第五章 胶体稳定性
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第五章 胶体稳定性
.
溶胶的胶团结构
因为胶粒的大小常在1～100nm之间，故每一胶粒必然 是由许多分子或原子聚集而成的。
胶核（colloidal nucleus）：由分子、原子或离子形成的难溶 的质点，它是胶体颗粒的核心。
胶粒（colloidal particle）：滑动面所包围的带电体, 包括胶核 及其表面所吸附的离子和一部分被吸附的反离子。
低电位情况下：
.
5.2 DLVO理论
3.胶体粒子之间的位能曲线
VVaVr
球形颗粒
.
5.2 DLVO理论
当粒子的动能大于势垒时方 能聚沉。
能垒大于15KT可阻止热运动 产生的聚沉。
第一最低位能点：聚沉 沉淀，紧密、稳定
第二最低位能点：胶体稳定 结构疏松，触变性。
胶团（micelle）：整个扩散层及其所包围的电中性体, 包括胶 粒和扩散层中的那部分过剩反离子。 胶团分散于液体介质中便是通常所说的溶胶。
.
溶胶的胶团结构
如在稀 AgNO3 溶液中缓慢加入少量 KI 稀溶液, 得到 AgI 溶胶（正溶胶）, 过剩的 AgNO3 则起稳定剂的作用。
AgI胶团结构式
c ( j1 ):c ( j2 ):c ( j3 ) (1 1 )6:(1 2 )6:(1 3 )6 Cj(i) : i 价电解质的聚沉值
.
5.1 电解质的聚沉作用
(b) 价数相同的反离子的水合半径越小，聚沉 能力越强。
例如，对一价阳离子,按聚沉能力排列： H+ > Cs+ > Rb+ > NH4+ > K+ > Na+ > Li+
胶团结构式为:
胶粒
[ (AgI)m 胶核
nI－ (n－x)K+] x－ xK+ 胶团
在同一个溶胶中, 每个固体微粒所含分子个数 m及其所吸 附的离子个数 n 都不一定是相等的。 但整个胶团是电中性的, 总电荷数应为零, 书写胶团结构时要注意这一点。
.
溶胶的稳定性
胶体系统是具有一定分散度的多相系统，有巨大的表面和 表面能，因而从热力学上来说，它是不稳定系统，粒子间有 相互聚结而降低表面能的趋势，即具有易于聚沉的不稳定性。 因此在制备溶胶时必须有稳定剂存在。
(3) 高分子化合物的作用
在溶胶中加入少量高分
子化合物可使溶胶聚沉，
称为敏化作用(絮凝作用)。
在溶胶中加入足够多
的高分子化合物，则会阻
止溶胶的聚沉，称为空间
保护作用。
.
问题：
• 江河出口处为什么形成三角洲? • 雷雨是如何产生的？为什么会雷电和
暴雨交加？ • 怎样除烟去尘?
.
5.2 DLVO理论
.
5.2 DLVO理论
2. 双电层的排斥能
高电位： .
5.2 DLVO理论
球形粒子
Vr 64rn0 2kT0 2exp(H)
z e0
0
e 2kT
z e0
1
e 2kT 1
n0 : 单位体积粒子数 ε: 介电常数
ψ0:粒子表面电势 κ: 离子氛半径的倒数
r : 粒子半径
H .: 离子之间的最近距离
5.2 DLVO理论
MgSO4
0.80
1/2Al3(SO4)3 0.096
AlCl3
0.093 .
5.1 电解质的聚沉作用
3.影响电解质聚沉能力的因素： (1) 主要取决于与胶粒所带电荷相反的离子（反
离子）所带的电荷数（即价数）。反离子的 价数越高，聚沉能力越强。 Schulze-Hardy rule
电解质的聚沉值与胶粒的异电性离子的 价数的6次方成反比
胶粒
滑动面
[(AgI)m 胶核
nAg+(n－x)NO3－] x+ xNO3－ 胶团
NO3－ Ag +
NO3－ Ag + (AgI)m
NO3－ Ag +
Ag +
胶粒 = 胶核 +被吸附离子 + 紧密层反离子 胶团 = 胶粒 + 扩散层反离子
.
NO3－
AgI胶团示意图
溶胶的胶团结构
如在Baidu Nhomakorabea KI 溶液中缓慢加入少量 AgNO3 稀溶液, 得到AgI 溶胶（负溶胶）, 过剩的 KI 则起稳定剂的作用。
不同电解质的聚沉值(mmol/dm3)
负溶胶(As2S3)
正溶胶(Al2O3)
LiCl
58.4
NaCl
43.5
NaCl
51
KCl
46
KCl
50
KNO3
60
1/2 K2SO4 65
K2SO4
0.30
HCl
31
K2Cr2O7
0.63
CaCl2
0.65
K2C2O4
0.69
BaCl2
0.69
K3[Fe(CN)6] 0.08
但当电解质的浓度足够大，部分反粒子进 入紧密层，而使ζ电势降低，扩散层变薄，胶 粒之间静电斥力减小而导致聚沉，则称为聚沉 剂。
.
5.1 电解质的聚沉作用
2.聚称值和聚沉率
聚沉速率
c1
c2
电解质浓度 c
30
0
ζ电势/mV
聚沉值：使溶胶以明显速率聚沉所需的电解质
的最小浓度。
聚沉率：聚沉值的倒数。
电解质的聚沉值越小，聚沉. 率越大，则聚沉能力越强
另一方面由于溶胶的粒子小，Brown运动剧烈，因此在重 力场中不易沉降，即具有动力学稳定性。
稳定的溶胶必须同时兼备不易聚沉的稳定性和动力稳定性， 但前者更为重要。
.
溶胶的稳定性
粒子聚集由小变大的过程称为聚集过程(aggregation)， 而胶体粒子聚集而成为大粒子称为聚集体(aggretate)。
对一价阴离子： F- > Cl- > Br- > NO3- > I-
(c) 与胶粒电性相同的离子，一般说来，价数 越高，水合半径越小，聚沉能力越弱。
(d) 不规则聚沉 溶胶聚沉——溶胶分散—— 形成沉淀随电解质浓度变化而发生变化。
.
5.1 电解质的聚沉作用
(2) 溶胶的相互聚沉作用 当两种带相反电荷的溶胶所带电量相等时， 相互混合也会发生聚沉。
如无机电解质使胶粒从溶液中沉淀析出，称聚沉过程 (coagulation)；
如高分子化合物使胶体沉淀析出，称絮凝过程 (flocculation)；
如不知为何种试剂，但能使胶体沉淀时，则笼统地称为 聚集过程。
.
5.1 电解质的聚沉作用
1.电解质的聚沉作用
在溶胶中加入少量电解质，可以使胶粒吸 附的离子增加，ζ电势提高，增加溶胶的稳定 性，称为稳定剂。
1.质点间的范德华吸引能
胶粒之间的相互作用可看作是分子作用的加和
若两个球形粒子体积相等
Va
A 12
r H
H: 两球表面之间的最短距离
r : 胶粒半径
A：Hamaker常数 （与物质有关 10-19～10-20 J)
在介质中，
A( .
A质点
A介)质 2
5.2 DLVO理论
.
5.2 DLVO理论
.
溶胶的胶团结构
因为胶粒的大小常在1～100nm之间，故每一胶粒必然 是由许多分子或原子聚集而成的。
胶核（colloidal nucleus）：由分子、原子或离子形成的难溶 的质点，它是胶体颗粒的核心。
胶粒（colloidal particle）：滑动面所包围的带电体, 包括胶核 及其表面所吸附的离子和一部分被吸附的反离子。
低电位情况下：
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5.2 DLVO理论
3.胶体粒子之间的位能曲线
VVaVr
球形颗粒
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5.2 DLVO理论
当粒子的动能大于势垒时方 能聚沉。
能垒大于15KT可阻止热运动 产生的聚沉。
第一最低位能点：聚沉 沉淀，紧密、稳定
第二最低位能点：胶体稳定 结构疏松，触变性。
胶团（micelle）：整个扩散层及其所包围的电中性体, 包括胶 粒和扩散层中的那部分过剩反离子。 胶团分散于液体介质中便是通常所说的溶胶。
.
溶胶的胶团结构
如在稀 AgNO3 溶液中缓慢加入少量 KI 稀溶液, 得到 AgI 溶胶（正溶胶）, 过剩的 AgNO3 则起稳定剂的作用。
AgI胶团结构式
c ( j1 ):c ( j2 ):c ( j3 ) (1 1 )6:(1 2 )6:(1 3 )6 Cj(i) : i 价电解质的聚沉值
.
5.1 电解质的聚沉作用
(b) 价数相同的反离子的水合半径越小，聚沉 能力越强。
例如，对一价阳离子,按聚沉能力排列： H+ > Cs+ > Rb+ > NH4+ > K+ > Na+ > Li+
胶团结构式为:
胶粒
[ (AgI)m 胶核
nI－ (n－x)K+] x－ xK+ 胶团
在同一个溶胶中, 每个固体微粒所含分子个数 m及其所吸 附的离子个数 n 都不一定是相等的。 但整个胶团是电中性的, 总电荷数应为零, 书写胶团结构时要注意这一点。
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溶胶的稳定性
胶体系统是具有一定分散度的多相系统，有巨大的表面和 表面能，因而从热力学上来说，它是不稳定系统，粒子间有 相互聚结而降低表面能的趋势，即具有易于聚沉的不稳定性。 因此在制备溶胶时必须有稳定剂存在。
(3) 高分子化合物的作用
在溶胶中加入少量高分
子化合物可使溶胶聚沉，
称为敏化作用(絮凝作用)。
在溶胶中加入足够多
的高分子化合物，则会阻
止溶胶的聚沉，称为空间
保护作用。
.
问题：
• 江河出口处为什么形成三角洲? • 雷雨是如何产生的？为什么会雷电和
暴雨交加？ • 怎样除烟去尘?
.
5.2 DLVO理论
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5.2 DLVO理论
2. 双电层的排斥能
高电位： .
5.2 DLVO理论
球形粒子
Vr 64rn0 2kT0 2exp(H)
z e0
0
e 2kT
z e0
1
e 2kT 1
n0 : 单位体积粒子数 ε: 介电常数
ψ0:粒子表面电势 κ: 离子氛半径的倒数
r : 粒子半径
H .: 离子之间的最近距离
5.2 DLVO理论
MgSO4
0.80
1/2Al3(SO4)3 0.096
AlCl3
0.093 .
5.1 电解质的聚沉作用
3.影响电解质聚沉能力的因素： (1) 主要取决于与胶粒所带电荷相反的离子（反
离子）所带的电荷数（即价数）。反离子的 价数越高，聚沉能力越强。 Schulze-Hardy rule
电解质的聚沉值与胶粒的异电性离子的 价数的6次方成反比
胶粒
滑动面
[(AgI)m 胶核
nAg+(n－x)NO3－] x+ xNO3－ 胶团
NO3－ Ag +
NO3－ Ag + (AgI)m
NO3－ Ag +
Ag +
胶粒 = 胶核 +被吸附离子 + 紧密层反离子 胶团 = 胶粒 + 扩散层反离子
.
NO3－
AgI胶团示意图
溶胶的胶团结构
如在Baidu Nhomakorabea KI 溶液中缓慢加入少量 AgNO3 稀溶液, 得到AgI 溶胶（负溶胶）, 过剩的 KI 则起稳定剂的作用。
不同电解质的聚沉值(mmol/dm3)
负溶胶(As2S3)
正溶胶(Al2O3)
LiCl
58.4
NaCl
43.5
NaCl
51
KCl
46
KCl
50
KNO3
60
1/2 K2SO4 65
K2SO4
0.30
HCl
31
K2Cr2O7
0.63
CaCl2
0.65
K2C2O4
0.69
BaCl2
0.69
K3[Fe(CN)6] 0.08
但当电解质的浓度足够大，部分反粒子进 入紧密层，而使ζ电势降低，扩散层变薄，胶 粒之间静电斥力减小而导致聚沉，则称为聚沉 剂。
.
5.1 电解质的聚沉作用
2.聚称值和聚沉率
聚沉速率
c1
c2
电解质浓度 c
30
0
ζ电势/mV
聚沉值：使溶胶以明显速率聚沉所需的电解质
的最小浓度。
聚沉率：聚沉值的倒数。
电解质的聚沉值越小，聚沉. 率越大，则聚沉能力越强
另一方面由于溶胶的粒子小，Brown运动剧烈，因此在重 力场中不易沉降，即具有动力学稳定性。
稳定的溶胶必须同时兼备不易聚沉的稳定性和动力稳定性， 但前者更为重要。
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溶胶的稳定性
粒子聚集由小变大的过程称为聚集过程(aggregation)， 而胶体粒子聚集而成为大粒子称为聚集体(aggretate)。
对一价阴离子： F- > Cl- > Br- > NO3- > I-
(c) 与胶粒电性相同的离子，一般说来，价数 越高，水合半径越小，聚沉能力越弱。
(d) 不规则聚沉 溶胶聚沉——溶胶分散—— 形成沉淀随电解质浓度变化而发生变化。
.
5.1 电解质的聚沉作用
(2) 溶胶的相互聚沉作用 当两种带相反电荷的溶胶所带电量相等时， 相互混合也会发生聚沉。
如无机电解质使胶粒从溶液中沉淀析出，称聚沉过程 (coagulation)；
如高分子化合物使胶体沉淀析出，称絮凝过程 (flocculation)；
如不知为何种试剂，但能使胶体沉淀时，则笼统地称为 聚集过程。
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5.1 电解质的聚沉作用
1.电解质的聚沉作用
在溶胶中加入少量电解质，可以使胶粒吸 附的离子增加，ζ电势提高，增加溶胶的稳定 性，称为稳定剂。
1.质点间的范德华吸引能
胶粒之间的相互作用可看作是分子作用的加和
若两个球形粒子体积相等
Va
A 12
r H
H: 两球表面之间的最短距离
r : 胶粒半径
A：Hamaker常数 （与物质有关 10-19～10-20 J)
在介质中，
A( .
A质点
A介)质 2
5.2 DLVO理论
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5.2 DLVO理论