物理化学第十四章胶体化学
合集下载
相关主题
- 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)。
按分散相和介质的聚集状态分类： •固溶胶 •气溶胶
按胶体溶液的稳定性分类： •憎液溶胶 •亲液溶胶
按分散相粒子的大小分类
1.真溶液（分子分散体系）
分散相与分散介质以分子或离子形式均匀的单 相，热力学稳定。分散相粒子半径小于1 nm。
2.胶体分散体系 分散相粒子半径1 nm~100 nm。高分散的多相 体系，粒子有自动聚集的趋势，热力学不稳定。
（1）晶核形成的速率
v1
k
(Q s) s
Q过饱和浓度 s 固体溶解度
（2）晶体长大的速率
v2
DA(Qs)
D溶质扩散系数 溶质粒子移动距离
要得到分散度很高的溶胶，则必需控制两者的值，
使 v 2 很小或接近于零。
即使是经过纯化后的胶粒也会随时间推移而慢慢增
大，最终导致沉淀，这一过程称之为溶胶的老化，老化
按胶体溶液的稳定性分类
1.憎液溶胶 胶体化学的主要研究体系 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。溶剂与粒子间亲合力弱。
溶剂蒸发后，再加入溶剂无法再形成溶胶。 不可逆体系。
2.亲液溶胶 大分子溶液
溶剂与粒子（大分子 ）间亲合力强。溶剂蒸 发后，产生凝聚，再加入溶剂，又可形成溶胶。 热力学上稳定、可逆的体系。
二、胶体分散体系的基本特征
（1）特有的分散程度 粒子在1-100nm，不能透过半透膜，渗透压
高但有动力稳定性和乳光现象—具有很大相界面 的高分散体系。
（2）多相不均匀性 粒子是由许多离子或分子聚结而成，粒子大
小不一，与介质之间有相界面，比表面很大。 （3）聚结不稳定性
粒子有很大的界面，很高的界面能，有自动 聚集的趋势—热力学上不稳定。
D.还原反应制金溶胶 2HAuCl4(稀）+ 3HCHO +11KOH
2Au(溶胶）+3HCOOK + 8KCl + 8H2O
E.离子反应制氯化银溶胶 AgNO3+ KCl→AgCl (溶胶）+KNO3
二、溶胶的净化 （1）溶胶的净化：除去过多的电解质，使胶体 稳定、不聚沉。 但不能使电解质全部除去，否则胶体在不 带电情况下也会容易聚沉。
2. 应用
（1）验证基本理论 ; （2）理想的标准材料 ; （3）新材料; （4）催化剂性能的改进; （5）制造特种陶瓷。
14.3 溶胶的动力性质
一、布朗运动
胶粒在其它质点的作用下作无规则运动—— 布朗运动。
粒子越小，布朗运动越激烈。其运动激烈的程 度不随时间而改变，但随温度的升高而增加。
14.2 溶胶的制备与纯化
一、溶胶制备
粗分 散 分 体 散 胶 系 法 体 凝 体 聚 系 分 法 子分
1．分散法 （1）研磨法 （2）超声分散法 （3）电孤法 2．凝聚法
（1）物理凝聚法
（2）化学凝聚法
化学凝聚法
通过各种化学反应使初生成的难溶物微粒 结合成胶粒，在少量稳定剂存在下形成溶胶。 稳定剂：某一过量的反应物。
A.复分解反应制硫化砷溶胶 2H3AsO3（稀）+ 3H2S →As2S3（溶胶）+6H2O
B.水解反应制氢氧化铁溶胶 FeCl3 +3H2O （热）→ Fe(OH)3 （溶胶）+3HCl
C.氧化还原反应制备硫溶胶 2H2S(稀）+ SO2(g) → 2H2O +3S (溶胶） Na2S2O3 +2HCl → 2NaCl +H2O +SO2 +S (溶胶）
把一种或几种物质 例如：云，牛奶，珍珠 分散在另一种物质中所 构成的系统称为分散系 统。被分散的物质称为 分散相（dispersed phase），而另一种呈 连续分布的物质称为分 散介质（dispersing medium)。
一、分散体系的分类
•真溶液 按分散相粒子的大小分类： •胶体分散体系
•粗分散体系 •液溶胶
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
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： A.气-固溶胶 如烟，含尘的空气
B.气-液溶胶 如雾，云
四、均分散胶体的制备和应用 1. 制备
在严格控制的条件下，有可能制备出形状 相同、尺寸相差不大的沉淀颗粒，组成均分散 系统。颗粒的尺寸在胶体颗粒范围之内的均分 散系统则称为均分散胶体系统。
Perrin用大小均匀的藤黄粒子作悬浮体，证 明了Einstein理论的正确性：
D RT 1
L 6 r
制备均分散系统的方法有：(1) 沉淀法； (2) 相转移法；(3) 多组分阳离子法；(4) 粒子 “包封法”；(5) 气溶胶反应法；(6) 微乳液 法等。
过程是自发过程。
固体的溶解度与颗粒的大小有关，颗粒半径与其相 应的溶解度之间服从Kelvin公式：
lns2 s1
M RT
2
1 R2'
1 R1'
若有大小不同的颗粒同时在一个溶胶中，较小颗粒 附近的饱和浓度大于较大颗粒的饱和浓度，结果是小者 愈小，大者愈大，直到小颗粒全部溶解为止。
而大颗粒大到一定程度即发生沉淀，这就是产生老 化过程的原因。
物理化学
第十四章 胶体分散系统与大分 子溶液
Colloid Chemistry
胶体化学是研究胶体分散体系的科 学，是物理化学的一个重要组成部分。
胶体化学又常被称为胶体与界面科 学。
胶体是物质以一定分散程度所存在 的一种状态，而不是一种特殊类型的物 质。胶体的溶液称为溶胶。
14.1 胶体和胶体的基本特 性
3.粗分散体系
分散相粒子半径大于1000 nm,多相体系，热力 学不稳定。
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：
A.液-固溶胶 如油漆，AgI溶胶 B.液-液溶胶 如牛奶，石油原油等乳状液 C.液-气溶胶 如泡沫
2.固溶胶 将固体作为分散介质所形成的溶胶。当分
（2）溶胶Baidu Nhomakorabea净化的方法
渗析法：利用胶体粒子不能透过半透膜的特 点，分离出溶胶中多余的电解质或其它杂质。
超过滤法：利用吸滤或加压的方法使胶粒与 含有杂质的介质在压差作用下迅速分离。
三、 溶胶的形成条件和老化机制
溶胶形成的过程中要经历两个阶段，即：晶核的
形成和晶体的生长。晶核形成过程的速率决定于形成
和生长两个因素：
按胶体溶液的稳定性分类： •憎液溶胶 •亲液溶胶
按分散相粒子的大小分类
1.真溶液（分子分散体系）
分散相与分散介质以分子或离子形式均匀的单 相，热力学稳定。分散相粒子半径小于1 nm。
2.胶体分散体系 分散相粒子半径1 nm~100 nm。高分散的多相 体系，粒子有自动聚集的趋势，热力学不稳定。
（1）晶核形成的速率
v1
k
(Q s) s
Q过饱和浓度 s 固体溶解度
（2）晶体长大的速率
v2
DA(Qs)
D溶质扩散系数 溶质粒子移动距离
要得到分散度很高的溶胶，则必需控制两者的值，
使 v 2 很小或接近于零。
即使是经过纯化后的胶粒也会随时间推移而慢慢增
大，最终导致沉淀，这一过程称之为溶胶的老化，老化
按胶体溶液的稳定性分类
1.憎液溶胶 胶体化学的主要研究体系 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。溶剂与粒子间亲合力弱。
溶剂蒸发后，再加入溶剂无法再形成溶胶。 不可逆体系。
2.亲液溶胶 大分子溶液
溶剂与粒子（大分子 ）间亲合力强。溶剂蒸 发后，产生凝聚，再加入溶剂，又可形成溶胶。 热力学上稳定、可逆的体系。
二、胶体分散体系的基本特征
（1）特有的分散程度 粒子在1-100nm，不能透过半透膜，渗透压
高但有动力稳定性和乳光现象—具有很大相界面 的高分散体系。
（2）多相不均匀性 粒子是由许多离子或分子聚结而成，粒子大
小不一，与介质之间有相界面，比表面很大。 （3）聚结不稳定性
粒子有很大的界面，很高的界面能，有自动 聚集的趋势—热力学上不稳定。
D.还原反应制金溶胶 2HAuCl4(稀）+ 3HCHO +11KOH
2Au(溶胶）+3HCOOK + 8KCl + 8H2O
E.离子反应制氯化银溶胶 AgNO3+ KCl→AgCl (溶胶）+KNO3
二、溶胶的净化 （1）溶胶的净化：除去过多的电解质，使胶体 稳定、不聚沉。 但不能使电解质全部除去，否则胶体在不 带电情况下也会容易聚沉。
2. 应用
（1）验证基本理论 ; （2）理想的标准材料 ; （3）新材料; （4）催化剂性能的改进; （5）制造特种陶瓷。
14.3 溶胶的动力性质
一、布朗运动
胶粒在其它质点的作用下作无规则运动—— 布朗运动。
粒子越小，布朗运动越激烈。其运动激烈的程 度不随时间而改变，但随温度的升高而增加。
14.2 溶胶的制备与纯化
一、溶胶制备
粗分 散 分 体 散 胶 系 法 体 凝 体 聚 系 分 法 子分
1．分散法 （1）研磨法 （2）超声分散法 （3）电孤法 2．凝聚法
（1）物理凝聚法
（2）化学凝聚法
化学凝聚法
通过各种化学反应使初生成的难溶物微粒 结合成胶粒，在少量稳定剂存在下形成溶胶。 稳定剂：某一过量的反应物。
A.复分解反应制硫化砷溶胶 2H3AsO3（稀）+ 3H2S →As2S3（溶胶）+6H2O
B.水解反应制氢氧化铁溶胶 FeCl3 +3H2O （热）→ Fe(OH)3 （溶胶）+3HCl
C.氧化还原反应制备硫溶胶 2H2S(稀）+ SO2(g) → 2H2O +3S (溶胶） Na2S2O3 +2HCl → 2NaCl +H2O +SO2 +S (溶胶）
把一种或几种物质 例如：云，牛奶，珍珠 分散在另一种物质中所 构成的系统称为分散系 统。被分散的物质称为 分散相（dispersed phase），而另一种呈 连续分布的物质称为分 散介质（dispersing medium)。
一、分散体系的分类
•真溶液 按分散相粒子的大小分类： •胶体分散体系
•粗分散体系 •液溶胶
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
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： A.气-固溶胶 如烟，含尘的空气
B.气-液溶胶 如雾，云
四、均分散胶体的制备和应用 1. 制备
在严格控制的条件下，有可能制备出形状 相同、尺寸相差不大的沉淀颗粒，组成均分散 系统。颗粒的尺寸在胶体颗粒范围之内的均分 散系统则称为均分散胶体系统。
Perrin用大小均匀的藤黄粒子作悬浮体，证 明了Einstein理论的正确性：
D RT 1
L 6 r
制备均分散系统的方法有：(1) 沉淀法； (2) 相转移法；(3) 多组分阳离子法；(4) 粒子 “包封法”；(5) 气溶胶反应法；(6) 微乳液 法等。
过程是自发过程。
固体的溶解度与颗粒的大小有关，颗粒半径与其相 应的溶解度之间服从Kelvin公式：
lns2 s1
M RT
2
1 R2'
1 R1'
若有大小不同的颗粒同时在一个溶胶中，较小颗粒 附近的饱和浓度大于较大颗粒的饱和浓度，结果是小者 愈小，大者愈大，直到小颗粒全部溶解为止。
而大颗粒大到一定程度即发生沉淀，这就是产生老 化过程的原因。
物理化学
第十四章 胶体分散系统与大分 子溶液
Colloid Chemistry
胶体化学是研究胶体分散体系的科 学，是物理化学的一个重要组成部分。
胶体化学又常被称为胶体与界面科 学。
胶体是物质以一定分散程度所存在 的一种状态，而不是一种特殊类型的物 质。胶体的溶液称为溶胶。
14.1 胶体和胶体的基本特 性
3.粗分散体系
分散相粒子半径大于1000 nm,多相体系，热力 学不稳定。
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：
A.液-固溶胶 如油漆，AgI溶胶 B.液-液溶胶 如牛奶，石油原油等乳状液 C.液-气溶胶 如泡沫
2.固溶胶 将固体作为分散介质所形成的溶胶。当分
（2）溶胶Baidu Nhomakorabea净化的方法
渗析法：利用胶体粒子不能透过半透膜的特 点，分离出溶胶中多余的电解质或其它杂质。
超过滤法：利用吸滤或加压的方法使胶粒与 含有杂质的介质在压差作用下迅速分离。
三、 溶胶的形成条件和老化机制
溶胶形成的过程中要经历两个阶段，即：晶核的
形成和晶体的生长。晶核形成过程的速率决定于形成
和生长两个因素：