天津大学胶体与表面化学课件第二章20123
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天津大学胶体与表面化学课件第二章-2012-3
某一方向得到的冲量即可发生位移，此即布朗运动。
布朗运动是分子热运动的必然结果。
2019/12/14
25
1905年，Einstein-Brown曾研究过布朗运动，提出了 粒子的平均位移与粒子半径、介质粘度、温度和时间 之间的关系式：
1
x
RTt
3N A
r
2
x : t 时间间隔内粒子的平均位移
（c）熔点低，比如，块状金（Au）熔点为1063 oC，若粒径 为2-5 nm，熔点为300 oC左右。
（d）磁性强 （e）光吸收强（几乎为黑色） （f）热导性能好（超细粒子在低温和超低温下几乎没 有热阻）
2019/12/14
15
(2)超细粒子的应用
例如：化学工业、催化剂、电子工业、磁记录材 料、传感器、医药和机械工业。
(c 1
c 2
)x
(1)
2
2x
2019/12/14
27
若 x 很小： 如 C1 > C2
c (c c )
dc
1
2
(2)
x
x
dx
所以：
m 1 ( dc ) x 2
(3)
2 dx
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28
m
1
(
dc 2 )x
(3)
2 dx
由：
m D dc t dx
dm m m1 t dt
t 对m微分：
dm dt
dm1 dt
dm dt
t
d 2m dt 2
所以：
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dm1 dt
t
布朗运动是分子热运动的必然结果。
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1905年，Einstein-Brown曾研究过布朗运动，提出了 粒子的平均位移与粒子半径、介质粘度、温度和时间 之间的关系式：
1
x
RTt
3N A
r
2
x : t 时间间隔内粒子的平均位移
（c）熔点低，比如，块状金（Au）熔点为1063 oC，若粒径 为2-5 nm，熔点为300 oC左右。
（d）磁性强 （e）光吸收强（几乎为黑色） （f）热导性能好（超细粒子在低温和超低温下几乎没 有热阻）
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(2)超细粒子的应用
例如：化学工业、催化剂、电子工业、磁记录材 料、传感器、医药和机械工业。
(c 1
c 2
)x
(1)
2
2x
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若 x 很小： 如 C1 > C2
c (c c )
dc
1
2
(2)
x
x
dx
所以：
m 1 ( dc ) x 2
(3)
2 dx
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m
1
(
dc 2 )x
(3)
2 dx
由：
m D dc t dx
dm m m1 t dt
t 对m微分：
dm dt
dm1 dt
dm dt
t
d 2m dt 2
所以：
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dm1 dt
t
胶体表面与化学PPT课件
动态润湿法
通过测量液体在固体表面的动态接触线移动 速度，评估表面的润湿性。
05
CATALOGUE
胶体表面化学未来展望
新材料开发
高性能材料
利用胶体表面化学技术，开发具有优异性能的新材料，如高强度 、高韧性、耐高温、耐腐蚀等。
功能材料
探索具有特殊功能的材料，如光电转换、传感、催化等，以满足不 同领域的需求。
通过红外光谱、核磁共振等技术手段鉴别 表面活性剂的类型。
表面活性剂浓度测定
表面活性剂界面行为研究
利用滴定法、分光光度法等方法测定表面 活性剂浓度。
利用显微镜、光谱等技术手段研究表面活 性剂在界面上的行为。
表面吸附研究方法
等温吸附法
在恒温条件下，研究物质在表面的吸附量与浓度之间的关系。
吸附动力学法
研究物质在表面的吸附速率和吸附机理。
03
CATALOGUE
胶体表面化学应用
石油工业
石油开采
利用胶体表面化学原理， 通过改变钻井液的流变性 、稳定性等性质，提高石 油开采效率。
油气分离
利用胶体表面化学原理， 通过改变油水乳液的稳定 性、界面张力等性质，实 现油气高效分离。
石油运输
利用胶体表面化学原理， 通过改变油品的流变性、 粘度等性质，提高石油运 输效率。
X射线光电子能谱法
利用X射线光电子能谱技术测定表面吸附物的组成和结构。
原子力显微镜法
利用原子力显微镜技术观察表面吸附物的形貌和分布。
表面润湿性研究方法
接触角法
通过测量液体在固体表面的接触角大小，评 估表面的润湿性。
滑移长度法
测量液体在固体表面滑动时的滑移长度，评 估表面的润湿性。
滴液法
表面和胶体化学课件二
66
§8-3 固体表面
固体表面上的原子或分子与液体一样，受力也 是不均匀的，而且不像液体表面分子可以移动，通 常它们是定位的。
固体表面是不均匀的，即使从宏观上看似乎很 光滑，但从原子水平上看是凹凸不平的。
同种晶体由于制备、加工不同，会具有不同的 表面性质，而且实际晶体的晶面是不完整的，会有 晶格缺陷、空位和位错等。
2. 做校正。
二、化学吸附
特点：
1.吸附力是由吸附剂与吸附质分子之间产生的化学 键力，一般较强。
2.吸附热较高，接近于化学反应热，一般在 40kJ/mol 以上。
3.吸附有选择性，固体表面的活性位只吸附与之可 发生反应的气体分子，如酸位吸附碱性分子，反之 亦然。
4.吸附很稳定，一旦吸附，就不易解吸。
o点，s, l, g三相相交处
l-g ， s-l ， s-g作用于o点
当液滴的展开或收缩达平衡时，合力为0
为定值，形状一定
sg sl lg cos 0
cos sg ls lg
杨氏方程
用衡量液体对固体润湿程度，以90为分界线
若 < 90 润湿
若 > 90 不润湿
当 s-g - l-s > l-g，直到=00 仍未达到平衡，
气泡中的水蒸汽压至少等于pθ＋△p，应用克劳修斯 －克拉贝龙方程可求出蒸汽压为 pθ＋△p 时的平衡 温度，此即沸腾温度。
p p p p 2 105 2 0.0589
r
1.00 106
2.18105 Pa
ln
p p
vap Hm R
1
T0
1 T
2.18 105 ln
1.01105
p V ( ps p)
p ps
《表面与胶体化学》课件
表面活性剂的种类繁多，不同的清洁产品会选择不同类型的表面活性剂，以满足不 同的清洁需求。
胶体在食品工业中的应用
胶体在食品工业中广泛应用于增稠、 稳定和乳化等方面。
胶体还可以作为食品的稳定剂，保持 食品的稳定性和一致性，如冰淇淋、 奶昔和饮料等。
胶体可以作为食品的增稠剂，提供更 好的口感和质地，如酸奶、果酱和调 味酱等。
胶体的稳定性
取决于胶体粒子间的相互作用力，包 括静电作用、范德华力、空间位阻等 。
聚沉现象
当胶体粒子间的相互作用力减弱或消 除时，胶体将失去稳定性，发生聚沉 ，出现沉淀或凝胶现象。
影响因素
电解质浓度、温度、pH值等对胶体 稳定性产生影响，可引发聚沉。
胶体的光学性质
总结词 丁达尔效应
瑞利散射 实验方法
物理吸附
由于范德华力引起的吸附，吸附力较弱，吸 附热较小。
表面吸附的应用
催化剂、电极材料、光电子器件等。
表面润湿性
表面润湿性定义
液体在固体表面铺展的能力称为润湿性。
润湿性的影响因素
表面张力、接触角和表面粗糙度等。
润湿性的应用
涂料、油墨、农药等。
2023
PART 03
胶体化学基础
REPORTING
2023
REPORTING
《表面与胶体化学》 PPT课件
2023
目录
• 表面与胶体化学概述 • 表面化学基础 • 胶体化学基础 • 表面与胶体化学在生活中的应用 • 表面与胶体化学的未来发展
2023
PART 01
表面与胶体化学概述
REPORTING
表面与胶体化学的定义
表面与胶体化学是一门研究物 质表面现象和胶体分散体系的 科学。
胶体在食品工业中的应用
胶体在食品工业中广泛应用于增稠、 稳定和乳化等方面。
胶体还可以作为食品的稳定剂，保持 食品的稳定性和一致性，如冰淇淋、 奶昔和饮料等。
胶体可以作为食品的增稠剂，提供更 好的口感和质地，如酸奶、果酱和调 味酱等。
胶体的稳定性
取决于胶体粒子间的相互作用力，包 括静电作用、范德华力、空间位阻等 。
聚沉现象
当胶体粒子间的相互作用力减弱或消 除时，胶体将失去稳定性，发生聚沉 ，出现沉淀或凝胶现象。
影响因素
电解质浓度、温度、pH值等对胶体 稳定性产生影响，可引发聚沉。
胶体的光学性质
总结词 丁达尔效应
瑞利散射 实验方法
物理吸附
由于范德华力引起的吸附，吸附力较弱，吸 附热较小。
表面吸附的应用
催化剂、电极材料、光电子器件等。
表面润湿性
表面润湿性定义
液体在固体表面铺展的能力称为润湿性。
润湿性的影响因素
表面张力、接触角和表面粗糙度等。
润湿性的应用
涂料、油墨、农药等。
2023
PART 03
胶体化学基础
REPORTING
2023
REPORTING
《表面与胶体化学》 PPT课件
2023
目录
• 表面与胶体化学概述 • 表面化学基础 • 胶体化学基础 • 表面与胶体化学在生活中的应用 • 表面与胶体化学的未来发展
2023
PART 01
表面与胶体化学概述
REPORTING
表面与胶体化学的定义
表面与胶体化学是一门研究物 质表面现象和胶体分散体系的 科学。
天津大学胶体与表面化学课件第一章(完整版)
辨率：为0.1 nm、0.2 nm）、 AFM (Atomic Force Microscopy) 来研究胶粒之间相互作用、
粒径大小、表面分子的形态和空间分布情况。 LEED (Low Energy Electron Diffraction)、 ESCA (Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)（XPS、
但是，也有另一类的几何对象——分形，它 不具有整数维数。而是分维（Fractal dimension） 记为D，分维是描述分形定量参数。
2：利用近代仪器研究表面化学
例如: TEM (Transmission Electron Microscope)（0.3 ~0.5 nm） SEM (Scanning Electron Microscope)（6~10 nm） STM（Scanning Tunneling Microscopy) (平行和垂直方向分
天津大学化学系 刘炳泗
第之 间）分散在分散介质中（气体、液体、固体 ）所构成的体系——胶体体系。如果分散介 质为液体的体系称为溶胶（sol）。
Al2O3 sol
Al2O3 sol
特征：
1、以分散相粒子的大小为依据： 1 nm < | 1 ~ 100 nm | > 100 nm
（美籍法国科学家Mandelbrot ） 用统计力学研究高分子等。（ 分子动力学 ）
Effects of Ti-supported Au particle size on the activity for CO oxidation.
分形理论：
大家知道，普通的几何对象是整数维数，点 是零维，线是一维，面是二维，立方体是三维。
Chemistry, (4th) 1999年 • 5 陈宗淇等编，胶体与界面化学（2002年） • 6.Richard M. Pashley, Marilyn E. Karaman, • Applied Colloid and Surface Chemistry, 2005
粒径大小、表面分子的形态和空间分布情况。 LEED (Low Energy Electron Diffraction)、 ESCA (Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)（XPS、
但是，也有另一类的几何对象——分形，它 不具有整数维数。而是分维（Fractal dimension） 记为D，分维是描述分形定量参数。
2：利用近代仪器研究表面化学
例如: TEM (Transmission Electron Microscope)（0.3 ~0.5 nm） SEM (Scanning Electron Microscope)（6~10 nm） STM（Scanning Tunneling Microscopy) (平行和垂直方向分
天津大学化学系 刘炳泗
第之 间）分散在分散介质中（气体、液体、固体 ）所构成的体系——胶体体系。如果分散介 质为液体的体系称为溶胶（sol）。
Al2O3 sol
Al2O3 sol
特征：
1、以分散相粒子的大小为依据： 1 nm < | 1 ~ 100 nm | > 100 nm
（美籍法国科学家Mandelbrot ） 用统计力学研究高分子等。（ 分子动力学 ）
Effects of Ti-supported Au particle size on the activity for CO oxidation.
分形理论：
大家知道，普通的几何对象是整数维数，点 是零维，线是一维，面是二维，立方体是三维。
Chemistry, (4th) 1999年 • 5 陈宗淇等编，胶体与界面化学（2002年） • 6.Richard M. Pashley, Marilyn E. Karaman, • Applied Colloid and Surface Chemistry, 2005
胶体与界面化学课件第二章(2)
由于U、H、A、G、S、V均为广度量，因此
d U U U s Td S S S s pd V V V s id n n ns dA dU TdS pdV idn dU TdS pdV idn dU s TdS s pdV s idns dA
(
G A
)T
,
P
,
nB
保持相应的特征变量不变，每增加单位表面积时，相应热力学函数的增值， 这就是广义的表面自由能
表面自由能定义
(
G A
)
p,T
,nB
保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面积时，Gibbs自由能的增加值称为表
面Gibbs自由能，或简称表面自由能或表面能，用符号 或 表示，单位为J·m-2。
B
dH TdS VdP dA BdnB
B
dF SdT PdV dA BdnB
B
dG SdT VdP dA BdnB
B
由此可得：
(
U A
) S ,V ,nB
(
H A
) S ,P,nB
(
F A
)T
,V
,nB
R1' R2' ,则 :
Ps
2
R'
(1)在毛细管内充满液体，管端有半径为R’ 的球状液滴与之平衡。 外压为
p0 ，附加压力为 ps ,液滴所受总压为： p0 + ps （2） 对活塞稍加压力，将毛细管内液体压出少许，使液滴体积增加dV， 相应地其表面积增加dA。克服附加压力ps环境所作的功与可逆增加表面 积的吉布斯自由能增加应该相等。
化学天津大学胶体与表面化学表面活性剂PPT教案
5
（3）两性表面活性剂
特性：杀菌，但对人体毒性或激性 小。
RR-NN+H(CCHH32)C2—HC2CHO2COOHO-
氨基酸型 甜菜酸型
2021/6/13
第56页/共52页
6
2、非离子型表面活性剂
特征：洗涤、乳化、增溶剂。
1）聚乙二醇
( CH2 CH2 O )n
第表二面节膜的应表用面吸附层及状单态分方子程层
例：聚氧乙烯（10）壬基苯酚醚 (OP-10) C9H19-C6H4- O-(CH2CH2O)-10H
203
457
2021/6/13
第334页/共52页
34
注：HLB值的几个问题
（1）混合表面活性剂HLB值的加和性。
HLBAB HLBA A(30)% HLBB B(70)%
（2）转相温度( Phase Inversion Temperature )
这是稀溶液中液面吸附膜所遵循的状态方程, 既两维空 间理想气体状态方程。
2021/6/13
第第190页页/共/共5522页页
10
2、单分子膜的各种
状态 （1）若温度(T)一定，A 增大， 减小。
（2）表面膜也有气体、液体、固体。
A KT
a
液 态
b膜
理想气 态膜
气液平衡 C
态
A/nm2
气 态
d
硬脂酸乙脂两度空间的 -A
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第156页/共52页
16
三、胶束(Micelle)的形成、结构和 CMC的概念
1、形成： （1）表面活性剂首先占据液体表面。 （2）达到饱和后，浓度继续增加（亲油基自身抱成团
）即形成一种聚集体 — 胶束(micelle，缔合的胶体质点
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m34r31622NRAD T3
而1mol胶体粒子的摩尔质量为：
MmA N16(2NA)2 RDT 3
注意： 1)当胶体粒子为多级分散时，求得的为粒子平均半径； 2）若粒子非球形，则算得半径为表观半径； 3）若粒子有溶剂化，算出半径为溶剂化粒子半径。
三. 沉降与沉降平衡(Sedimentation equilibrium)
1----半透膜 ； 2--- 搅拌器 ；3--- 溶胶 ；4--- 铂电极 ； 5---进水管 ； 6---出水管
5、单分散溶胶 (monodispersed sol) 是指人们可以制取指定的胶粒尺寸、形状和组成皆相同的溶胶。
注：单分散溶胶制备方式
(1)金属盐水溶液高温水解法：
(0.8~4.0)*10-4 mol dm-3 的KCr(SO4)2溶液在75oC下恒温老化26 h,若溶液中存在SO42-与PO43-, 则形成Cr(OH)3溶胶。
得：
dr r dt 2t
将 dr 和 r dt 2t
d代d入mt（1 2）式得t：dd2tm2
dm1 dr
2t2 r
d2m dt2
（4）
这就是粒子分布基本公式。实验中，随时记录小盘中的重量m，将m~t作图。如果在不 同时间t，得不同得m1 ，
m1 dm1 t dt
dm 将 代入(1)式,求 1
2
(cc)x (cc)x
m 1
2
1
2
2
2x
x
A
C1
C2
B
(1)
x 若 很小：
如 C1 > C2
c (c c) dc
1 2
(2 )
x
x
dx
所以：
m1(d
c2 )x
(3)
2 dx
m1(dc )x2
(3)
2 dx
由：
dc
（Fick定律）
m D
t
dx
（4）
x 2 Dt
将扩散系数代入(4)得:
对于球形粒子， D 可由爱因斯坦－斯托克斯方程计算：
f 6r
D RT
6NAr
二.布朗运动 (Brown motion )
1827年,植物学家布朗( Brown)在显微镜下,看到悬浮在水中的花粉粒子处于不停息的无 规则运动状态。
以后发现，线度小于4000 nm的粒子，在分散介质中都 有这种运动。（胶体尺度 1 - 1000 nm)
动的现象称为电泳（移动方向和胶粒的带电性有关）。
例： AgI 溶胶： 溶液中I－过量时，可吸附I－而带负电， 溶液中Ag+过量时，可吸附Ag+而带正电。
-
NaCl溶 液 Fe(OH)3溶 胶
(1)超细颗粒的特性 (a) 比表面积大（平均粒径10~100 nm， s = 10~70 m2/g ）。
优良的化学吸附和表面活性。
表面原子数 总原子数 ×100%
100 80 60 40 20
10 20 30 40 50 粒径/nm
La2NiO4
（b）容易形成团聚体（通常有机化改性降低表面能） （c）熔点低，比如，块状金（Au）熔点为1063 oC，若粒径为2-5 nm，熔点为300 oC左右。
2）凝聚法 (Aggregation) 用化学或物理方法使分子或离子凝集成胶体粒子的方法叫凝聚法。
(1) 物理凝聚法： a.蒸气凝聚法；例：固态苯与钠,在真空下气化, 到冷 却的器壁上冷凝。 b.过饱和法： 改变溶剂法；例 硫的酒精溶液倒入水中， 形成硫在水中的溶胶
冷却法：用冰骤冷苯在水中的饱和溶液， 得到苯在水中的溶胶
天津大学胶体与表面化学 课件第二章20123
第一节 胶体的制备和净化 1、胶体的制备条件：
(1)分散相在介质中溶解度极小 (2)加稳定剂 (Stable agent)， 例: TiO2 +油料 => 油漆 （+金属皂类）
2、胶体的制备方法
1).分散法 (机械分散，电分散，超声波分散）: (1)胶体磨；（2）气流粉碎机；（3）电弧法；
截距所对应的值为半径大于此 r 的粒子全部沉淀时量
参:陈宗淇 《胶体化学》 P212---P214 （1）在t时间内，沉入盘内的重量：
t 对m微分：
m
m1
t
dm dt
所以：
ddm td(d1) m 1tddm ttdd2m 2t
dm1 dt
t
d2m dt2
欲求粒子大小分布曲线：必须求
，
以
作图就是粒子分布曲线， 可由下式
,再将
dt 算出相应的 r。
dm 1
dr
d m d m 代入(4)式得 2 ,同时以不同时间的 t 2代入(3)式,可
dt 2
dt 2
不同半径范围内的粒子占全部粒子的质量分数
二：在离心场中的沉降 在离心场中，沉降公式仍可应用，只要用离心加速度“2x”代替重力加速度 g
即可：
3 4r3(0)2x6rd dx t
溶胶粒子大小,分散度: (V1/V2)
（1）晶体形成速度 V1=dn/dt=k1(c-s/s)
（2）晶核成长速度 V2=k2•D(c-s)
注：C-过饱和浓度，S-溶解度，D-溶质分子的扩散系数
注：当 V1 >>V2 时，粒子分散度较大，形成溶胶； 当V2 >>V1时，粒子长大并产生沉淀。
4、溶胶的净化——采用“渗析 (dialysis)” 和 “电渗析”(electrodialysis)
6、超细颗粒 (Ultra-fines，1-100 nm)
人们把肉眼看的见的物质体系叫宏观体系(macro-scopic system)，将原子与分子甚至更小 的体系叫做微观体系（micro-scopic system），将宏观与微观之间的体系叫介观体系 （meso-scopic system）。
（2） 化学凝聚法：
A:还原法(单宁:Tannins，葡萄酒中所含有的二种酚化合物）
B:氧化法
A3 u单 宁 少 K 量 2C （ 3O 加 热 A） u
C:复分解法
2 H 2 S O 2 2 S 2 H 2 O
Ag （ 3N过 O K 量 IA g ） K IN 3 O
3、凝聚法原理
1
x
RTt
3N A
r
2
x : t 时间间隔内粒子的平均位移 r : 粒子半径 T：热力学温度 ：分散介质粘度 NA：阿伏加德罗常数
推导：若垂直于AB面的某质点在 t 时间内的平均位移为
向右扩散的质点数量0.5*C1S
x
向左扩散的质点数量0.5*C2Sx
x
即从左到右通过AB单位面积上净质点数量
将上式定积分:
6
rx2d xt24r3( x1 x t1 3
0) 2dt
lnx2 x1
2r2(9 0 )2(t2t1)
上式中 x1和 x2 分别为离心时间 t1和 t2 时界面与旋转轴之间的距离，例：
第三节 溶胶的电性质和胶团结构
一 ： 电动现象及其应用 1 、 基本概念： （1） 电动现象：在外电场下，固-液两相可发生相对运动(电泳,电渗)；反之，在外力作用下
式中： o = 介质的密度， = 胶粒的密度
注：粒子的半径越大，浓度随高度的变化越明显。
下面介绍不同外力作用下的沉降情况：
（一）在重力作用下的沉降 1：沉降速度 (V)（与胶粒的大小有关） 在重力作用下，介质中粒子所受的总重力为：
F 1 V 0(0)g 球 形 3 4r3 (0)g
式中： o = 介质的密度， = 胶粒的密度
按stokes定律：粒子沉降所受的阻力：
当 F1=F2 时:
F2 6rV
3 4r3(0)g6 rV
所以:
V2r2(0)g h
9
t
r
2(9 V 0)g
9 2(0)g
h t
2：沉降分析——称重法 注：对多级分散体系，颗粒大小不同，虽然无法测出单个粒子的沉降速度，但可以求出一定大小粒 子所占的质量分数。
（b）共沉淀法 (Co-precipitation)
（c）溶胶 ---- 凝胶的转变方法 (Sol-gel)
溶液1
溶胶1
溶液2
溶胶2
溶胶 混和物
pH 温度
凝胶 混合
物
成型
干燥
纤维 块材 粉末
纳米级的复合材料
(d）溶剂蒸发法 • 喷雾干燥法; • 喷雾热分解法; • 冷冻干燥法：
第二节 溶胶的运动性质
以CdS胶粒为例：
A: Cd(ClO4)2 B: (NH4)2S
(4)溶胶—凝胶转变法（Sol-gel） FeSO4+KOH溶液混合得到Fe(OH)2凝胶,然后加入KNO3溶液(Fe2+温和氧化剂)，可以
得到非常小的Fe3O4粒子。
另外，r—Al2O3的制备：
A(O l 3H C 7)3H 2O AlO (sO o ) lH
(2)金属络合物高温水解法
PVA
甲醇
RhCl3 —— Rh3+ – PVA ——Rh小粒子(粒径0.8 nm)
形成络合物
还原作用
——(Rh原子) ——Rh大粒子(粒径4.0 nm)
晶体生长
注：Fe、Co、Ni与Cu的单分散溶胶，不用甲醇还原
PVA-聚乙烯醇
(3) 微乳液法 (Micro-emulsion method)— —制单分散溶胶（sol）
M相应于胶粒的4 r 3
3
h 为 胶 粒 浓 度 为 C1 和 C2 两 层 间 的 距 离 （ x2-x1 ） ， 然 后 考 虑 到 胶 粒 的 浮 力 校 正 : 。
(1 0 )
故: 胶粒的浓度随高度的变化关系：
而1mol胶体粒子的摩尔质量为：
MmA N16(2NA)2 RDT 3
注意： 1)当胶体粒子为多级分散时，求得的为粒子平均半径； 2）若粒子非球形，则算得半径为表观半径； 3）若粒子有溶剂化，算出半径为溶剂化粒子半径。
三. 沉降与沉降平衡(Sedimentation equilibrium)
1----半透膜 ； 2--- 搅拌器 ；3--- 溶胶 ；4--- 铂电极 ； 5---进水管 ； 6---出水管
5、单分散溶胶 (monodispersed sol) 是指人们可以制取指定的胶粒尺寸、形状和组成皆相同的溶胶。
注：单分散溶胶制备方式
(1)金属盐水溶液高温水解法：
(0.8~4.0)*10-4 mol dm-3 的KCr(SO4)2溶液在75oC下恒温老化26 h,若溶液中存在SO42-与PO43-, 则形成Cr(OH)3溶胶。
得：
dr r dt 2t
将 dr 和 r dt 2t
d代d入mt（1 2）式得t：dd2tm2
dm1 dr
2t2 r
d2m dt2
（4）
这就是粒子分布基本公式。实验中，随时记录小盘中的重量m，将m~t作图。如果在不 同时间t，得不同得m1 ，
m1 dm1 t dt
dm 将 代入(1)式,求 1
2
(cc)x (cc)x
m 1
2
1
2
2
2x
x
A
C1
C2
B
(1)
x 若 很小：
如 C1 > C2
c (c c) dc
1 2
(2 )
x
x
dx
所以：
m1(d
c2 )x
(3)
2 dx
m1(dc )x2
(3)
2 dx
由：
dc
（Fick定律）
m D
t
dx
（4）
x 2 Dt
将扩散系数代入(4)得:
对于球形粒子， D 可由爱因斯坦－斯托克斯方程计算：
f 6r
D RT
6NAr
二.布朗运动 (Brown motion )
1827年,植物学家布朗( Brown)在显微镜下,看到悬浮在水中的花粉粒子处于不停息的无 规则运动状态。
以后发现，线度小于4000 nm的粒子，在分散介质中都 有这种运动。（胶体尺度 1 - 1000 nm)
动的现象称为电泳（移动方向和胶粒的带电性有关）。
例： AgI 溶胶： 溶液中I－过量时，可吸附I－而带负电， 溶液中Ag+过量时，可吸附Ag+而带正电。
-
NaCl溶 液 Fe(OH)3溶 胶
(1)超细颗粒的特性 (a) 比表面积大（平均粒径10~100 nm， s = 10~70 m2/g ）。
优良的化学吸附和表面活性。
表面原子数 总原子数 ×100%
100 80 60 40 20
10 20 30 40 50 粒径/nm
La2NiO4
（b）容易形成团聚体（通常有机化改性降低表面能） （c）熔点低，比如，块状金（Au）熔点为1063 oC，若粒径为2-5 nm，熔点为300 oC左右。
2）凝聚法 (Aggregation) 用化学或物理方法使分子或离子凝集成胶体粒子的方法叫凝聚法。
(1) 物理凝聚法： a.蒸气凝聚法；例：固态苯与钠,在真空下气化, 到冷 却的器壁上冷凝。 b.过饱和法： 改变溶剂法；例 硫的酒精溶液倒入水中， 形成硫在水中的溶胶
冷却法：用冰骤冷苯在水中的饱和溶液， 得到苯在水中的溶胶
天津大学胶体与表面化学 课件第二章20123
第一节 胶体的制备和净化 1、胶体的制备条件：
(1)分散相在介质中溶解度极小 (2)加稳定剂 (Stable agent)， 例: TiO2 +油料 => 油漆 （+金属皂类）
2、胶体的制备方法
1).分散法 (机械分散，电分散，超声波分散）: (1)胶体磨；（2）气流粉碎机；（3）电弧法；
截距所对应的值为半径大于此 r 的粒子全部沉淀时量
参:陈宗淇 《胶体化学》 P212---P214 （1）在t时间内，沉入盘内的重量：
t 对m微分：
m
m1
t
dm dt
所以：
ddm td(d1) m 1tddm ttdd2m 2t
dm1 dt
t
d2m dt2
欲求粒子大小分布曲线：必须求
，
以
作图就是粒子分布曲线， 可由下式
,再将
dt 算出相应的 r。
dm 1
dr
d m d m 代入(4)式得 2 ,同时以不同时间的 t 2代入(3)式,可
dt 2
dt 2
不同半径范围内的粒子占全部粒子的质量分数
二：在离心场中的沉降 在离心场中，沉降公式仍可应用，只要用离心加速度“2x”代替重力加速度 g
即可：
3 4r3(0)2x6rd dx t
溶胶粒子大小,分散度: (V1/V2)
（1）晶体形成速度 V1=dn/dt=k1(c-s/s)
（2）晶核成长速度 V2=k2•D(c-s)
注：C-过饱和浓度，S-溶解度，D-溶质分子的扩散系数
注：当 V1 >>V2 时，粒子分散度较大，形成溶胶； 当V2 >>V1时，粒子长大并产生沉淀。
4、溶胶的净化——采用“渗析 (dialysis)” 和 “电渗析”(electrodialysis)
6、超细颗粒 (Ultra-fines，1-100 nm)
人们把肉眼看的见的物质体系叫宏观体系(macro-scopic system)，将原子与分子甚至更小 的体系叫做微观体系（micro-scopic system），将宏观与微观之间的体系叫介观体系 （meso-scopic system）。
（2） 化学凝聚法：
A:还原法(单宁:Tannins，葡萄酒中所含有的二种酚化合物）
B:氧化法
A3 u单 宁 少 K 量 2C （ 3O 加 热 A） u
C:复分解法
2 H 2 S O 2 2 S 2 H 2 O
Ag （ 3N过 O K 量 IA g ） K IN 3 O
3、凝聚法原理
1
x
RTt
3N A
r
2
x : t 时间间隔内粒子的平均位移 r : 粒子半径 T：热力学温度 ：分散介质粘度 NA：阿伏加德罗常数
推导：若垂直于AB面的某质点在 t 时间内的平均位移为
向右扩散的质点数量0.5*C1S
x
向左扩散的质点数量0.5*C2Sx
x
即从左到右通过AB单位面积上净质点数量
将上式定积分:
6
rx2d xt24r3( x1 x t1 3
0) 2dt
lnx2 x1
2r2(9 0 )2(t2t1)
上式中 x1和 x2 分别为离心时间 t1和 t2 时界面与旋转轴之间的距离，例：
第三节 溶胶的电性质和胶团结构
一 ： 电动现象及其应用 1 、 基本概念： （1） 电动现象：在外电场下，固-液两相可发生相对运动(电泳,电渗)；反之，在外力作用下
式中： o = 介质的密度， = 胶粒的密度
注：粒子的半径越大，浓度随高度的变化越明显。
下面介绍不同外力作用下的沉降情况：
（一）在重力作用下的沉降 1：沉降速度 (V)（与胶粒的大小有关） 在重力作用下，介质中粒子所受的总重力为：
F 1 V 0(0)g 球 形 3 4r3 (0)g
式中： o = 介质的密度， = 胶粒的密度
按stokes定律：粒子沉降所受的阻力：
当 F1=F2 时:
F2 6rV
3 4r3(0)g6 rV
所以:
V2r2(0)g h
9
t
r
2(9 V 0)g
9 2(0)g
h t
2：沉降分析——称重法 注：对多级分散体系，颗粒大小不同，虽然无法测出单个粒子的沉降速度，但可以求出一定大小粒 子所占的质量分数。
（b）共沉淀法 (Co-precipitation)
（c）溶胶 ---- 凝胶的转变方法 (Sol-gel)
溶液1
溶胶1
溶液2
溶胶2
溶胶 混和物
pH 温度
凝胶 混合
物
成型
干燥
纤维 块材 粉末
纳米级的复合材料
(d）溶剂蒸发法 • 喷雾干燥法; • 喷雾热分解法; • 冷冻干燥法：
第二节 溶胶的运动性质
以CdS胶粒为例：
A: Cd(ClO4)2 B: (NH4)2S
(4)溶胶—凝胶转变法（Sol-gel） FeSO4+KOH溶液混合得到Fe(OH)2凝胶,然后加入KNO3溶液(Fe2+温和氧化剂)，可以
得到非常小的Fe3O4粒子。
另外，r—Al2O3的制备：
A(O l 3H C 7)3H 2O AlO (sO o ) lH
(2)金属络合物高温水解法
PVA
甲醇
RhCl3 —— Rh3+ – PVA ——Rh小粒子(粒径0.8 nm)
形成络合物
还原作用
——(Rh原子) ——Rh大粒子(粒径4.0 nm)
晶体生长
注：Fe、Co、Ni与Cu的单分散溶胶，不用甲醇还原
PVA-聚乙烯醇
(3) 微乳液法 (Micro-emulsion method)— —制单分散溶胶（sol）
M相应于胶粒的4 r 3
3
h 为 胶 粒 浓 度 为 C1 和 C2 两 层 间 的 距 离 （ x2-x1 ） ， 然 后 考 虑 到 胶 粒 的 浮 力 校 正 : 。
(1 0 )
故: 胶粒的浓度随高度的变化关系：