胶体与表面化学3-1

K膨 lg(Smax S) ( ）t lgSmax 2.303
p p a
三、膨胀作用
3、膨胀机理（两个阶段）
第一阶段：形成溶剂化层：时间短，速度快；水分子快速进入凝
胶形成溶剂化层吸液量少，平衡快。 特征：①液体蒸汽压很低：溶剂分子与凝胶中的大分子相互作用形成溶剂层， 溶剂分子活度很低， 蒸汽压低，小分子和大分子结合力强。
一、凝胶及其通性
胶凝过程：指一定浓度的溶胶或高分子溶液在放 置过程中自动形成凝胶的现象。

二、凝胶的分类
根据分散质点的性质（柔性还是刚性）和质点连 结的特点（结构及强度）分为弹性凝胶和非弹性 凝胶。
弹性凝胶：是由柔性大分子（聚合物）形成的凝 胶。具有可逆性，形成的凝胶体系具 有弹性。 非弹性凝胶：由刚性质点（如SiO2、TiO2、V2O5、 Fe2O3等）溶胶形成的非弹性凝胶体。 刚性，不可逆。
固定形状
固相粒子按一定网架结构固定不能自由移动

一、凝胶及其通性
凝胶中固体和液体都是连续相，是多分散体系， 是溶胶的存在特殊形式。
呈半固体状，无流动性 与沉淀不同(固-液两相)
特点
属胶体分散体系 分散相与分散介质都是连续相


LOGO
第二节 凝胶的形成
东北石油大学石油工程学院
凝胶的形成
• 一、凝胶的形成条件
• 二、凝胶的制备方法
一、凝胶的形成条件
①降低溶解度，使分散的物质以“胶体分散状态”析出。 ②析出的质点，不沉降，不运动，互相连续形成骨架，在 整个溶液中形成网状结构。
水 聚合
前驱体
溶胶
凝胶

二、凝胶的制备方法
1、改变温度：利用高分子物质在水中的溶解度随 温度的变化。 2、加入非溶剂： 3、加入盐类：在亲水性较大和粒子不对称的溶液 中，加入电解质。 4、化学反应：利用化学反应，使物质沉淀，形成 凝胶。

m1、m2膨胀前后凝胶质量 V1、V2膨胀前后凝胶体积
三、膨胀作用
2、膨胀速度
ds U 膨胀 = K膨胀 （Smax -S） dt
S：膨胀度，1g凝胶时间t的吸收液体量。 Smax:最大膨胀度（平衡阀）吸收液体最大量 K膨胀：膨胀速度常数 Smax 1 积分： K ln
膨
t
Smax -S
②体积收缩：凝胶膨胀时，凝胶的体积增大，但V凝胶﹤ V大分子+V溶剂 ③热效应：凝胶膨胀时放出的热叫膨胀热。 ④熵值降低：溶剂化过程 熵值下降 小分子定向排列在大分子上 体系
三、膨胀作用
第二阶段：液体的渗透和吸收 特点：液体的吸收量大，是大分子的几十倍无明显热效应，体积无明
显收缩。平衡时间长，内有膨胀压。
三、膨胀作用
膨胀作用：指凝胶在液体或蒸汽中吸收液体，质量、体积增加的现
象。是弹性凝胶的特性。
类型
无限膨胀 有限膨胀
两者非绝对，改变条件可以改变膨胀性质。
1、膨胀度：一定条件下（T，P，C），单位质量（体积）凝胶所能吸 附液体的极限量。
m2 m1 S m1
v2 v1 V v1
电解质 震荡
浓Fe(OH)3
凝胶
溶胶
触变作用：凝胶在切力作用下形成溶胶，再静置后又成
凝胶，可多次重复，溶胶和凝胶性质均无明显变化。 机理： （1）颗粒带电，一定距离时吸引力，排斥力平衡稳定， 形成一定的结构。 （2）颗粒之间搭成架子，流动时架子被拆散，成溶胶， 静置后架子重搭建，成凝胶。
LOGO
第三节 凝胶的结构
东北石油大学石油工程学院
凝胶的结构
• 一、网状结构类型
• 二、质点的特性
一、网状结构类型
凝胶具有不同的三维网状结构，有如下4种类型：
A：球形质点、相互联结、排成三维的网架； B：棒状或片状质点搭成网架； C：线性大分子构成凝胶；
D: 线性大分子因化学交联而形成凝胶。
体系粘度降低
高分子吸引
力增强
二、离浆作用
1、离浆作用：是凝胶老化的表现形式之一，就是水凝胶
在基本上不改变外形的情况下，分离出其中所包含的一部分 液体，此液体是大分子稀溶液或稀的溶胶。
2、离浆速度：
dl U离 = dt
l:颗粒间距（实用性小）
dV U离 = K (Vmax —V ) dt

二、质点的特性
三个方面 1、质点形状 2．质点的柔性或刚性 3．网状结构中质点联结的性质

LOGO
第四节 胶凝作用及其影响因素
东北石油大学石油工程学院
胶凝作用及其影响因素
• 一、溶胶-凝胶转变时的现象

一、触变作用
负触变作用 溶胶 机理：
① 聚集作用：流动时 形成网状结构 高分子 聚集成双分子 凝胶 高分子吸附粘土颗粒
震动（胶凝作用） 静止（负触变作用）
凝胶
② 屏蔽作用：静止时
剪切时

屏蔽高分子间吸引力
颗粒脱附 粘度增加
• 二、影响胶凝作用的因素
一、溶胶-凝胶转变时的现象
1、转变温度: 2、热效应: 3、光学效应: 4、流动性质： 5、电导：

二、影响胶凝作用的因素
（一）明胶溶液： 1、溶液的浓度； 2、温度； 3、电解质。

LOGO
第三章 凝胶
东北石油大学石油工程学院
第三章 凝胶
第一节 概述
第二节 凝胶的形成
第三节 凝胶的结构
第四节 胶凝作用及其影响因素
第五节 凝胶的性质

LOGO
第一节 概述
东北石油大学石油工程学院
概述
• 一、凝胶及其通性
• 二、凝胶的分类
一、凝胶及其通性
Vmax：能分离出来最大液体体积 V：时间t析出液体体积。

K：离浆常数。
二、离浆作用
①弹性凝胶（大分子）
离浆作用是可递的：
干胶
吸水 脱水
凝胶
V凝＞V分→离浆过程； V凝＜V分→吸水膨胀；
②非弹性凝胶（硅酸水凝胶）
离浆不可递：
溶胶
凝胶
浓缩凝胶
致密沉淀
影响因素： 温度：T↑→U↑ 电解质：加入→U↑
溶胶（Sol）是具有液体特征的胶体体系，分散的粒子是
固体或者大分子，分散的粒子大小在1～100nm之间。
凝胶（ Gel ） 是具有固体特征的胶体体系，被分散的物
质形成连续的网状骨架，骨架空隙中充有液体或气体，凝 胶中分散相的含量很低，一般在1％～3％之间。 溶胶
无固定形状 固相粒子自由运动
凝胶
二、影响胶凝作用的因素
（二）硅溶胶 1、浓度； 2、温度； 3、电解质； 4、节 凝胶的性质
东北石油大学石油工程学院
凝胶的性质
• 一、触变作用 • 二、离浆作用 • 三、膨胀作用
一、触变作用
4、影响膨胀的因素：
①温度：T↑→Smax↓ 干胶吸收溶剂膨胀+Q（放热） 对一些体系，从有限膨胀→无限膨胀→溶液 ②介质的PH值：H+影响，电离平衡
③盐类：离子作用。C盐↑→Smax↓
④其它：老化度，交联度↑→Smax↓
LOGO
东北石油大学石油工程学院