第四章 胶体化学

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由胶凝作用得到的体系叫凝胶
3.2%Fe(OH)3 溶胶
22mmol/L KCl
46mmol/L KCl
8mmol/L KCl
凝胶的基本知识
分类: (1)靠质点间的分子间力形成结构 (2)靠氢键形成 (3)靠化学键形成结构 凝胶的触变作用
胶凝作用
溶胶
变 作 用 触
凝胶



用来衡量溶胶在重力场作用下分散相是否容 易下沉的性质。 在重力场下,如果分散相下沉速度小到可以 忽略,则这种溶胶具有动力稳定性。 是否具有动力稳定性取决与布郎运动与下沉运 动
5.2 动力稳定性
下沉运动

Stokes公式
2 r 0 g u 9
2
5.2 动力稳定性
影响动力稳定性的因素
四、扩散双电层理论与溶胶结构
溶胶的胶团式
{[(AgI)mnAg+(n-x)NO3-]x+x NO3-}
胶核 吸附层离子 胶粒 扩散层离子
胶团
动电现象
(1)沉降电位 由于带电固体粒 子或液滴在分散介质 中沉降则在流体的表 面和底层间产生电位 差 (电泳现象的逆现象)
动电现象
(2)流动电位 加压使液体流 过相对静止的固体 (如毛细管)所产 生电位差 (电渗现象的逆现象)
溶液 高分散体系 粗分散体系
凝聚 分散
胶体
2 溶胶的制备
(1)粉碎
分散法
用研钵、球磨机或胶体磨
(2)稳定剂
表面活性剂或电解质
如:研钵过的TiO2在稀的肥皂溶液
2 溶胶的制备
分散法
2 溶胶的制备
分散法
2 溶胶的制备
(1)粉碎
分散法
用研钵、球磨机或胶体磨
(2)稳定剂
1、条件

两种不完全互溶的液体 作功:摇动、搅拌、研磨、超声波 稳定剂:表面活性物质、固体粉末
一、乳状液的制备

1、条件

2、表面活性物质稳定乳状液原因
净吸引力, 导致吸附和 定向排列
(1)降低油水界面的界面能
U s A U s A
(2)表面活性物质吸附层的溶剂化, 有利于液珠稳定
第四章 胶 体 化 学
前 言
1 分散体系 2 胶体化学的定义 3 胶体化学研究的体系 4 胶体化学解决的问题
1 分散体系
定义:
一种或几种物质分散在另一种物质中形成的体系。
分类: 按聚集状态分类 按分散相质点大小分类
1 分散体系
分散体系按聚集状态分类
分子分散体系 混合气体 溶液(低分子溶液,高分子溶液) 固体分散在溶液,如溶胶
表面活性剂或电解质
如:研钵过的TiO2在稀的肥皂溶液
2 溶胶的制备

凝聚法
使分子或离子聚结成胶体粒子并分散在分散介质. (1)物理凝聚法: (2)化学凝聚法:
利用水解、复分解、 氧化反应,生成不溶或 难溶的物质。
更换溶剂法 在蒸馏水中滴入松 电 香乙醇溶液 弧 法

2 溶胶的制备

凝聚法
水解反应
1 : 2 : 3 聚沉值 25 ~ 150 0.5 ~ 2 : 0.01 ~ 0.1 :
3、溶胶的聚沉
(1)电解质作用 (2)符号不同的溶胶相互聚沉 (3)电场作用 此外,温度升高和粒子含量的增加对聚沉的影响
六、溶胶的胶凝与触变作用
胶凝作用
粒子形状为片型或棒型的溶胶,当粒子含 量足够高并加有适当的电解质时,由于粒 子会发生部分去溶剂化作用而产生聚结, 结成网状结构,把分散介质包在其中,从 而使整个体系失去流动性。
温度 粒子大小 介质粘度
X
RT t N A 3 r
3.2 运动性质
布朗运动的作用

布朗运动

克服由于重力而引起的定向运动,利于动力稳 定性 增加碰撞机会,不利于聚结稳定性
3.3
定义:
电学性质
电泳现象
胶体粒子在电场的作用下向正极或负极移动 作定向移动的现象。
3.3 电学性质
电泳现象
碘化钾加到过量的硝酸银中制备的胶体,加电后分 散相移向负极; 碘化银带正电
液体分散在液体,如乳状液
气体分散在液体,如泡沫 分散相分散体系 固体分散在气体,如烟 液体分散在气体,如雾 固体分散在固体,如合金 液体分散在固体,如沸石 气体分散在固体,如浮石
1 分散体系
分散体系按质点大小分类 分子或离子分散体系 <10-9m
胶体分散体系
粗分散体系
10-7m~10-9m
> 10-7m
胶体是物质存在的一种特殊状态,而不是一
种特殊的物质。
举例: 硫磺分散在乙醇中,形成溶液; 硫磺分散在水中形成硫磺水溶胶;
3 胶体化学研究的分散体系
(1) 胶体分散体系
(2) 聚合物溶液
3 胶体化学研究的分散体系
胶体分散体系的特征: (1)多相; (2)大表面的体系; (3)高表面能; (4)热力学不稳定。
硝酸银加到过量的碘化钾中制备的胶体,加电后分 散相移向正极。
碘化银带负电
3.3 电学性质
定义:
电渗现象
分散介质在电场的作用下向正极或负极移动
作定向移动的现象。
3.3 电学性质
(2) 电 渗
电渗现象
3.3 电学性质
电渗现象
电渗仪中:碘化钾加到过量的硝酸银中制备的胶体,加电 后分散介质移向正极; 电泳仪中:碘化钾加到过量的硝酸银中制备的胶体,加电 后分散相移向负极;
一个极性溶剂分子有带部分正电荷的正端和带部 分负电荷的负端,如R-O-H。正离子与溶剂的负端, 负离子与溶剂的正端互相吸引,称为离子—偶极作用, 也称为离子偶极健。离子—偶极作用是溶剂化的本质, 一个离子可形成多个离子—偶极健,结果离子被溶剂 化,在溶剂包围中。 质子溶剂的溶剂化作用除了离子—偶极健外,往 往还有氢键的作用。
乳光现象利用—超显微镜设计
普通高倍显微镜:
大于300nm粒子
超显微镜:
10 ~300nm
看到的是散射光点。
3.1 光学性质
乳光现象利用—超显微镜设计 看 到 的 物 象 为 散 射 光 点
3.2 运动性质
布朗运动
3.2 运动性质
布朗运动
爱因斯坦 (Einstein)方程
影响布朗运动的因素

反离子以 扩散方式 排列
随定势离子和胶体粒子一起运动
随分散介质一起运动
扩散层粒子
吸附层粒子
滑动面
与吸附层中定势离子与 反离子数目有关
四、扩散双电层理论与溶胶结构
扩散双电层理论要点
1、双电层由定势离子和反离子构成,前者沿固 体表面分布,后者采取扩散的方式分布;
2、按对固体的关系,双电层离子可沿滑动面分 为吸附层离子和扩散层两部分,使固体表面与 分散介质之间有电位差。即电位(Zeta-电 位)。 一切电动现象与动电现象都是由于电位的存在 而产生。
丁达尔(Tyndall)现象解释
散射
光线绕过离子 前进,并从该粒 子向各个方向传 播。
反射或折射
散射
丁达尔(Tyndall)现象解释
3.1 光学性质


可见光 : 悬浮体:
400~800nm(0.4~0.8m)
溶胶粒子: 1~100nm( 0.001~0.1m)
100~10000nm( 0.1~10m)


电泳现象和电渗现象说明: 分散相和分散介质带有相反的电荷。 电动现象: 加电后发生的分散相或分散介质的 定向移动现象。
四、扩散双电层理论与溶胶结构
扩散双电层的形成法扬司法则:
碘化钾加到过量的硝酸银中制 备出胶粒带正电的溶胶。
NO3-,反离子 Ag+,优先吸附的离子,又称定势离子
(1)反离子受到定势离子的静电 引力而趋向整齐排列; (2)反离子由于本身的热运动而 趋向于在体系中均匀分布
3.1 光学性质
丁达尔(Tyndall)现象解释
(1)可见光照射溶胶,发生散射,所以即使从侧面可 以观察到光的行进;
(2)可见光照射悬浮体,发生反射,凭借反射光线,
可以看到悬浮体粒子。
3.1 光学性质
乳光现象的解释

雷利定律(Rayleigh)定律(1871)
24 CV n n I 4 n 2n I 0

影响聚结稳定性的因素



温度:布朗运动 溶胶粒子大小: 布朗运动 电位 扩散双电层的溶 剂化
对溶胶的聚结稳 定性起主要作用
溶剂化——概念
在溶液中,溶质被溶剂分子包围的欢象称为 溶剂化。 例如:氯化钠在溶液中,结构单元就是水化的钠 离子(Na+)和氯离子(Cl-)。即氯化钠被水溶 剂化。
溶剂化 的本质
影响聚结稳定性的因素



温度:布朗运动 溶胶粒子大小: 布朗运动 电位 扩散双电层的溶 剂化
对溶胶的聚结稳 定性起主要作用
溶胶稳定原因

动力稳定性:溶胶粒子小 聚结稳定性:溶胶粒子带电以及扩散双 电层的溶剂化
溶胶动力稳定性与聚结稳定性的关系

5.4 溶胶的聚沉
定义:溶胶由于失去聚结稳定性,进而失去动力稳 定性的整个过程叫聚沉。 (1)电解质聚沉作用 聚沉过程:高价反离子的作用
X RT t N A 3 r
2 r 0 g u 9
2

温度 溶胶粒子大小 分散相与分散介质的密度差 分散介质的粘度
溶胶粒子越 小,动力稳 定性越好。
5.3 聚结稳定性

用来衡量分散相是否容易粘结的性质

若分散相的粘结速度小到可以忽略,则具 有聚结稳定性 取决粒子间的吸引力、排斥力和布朗运动

直径为10nm的球形质点, 质点总体积1cm3, 其面积为600m2。
3 胶体化学研究的分散体系
聚合物溶液 (1)真溶液 (2)均相体系 (3)热力学稳定

4 胶体化学的主要研究内容

胶体体系的稳定与破坏
(1)溶胶
(2)乳状液

聚合物溶液的性质
5 本章主要内容

溶胶


乳状液
泡沫

聚合物溶液
2 胶体化学的定义
胶体:
指高度分散的分散体.
(质点大小在1nm~100 nm)
胶体化学:
是研究胶体体系的化学。
2 胶体化学的定义
举例:泥土分散在水中 (1) 分子或离子分散体系 (2) 胶体 (3) 悬浮体(粗分散体系)
二、胶体化学的定义
胶体是物质存在 的一种特殊状态,而不是一 种特殊的物质
2 胶体化学的定义
动电现象
定势离子 反离子
电位测定

K
分散介质粘度,Pa.s 单位距离电位差下胶粒的 移动速度,电泳淌度, m2.V-1.s-1

U
常数,胶粒球形,取1.5; 片型、棒型为1.0
四、扩散双电层理论与溶胶结构
五、溶胶的稳定与聚沉
5.1、溶胶的稳定性 动力稳定性与聚结稳定性 5.2、动力稳定性
第一节
1 溶胶的定义


2 溶胶的制备
3 溶胶的性质 4 扩散双电层理论与溶胶结构 5 溶胶的稳定与聚沉 6 溶胶的胶凝与触变作用
1 溶胶的定义
溶解度极小的固体高度分散在液体中, 分散相粒子的直径在0.001 ~ 0.1 m(1 ~ 100nm)之间。
2 溶胶的制备
(1) 分散法
(2) 凝聚法
球型
棒状
线状
体型
第二节 乳 状 液
表面活性剂通过降低油水界面张力使稠油乳化形 成水包油乳状液,显著降低了体系的流动阻力, 从而提高稠油油藏的采收率。
前 言

定义:
液体以液珠分散在另一种与其互不相溶的液体 中形成的胶态分散体系。

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
主要内容:
乳状液制备 乳状液类型
乳状液性质
乳状液破坏
一、乳状液的制备
非极性基团 水 包 油 乳 状 液 极性基团
吸附层 (界面膜)
溶剂化
(3)表面活性物质的非极性部分,由于 极性相近能很好结好,从而吸附使吸附 层有一定的机械强度
油 包 水 乳 状 液
(4)表面活性物质的极性部分在水中解离形成 扩散双电层,从而使液珠间存在静电斥力,阻 止液珠合并
与吸附层中定势离子与 反离子数目有关
3、溶胶的聚沉



等电态 临界电位:溶胶开始明显聚沉时的电位 (20~30mV) 聚沉值:一定时间内,能使溶胶发生聚沉的电 解质的最低浓度。用每升溶胶中所加电解质的 毫摩尔数来表示。
聚沉值与聚沉能力具有什么关系?
符号与价数法则


符号法则: 能使溶胶发生聚沉的是电荷符号与胶粒 电荷符号相反的离子。 价数法则: 相反符号离子价数越高,聚沉作用越大。
3 2 2 2 2 2 2 1 2 1 2
n1,n2——分散介质和分散相的折光率 C——单位体积中的胶体粒子数 V——单个粒子的体积 适应线度比光的波长小的微粒的问题。
3.1 光学性质
乳光现象的解释
(1)红光波长大,散射作用弱,光线主要通过溶
胶; (2)蓝光波长小,散射作用强,光线通过溶胶少。
3.1 光学性质
FeCl3 3H2O Fe O H3 3HCl

复分解沉淀反应
AgNO3 KI AgI KNO3
3 溶胶的性质
(1)光学性质
(2)运动性质
(3)电学性质
溶胶的性质是溶胶的特征, 可以提供判断溶胶的方法。
3.1 光学性质
丁达尔现象
3.1 光学现象
乳光现象
AgI溶胶
3.1 光学性质
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