒子性质有 关，是物质的特性参数，具有能量单位，一般在
斥力势能而使 energy） E 值，称为势垒。 急剧上升，又 而E逐渐增大变为正值。 形成一个极小值（第一极小 值）。
势能作用曲线
三、DLVO理论
势能的大小是胶体能否稳定的关键，粒子要发生聚沉，必
须越过这一势垒才能进一步靠近。如果势垒很小或不存在，粒 子的热运动完全可以克服它而发生聚沉，从而呈现聚结不稳定 性。如果势垒足够大，粒子的热运动无法克服它，则胶体保持 相对稳定，即表现出聚结稳定性。一般势垒高度超过15RT时就
起聚沉作用的主要是反离子，反离子的价数越高，聚沉 效率也越高。对于给定溶胶来说，聚沉值与反离子的价数的
六次方成反比。即1/16∶1/26∶1/36或1∶0.016∶0.0013。
二、聚沉作用（coagulation）
相同价数的反离子聚沉值虽然相近，但也有差距
其顺序为：
Li＋＞Na＋＞K＋＞NH4＋＞Rb＋＞Cs＋ Mg2＋＞Ca2＋＞Sr2＋＞Ba2＋ SCN－＞I－＞NO3－＞Br－＞Cl－＞F－＞1/2SO42－
偶极力
具永久偶极的分子倾向于将极性反向 排列，使得固相物质有最大的引力。
两种离子——偶极作用
三、DLVO理论
胶粒是大量分子的聚集体，Hamaker假设，胶粒间的相互作
用等于组成它们的各分子对之间相互作用的加和。由此推导出 不同形式粒子间的Vander waals引力势能。
（1）两等同球形粒子： EA
可阻止粒子由于热运动碰撞而产生的聚沉。第一极小值比第二
极小值低得多，当粒子落入第一极小值时，形成的沉淀紧密而 稳定；而在第二极小值时，体系中形成的结构是疏散的，且不
牢固，不稳定，外界稍有扰动，结构就被破坏，这种体系具有
触变性或剪切稀释性。
三、DLVO理论
4．表面电势对势能曲线的影响
对势能曲线最重要也是 最敏感的因素是表面电势。 一般来说，表面电势是无法 确定的，而实验易于测定的 是电势，因此常用来估算双
10kT 0=32mv 20kT 0=25.6mv 0=19.2mv
10kT
势 能
0 0=12.8mv 0=0mv 20kT
距离
电层重叠时的排斥势能。下
图是表面势能的变化对总势
能曲线和势垒大小的影响。 表面电势0 对势能曲线的影响
三、DLVO理论
外界因素（如电解质浓度等）强烈地影响胶粒之间的排斥势能ER。
CCCC 常数
3 (kT)5 0 4
A2 Z 6
三、DLVO理论
该式表明，临界聚沉浓度与离子价数的六次方成
反比，这与Schulze-Hardy经验规则相符，证明了DLVO 理论的合理性。 对带电胶体质点的稳定性，DLVO理论是相当成功 的，但对有些现象，DLVO理论是无能为力的，如某些 高分子和表面活性剂稳定胶体的现象。 此外，另一个要考虑的因素是溶剂化层的影响。
二、聚沉作用（coagulation）
胶体粒子带有电荷时，由双电层模型知道其周围是离子氛。当粒 子相互靠近，离子氛发生重叠，因静电斥力而阻止粒子的聚集，使其 具有一定的聚集稳定性。
离子氛示意图
（大圆圈表示正电荷的作用范围）
离子氛靠近、重叠
二、聚沉作用（coagulation）
而当向溶胶中加入无机电解质时，因能压缩扩散双电层厚
exp( Ze 0 / 2kT) 1 0 exp( Ze 0 / 2kT) 1
三、DLVO理论
（2）两平行的等同板状粒子单位面积上的斥力势能
ER
64 n0 k T 0
2
exp( H )