胶体化学--溶胶-电渗
电渗_电泳_-_环境科学与工程学院解读
实验五电泳电渗二、原理电渗属于胶体的电动现象。
电动现象是指溶胶粒子的运动与电性能之间的关系。
一般包括电泳、电渗、流动电位与沉降电位。
电动现象的实质是由于双电层结构的存在，其紧密层和扩散层中各具有相反的剩余电荷，在外电场或外加压力下，它们发生相对运动。
电渗是指在电场作用下，分散介质通过多孔膜或极细的毛细管而定向移动的现象。
若知道液体介质的粘度，介电常数，电导率，只要测定在电场作用下通过液体介质的电流强度I，和单位时间内液体流过毛细管的流量v，可根据下式求出电势。
操作步骤：（一）具体操作方法1按照实验装置图所示安装电渗仪。
2测定电渗时液体的流量v和电流强度I。
反复测量正、反向电渗时的流量v值各三次，同时记录各次的电流值。
3测定液体的电导率。
（二）注意事项计算SiO2对水的电势时，注意各物理量的单位。
在法定计量单位实行之后，计算公式中不应有4。
（三）提问：固体粉末样品粒度太大，电渗测定的结果重现性差，其原因何在？四、总结（一）数据处理计算各次电渗测定的v/I值，取其平均值，将液体的电导率和v/I的平均值代入上式，可求得SiO2对水的电势。
1．实验目的（1）掌握电泳法测定ζ电势的原理与技术；（2）加深理解电泳是胶体中液相和固相在外电场作用下相对移动而产生的电性现象。
（3）通过电渗法测定SiO2对水的电势，掌握电渗法测定电势的基本原理和技术。
2加深理解电渗是胶体中液相和固相在外电场作用下相对移动而产生的电性现象。
2．实验原理胶体溶液是一个多相体系，分散相胶体和分散介质带有数量相等而符号相反的电荷，因此在相界面上建立了双电层结构。
但在外电场的作用下，胶体中的胶粒和分散介质反向相对移动。
就会产生电位差，此电位差称为ζ电势。
ζ电势和胶体的稳定性有密切关系。
∣ζ∣越大，表明胶体的荷电越多，胶体之间的斥力越大，胶体越稳定。
反之，则不稳定。
当ζ等于零时，胶体的稳定性最差，此时可观察到聚沉的现象。
因此无论制备或破坏胶体，均需要了解所研究胶体的ζ电势。
第八章胶体化学(粘土——水系统)
第八章胶体化学( 粘土——水系统)教学要求：1. 明确胶体的概念及胶粒的粒径范围。
明确憎液溶胶的主要特征。
2. 明确胶体的光学性质（丁达尔效应）、动力性质（布朗运动、扩散、沉降）。
3. 熟悉溶胶的电学性质（电泳、电渗），理解胶粒带电的原因。
4. 明确扩散双电层理论，能根据胶体制备条件写出胶团的结构式。
5. 掌握憎液溶胶的稳定和聚沉的原因，了解电解质及其他因素对溶胶稳定性的影响。
6. 清楚聚沉值、聚沉能力、价数规则的含义，能判断电解质聚沉能力的大小。
7. 了解粘土胶体结构的带电原因，及影响其阴、阳离子交换能力大小的因素。
8. 明确影响粘土泥浆流动性、稳定性、触变性、可塑性的因素。
教学重点难点：1．明确胶体分散系统的分类、性质及稳定因素，熟悉胶体的基本理论。
2．重点掌握粘土-水系统的胶体的特性，明确其带电原因、电学性质、胶团结构。
明确粘土-水系统的其胶体性质（流动性、稳定性、触变性、可塑性）。
胶体化学部分省略粘土——水系统1粘土的荷电性（1）负电荷：①粘土晶格内离子的同晶置换，硅氧四面体中Si4+被Al3+所转换，或铝氧八面体中三价的铝被二价镁、铁所置换。
蒙脱石：2：1型，二八面，层间水，高岭石：1：1型，二八体，无层间水高岭石中破键,少量同晶置换，③吸附在表面的腐殖质离解而产生。
（2）两性电荷①高岭石在酸性或中性及弱碱性条件下，带正电荷。
②高岭石在强碱性条件下，OH基中H解离，使得边面带负电荷。
2 粘土的离子吸附与交换粘土由于同晶置换，破键和吸附腐殖质的离解使得粘土带负电。
（1）吸附：介质中的阳离子。
H+饱和是纯粘土；Na+饱和是Na粘土；自然界中大量存在是Ca2+。
离子被吸附的难易程度取决于离子的电价及水化半径，电价升高，易被吸附，同价阳离子+>K+>Na+>Li+水化半径越小，越被吸附。
其顺序 H+>Al3+>Ba2+Sr2+>Ca2+>Mg2+NH4（2）离子交换：由于各种阳离子的被吸附能力不同，因而已被吸附在粘土颗粒上的阳离子，就可能被吸附能力更强的离子所置换。
胶体化学(物化重难点)
电势的值小于热力学电势且受外加电解质的影响很大；决定胶粒电泳速度的物理量是
电势，而不是热力学电势；向溶胶中加入电解质，可改变 电势，但对热力学电势无影响；
电势等于零的状态称为等电态，在等电态，扩散层厚度为零，胶粒不带电，在电场作用
下，无电泳现象。 10.2.7 胶团结构 溶胶的胶团结构分为胶核、 胶粒及胶团三个层次。 以AgCl溶胶为例， 当用KCl与AgNO 3 制备AgCl溶胶时，胶粒和胶团的组成、结构与KCl和AgNO 3 相对用量有关，若AgNO 3 过量， 则胶粒与胶团结构如图 2，即 胶体粒子 滑动面
10.2.1 胶体定义：分散相粒子在某维上的线度为 1 nm～100nm 时的高分散系统称为胶 体。按分散相粒子线度分类：分子分散系统（真溶液，如乙醇水溶液） 、胶体分散系统（如 碘化银溶胶） 、粗分散系统（如牛奶） 。 10.2.2 按胶体系统稳定性分类 憎液溶胶： 分散相不能溶于分散介质中所形成的胶体系统。 对于由金属及难溶于水的卤 化物、硫化物或氢氧化物等在水中形成的胶体称憎液溶胶（简称为胶体） 。憎液溶胶的粒子 均是由数目众多的分子构成，存在着很大的相界面，因此憎液溶胶具有高分散性、多相性以 及热力学不稳定性的特点。如氢氧化铁溶胶、碘化银溶胶等。 形成憎液溶胶的必要条件是： （1）分散相的溶解度要小； （2）必须有稳定剂存在，否则 胶粒易聚结而聚沉。 憎液溶胶的制备：分散法包括研磨法、胶溶法（如 Fe(OH)3 溶胶的制备） 、超声分散法、电 弧法； 凝聚法包括化学凝聚法 （如水解反应制氢氧化铁溶胶） 和物理凝聚法 （如更换溶剂法、 蒸气骤冷法等） 。 憎液溶胶的净化：目的是除去对新制备的溶胶的稳定性不利的过多的电解质或其它杂 质。净化的方法主要有渗析法和超过滤法。 亲液溶胶： 半径落在胶体粒子范围内的大分子溶解在合适的溶剂中所形成的系统。 高分 子溶液为亲液溶胶。将溶剂蒸发，大分子化合物凝聚，再加入溶剂，又可形成溶胶。因此，
物理化学第十章 胶体化学
3. 沉降与沉降平衡
多相分散系统中的粒子，因受重力作用而下 沉的过程，称为沉降。沉降与扩散为一对矛盾 的两个方面
沉降 扩散 分散相分布
真溶液
粗分散系统 胶体系统 平衡
均相
沉于底部 形成浓度梯度
贝林(Perrin)导出沉降平衡时粒子浓度随高度的分布：
o c2 Mg ln 1 ( h2 h1 ) c1 RT
胶核 可滑动面
胶粒
{[AgI]m nI－(n-x)K+}x- xK+ 胶团结构
K＋
K＋
I－
K＋
(AgI)m
I－
I－
K＋
特点：
1) 胶核：首先吸附过量的成核离子，然后吸附反离子； 2) 胶团整体为电中性
I－
§10.5
溶胶的稳定与聚沉
Derjaguin＆Landau(1941)
1. 溶胶的经典稳定理论DLVO理论
溶胶粒子间的作用力：
Verwey ＆Overbeek(1948) van der Waals 吸引力：EA -1/x2
势 能 ER
双电层引起的静电斥力：ER ae-x 总作用势能：E = ER + EA
E
EA 曲线的形状由粒子本
性决定，不受电解质影响；
Emax
0 x 第二最小值 EA 第一最小值
势 能 ER 电解质浓度： c1 < c2 < c3 ，
0EAc3源自c2c1E电解质浓度，ER，E，
溶胶稳定性。在 c3 以后， 引力势能占绝对优势，分散 相粒子一旦相碰，即可聚合。
41
电解质对溶胶的聚沉规律：
(i)反离子的价数起主要作用
物理化学-胶体化学
❖紧密层:离子紧密吸附在固体表面 ❖扩散层：斯特恩面至溶液本体
❖斯特恩面: 水化离子的中心线 ❖滑动面: 固液两相相对移动的界面
❖热力学电势—由固体表面至溶液本
体间的电势差0 .
❖斯特恩电势—由紧密层与扩散层之
间的界面至溶液本体间的电势差 .
❖ 电势(流动电势)—滑动面至溶液本
体间的电势差
胶体粒子的结构
由于受到的力不平衡，所以连续以不同方向、不 同速度作不规则运动。随着粒子增大，撞击的次 数增多，而作用力抵消的可能性亦大。
当半径大于5 m，Brown运动消失。
扩散作用 胶粒也有热运动，因此也具有扩散和渗透压。只 是溶胶的浓度较稀，这种现象很不显著。
如图所示，在CDFE的桶内盛 溶胶，在某一截面AB的两侧溶 胶的浓度不同，c1>c2
[(AgI)m n I – (n-x)K+]x– xK+
胶核
|________________________|
|___胶__粒__（__带 ___负__电__）________________| 胶团（电中性）
K+
胶
K+
K+
K+
团
K+
I- I- I-
构 造 示
I-
I-
K+
I-
K+
(AgI)m 胶核
I-
胶 粒
胶 团
I-
I-
意
I- I- I-
K+
图
K+
K+
K+
K+
例2：AgNO3 + KI→KNO3 + AgI↓
过量的 AgNO3 作稳定剂 胶团的结构表达式：
胶体化学
2 92 V 2c n 2 n 0 2 2 I 4 2 ( 2 ) (1 cos )I0 2 2 l n 2n 0
这是胶体系区别于其它体系一个显著特征。
(2) 散射光强度与入射光波长的4次方成反比， 波长越短其散射光越强。 自然白光中，蓝、紫色光波长最短，散 射光最强，红光散射最弱。因此会出现蓝蓝 的天空、朝霞和晚霞等自然现象。
36
(1) 胶团间既存在斥力，也存在引力
(2) 溶胶的相对稳定性或聚沉取决于斥力势 能和引力势能的相对大小。当斥力势能大于 引力势能时，溶胶处于相对稳定状态；当斥 力势能小于引力势能时，溶胶将发生聚沉。
37
(3) 斥力势能、引力势能 和总势能都随着粒子间 距的变化而变化。在总 势能曲线上出现两个最 小值。在第一最小值处， 为不可逆聚沉或永久性 聚沉；在第二最小值处， 为不稳定聚沉，如外界 条件稍有变动，沉积物 可重新分离而成溶胶。
第十二章
§ 12.0
1. 胶体
胶体化学
绪 言
胶体：粒子的线度在1-100nm(10-7-10-9m) 之间的分散体系。 分散体系：将一种或几种物质分散在另 一种物质中所构成的体系。
1
2. 分散体系分类 溶液(真溶液) (原子、分子 或离子均匀分散在另一均 相物质中所形成的体系)。
分散体系 胶体体系(粒子的线度在1100nm(10-7-10-9 m)之间的分 散体系。如金溶胶、微乳 液等。 粗分散体系(粒子的线度在大 于100nm的分散体系)。如悬 浮液，乳浊液、泡沫等。
14
2 92 V 2c n 2 n 0 2 2 I 4 2 ( 2 ) ( 1 cos )I0 2 2 l n 2n 0
(3) 分散相与分散介质的折射指数相差越大， 散射光越强。因憎溶胶的折射指数相差较大、 而高分子真溶液折射指数相差较小，所以憎 溶胶的丁达尔现象显著而高分子真溶液的丁 达尔现象很弱。 (4) 散射光强度与粒子的浓度成正比。浊度计 就是根据这一原理设计的。 乳光(浓溶胶的散射光)强度又称浊度。
胶体化学--溶胶-电渗
上已成為判別溶膠與
分子溶液的最簡便的
方法。可用來觀察溶
膠粒子的運動以及測
溶膠
定大小和形狀。
§3 溶膠的動力性質
• Brown 運動 • 膠粒的擴散 • 沉降平衡 • 高度分佈定律
Brown運動
1827 年植物學家布朗（Brown)用顯微鏡 觀察到懸浮在液面上的花粉粉末不斷地作不規 則的運動。
後來又發現許多其他物質如煤、 化石、 金屬等的粉末也都有類似的現象。人們稱微 粒的這種運動為布朗運動。
光散射現象
當光束通過分散體系時，一部分自由地通過， 一部分被吸收、反射或散射。可見光的波長約在 400~700 nm之間。
（1）當光束通過粗分散體系，由於粒子大於入射 光的波長，主要發生反射，使體系呈現混濁。
（2）當光束通過膠體溶液，由於膠粒直徑小於可見 光波長，主要發生散射，可以看見乳白色的光柱。
憎液溶膠的特性
（1）特有的分散程度
粒子的大小在10-9~10-7 m之間，因而擴散較慢，不能透過 半透膜，滲透壓低但有較強的動力穩定性 和乳光現象。
（2）多相不均勻性
具有納米級的粒子是由許多離子或分子聚結而成，結構複 雜，有的保持了該難溶鹽的原有晶體結構，而且粒子大小不 一，與介質之間有明顯的相介面，比表面很大。
|___胶__粒__（__带 ___负__电__）________________| 胶团（电中性）
膠
K+
團
構
K+
K+
K+
造
K+
I- I- I-
示 意
I-
I-
K+
I-
K+
(AgI)m 膠核
I-
第13章[3]_胶体化学-应用化学1
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11
中国石油大学( 中国石油大学(华东) 华东) 应用化学
-- 物理化学（ 物理化学（下）-
胶体化学
二、溶胶的聚沉 导致溶胶聚沉主要因素： 导致溶胶聚沉主要因素： 外加电解质、 外加电解质、温度变化、 温度变化、溶胶浓度， 溶胶浓度，不同电性 溶胶的互相影响等。 溶胶的互相影响等。 1.电解质的聚沉作用 1.电解质的聚沉作用 电解质的作用是降低电动电势。 电解质的作用是降低电动电势。 当电动电势小于某一值时， 当电动电势小于某一值时，溶胶开始聚沉， 溶胶开始聚沉，此时的 电动电势称临界电势 临界电势。 临界电势绝对值越小， 电动电势称 临界电势 。临界电势绝对值越小 ，聚沉越 临界电势为零时， 胶体稳定性最低， 聚沉最快。 快，临界电势为零时 ，胶体稳定性最低 ，聚沉最快 。
-- 物理化学（ 物理化学（下）-
胶体化学
§1313-5
溶胶的稳定性和聚沉作用
一、溶胶的稳定性及DLVO理论( Derjaguin- LandauWerwey- Overbeek) 1. 溶胶相对稳定的原因 溶胶是高度分散的、 溶胶是高度分散的、多相的、 多相的、热力学不稳定 ① 高分散使胶粒具有动力稳定性 体系， 体系，但在一定条件下又能相对稳定地存在相当 ② 胶粒表面双电层的稳定作用 长的时间， 长的时间 ，如：半径为1.5×10-9m的金质点下降 -8m的苯质点下降0.01m —— 胶体的抗聚结稳定性 0.01m需3.5年，半径为 10 需12年。 ③ 溶剂化的稳定作用
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中国石油大学( 中国石油大学(华东) 华东) 两胶粒相距较远时， 两胶粒相距较远时，离子氛尚未重合， 离子氛尚未重合，粒子间“远距 离”吸引力起作用， 吸引力起作用，引力占优势， 引力占优势，曲线在横轴以下， 曲线在横轴以下，总 位能为负； 位能为负； 两胶粒相距较近时， 两胶粒相距较近时，离子氛重叠， 离子氛重叠，斥力起作用， 斥力起作用，总位 能逐渐上升为正值， 能逐渐上升为正值，至一定距离处， 至一定距离处，位能最大 — E0 ， 表明胶粒不能进一步靠近， 表明胶粒不能进一步靠近，或者碰撞后又分开； 或者碰撞后又分开；如能克 服这个能垒， 服这个能垒，位能即迅速下降， 位能即迅速下降，表明胶粒间距很近时， 表明胶粒间距很近时， 吸引能EA随胶粒间距变小而激增， 随胶粒间距变小而激增，使引力又占优势， 使引力又占优势，位 能下降为负值， 能下降为负值，意味着胶粒将发生凝聚。 意味着胶粒将发生凝聚。
8胶体的电学性质
8胶体的电学性质胶体化学胶体与界面化学——轻化工程专业胶体化学3.4胶体的电学性质Electricpropertieofcolloid1.电动现象(1)电泳(electrophorei)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(+)(-)胶体化学(2)电渗(electro-omoi)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。
(+)粘土胶体化学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。
FajanRule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。
胶体化学(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，而使胶粒带负电胶体化学3.胶粒的双电层结构Helmholtz平板电容器理论_+_+_+_+_+_+φ胶体化学Gouy-Chapman扩散双电层模型+++++++++____φζ电势______紧密层扩散层胶体化学Stern扩散双电层模型紧密层(Stern层)+++++++++++------滑移界面(Stern面)---φζ---反号离子溶剂分子扩散层胶体化学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。
胶体化学③φ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。
胶体粒子带上电荷的方法
胶体粒子带上电荷的方法胶体是一种由微小颗粒悬浮于连续介质中形成的分散体系。
胶体粒子的表面电荷对于胶体的稳定性和性质具有重要影响。
因此，将胶体粒子带上电荷是研究和应用胶体科学的重要课题之一。
本文将介绍几种常见的胶体粒子带上电荷的方法。
一、吸附剂法吸附剂法是一种常见且简便的方法，通过将带电离子或分子吸附在胶体粒子表面来给胶体粒子带上电荷。
常用的吸附剂有阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂。
阳离子表面活性剂如十六烷基三甲基溴化铵可以吸附在胶体粒子表面，使其带正电荷；阴离子表面活性剂如十六烷基苯磺酸钠可以吸附在胶体粒子表面，使其带负电荷。
二、溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种将溶胶转化为凝胶的过程，通过溶胶-凝胶法可以制备带有电荷的胶体粒子。
一种常用的方法是将金属离子溶液与胶体粒子悬浊液混合，通过溶胶-凝胶反应使金属离子在胶体粒子表面凝胶形成金属氧化物壳层，从而使胶体粒子带上电荷。
三、电解质法电解质法是利用电解质的电离特性来带电的胶体粒子。
当电解质溶液中存在带正电荷的阳离子和带负电荷的阴离子时，这些离子会吸附在胶体粒子表面，使其带上电荷。
常见的电解质法包括电沉积法和电渗析法。
电沉积法是通过电解质溶液中的阳离子在电极上电沉积，形成带电的金属粒子，然后将这些金属粒子转化为胶体粒子。
电渗析法是利用电解质溶液中的离子在电场作用下迁移，从而使胶体粒子带上电荷。
四、化学修饰法化学修饰法是通过在胶体粒子表面引入化学修饰基团来带上电荷。
常见的化学修饰基团有羧基、氨基等。
通过反应将这些基团引入胶体粒子表面，可以使胶体粒子带上相应的电荷。
总结起来，胶体粒子带上电荷的方法主要包括吸附剂法、溶胶-凝胶法、电解质法和化学修饰法。
这些方法各有优缺点，可以根据具体的研究或应用需求选择合适的方法。
通过调控胶体粒子的表面电荷，可以改变胶体的稳定性、分散性以及与其他物质的相互作用，具有重要的科学意义和应用价值。
胶体及表面化学知识点整理
第一章 胶体的制备和性质一、什么是胶体？1.胶体体系的重要特点之一是具有很大的外表积。
通常规定胶体颗粒的大小为1-100nm 〔直径〕2.胶体是物质以一定分散程度存在的一种特殊状态，而不是一种特殊物质，不是物质的本性。
胶体化学研究对象是溶胶〔也称憎液溶胶〕和高分子溶液〔也称亲液溶胶〕。
气溶胶：云雾，青烟、高空灰尘液溶胶：泡沫，乳状液，金溶胶、墨汁、牙膏固溶胶：泡沫塑料、沸石、冰淇淋，珍珠、水凝胶、红宝石、合金 二、溶胶的制备与净化1.溶胶制备的一般条件：〔1〕分散相在介质中的溶解度必须极小〔2〕必须有稳定剂存在2.胶体的制备方法：〔1〕分散法：①研磨法：用机械粉碎的方法将固体磨细〔产品细度1-74μm 〕②胶溶法〔解胶法〕：仅仅是将新鲜的凝聚胶粒重新分散在介质中形成溶胶，并参加 适当的稳定剂。
〔目前制备纳米材料和超微细粉的方法〕③超声波分散法：让分散介质动起来。
主要用来制备乳状液〔即分散介质是液体的体系〕。
好处是不与溶液接触。
④电弧法：用于制备金属水溶胶。
金溶胶多用于美容。
（2）凝聚法：①化学凝聚法②物理凝聚法：A 、更换溶剂法〔溶解度是减小的〕：利用物质在不同容剂中的溶解度的显著差异，制备溶胶，而且两种溶剂要能完全互溶。
〔与萃取区别〕B 、蒸汽骤冷法：制备碱金属的苯溶胶。
3.溶胶的净化：简单渗析法，电渗析，超过滤法 三．溶胶的运动性质1.扩散：胶粒从高浓度向低浓度迁移的现象，此过程为自发过程根本原因在于存在化学位。
d d d d m cDA t x =-，此为Fick 第一扩散定律，式中dm/dt 表示单位时间通过截面A 扩散的物质数量，D为扩散系数，单位为m 2/s ，D 越大，质点的扩散能力越大。
扩散系数D 与质点在介质中运动时阻力系数f 之间的关系为：A RTD N f=〔A N 为阿伏加德罗常数；R 为气体常数〕假设颗粒为球形，阻力系数f =6r πη〔式中，η为介质的黏度，r 为质点的半径〕 故16RT D NA rπη=⨯，此式即为Einstein 第一扩散公式 浓度梯度越大，质点扩散越快；就质点而言，半径越小，扩散能力越强，扩散速度越快。
第十一章胶体化学
第十一章 胶体化学一、本章小结1． 胶体系统及其特点胶体：分散相粒子在某个方向上的线度在1~100 nm 范围的高分散系统称为胶体。
憎液溶胶具有高分散性、多相性、以及热力学不稳定性的特点。
2． 胶体系统的光学性质丁铎尔效应：由于胶体粒子大小，小于可见光的波长，而发生的光的散射之结果。
散射光的强度可由瑞利公式计算：22222200422209π()(1cos )2(2)V C n n I I l n n αλ-=++ 适用条件：入射光为非偏振光，各粒子散射光之间相互干涉忽略，分散相粒子不导电。
单位体积散射光的强度I ⑴与胶体分散相粒子体积的平方成正比； ⑵ 与入射光波长的4次方成反比；⑶ 分散相与分散介质的折射率相差越大，散射光越强；⑷ 与粒子的数密度成正比。
3． 胶体系统的动力性质(a) 布朗运动(b) 扩散 菲克第一定律 d d d d s n c DA t x=- D 称为扩散系数，单位：m 2· s -1(c) 沉降与沉降平衡02211ln (1)()C Mg h h C RT ρρ=--- —— 贝林分布定律 4． 胶体系统的电学性质⑴ Stern 双电层模型⑵ ζ电势：滑动面与溶液本体之间的电势差称为ζ电势。
ζ电势的正负取决于胶体所带电荷的符号，胶体带正电荷时ζ >0，胶体带负电荷时ζ < 0。
从电泳速度与电渗速度计算ζ电势的公式： /v E ζηε=⑶ 溶胶的电动现象：电泳、电渗、流动电势、沉降电势⑷ 憎液溶胶的胶团结构5． 憎液溶胶的稳定与聚沉⑴ 溶胶的稳定分散相粒子的带电、溶剂化作用及布朗运动是溶胶的三个重要的稳定原因。
⑵ 溶胶的聚沉舒尔策－哈迪价数规则：(a)与胶粒带电相反的离子是主要起聚沉作用的离子；(b)聚沉离子价数越高，聚沉作用越强。
聚沉能力Me+ :Me2+ :Me3+ = 16 :26 :36 = 1:64:729(c)电解质所含聚沉离子个数及价数皆相同的不同离子，聚沉能力取决于感胶离子序；(d)电解质所含离子价数及种类皆相同，但个数不同时，离子个数多的电解质聚沉能力强；(e)若外加电解质中反离子的个数、价数、种类全相同时，则需看另外一种离子，此离子对带异号电荷的胶粒聚沉能力越强，对带同号电荷胶粒的聚沉能力越弱。
胶体化学
的形状对胶体性质有重要影响。
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
§14.5 溶胶的稳定和聚沉
溶胶是热力学不稳定系统，但有些溶胶却能在相 当长时间内稳定存在。 1、溶胶的经典稳定理论—DLVO理论 胶体带电是其稳定存在的主要原因 （1）胶团之间既存在引力势能，也存在斥力势能。
例1：AgNO3 + KI→KNO3 + AgI↓ 过量的 KI 作稳定剂 胶团的结构表达式 ： [(AgI)m n I – (n-x)K+]x– xK+ 胶核 胶粒(带负电) 胶团的图示式： 胶核 胶粒
胶团
胶团(电中性)
例2：AgNO3 + KI → KNO3 + AgI↓
过量的 AgNO3 作稳定剂
溶胶的电动现象体现在以下四个方面： 电泳：在外电场作用下，胶体粒子在分散介质中定 向移动的现象。
1、溶胶的电动现象 电渗：在多孔膜（或毛细管）两端施加一定电压，
液体将通过多孔膜而定向移动。在外电场作用下，胶
体粒子相对静止，分散介质定向移动的现象。 流动电势：在外力的作用下，迫使液体通过多孔膜 （或毛细管）定向流动，多孔膜两端所产生的电势差 沉降电势：分散相粒子在重力场或离心力场的作用
的最简便的方法。
光散射现象 当光束通过分散系统时，一部分自由地通过，一 部分被吸收、反射或散射。 入射光频率与分子的固有频率相同时，吸收 入射光波长小于分散粒子尺寸时，反射
入射光波长大于分散粒子尺寸时，散射
散射光的强度可利用瑞利公式进行计算
2、瑞利公式 I=
9π2V 2C
2λ4l 2
2 n2 - n 0 2 ( 2 ) (1 + cos2α)I0 2 n + 2n 0
基础化学第五章(胶体)8(新)
表面层分子与内部分子受到的作用力比较
自发过程： 自发过程：表 面积减少， 面积减少，表 面能降低。 面能降低。
把分子从内部移到界面，或可逆的增加表面积， 把分子从内部移到界面，或可逆的增加表面积，就必 须克服体系内部分子之间的作用力，对体系做功。 须克服体系内部分子之间的作用力，对体系做功。表 面分子能量高。 面分子能量高。
吸附层与扩散 层分开的界面
[(AgI)mnI-(n-x)K+]x-xK+
电位的特点：易受加入电解质的影响。 ζ电位的特点：易受加入电解质的影响。
（三）溶胶的稳定因素 1. 胶粒带电 胶Байду номын сангаас间相互排斥
n(AgNO3)=n(KI) 不能制备AgI溶胶
2. 胶粒表面水合膜的保护作用 ∵胶粒带电，∴有水合膜
表面层分子与内部分子受到的作用力比较
自发过程： 自发过程：表 面积减少， 面积减少，表 面能降低。 面能降低。
溶胶：分散度大(有很多表面分子) 溶胶：分散度大(有很多表面分子) 表面分子：有向内运动的趋势， 表面分子：有向内运动的趋势，有一种抵抗扩张的 表面张力），表面(自由) ），表面 力（表面张力），表面(自由)能。 溶胶：热力学不稳定性。 溶胶：热力学不稳定性。
分散度与比表面
分散度：分散相在介质中分散的程度， 分散度：分散相在介质中分散的程度，把物质分散 成细小微粒的程度 比表面： 比表面：单位体积物质所具有的表面积
S0 = S / V
把一定大小的物质分割得越小， 把一定大小的物质分割得越小，则分散度 越高，比表面也越大。 越高，比表面也越大。
把边长为1cm的立方体1cm 把边长为1cm的立方体1cm3逐渐分割成小立方体 1cm的立方体 比表面增长情况： 时，比表面增长情况：
医用化学第二章 胶体
(二)溶胶的聚沉 胶粒在一定条件下聚集成较大的颗粒而导致 沉淀的现象称为聚沉 破坏溶胶的稳定因素： 1.电解质的聚沉作用 实验表明：电荷相同的反离子，聚沉能力 几乎相等；而反离子的电荷越高，聚沉能力 也急剧增强 2.溶胶的相互聚沉 3.加热 例题 返回
例题
将等体积的0.0080 mol·L-1 KI 和0.010 mol·L-1 AgNO3 混合制备AgI 溶胶。现将 MgSO4、K3[Fe(CN)6] 及AlCl3三种电解质的 同浓度等体积溶液分别滴加入上述溶胶，试 判断三种电解质对溶胶聚沉能力的大小顺序。 解：首先判断出胶粒带电情况，再确定反离 子所带电荷。
返回
第二节
溶
胶
溶胶(sol)是胶体分散系的典型代表。溶胶的 分散相是大量原子、离子或分子组成的集合 体，在分散相与分散介质之间存在着相界面， 形成高度分散的多相亚稳定系统。 按照分散介质的不同，溶胶可分为液溶胶、 气溶胶和固溶胶。 基本特性：多相性、高度分散性、聚集不稳 定性(相对稳定性) 制备方法：分散法与聚集法
胶体是一种分散系， 胶体是一种分散系，它并不是某 一类物质所特有的性质。 一类物质所特有的性质。
胶体和晶体物质对立起来的说法是错误 的。
返回
第四节
表面能
表面现象和表面活性剂
图2－5，P.18
比表面能（表面张力）符号：σ 单位：J·m-2（N · m-1） 表面能G＝表面张力σ ×表面积 A 处于表面的分子越多，表面能越大。能 量越高，体系越不稳定，有自发降低表面能 的趋势。 方法：1.降低表面张力，2.降低表面积
分散相粒子扩散较慢 非均相、 稳定系统； 聚 或分
等 、 等
>10 m
-7
反离子、吸附、扩散、 吸附层、扩散层
天津大学物理化学第五版-第十二章-胶体化学
van der Waals 吸引力：EA -1/x2 双电层引起的静电斥力：ER ae-x
总作用势能：E = ER + EA
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。
ER 势 能
E
n : 分散相的折射率； n0：分散介质的折射率；
：散射角；
l : 观测距离
I＝ 9 2V 2C 2 4 l 2
n 2 n02 n2 2n02
2
1 cos 2
I0
由 Rayleigh 公式可知：
1) I V 2
可用来鉴别小分子真溶液与胶体溶液；
如已知 n 、n0 ，可测 I 求粒子大小V 。
2. 憎液溶胶的聚沉 溶胶粒子合并、长大，进而发生沉淀的现
象，称为聚沉。
(1) 电解质的聚沉作用 聚沉值使溶胶发生明显的聚沉所需电解质的最小浓度 聚沉能力聚沉值的倒数
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。
分散系统：一种或几种物质分散在另一种物质之中
分散相：被分散的物质 （dispersed phase） 分散介质：另一种连续分布的物质
medium)
（dispersing
分子分散系统
胶体分散系统
粗分散系统
例如：云，牛奶，珍珠
按分散相粒子的大小分类
类型
粒子大小
特性
举例
低分子溶 液(分子分
散系统)
<1nm
胶体化学
系统 真溶液 胶体系统 粗分散系统
分散系统的分类及特征(总结)
分散相粒子 直径 d
系统相态
热力学稳定性
实例
d < 1 nm
均相
各种分子、原子、离子溶液
稳定
多相不稳定， 如乙醇水溶液、NaCl 水溶液、
空气等
多相 1<d<1000nm
不稳定
为什么？ 各种溶胶
二 胶体系统的动力学性质
解释胶粒能扩散、渗透以及因重力作用而不聚沉下来的原因。
以后发现，线度小于4000nm的粒子，在分散介质中都 有这种运动。（胶体尺度 1 ~ 1000nm)
这种现象产生的原因是，分 散介质分子处于不断的热运动中， 从四面八方不断的撞击分散相粒 子。对于大小在胶体尺度下的分 散相粒子，粒子受到撞击次数较 小,从各个方向受到的撞击力不能 完全互相抵消,在某一时刻,粒子 从某一方向得到的冲量即可发生 位移。此即布朗运动。
h1 h2
4.沉降速度与粒子半径的关系
阻力F为： F=4/3лr3dg-4/3 лr3dog
= 4/3лr3(d-do)g
根据斯托克斯公式： 4/3лr3(d-do)g=6 лŋru 因此： r=[9 ŋu/2(d-do)g]1/2
r-粒子半径； d-粒子密度； d0-分散介质密度；u-粒子沉降速度； ŋ-介质粘度
溶胶是一个高度分散的非均相系统。分散相粒子 与分散介质间有明显的相界面。实验发现，在外电场 下，固、液两相可发生相对运动；反之，若迫使固、 液两相作相对运动时，又可产生电势差。溶胶的这种 与电势差有关的相对运动称为电动现象，电泳和电渗 都属于电动现象
电动现象说明，溶胶粒子表面带有电荷。而溶胶粒 子带有电荷也正是它能长期稳定存在的原因。
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按分散相和介质聚集状态分类
2. 固溶胶
将固体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相 为不同状态时，则形成不同的固溶胶： A. 固-固溶胶 如:有色玻璃，不完全互溶的合金 B. 固-液溶胶 如:珍珠，某些宝石 C. 固-气溶胶 如:泡沫塑料，沸石分子筛
然后胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子，形 成紧密吸附层；由于正、负电荷相吸，在紧密层外形 成反号离子的包围圈，从而形成了带与紧密层相同电 荷的胶粒； 胶粒与扩散层中的反号离子，形成一个电中性的胶团。
胶粒的结构
胶核吸附离子是有选择性的，首先吸附与 胶核中相同的某种离子，用同离子效应使胶 核不易溶解。
胶体化学—溶胶
§1 分散系统 (dispersed system)
分散相与分散介质
把一种或几种物质分散在另一种物质中就构 成分散体系。其中： 被分散的物质称为分散相(dispersed phase)； 另一种物质称为分散介质(dispersing medium)。 如：盐水、糖水、牛奶、云层等。
分散体系分类 按分散相粒子的大小分类：
光散射现象
当光束通过分散体系时，一部分自由地通过， 一部分被吸收、反射或散射。可见光的波长约在 400~700 nm之间。
（1）当光束通过粗分散体系，由于粒子大于入射 光的波长，主要发生反射，使体系呈现混浊。
（2）当光束通过胶体溶液，由于胶粒直径小于可见 光波长，主要发生散射，可以看见乳白色的光柱。
溶胶（Sol）： 不特别说明，一般指液固溶胶
憎液溶胶（Lyophobic sol）
溶胶
粒子由很多分子组成，热力学不稳定、 不可逆体系.
大分子溶液（亲液溶胶Lyophilic sol）
粒子由即为一个大分子，热力学稳定、 可逆体系
胶粒的结构
胶粒的结构比较复杂，先有一定量的难溶物分子 聚结形成胶粒的中心，称为胶核；
（3）热力学不稳定性
因为粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学不稳 定体系，有自发降低表面自由能的趋势，即小粒子会自动 聚结成大粒子。
形成憎液溶胶的必要条件
（1）分散相的溶解度要小； （2）还必须有稳定剂存在，否则胶粒
易聚结而聚沉。
胶体（Colloid）
胶体 分散相粒子半径在1 ~100 nm 的分散体系。
若无相同离子，则首先吸附水化能力较 弱的负离子，所以自然界中的胶粒大多带负 电，如泥浆水、豆浆等都是负溶胶。
胶粒的结构
例1：AgNO3 + KI→KNO3 + AgI↓
过量的 KI 作稳定剂 胶团的结构表达式 ：
[(AgI)m n I – (n-x)K+]x– xK+
胶核
|________________________|
憎液溶胶的特性
（1）特有的分散程度
粒子的大小在10-9~10-7 m之间，因而扩散较慢，不能透过 半透膜，渗透压低但有较强的动力稳定性 和乳光现象。
（2）多相不均匀性
具有纳米级的粒子是由许多离子或分子聚结而成，结构复 杂，有的保持了该难溶盐的原有晶体结构，而且粒子大小不 一，与介质之间有明显的相界面，比表面很大。
分散相粒子的半径在1 nm~100 nm之间的体系。目 测是均匀的，但实际是多相不均匀体系。也有的将1 nm ~ 1000 nm之间的粒子归入胶体范畴。
3.粗分散体系
当分散相粒子大于1000 nm,目测是混浊不均匀体系， 放置后会沉淀或分层，如黄河水。
按分散相和介质聚集状态分类
1. 液溶胶
将液体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相 为不同状态时，则形成不同的液溶胶：
过量的 AgNO3 作稳定剂 胶团的结构表达式：
[(AgI)m n Ag+ (n-x)NO3–]x+ x NO3–
胶核
|______________________________|
|________胶__粒__（__带 ___正__电__）__________________| 胶团（电中性）
胶 团 构 造 示 意 图
NO3-
NO3-
NO3-
NO3-
NO3-
NO3-
Ag+ Ag+ Ag+
Ag+
Ag+
NO3-
Ag+
NO3-
Ag+
(AgI)m 胶核
Ag+ Ag+
胶 粒
Ag+ Ag+ Ag+
NO3-
NO3-
NO3-
NO3-
胶 团
§4 溶胶的光学性质
• 光散射现象 • Tyndall效应 • Rayleigh公式 • 乳光计原理 • 浊度 • 超显微镜
|___胶__粒__（__带 ___负__电__）________________| 胶团（电中性）
胶
K+
团
构
K+
K+
K+
造
K+
I- I- I-
示 意
I-
I-
K+
I-
K+
(AgI)m 胶核
I-Байду номын сангаас
胶 粒
胶 团
图
I-
I-
I- I- I-
K+
K+
K+
K+
K+
胶粒的结构
例2：AgNO3 + KI→KNO3 + AgI↓
按分散相和介质聚集状态分类
3. 气溶胶
将气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为 固体或液体时，形成气-固或气-液溶胶，但没有 气-气溶胶，因为不同的气体混合后是单相均一 体系，不属于胶体范围.
A. 气-固溶胶 如 :烟，含尘的空气
B. 气-液溶胶 如 :雾，云
按胶体溶液的稳定性分类
1. 憎液溶胶
•分子分散体系 <10-9 m 白酒 •胶体分散体系 1 ~100 nm 金溶胶 •粗分散体系 >1000 nm 黄河水
1.分子分散体系
分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶， 没有界面，是均匀的单相，分子半径大小在10-9 m以 下 。通常把这种体系称为真溶液，如CuSO4溶液。
2.胶体分散体系
半径在1 nm~100 nm之间的难溶物固体粒子 分散在液体介质中，有很大的相界面，易聚沉，是 热力学上的不稳定体系。
一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成 溶胶，是 一个不可逆体系，如氢氧化铁溶胶、碘 化银溶胶等。
这是胶体分散体系中主要研究的内容。
按胶体溶液的稳定性分类
2. 亲液溶胶
半径落在胶体粒子范围内的大分子溶解 在合适的溶剂中，一旦将溶剂蒸发，大分子 化合物凝聚，再加入溶剂，又可形成溶胶， 亲液溶胶是热力学上稳定、可逆的体系。
（3）当光束通过分子溶液，由于溶液十分均匀，散 射光因相互干涉而完全抵消，看不见散射光。