第5章 胶体
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胶体化学第5章胶体的稳定性
体的移动速度来计算电渗和电动现象，从而判断胶体的稳定性。
02 03
沉降法
沉降法是通过测量胶体在重力场中的沉降速度来判断其稳定性。如果沉 降速度很快，说明胶体的稳定性较差；如果沉降速度很慢，说明胶体的 稳定性较好。
光学法
光学法是通过观察胶体在光学显微镜下的形态来判断其稳定性。如果观 察到明显的聚沉现象，说明胶体的稳定性较差；如果没有观察到明显的 聚沉现象，说明胶体的稳定性较好。
反絮凝
是指通过某些措施使已经 絮凝的胶体重新分散成小 聚集体的过程。
04 胶体的应用
胶体在化学工业中的应用
胶体在化学工业中有着广泛的应用， 如涂料、颜料、粘合剂、印染等。胶 体作为分散相，能够提高产品的性能 和稳定性，改善产品的外观和手感。
胶体在化学工业中还可以用于制备功 能性材料，如光敏材料、电绝缘材料 ห้องสมุดไป่ตู้磁性材料等，以满足不同领域的需 求。
A
B
C
D
电子信息领域
利用胶体化学制备高性能的电子材料和器 件，推动电子信息技术的进步和发展。
能源与催化领域
利用胶体化学制备高效催化剂和燃料添加 剂，提高能源利用效率和减少环境污染。
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分散剂的作用
分散剂可以降低胶体粒子 之间的相互作用力，使胶 体粒子在介质中均匀分散。
分散剂的种类
常用的分散剂包括表面活 性剂、高分子物质等。
胶体的絮凝与反絮凝
胶体的絮凝
是指在某些条件下，胶体 粒子通过相互作用形成较 大聚集体的现象。
絮凝的条件
电解质、高分子物质、温 度变化等都可能引起胶体 的絮凝。
根据分散相粒子的大小，胶体可 分为粗分散体系、溶胶、高分子 溶液和缔合胶体等。
第5章 凝聚与絮凝
第5章凝聚与絮凝本章提要：介绍胶体的结构与特性，絮凝与凝聚的概念，混凝机理，混凝剂与助凝剂性质与投加方法，混凝构筑物的设计与计算，混凝过程的运行与管理等。
在水处理过程中，混凝的效果直接影响后续沉淀与过滤工艺的处理效率。
通过本章的学习，应掌握胶体的结构特性及水的混凝过程，以及常用混凝剂的作用机理与投加方法。
能够运用相关水处理原理及公式进行水的混凝设施的设计与计算。
本章重点：胶体的结构、特性及絮凝与凝聚机理、混凝剂的特性，混凝构筑物的设计与计算。
本章难点：混凝机理。
5.1 胶体结构与性质水中的悬浮杂质大都可通过自然沉淀去除，但粒径微小的悬浮颗粒在很长的时间内不会自行沉淀下来，它们被称为胶体颗粒。
胶体多指固体粒子分散在液体介质中，又称溶胶。
一种或几种物质分散在另一种物质中所构成的系统称为分散系统，其中被分散的物质称分散相，另一种物质则称为分散介质。
水与水中均匀分布的细小颗粒所组成的分散体系，按颗粒的大小分为以下三类：颗粒小于0.001μm的分子和离子形成的水溶液为真溶液，它不会引起光的散射，因此水溶液呈透明状；颗粒尺寸为0.001～0.1μm（可放宽到1μm）的称为胶体溶液；颗粒大于1μm的称悬浮液。
5.1.1 胶体的特性胶体是一种具有高分散性的的分散系统。
在分散系统中，分散相粒子（质点）半径为10-9～10-7m的称胶体，粒子半径为10-7～10-5m时则称粗分散系统，例如悬浮液（如泥浆）、乳状液(如牛奶)等。
胶体具有多相性，是多相系统。
其中的粒子和介质是两个不同的相，这是它与真溶液的主要区别之一。
由于胶体的高度分散，使它有很大的相界面，具有很高的界面能。
如直径为10nm的金溶胶，当其粒子的总体积为1 cm3时，其表面积可达600 m3。
胶体区别于其他分散系统的基本特性：（1）光学特性（丁达尔效应）当有一束可见光通过胶体溶液，从与光束前进方向垂直的侧面进行观察，可以看到溶胶中呈现一束混浊发亮的光柱，这种现象称为丁达尔效应。
第五章胶体的稳定性
R 其中：
64 n KT 2 0 2 k) d 0exp( k
式5-10
exp( Ze KT ) 1 0/2 0 exp( Ze KT ) 1 0/2
R 表示两平板质点的双电层在单位面积上的相互排斥能（斥力位能）。
当 0 很高时，Ze 0 >>1，则 0 →1， R 与 0 无关
§5-1 电解质的聚沉作用
一、聚沉与老化
聚沉：胶粒聚集变大而沉淀的过程，与沉淀反应不同， 因聚沉电解质的量远少于沉淀量，其间不存在当量关系。
老化：由于小颗粒具有大的溶解度，静止时，溶液中的 小颗粒溶解，大颗粒长大，直到形成分散度较单一的大颗粒 ，这一过程称为老化。
二、聚沉值及其测定方法
聚沉值：在指定条件下，使溶胶聚沉所需电解质的最 低浓度，以mol/L表示。
一、胶粒间的范德华吸引能
a、永久偶极之间 1、分子间的范德华吸引能
对于同种分子
b、色散吸引能 c、诱导偶极与永久偶极之间
6 x 分
式5-1 （六次律）
式中： 分 ：分子间总的范德华引力
2 2 3 2 2 hv 3 KT 4
式5-2
x：分子间距离 α ：分子的极化度
对斥能峰的高低有较大影响。 ② s 的影响 ， A与 0无关，而 0 随 A 上升而增加，所以 R 2 0 与A相同时，势垒能 s 增加而上升。 泥浆不抗盐是因为电解质对双电层的压缩，使 s下降 ，势垒下降。
R 2 ，所以A与 不变时， ③ 的影响 A与 无关， 0 越小，双电层越厚，势垒越高。
1 1 1 ∶ ∶ 1 2 3
6
6
6
聚沉值与离子价数的6次方成反比，即schulze-hardy 规则。除了反离子外，同号离子的性质、大小均对聚沉值 有影响。
64 n KT 2 0 2 k) d 0exp( k
式5-10
exp( Ze KT ) 1 0/2 0 exp( Ze KT ) 1 0/2
R 表示两平板质点的双电层在单位面积上的相互排斥能（斥力位能）。
当 0 很高时，Ze 0 >>1，则 0 →1， R 与 0 无关
§5-1 电解质的聚沉作用
一、聚沉与老化
聚沉：胶粒聚集变大而沉淀的过程，与沉淀反应不同， 因聚沉电解质的量远少于沉淀量，其间不存在当量关系。
老化：由于小颗粒具有大的溶解度，静止时，溶液中的 小颗粒溶解，大颗粒长大，直到形成分散度较单一的大颗粒 ，这一过程称为老化。
二、聚沉值及其测定方法
聚沉值：在指定条件下，使溶胶聚沉所需电解质的最 低浓度，以mol/L表示。
一、胶粒间的范德华吸引能
a、永久偶极之间 1、分子间的范德华吸引能
对于同种分子
b、色散吸引能 c、诱导偶极与永久偶极之间
6 x 分
式5-1 （六次律）
式中： 分 ：分子间总的范德华引力
2 2 3 2 2 hv 3 KT 4
式5-2
x：分子间距离 α ：分子的极化度
对斥能峰的高低有较大影响。 ② s 的影响 ， A与 0无关，而 0 随 A 上升而增加，所以 R 2 0 与A相同时，势垒能 s 增加而上升。 泥浆不抗盐是因为电解质对双电层的压缩，使 s下降 ，势垒下降。
R 2 ，所以A与 不变时， ③ 的影响 A与 无关， 0 越小，双电层越厚，势垒越高。
1 1 1 ∶ ∶ 1 2 3
6
6
6
聚沉值与离子价数的6次方成反比，即schulze-hardy 规则。除了反离子外，同号离子的性质、大小均对聚沉值 有影响。
基础化学第五章胶体
不同电解质对几种溶胶的临界聚沉浓度/mmol· L-1
As2S2(负溶胶) LiCl 58 NaCl 51 KCl 49.5 AgI(负溶胶) LiNO3 165 NaNO3 140 KNO3 136 Al2O3(正溶胶) NaCl 43.5 KCl 46 KNO3 60 K2SO4 K2Cr2O7 0.30 0.63
二、胶体分散系 2. 表面能
液体有自动缩小表面积的趋势。小的液滴聚 集变大，可以缩小表面积，降低表面能。表 面积减小过程是自发过程。 这个结论对固体物质同样适用。高度分散的 溶胶比表面大，所以表面能也大，它们有自 动聚积成大颗粒而减少表面积的趋势，称为 聚结不稳定性。
第二节 溶胶
一．
溶胶的基本性质
内旋转：分子链中 许多C-C单键， C 原子以sp3杂化，单 键能在键角不变条 件下绕键轴旋转。 柔性：内旋转导致 碳链构型改变，高 分子长链两端的距 离也随之改变。
第三节 高分子溶液
3.
高分子溶液的形成
①
②
③
溶胀：溶剂进入高分子链， 导致化合物舒展，体积成 倍增长。 高分子化合物先溶胀，后 溶解。 与水分子亲和力很强的高 分子化合物形成水合膜： 稳定性的主要原因。
上：高分子化合物在良溶 剂中 下：高分子化合物在不良 溶剂中
第三节 高分子溶液
二．
聚电解质溶液
蛋白质等高分子化合物在水溶液中往往以离子 形式存在，称为聚电解质（polyelectrolyte） 特征：
1.
①
链上有荷电基团很多
②
③ ④
电荷密度很大 对极性溶剂分子的亲合力很强 分为阳离子、阴离子、两性离子三类。
126 2.40 2.60 2.43 0.067 0.069 0.069
胶体化学第5章 胶体的稳定性
12 H
式中，VA为范德华引力势能（为负值）；a是球半径；H是两球最短 距离；A是Hamaker常数 。 两平行的等同平板粒子：
VA A 12 D
2
式中，D是两板间距。
上两式表明，VA随距离的增大而下降。 Hamaker常数A是一个重要的参数，它与粒子性质有关，是物质的 特性常数，具有能量的单位，在10－19~10－20J之间。下表是一些物质的 Hamaker常数。
影响絮凝作用的主要因素有： ①絮凝剂的分子结构 絮凝效果好的高分子应有直链结 构，交联和支链结构的效果差。应有水化基团和架桥 功能，电离度越大，荷电越多，分子越伸展，利于架 桥；但若高分子与胶粒荷相同电性时，带电多，产生 静电斥力不利于絮凝。 ②絮凝剂的分子量 分子量越大越好，但过大时，不容 性和远距离则不利絮凝，一般分子量在106左右。 ③絮凝剂的浓度 研究表明存在一个最佳浓度，为胶 粒表面饱和吸附量一般是最好，可见上图示。 ④搅拌 要均匀，不可带激烈。 ⑤酸性和盐 它们对絮凝影响很大。 下面给出了一些代表性的高分子絮凝剂：
4．临界聚沉浓度 电解质是影响V的重要因素之一。见下图示。电解质浓度大（κ亦大）， 势垒越低。把势垒值为零时的电解质浓度称为临界聚沉浓度，用Cccc表 示。根据DLVO理论的势能公式，可得到
C ccc 常数
（ kT )
3 5
4 0
A z
2
6
这表明，Cccc 与离子价数的六次 方成反比，这与Schulze-Hardy经 验规则相符，也证明了DLVO理 论的合理性。
4.3 高分子的稳定性和絮凝作用
1.空间稳定作用 人们很早就发现高分子物质对溶胶具有稳定作用。稳定机理有如下几 个原因。 ①带电高分子吸附後会增加胶粒间的静电斥力势能。 ②高分子吸附层通常能减小Hamaker常数，从而降低粒子间的范德华 引力势能。 ③带有高分子吸附层的胶粒相互接近时，吸附层的重叠会产生新的斥 力势能阻止粒子聚集。这种稳定作用称为空间稳定作用，产生的斥力势 能称为空间斥力势能，用VS表示。这样粒子间总的相互作用势能为 V = VA + VR + VS
式中，VA为范德华引力势能（为负值）；a是球半径；H是两球最短 距离；A是Hamaker常数 。 两平行的等同平板粒子：
VA A 12 D
2
式中，D是两板间距。
上两式表明，VA随距离的增大而下降。 Hamaker常数A是一个重要的参数，它与粒子性质有关，是物质的 特性常数，具有能量的单位，在10－19~10－20J之间。下表是一些物质的 Hamaker常数。
影响絮凝作用的主要因素有： ①絮凝剂的分子结构 絮凝效果好的高分子应有直链结 构，交联和支链结构的效果差。应有水化基团和架桥 功能，电离度越大，荷电越多，分子越伸展，利于架 桥；但若高分子与胶粒荷相同电性时，带电多，产生 静电斥力不利于絮凝。 ②絮凝剂的分子量 分子量越大越好，但过大时，不容 性和远距离则不利絮凝，一般分子量在106左右。 ③絮凝剂的浓度 研究表明存在一个最佳浓度，为胶 粒表面饱和吸附量一般是最好，可见上图示。 ④搅拌 要均匀，不可带激烈。 ⑤酸性和盐 它们对絮凝影响很大。 下面给出了一些代表性的高分子絮凝剂：
4．临界聚沉浓度 电解质是影响V的重要因素之一。见下图示。电解质浓度大（κ亦大）， 势垒越低。把势垒值为零时的电解质浓度称为临界聚沉浓度，用Cccc表 示。根据DLVO理论的势能公式，可得到
C ccc 常数
（ kT )
3 5
4 0
A z
2
6
这表明，Cccc 与离子价数的六次 方成反比，这与Schulze-Hardy经 验规则相符，也证明了DLVO理 论的合理性。
4.3 高分子的稳定性和絮凝作用
1.空间稳定作用 人们很早就发现高分子物质对溶胶具有稳定作用。稳定机理有如下几 个原因。 ①带电高分子吸附後会增加胶粒间的静电斥力势能。 ②高分子吸附层通常能减小Hamaker常数，从而降低粒子间的范德华 引力势能。 ③带有高分子吸附层的胶粒相互接近时，吸附层的重叠会产生新的斥 力势能阻止粒子聚集。这种稳定作用称为空间稳定作用，产生的斥力势 能称为空间斥力势能，用VS表示。这样粒子间总的相互作用势能为 V = VA + VR + VS
第五章 胶体
(2)同价反离子的聚沉能力虽相差不大， 但也有所不同。 如:一价正离子(对负溶胶)聚沉能力： H+﹥ Cs+﹥ Rb+﹥ NH4+﹥ K+﹥ Na+﹥ Li+
一价负离子(对正溶胶)聚沉能力：
F- ﹥Cl- ﹥Br- ﹥I -﹥CNS-
(3)一些有机物离子具有非常强的聚沉能 力。特别是一些表面活性剂(脂肪酸盐)和聚酰 胺类化合物的离子,能有效地破坏溶胶使之聚 沉,这可能是有机物离子能被胶核强烈吸附的 缘故。 2.溶胶的相互聚沉：带相反电荷的溶胶有 相互聚沉能力。例如，用明矾净水*。
2.表面自由能(surface free energy) 任何两相的界面分子与其相内分子所处状况
不同,它们的能量也不同（图5-1）。 等温等压下的表面能称为表面自由能。 系统表面自由能和表面积的关系为
气相
液相
图5-1 液体内部及表层分子 受力情况示意图
dG表=dS (13.1) S ---系统表面积， ---比表面自由能，简称 比表面能（specific surface energy) 若dG表＜0，则dS＜0， 即：表面积缩小过程是自发过程。 故：液体呈球形是自发过程。 此结论对固体物质(dS＜0)同样适用*。 高度分散的溶胶比表面大，所以表面能也大， 它们有自动聚积成大的颗粒而减小表面积的趋势， 称为聚结不稳定。 是热力学不稳定体系。
沸腾 FeCl 3 +3H 2 O F e(O H ) 3 +3H C l
部分Fe(OH)3与HCl作用：
Fe (O H ) 3 + H C l
Fe O C l+ 3 H 2 O
FeOCl
FeO +Cl
+
一价负离子(对正溶胶)聚沉能力：
F- ﹥Cl- ﹥Br- ﹥I -﹥CNS-
(3)一些有机物离子具有非常强的聚沉能 力。特别是一些表面活性剂(脂肪酸盐)和聚酰 胺类化合物的离子,能有效地破坏溶胶使之聚 沉,这可能是有机物离子能被胶核强烈吸附的 缘故。 2.溶胶的相互聚沉：带相反电荷的溶胶有 相互聚沉能力。例如，用明矾净水*。
2.表面自由能(surface free energy) 任何两相的界面分子与其相内分子所处状况
不同,它们的能量也不同（图5-1）。 等温等压下的表面能称为表面自由能。 系统表面自由能和表面积的关系为
气相
液相
图5-1 液体内部及表层分子 受力情况示意图
dG表=dS (13.1) S ---系统表面积， ---比表面自由能，简称 比表面能（specific surface energy) 若dG表＜0，则dS＜0， 即：表面积缩小过程是自发过程。 故：液体呈球形是自发过程。 此结论对固体物质(dS＜0)同样适用*。 高度分散的溶胶比表面大，所以表面能也大， 它们有自动聚积成大的颗粒而减小表面积的趋势， 称为聚结不稳定。 是热力学不稳定体系。
沸腾 FeCl 3 +3H 2 O F e(O H ) 3 +3H C l
部分Fe(OH)3与HCl作用：
Fe (O H ) 3 + H C l
Fe O C l+ 3 H 2 O
FeOCl
FeO +Cl
+
第5章胶体溶液和表面现象
• （ 分从 散分 相散 颗相粒的大组小成看看属是胶单体个分分散子系—）—“真溶液”，从
2020/2/12
22
二 高分子化合物溶液的特点
• 1、稳定性大
– 稳定的主要因素是在溶液中水化能力很强，高 分子化合物能通过氢键与水形成一层很厚的水 化膜。
• 2、粘度大 • 3、溶解的可逆性
– 高分子化合物从溶剂中分离出来以后，再加入 原来的溶剂，又能得到原来状态的真溶液。胶 体溶液一旦聚沉以后，再加入原来的分散剂不 能再形成胶体溶液。
乳化剂：能增加乳浊液稳定性的物质。 乳化作用：乳化剂使乳浊液稳定的作用。
2020/2/12
38
乳浊液
类型:水包油（O/W）：水是分散剂，油 是分散质。如：牛奶 油包水（W/O）：油是分散剂，水是分散质。 如：原油 乳化剂决定乳浊液的类型。
2020/2/12
39
亲水乳化剂有钾肥皂、钠肥皂、十二烷基磺酸 钠、蛋白质、动物胶等； 亲油乳化剂有钙、镁、锌二价金属肥皂，高级 醇类、石墨、碳黑等。
第五章 胶体溶液和表面现象
第一节 胶体溶液
2020/2/12
1
分散系的分类
胶体分散系包括溶胶、高分子溶液。
2020/2/12
2
一、胶体溶液的性质
• （一）溶剂的光学性质——丁铎尔(Tyndall)效应
– 如果将一束强光射入胶体溶液，在光束的垂直方向 上可以看到一条发亮的光柱，这种现象称为丁达尔 效应，又称乳光效应。
• 一高分子化合物的概念
• （一）定义：高分子化合物（又称大分子 化合物）是指相对分子质量在一万以上， 甚至高达几百万的物质。
•
（二）分类：天然高分子化合物和合成高 分子化合物。
• （三）特点
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二 高分子化合物溶液的特点
• 1、稳定性大
– 稳定的主要因素是在溶液中水化能力很强，高 分子化合物能通过氢键与水形成一层很厚的水 化膜。
• 2、粘度大 • 3、溶解的可逆性
– 高分子化合物从溶剂中分离出来以后，再加入 原来的溶剂，又能得到原来状态的真溶液。胶 体溶液一旦聚沉以后，再加入原来的分散剂不 能再形成胶体溶液。
乳化剂：能增加乳浊液稳定性的物质。 乳化作用：乳化剂使乳浊液稳定的作用。
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乳浊液
类型:水包油（O/W）：水是分散剂，油 是分散质。如：牛奶 油包水（W/O）：油是分散剂，水是分散质。 如：原油 乳化剂决定乳浊液的类型。
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亲水乳化剂有钾肥皂、钠肥皂、十二烷基磺酸 钠、蛋白质、动物胶等； 亲油乳化剂有钙、镁、锌二价金属肥皂，高级 醇类、石墨、碳黑等。
第五章 胶体溶液和表面现象
第一节 胶体溶液
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1
分散系的分类
胶体分散系包括溶胶、高分子溶液。
2020/2/12
2
一、胶体溶液的性质
• （一）溶剂的光学性质——丁铎尔(Tyndall)效应
– 如果将一束强光射入胶体溶液，在光束的垂直方向 上可以看到一条发亮的光柱，这种现象称为丁达尔 效应，又称乳光效应。
• 一高分子化合物的概念
• （一）定义：高分子化合物（又称大分子 化合物）是指相对分子质量在一万以上， 甚至高达几百万的物质。
•
（二）分类：天然高分子化合物和合成高 分子化合物。
• （三）特点
5胶体与溶液
沸点上升： △Tb= Kb×bB = 0.52 × 0.54 = 0.28(K) 溶液的沸点:
Tb=373.15+0.28=373.43(K)
例2 2.76 g甘油溶于200 g水中，测得凝固点
下降值为0.279 ℃ ，求甘油的摩尔质量。
解：水是溶剂，查表得到水的kf = 1.86 K· kg· mol-1
（一）质量分数 在混合物中，物质B的质量(mB)与混合物总质 量(m)之比，称为物质B的质量分数(wB)。 wB = mB / m （二）物质的量浓度 单位体积溶液含溶质的物质的量称为物质的量 浓度。单位mol· L-1 cB = nB / V
物质的量浓度与微观基本单元的选择有关。
（三）质量摩尔浓度
加于溶液上的最小的额外压力。
试验表明，难挥发、非电解质、稀溶液的渗透压
与溶液的物质的量浓度及绝对温度成正比。
n c R T RT V
ｎ：物质的量 Ｖ：溶液体积 Ｔ：溶液的绝对温度 Ｒ：同气体状态函数, 8.314 kPa· L· mol-1K-1
•在一定温度和体积下，渗透压只与溶质的粒子数有 关，而与溶质溶剂的本性无关 。
带正电荷移向→阴极
带负电荷移向→阳极
• 电渗：溶胶在电场作用下，使固体胶粒不
动而使液体介质在电场中发生定向移动现
象。
溶胶粒子带电的主要原因 ：
（1）吸附作用：氢氧化铁溶胶，该溶胶是FeCl3 溶 液在沸水中水解而制成的。在整个水解过程中， 有大量的FeO+存在，由于Fe(OH)3 对FeO+的吸附
bB = nB / mA = 0.1 mol / 0.050 kg= 2 mol· kg-1
三、稀溶液的依数性
• 稀溶液：难挥发、非电解质的稀溶液。 • 如果没有给出密度值，稀溶液的密度可以取1。 • 稀溶液与电解质溶液都属于真溶液分散系。 • 溶液的性质有两类：Ⅰ.取决于溶质的本性，如溶 液的颜色、导电率等 ——溶液的个性；Ⅱ.取决于 溶质的数量，即与溶质的本性无关，只与溶质的 数量多少有关——溶液的通性。
Tb=373.15+0.28=373.43(K)
例2 2.76 g甘油溶于200 g水中，测得凝固点
下降值为0.279 ℃ ，求甘油的摩尔质量。
解：水是溶剂，查表得到水的kf = 1.86 K· kg· mol-1
（一）质量分数 在混合物中，物质B的质量(mB)与混合物总质 量(m)之比，称为物质B的质量分数(wB)。 wB = mB / m （二）物质的量浓度 单位体积溶液含溶质的物质的量称为物质的量 浓度。单位mol· L-1 cB = nB / V
物质的量浓度与微观基本单元的选择有关。
（三）质量摩尔浓度
加于溶液上的最小的额外压力。
试验表明，难挥发、非电解质、稀溶液的渗透压
与溶液的物质的量浓度及绝对温度成正比。
n c R T RT V
ｎ：物质的量 Ｖ：溶液体积 Ｔ：溶液的绝对温度 Ｒ：同气体状态函数, 8.314 kPa· L· mol-1K-1
•在一定温度和体积下，渗透压只与溶质的粒子数有 关，而与溶质溶剂的本性无关 。
带正电荷移向→阴极
带负电荷移向→阳极
• 电渗：溶胶在电场作用下，使固体胶粒不
动而使液体介质在电场中发生定向移动现
象。
溶胶粒子带电的主要原因 ：
（1）吸附作用：氢氧化铁溶胶，该溶胶是FeCl3 溶 液在沸水中水解而制成的。在整个水解过程中， 有大量的FeO+存在，由于Fe(OH)3 对FeO+的吸附
bB = nB / mA = 0.1 mol / 0.050 kg= 2 mol· kg-1
三、稀溶液的依数性
• 稀溶液：难挥发、非电解质的稀溶液。 • 如果没有给出密度值，稀溶液的密度可以取1。 • 稀溶液与电解质溶液都属于真溶液分散系。 • 溶液的性质有两类：Ⅰ.取决于溶质的本性，如溶 液的颜色、导电率等 ——溶液的个性；Ⅱ.取决于 溶质的数量，即与溶质的本性无关，只与溶质的 数量多少有关——溶液的通性。
第05章胶体
散射现象的强弱：
颗粒越大、越多；折光率相差越大散射越强。
（二）动力学性质——Brownian movement
1 Brownian movement：显微镜下可见胶体粒 子作不断改变速度和方向的无规则运动
颗粒越小， 温度越高， 布朗运动 越剧烈。
布朗运动 并不是胶 体特有的 性质。
2 扩散与沉降平衡 当溶胶中的胶粒存在浓度差时，胶粒从浓度 大的区域向浓度小的区域迁移，这种现象叫 扩散。
（一）溶胶的光学性质
当一束强光透过胶体时，可以看到一条光亮的 通路，这种现象叫做丁达尔现象。
用这种方法可以区别溶液和胶体。
产生原因：当颗粒大小d小于入射光波长入时 ，光环绕颗粒除入射光方向外，还向各方向散 射，即每个颗粒又作为一个光源，向各方向发 射光，散射出来的光称乳光。
产生条件： ①颗粒大小合适，d<λ（1-100nm之间） ②分散相折光率(n1)与分散介质折光率（n2）不 同。
氨基酸的 带电状态和在电场中的状况： 等电点
pH = pI pH < pI pH > pI
净电荷为零 带正电荷 带负电荷
在电场中不移动
在电场中移向负极
在电场中移向正 极
4 蛋白质在等电点时的性质
5 溶解度、黏度、渗透压、膨胀性最小 三 高分子溶液稳定性的破坏
加入高浓度无机盐，使蛋白质沉淀析出叫盐析。 实质是使蛋白质脱水，破坏水化膜，而析出。 盐析与溶胶聚沉不同： ①盐析用量大，聚沉用量少 ②盐析时正、负离子均起作用，聚沉时只与胶 粒电性相反的离子起作用。 ③除去电介质，蛋白质可以重新溶解即具可逆 性，而溶胶聚沉是不可逆的。
在胶体溶液中加入电解质，迫使一部分反离子 进入吸附层，使扩散层变薄，当电解质浓度加 大时，扩散层厚度可趋于零，在电场中不泳动
颗粒越大、越多；折光率相差越大散射越强。
（二）动力学性质——Brownian movement
1 Brownian movement：显微镜下可见胶体粒 子作不断改变速度和方向的无规则运动
颗粒越小， 温度越高， 布朗运动 越剧烈。
布朗运动 并不是胶 体特有的 性质。
2 扩散与沉降平衡 当溶胶中的胶粒存在浓度差时，胶粒从浓度 大的区域向浓度小的区域迁移，这种现象叫 扩散。
（一）溶胶的光学性质
当一束强光透过胶体时，可以看到一条光亮的 通路，这种现象叫做丁达尔现象。
用这种方法可以区别溶液和胶体。
产生原因：当颗粒大小d小于入射光波长入时 ，光环绕颗粒除入射光方向外，还向各方向散 射，即每个颗粒又作为一个光源，向各方向发 射光，散射出来的光称乳光。
产生条件： ①颗粒大小合适，d<λ（1-100nm之间） ②分散相折光率(n1)与分散介质折光率（n2）不 同。
氨基酸的 带电状态和在电场中的状况： 等电点
pH = pI pH < pI pH > pI
净电荷为零 带正电荷 带负电荷
在电场中不移动
在电场中移向负极
在电场中移向正 极
4 蛋白质在等电点时的性质
5 溶解度、黏度、渗透压、膨胀性最小 三 高分子溶液稳定性的破坏
加入高浓度无机盐，使蛋白质沉淀析出叫盐析。 实质是使蛋白质脱水，破坏水化膜，而析出。 盐析与溶胶聚沉不同： ①盐析用量大，聚沉用量少 ②盐析时正、负离子均起作用，聚沉时只与胶 粒电性相反的离子起作用。 ③除去电介质，蛋白质可以重新溶解即具可逆 性，而溶胶聚沉是不可逆的。
在胶体溶液中加入电解质，迫使一部分反离子 进入吸附层，使扩散层变薄，当电解质浓度加 大时，扩散层厚度可趋于零，在电场中不泳动
材料表面与界面 第5章 胶体
第五章 胶体
胶体是一定分散范围内物质存在的一种状态， 而不是物质固有的特性。
胶体是高度分散的体系，具有很大的表面积
有扩散慢和不能透过半透膜，推断不是以小 分子而是以大粒子形式分散在介质中
胶体粒子在重力场重不沉降或沉降速度极慢， 推断分散质点不会太大，约1nm-1μm
5.1 什么是胶体？
将一把泥土放入水中
• Brown 运动 • 胶粒的扩散 • 溶胶的渗透压 • 沉降平衡 • 高度分布定律
Brown运动 (Brownian motion)
1827 年植物 学家布朗 （Brown)用显微 镜观察到悬浮在 液面上的花粉粉 末不断地作不规 则的运动。
粒子越小，布朗运动越激烈。当 半径大于5 m，Brown运动消
影响粘土结合水量的因素有粘土矿物组成、粘土 分散度、粘土吸附阳离子种类等。
粘土与水结合情况示意图
三 、粘土胶体的电动电位 （1）电动性质：在电场或其他力场作用下，固体
颗粒或液相相对另一相作相对位移时所表现出来的电 学性质。
（2）扩散双电层的形成 a、吸附层：在外电场作用下，被粘土质点牢固
吸附的水化阳离子层。 这一层随粘土质点一起向正极移动 b、扩散层：吸附层以外的、定向程度较差的水
胶团(电中性)
胶核 胶粒状对胶体性质有重 要影响。
质点为球形的，流动性较好；若为带状的， 则流动性较差，易产生触变现象。
胶粒的形状
例如：（1）聚苯乙烯胶乳是球形质点 （2） V2O5 溶胶是带状的质点 （3） Fe(OH)3 溶胶是丝状的质点
5.2 溶胶的动力性质
续的网状骨架，骨架孔隙中充有液体或者气体，凝胶中分散相的含 量很低，一般在1-3%之间
溶胶是由孤立的细小粒子或者大分子 组成，分散在液体中的胶体体系，液 体一般为水或乙醇。
胶体是一定分散范围内物质存在的一种状态， 而不是物质固有的特性。
胶体是高度分散的体系，具有很大的表面积
有扩散慢和不能透过半透膜，推断不是以小 分子而是以大粒子形式分散在介质中
胶体粒子在重力场重不沉降或沉降速度极慢， 推断分散质点不会太大，约1nm-1μm
5.1 什么是胶体？
将一把泥土放入水中
• Brown 运动 • 胶粒的扩散 • 溶胶的渗透压 • 沉降平衡 • 高度分布定律
Brown运动 (Brownian motion)
1827 年植物 学家布朗 （Brown)用显微 镜观察到悬浮在 液面上的花粉粉 末不断地作不规 则的运动。
粒子越小，布朗运动越激烈。当 半径大于5 m，Brown运动消
影响粘土结合水量的因素有粘土矿物组成、粘土 分散度、粘土吸附阳离子种类等。
粘土与水结合情况示意图
三 、粘土胶体的电动电位 （1）电动性质：在电场或其他力场作用下，固体
颗粒或液相相对另一相作相对位移时所表现出来的电 学性质。
（2）扩散双电层的形成 a、吸附层：在外电场作用下，被粘土质点牢固
吸附的水化阳离子层。 这一层随粘土质点一起向正极移动 b、扩散层：吸附层以外的、定向程度较差的水
胶团(电中性)
胶核 胶粒状对胶体性质有重 要影响。
质点为球形的，流动性较好；若为带状的， 则流动性较差，易产生触变现象。
胶粒的形状
例如：（1）聚苯乙烯胶乳是球形质点 （2） V2O5 溶胶是带状的质点 （3） Fe(OH)3 溶胶是丝状的质点
5.2 溶胶的动力性质
续的网状骨架，骨架孔隙中充有液体或者气体，凝胶中分散相的含 量很低，一般在1-3%之间
溶胶是由孤立的细小粒子或者大分子 组成，分散在液体中的胶体体系，液 体一般为水或乙醇。
第五章胶体和胶体的稳定性
1)反离子的价数起主要作用：反离子 价数越高，聚沉能 力越大。 粗略估计： 聚沉值? 1/Z 6，聚沉能力? Z 6
?? 舒尔策-哈迪（ Schultz-Hardy ）规则
Schulze-Hardy规则
聚沉能力主要决定于胶粒带相反电荷的离子的价数。 聚沉值与异电性离子价数的六次方成反比 ，这就是
Schulze-Hardy 规则。
电泳与电渗电泳与电渗return电位离子反离子扩散层胶团边界滑动面胶粒吸附层电位电位胶体的结构胶体的结构产品产品墨水墨水纳米防水剂纳米防水剂碳纳米管碳纳米管废水处理废水处理处理的效果处理的效果锅炉污垢沉积锅炉污垢沉积气体尘埃气体尘埃33溶胶的稳定与聚沉溶胶的稳定与聚沉胶体具有较大的表面积较大的比表面胶体具有较大的表面积较大的比表面积因而在热力学上是不稳定的
思考题：如何除去空气中的尘埃？
形成结构紧 密而又稳定 0 的沉积物
第一最小值
ER
形成疏松
左 图 中 ， EA 为引力势能，
E
的聚沉物 ER 为 斥 力 势 能
实线 E 为总势能。
E max
b
EA
a
在粒子 距 离
x（粒子间距离） 接近a 时，达
到第二最小
值，其值为
第二最小值
几个kT 。
粒子在此处可形成疏松的不稳定的聚沉物。当外界环境变化 时，这种聚沉物可重新分离生成溶胶。
思考题
? 如何提高天然染料的稳定性？ ? 天然染料的特点：
? 天然可再生资源 ? 多种保健功能： 防紫外线 抗老化 延缓衰老 ? 自然大方的染色效果
天然染料分子中的基本单元
表儿茶素棓酸酯（ ECG）表棓儿茶素棓酸酯（ EGCG）
4.溶胶的聚沉
定义： 溶胶中分散相微粒互相聚结，颗粒变大，进而 发生沉淀的现象称为聚沉。
?? 舒尔策-哈迪（ Schultz-Hardy ）规则
Schulze-Hardy规则
聚沉能力主要决定于胶粒带相反电荷的离子的价数。 聚沉值与异电性离子价数的六次方成反比 ，这就是
Schulze-Hardy 规则。
电泳与电渗电泳与电渗return电位离子反离子扩散层胶团边界滑动面胶粒吸附层电位电位胶体的结构胶体的结构产品产品墨水墨水纳米防水剂纳米防水剂碳纳米管碳纳米管废水处理废水处理处理的效果处理的效果锅炉污垢沉积锅炉污垢沉积气体尘埃气体尘埃33溶胶的稳定与聚沉溶胶的稳定与聚沉胶体具有较大的表面积较大的比表面胶体具有较大的表面积较大的比表面积因而在热力学上是不稳定的
思考题：如何除去空气中的尘埃？
形成结构紧 密而又稳定 0 的沉积物
第一最小值
ER
形成疏松
左 图 中 ， EA 为引力势能，
E
的聚沉物 ER 为 斥 力 势 能
实线 E 为总势能。
E max
b
EA
a
在粒子 距 离
x（粒子间距离） 接近a 时，达
到第二最小
值，其值为
第二最小值
几个kT 。
粒子在此处可形成疏松的不稳定的聚沉物。当外界环境变化 时，这种聚沉物可重新分离生成溶胶。
思考题
? 如何提高天然染料的稳定性？ ? 天然染料的特点：
? 天然可再生资源 ? 多种保健功能： 防紫外线 抗老化 延缓衰老 ? 自然大方的染色效果
天然染料分子中的基本单元
表儿茶素棓酸酯（ ECG）表棓儿茶素棓酸酯（ EGCG）
4.溶胶的聚沉
定义： 溶胶中分散相微粒互相聚结，颗粒变大，进而 发生沉淀的现象称为聚沉。
第5章 凝聚与絮凝
第5章凝聚与絮凝本章提要：介绍水中胶体的结构与稳定性，絮凝与凝聚的概念，混凝机理，混凝剂与助凝剂性质与投加方法，混凝构筑物的设计与计算，混凝过程的运行与管理等。
通过本章的学习，应掌握胶体的结构、稳定性及水的混凝过程，以及常用混凝剂的作用机理与投加方法。
能够运用相关水处理原理及公式进行水的混凝设施的设计与计算。
本章重点：胶体的结构、胶体稳定性、絮凝与凝聚机理、影响混凝效果的主要因素、混凝剂的特性，混凝构筑物的设计与计算。
本章难点：混凝机理、混凝动力学。
概述凝聚：水中胶体失去稳定（脱稳）并生成微小聚集体的过程。
絮凝：脱稳的胶体相互聚结成大的絮凝体的过程。
混凝：水中胶体粒子失去稳定并相互聚结成大的絮凝体的过程，它是通过向水中投加混凝剂实现的。
混凝是凝聚和絮凝的总称。
混凝去除对象:水中胶体粒子及微小悬浮物。
应用：广泛应用于给水处理，也可用于工业水处理及城市污水的三级处理和深度处理等。
另外，还可用于水的除油、脱色。
思考：水处理中，为什么需要进行混凝处理？5.1 水中胶体稳定性作为水中的胶体颗粒杂质，其粒子尺寸大约在1nm到1um之间，直接进行沉淀分离处理几乎是不可能。
因此从水处理的角度而言，认为胶体在水中是稳定的。
水中胶体稳定性：指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。
原水现状: 胶体分散悬浮而稳定。
处理目标：通过适当的技术手段使均匀分散的稳定胶体颗粒失去稳定性，胶体相互碰撞聚结成大颗粒，达到沉降分离目的。
思考：为什么水中胶体具有稳定性？5.1.1 胶体的双电层结构胶体颗粒的最内层称为胶核，胶核表面因吸附电位形成离子而带电，胶核通过静电引力作用吸附溶液中的反离子到其周围，构成胶体的双电层结构。
见图5-1所示。
吸附层：胶核表面的电位形成离子和其吸附的束缚反离子合称为吸附层；扩散层：随着与胶核表面距离逐渐的增大，反离子浓度变小且有向溶液中扩散的趋势，故不随胶粒移动。
这层反离子称为自由反离子，构成扩散层。
胶粒: 胶核与吸附层合称胶粒。
05第五章土壤胶体与土壤吸收性能
胶体种类 蒙脱石 水云母 高岭石 蛭石 水铝英石 腐殖质 内表面积 600－800 0－5 0 600－750 0 －
诸葛玉平制作
外表面积 15－50 90－150 10－20 1－50 70－300 －
总表面积 600－800 90－150 10－20 600－800 70－300 800－900
诸葛玉平制作 8
3.有机一无机复合胶体 土壤中有机胶体和无机胶体通过物理、化学或物理化 学的作用，相互结合在一起形成有机一无机复合体（o rgano-mineral complex）。 结合方式：通过Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、Al3＋或功能团 （如羧基、醇基等）将带负电荷的粘粒矿物与腐殖质 连接起来；有机胶体主要以薄膜状紧密覆盖于粘粒矿 物的表面上，还可能进入粘粒矿物的晶层之间。 通常牢固程度分为水散微团聚体、钠分散微团聚体和 钠质机械分散团聚体三组。 一般把土壤的有机—无机复合体中含碳量占土壤总碳 量的百分数称为有机无机复合度，作为衡量土壤有 机—无机复合体的数量指标。 土壤的肥沃程度同有机胶体与无机胶体的复合程度有 关，有机胶体与无机胶体结合得愈紧密则土壤愈肥沃。
诸葛玉平制作 13
根据补偿离子的活性又可把补偿离子层分为非活性补 偿离子层和扩散层两层：靠近胶核表面的决定电位离 子层的补偿离子被吸附得很紧，活性很小，难以解离， 不起交换作用，故称为非活性补偿离子。另一层距胶 核表面较远，吸附的较松，有较大的活动性，可以和 周围的离子交换，称为扩散层。 非活性补偿离子和胶核决定电位离子层是一个整体， 故称为胶粒。代换作用大都发生在胶粒表面，故胶粒 是起胶体作用的基本单位。 由决定电位离子层到扩散层外缘的电位差，称之为全 电位（ξ 0），取决于胶核表面的电荷数量和电荷密度 由整个不活动的胶粒的表面到扩散层的外缘的电位， 称为电动电位（ξ ），是表现双电层特性的重要指标，
诸葛玉平制作
外表面积 15－50 90－150 10－20 1－50 70－300 －
总表面积 600－800 90－150 10－20 600－800 70－300 800－900
诸葛玉平制作 8
3.有机一无机复合胶体 土壤中有机胶体和无机胶体通过物理、化学或物理化 学的作用，相互结合在一起形成有机一无机复合体（o rgano-mineral complex）。 结合方式：通过Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、Al3＋或功能团 （如羧基、醇基等）将带负电荷的粘粒矿物与腐殖质 连接起来；有机胶体主要以薄膜状紧密覆盖于粘粒矿 物的表面上，还可能进入粘粒矿物的晶层之间。 通常牢固程度分为水散微团聚体、钠分散微团聚体和 钠质机械分散团聚体三组。 一般把土壤的有机—无机复合体中含碳量占土壤总碳 量的百分数称为有机无机复合度，作为衡量土壤有 机—无机复合体的数量指标。 土壤的肥沃程度同有机胶体与无机胶体的复合程度有 关，有机胶体与无机胶体结合得愈紧密则土壤愈肥沃。
诸葛玉平制作 13
根据补偿离子的活性又可把补偿离子层分为非活性补 偿离子层和扩散层两层：靠近胶核表面的决定电位离 子层的补偿离子被吸附得很紧，活性很小，难以解离， 不起交换作用，故称为非活性补偿离子。另一层距胶 核表面较远，吸附的较松，有较大的活动性，可以和 周围的离子交换，称为扩散层。 非活性补偿离子和胶核决定电位离子层是一个整体， 故称为胶粒。代换作用大都发生在胶粒表面，故胶粒 是起胶体作用的基本单位。 由决定电位离子层到扩散层外缘的电位差，称之为全 电位（ξ 0），取决于胶核表面的电荷数量和电荷密度 由整个不活动的胶粒的表面到扩散层的外缘的电位， 称为电动电位（ξ ），是表现双电层特性的重要指标，
基础化学第8版-自测题及课后习题解答-第5章
H 2 SiO 3
2H+ +SiO32-
H+离子扩散到介质中去。写出硅胶结构式，指出硅胶的双电层结构及胶粒的电性。
解 硅胶的结构式 [（SiO2）m·nSiO32-·2（n－x）H+] 2x－·2xH+
胶核表面的SiO32-离子和部分H+离子组成带负电荷的吸附层，剩余的H+离子组成扩散层，由带负电 荷的吸附层和带正电荷的H+离子组成的扩散层构成电性相反的扩散双电层。胶粒带负电荷。
A.c (AgNO3) >c (KI)
B.V (AgNO3) >V (KI)
C.n (AgNO3) > n (KI)
D.n (AgNO3) = n (KI)
E.n (AgNO3) < n (KI)
4.溶胶的ζ 电位是（ ）之间的电位差
A.胶核与吸附层
B.胶核与扩散层
C.胶团与介质
D.吸附层与扩散层
E.电位离子与反离子 5. 下列分散系中 Tyndall 效应最强的是（ ）
Donnan膜平衡原理可进行计算。 解 设平衡时半透膜内侧Cl－的浓度为χ mol·L-1，则平衡时各物质的浓度为： c（Cl－）内= χ mol·L-1 c（Na+）内=0.10mol·L－1+ χ mol·L-1 c（Na+）外= c（Cl－）外=0.50mol·L－1－χ mol·L-1 c（P－）内=0.10 mol·L-1
的胶粒存在剧烈的 Brown 运动，可使其本身不易发生沉降，是溶胶的一个稳定因素；同时带有相同电荷
的胶粒间存在着静电斥力，而且胶团的水合双电层膜犹如一层弹性膜，阻碍胶粒相互碰撞合并变大。因
此溶胶具有动力学稳定性。
胶体化学第5章 (2)
二、溶液中高分子的大小和链节的分布 ——通常由平均末端距hav和平均回转半径RG的数值来定量说明 大分子的形态。
hav
2
M α β M0
2 2
α - 经验常数；β - 高分子特性常数； M - 高分子的分子量；M0 – 结构单元的质量。 α =1时，是理想溶液情况。高分子溶液的理想条件是：链节间 的相互吸引所引起的偏差恰好与所占有体积的偏差相互抵消的 结果。此时的温度称为θ 温度，条件称为θ 条件。 在良溶剂中，α ＞1；在不良溶剂中， α ＜1。
Vant Hoffer公式也可以写成：
RT c M
Байду номын сангаас
式中，c 是质量浓度，Kg/m3 ； M是溶质的分子量，Kg/mol.
上式是理想溶液的渗透压公式。高分子溶液的渗透压与理想 溶液有偏差，可用浓度的幂级数展开式来表示
1 RT ( A2c A3c 2 A4c 3 ......) c M
链段就是在高分子化合物的主链上能独立运动的小单元。
链段的长度决定高分子链的柔顺性，链段愈短，则在一定长度 的链上包含的独立运动单元愈多，高分子必然能很好地蜷曲， 表现出良好的柔顺性；反之，链段愈长，相同长度的主链上包 含的独立运动的单元少，分子的刚性就愈大。一般高分子链具 有几个或几十个链段，每个链段含有几十到几百个链节。
——平均回转半径RG是从一个分子无规线团的质量中心到各链 段的平均距离，是另一种量度高分子大小的方法。
hav 2 2 M RG 6 6M 0
——链节分布
链节分布是指大分子的各种构象的概率分布，即在大分子的末 端距h和（h+dh）之间链节出现的概率W（h）dh。
2
3 3/ 2 3h 2 W (h)dh 4 ( ) exp( ) h dh 2 2 2h 2h
第五章胶体
二、电解质的聚沉作用 1、电解质的聚沉作用 电解质对溶胶的稳定性十分敏感，加入少 量的盐就会使溶胶聚沉。例如在制豆腐时， 豆浆溶胶中加入少量的石膏电解质时即形 成凝胶，凝胶压出部分水后即为豆腐。一 般情况下加入电解质与溶胶的含量不存在 化学计量关系，而是通过对溶胶扩散双电 层中离子的压缩作用，使其产生聚沉的。
2、吸附离子作用
这是由于固体表面对电解质正负离 子不等量吸附而获得电荷，有些物 质在水中不能电解，但是可以在水 中吸附H+,OH-或其它离子，从而使 粒子带电。如石墨、纤维。胶体粒 子的带电现象多数属于这类类型
影响吸附带电的因素 a 、水化离子强的离子往往留在溶液中，水化能力 弱的离子则容易被吸附于固体表面，所以固体表 面带负电的可能性较比带正电荷的可能性大 b 实验证明，凡是与胶体粒子的组成相同的离子最 容易被吸附。例如AgNO3与KBr制备AgBr溶胶时， AgBr AgBr粒子最容易表面吸附Ag＋或Br－离子而对K+, Ag Br K NO3－的吸附就很弱。这是因为AgBr晶体粒子表 面上容易吸附继续形成结晶离子的离子。至于 AgBr粒子的带电性质，取决于溶液中Ag＋和 Br－离子的过量情况。这种规律称为Fajans规则。
（4）离子平衡 把硝酸银溶液加入到稀的氯化物溶液中，可 生成氯化银溶胶：
AgNO3 + NaCl（稀） AgCl + NaNO3
其中AgNO3应过量，否则AgCl沉淀上无反离 子吸附。用化学凝聚法制备溶胶时不必外 加稳定剂。这是因为胶粒表面选择吸附了 具有溶剂化层的离子而带上电荷，因而变 得稳定。但溶液中离子的浓度对溶胶的稳 定性有直接的影响。如果离子的浓度过大， 反而会引起溶胶的聚沉。
第五章 胶体的制备、纯化、电学性质 第一节 胶体的制备 一、分散法 1、研磨法
第5章 凝聚与絮凝ppt课件
能 E A
近发生凝聚，终保持稳定。
2) 要使两胶体颗粒相互靠近并凝 图 6 - 2 相 互 作 用 势 能 与 颗 粒 距 离 关 系 聚下沉，应降低ζ电位，减少静电 （ a ) 双 电 层 重 叠 ； ( b ) 势 能 变 化 曲 线
斥力，降低排斥能峰。
最新课件
6
5.1.3 胶体的稳定性
胶体的动力稳定性 胶体稳定性的原因 胶体的带电稳定性
的凝结中心，提高颗粒碰撞速率并增加絮凝体密 度。 ◆ 投加混凝剂后直接过滤。
低温低浊水的混凝更为困难，成为专门研究课题。
如果原水中悬浮物浓度太高时，混凝剂用量加大，
为节约混凝剂，通常先预沉或投加高分子助凝剂。
最新课件
18
5.水中有机污染物的影响
水中溶解性的有机物分子吸附在胶体颗粒表面形 成有机涂层，将胶体保护起来，阻碍胶体颗粒之间的 碰撞。
• 对水温和pH值的适应性：适宜水温20～40℃；pH=5.7～7.8
7.8时，主要去除微小悬浮物；pH=6.4～7.8时，主要处理 高浊低色度水；pH=4～6时，处理高色度水。
• 配制浓度：一般在10%左右，大水厂可为10%～15%。 • 适用条件：硫酸铝腐蚀性小，且对水质无不良影响，使用
方便，效果好，但对低温水絮凝体形成慢而松散，效果不
胶体的溶剂化作用稳定性
◆胶体的动力稳定性：是由布朗运动引起的。胶体颗粒尺寸很小，无规则的布 朗运动强，对抗重力影响的能力强而不下沉，胶体颗粒均匀分散在水中而稳 定。
◆胶体的带电稳定性：是由静电斥力引起的。静电斥力对抗范德华引力，使胶 体颗粒保持分散状态而稳定。
◆胶体的溶剂化作用稳定性：亲水性胶体颗粒与水分子的发生作用，使胶体颗 粒周围包裹一层较厚的水化膜，阻碍两胶体颗粒相互靠近，使胶体颗粒保持 分散状态而稳定。
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被分散的物质称为分散相(dispersed phase)或分 散质，而容纳分散相的连续介质称为分散介质 (dispersed medium)或分散剂。
按照分散相粒子的大小，可以把分散系分为真溶 液、胶体分散系和粗分散系。表5-2
分散相 粒子 大小
分散系 真溶液
分散相的 粒子组成
低分子， 离子
胶粒（分子， 原子或离子 聚集体）
如:As2S3溶胶加热至沸,析出淡黄色沉淀。
4.高分子物质对溶胶的保护作用和敏化作用 在溶胶中加入一定量的高分子，能显著提高溶 胶的稳定性，这种现象称为高分子对溶胶的保护作
用。
图5-7 高分子物质对溶胶保护作用（a） 和敏化作用（b）示意图
三、气溶胶（aerosol）
气溶胶：由极小的固体或液体粒子悬浮在气体 介质中所形成的分散系统。 例如：烟、粉尘、雾等。 预防医学中很重视气溶胶问题。在工农业生产
性
质*
小于
1nm
1~ 100 nm
均相，能透过半透膜， 热力学稳定
胶 体 分 散 系
溶胶
高分子 溶液 缔合 胶体
非均相，不能透过半透 膜，热力学不稳定
均相，不能透过半透膜， 热力学稳定，透明
高分子
胶束
粗粒子*
均相，不能透过半透膜， 热力学稳定，透明
非均相，不能透过半透 膜，热力学不稳定
大于 100 nm
－水合双电层，水合双电层犹如一层弹性膜，阻碍
了胶粒间相互碰撞，使胶粒彼此隔开，不易聚集。
水合膜越厚，胶粒越稳定。 3.布朗运动也是溶胶稳定因素之一。
(四)溶胶的聚沉现象
当溶胶的稳定因素遭到破坏，胶粒碰撞时合并
变大，胶粒就从介质中析出而下沉，称为聚沉
(colgulation)。
影响聚沉作用的因素*
令一束聚焦的光束 通过溶胶，则从侧面可 以看到一个发光的圆锥 体 ， 这 种 现 象 称 为 Tyndall 效 应 (Tyndall effect) 。 又称乳光现象 乳光现象产生原因？ Tyndall现象
d<<λ
d 略小于λ 或接近于λ
d>>λ
光波环绕胶粒向各个方向散射，成为散射 光或称乳光。
(二)、溶胶的动力学性质
1、布朗运动(Brownian movement ) 用超显微镜观察溶胶时，可以观察到胶体粒子 在介质中作不规则运动。称为Brown运动。撞击胶粒。 ②某一瞬间胶粒受到各方撞击力不均，向合力方 向移动。
布朗运动的特点：
粒子愈小，温度愈高，布朗运动愈剧烈； 且其运动的剧烈程度不随时间而改变；
充满多孔隔膜(活性炭、
素烧磁片等)，胶粒被吸
附而固定。由于胶粒带
电，介质必然与胶粒带 相反电荷。
图5-5 电渗示意图
电渗：在外电场的作用下，液体介质通过多 孔隔膜向带相反电荷的电极方向移动。这种现象 称为电渗。
二、胶团结构及溶胶的稳定性
(一) 胶粒带电的原因: 1. 胶核界面的选择性吸附： 胶核常选择性的吸附组成与其相似的离子。 例：制备Fe(OH)3溶胶*，反应为:
煮沸
FeCl3(稀溶液)＋3H2O
Fe(OH)3(溶 胶)＋3HCl
二、胶体分散系的表面特性
高度分散，使得分散相表面积急剧增大。 1. 分散度—分散相在分散介质中分散的程度，分散 度常用比表面来表示。
–
比表面 —单位体积物质所具有的表面积
S 0 = S /V
实例：当 r = 0.62cm的水滴分散成 r = 10-7cm 时，
第二节 溶胶
一、溶胶的基本性质 溶胶是难溶性固体或液体在分散介质中形
成的胶体分散系。
分散相和分散介质之间具有明显的界面，
所以溶胶是多相、高度分散体系，有很大的界
面和界面能，易聚集不稳定。 溶胶在光学、动力学和电学等方面具有一
些特殊的性质。
（一）溶胶的光学性质—Tyndall Effect
溶液
溶胶
粗分散系
二、胶体分散系(colloidal dispersed system)： (一)胶体分散系的分类 胶体分散系包括溶胶 (sol) 、高分子溶液 (macromolecular solution)和缔合胶体(associated colloid) 。
胶 体 分 散 系 的 分 散 相 粒 子 的 大 小 介 于 1nm ～
1.电解质的聚沉作用：
原因：电解质对溶胶的聚沉主要是改变胶粒吸 附层的结构。 电解质加入后，把扩散层中的反离子斥入吸附 层，胶粒的荷电数减少甚至消失，水合膜和扩散层
随之变薄或消失，胶粒便发生聚沉。 临界聚沉浓度（聚沉值）： 使一定量的溶胶在一定时间内完全聚沉所需的
电解质溶液的最小浓度，单位为mmol· L-1。
，而另一方面由于布朗运动引起的扩散作用又促使浓 度均一的趋势 当沉降速率和扩散速率相等时，达到一个平衡状 态称为沉降平衡。
达到沉降平衡时，粒子的分布达 到平衡，形成一定的浓度梯度(底部 浓度最大，随着高度的增加，粒子 浓度逐渐降低)。
胶体分散系由于胶粒很小，因 此在重力场中沉降速度非常缓慢。
1923年,斯威伯格(Svedberg)发明超速 离心机成功，可使胶粒迅速沉降。超 速离心机广泛用于测定溶胶中胶粒的 大小及质量。也用于测定蛋白质的分 子量和进行病毒的分离提纯。 图5-3 沉降平衡示意图
(3)一些有机物离子具有非常强的聚沉能力。特
别是一些表面活性剂(脂肪酸盐)和聚酰胺类化合物的
离子,能有效地破坏溶胶使之聚沉，这可能是有机物
离子能被胶核强烈吸附的缘故。 2.溶胶的相互聚沉：带相反电荷的溶胶有相互聚 沉能力。例如，用明矾净水。*
3.加热 加热增加了胶粒的运动速度和碰撞机会，同时降 低了它对离子的吸附作用，从而降低了胶粒所带电荷 的电量和水化程度，使溶胶在碰撞中聚沉。
(三)溶胶的电学性质 1.电泳(electrophoresis) 向 U 形管中注入有色溶 胶，在液面上加 NaCl 溶液， 两相之间有一清晰的界面。 插入电极，通直流电后, 可看到负极一端有色溶胶液 面下降 , 而正极一端液面上 升,表明溶胶向正极移动。 这种在外电场作用下，胶粒在介质中定向移动 的现象，称为电泳。*
临界聚沉浓度愈小，电解质的聚沉能力愈大。
表5-3 不同电解质对几种溶胶的临界聚沉浓度/mmol· L-1
电解质使溶胶的聚沉作用，有如下规律。 (1)反离子的的价数愈高，聚沉能力愈强。 一价、二价、三价反离子的临界聚沉浓度之比： (1/1)6:(1/2)6:(1/3)6 =100: 1.8:0.14
图5-6 胶团结构示意图
同理，可以写出AgI溶胶的胶团结构式(KI过量):
｛[AgI]m·nI- ·(n-x) K＋ ｝x－ ·x K＋
胶核 吸附层 胶粒 胶团 扩散层
胶团结构式表示意图
注意:1.胶粒带电，胶团为电中性。 2.胶粒带电的正负，取决于选择性吸附
(三)溶胶的稳定因素和聚沉 溶胶是热力学上的不稳定体系。其稳定性因素主
第五章
胶
* 体
Chapter 5 Colloid
【内容提要】 第一节 胶体分散系 第二节 溶胶 第三节 高分子溶液
第四节 表面活性剂和乳状液
第一节 胶体分散系
一、分散系系统及其分类（P5）
分散系(dispersed system) ：
就是一种或几种物质分散在另一种物质中所形 成的系统。
起的心肺组织纤维化为主的全身性疾病称尘肺，如
一种结晶形二氧化硅粉尘可引起矽肺，是尘肺中病 情发展最快，危害最为严重的一种。
第三节
高分子溶液
高分子化合物的相对分子质量很大，通常为
2.胶粒表面分子的离解： 例：硅胶的胶核由许多 xSiO2 · yH2O 分子组成， 表层分子与H2O作用生成硅酸:
H2SiO3 HSiO3 -
HSiO3 - +H+ SiO3 2- +H+
硅酸电离出的H+扩散到介质中去， SiO32-则留在 胶核表面，结果使胶粒带负电荷。
(二) 胶粒的双电层结构* 1. m个Fe(OH)3分子聚成的固体粒子---胶核。 [ Fe(OH)3]m 2.胶核选择性吸附：nFeO+离子，带正电。 3. 静电作用，吸附少量Cl- , (n-x) Cl吸附层： nFeO+ ·(n-x) Cl胶核与吸附层组成胶粒。 n﹥x，胶粒带x正电荷。 4.据呈电中性的要求，胶粒仍然要吸附Cl这部分Cl-借助于扩散作用分布于离胶核较远处 形成扩散层: x Cl与胶粒带相反电荷的离子，称反离子。
即临界聚沉浓度与离子价数的六次方成反比。
这就是舒尔茨-哈代(Schulze-Hardy)规则。 (2)同价反离子的聚沉能力虽相差不大，但也 有所不同。 如:一价正离子(对负溶胶)聚沉能力： H+﹥ Cs+﹥ Rb+﹥ NH4+﹥ K+﹥ Na+﹥ Li+
一价负离子(对正溶胶)聚沉能力：
F- ﹥Cl- ﹥Br- ﹥I -﹥CNS-
要是胶粒带电和水合膜的存在。
1.胶粒带电
胶粒都带有相同符号的电荷，胶粒之间相互排
斥，即两个胶粒间存在着静电斥力，阻止两胶粒合并 变大。因此溶胶中的胶粒能相对稳定地存在。 但是，当胶粒的动能增大到能克服这种静电斥力 时，胶粒间就会相互碰撞合并，出现聚沉*。
2.胶粒表面水合膜的保护*
胶团结构式中的吸附层、扩散层均为水合膜层
100nm之间。
表5-2 一些胶体的例子
分散介质
气体 气体 液体
分散相
液体 固体 固体
名 称
气溶胶 气溶胶 液溶胶
实 例
雾 烟 油漆
总之，溶胶是由物质高度分散到介质中所形 成的多相分散系统*。
(二)胶体分散系的制备
分散法 1、研磨法