胶体的制备与性质 (全,可做教案)

胶体的制备与性质
第一节 胶体的制备和净化
胶粒：1—100 nm ，原则上可由原子、分子凝聚成胶体（凝聚法），也可由大块物质分散成胶体（分散法）。

一、胶体制备的一般条件
1. 分散相在介质中的溶解度必须极小，浓度低
OH H C S 52+——真溶液）溶胶（溶解度极小，
滴入水中
O H S 2/−−−→−
低溶解度是形成溶胶的必要条件之一，同时还需要反应物的浓度很稀，生成的难溶物晶粒很小而又无长大条件时才能得到胶体。

若反应物浓度很大，细小的难溶物颗粒突然生成很多，易形成半固体状的凝胶。

2. 必须有稳定剂存在
分散胶体体系中存在巨大的界面积，属热力学不稳定体系，胶体需要稳定剂作用才能稳定存在。

二、胶体的制备方法
1. 分散法：机械分散、电分散、超声分散和胶溶法
通过不同的能量或作用方式分散大块物体→胶粒
胶溶法是某些新生成的沉淀中加入适量的电解质或置于某一温度下使胶体重新分散成溶胶。

如正电胶MMH （moled metal hydroxide ）或MMLHC ：mixed metal layered hydroxide compound
在一定比例的AlCl 3·MgCl 2 混合溶液中，加入稀氨水，形成混合金属氢氧化物沉淀（半透明凝胶状），经多次洗涤后（目的在于控制其中的氯离子浓度），置该沉淀于80℃下恒温，凝胶逐渐形成带正电的溶胶。

MMH 用途很广——钻井液添加剂、聚沉剂、防沉剂等。

胶溶法：新形成的洗涤过的溶液沉淀加入少量
33)(FeCl OH Fe →搅拌→沉淀转
化为红棕色的3)(OH Fe 溶胶→机械粉碎——球磨机、振动磨、冲击式粉碎机、胶体磨、离心磨。

研磨过程中，增大增大，S A G S ，颗粒有聚集倾向（颗粒间有吸引力；颗粒增大，
S G 减小）。

分散⇔聚集平衡，颗粒不再磨细。

要提高研磨效率，防聚可采取溶剂冲稀
或加入稳定剂吸附表面——工业SAA ，油漆工业，研磨色料（SAA 保护）
电分散：电弧使金属气化，分散于溶剂中，得到溶胶。

超声波分散：对被分散的物质产生很大的撕碎力。

2. 凝聚法：用物理或化学方法使分子或离子聚集成胶粒。

（1） 还原法——金属溶胶
O
H KCl HCOOK
Au KOH HCHO AuCl Au Au
24
388321132 +++=++−−−−−→−++
（溶胶）溶胶
（还原剂）少量碳酸钾，加热
（2）氧化法 O H S O S H 2222)(22+→+溶胶 （3）水解法：金属氢氧化物 HCl OH Fe O H FeCl
3)(33
23
+−−→−+（溶胶）煮沸
（4）复分解法：盐类溶胶
3
3
)(KNO
AgI KI AgNO
+−→−+（溶胶）稍过量
三、凝聚法原理
物质凝聚过程中，决定粒子大小的因素？控制哪些因素可以获得一定分散度的溶胶？——溶胶制备核心问题。

研究认为，溶液中析出溶胶的过程，与结晶过程类似，可分为两阶段，即成核与生成。

成核速率V1与两个因素有关：①固体从液体中的析出速度，过饱和溶液浓度Q ，溶质溶解度S ，则)(1S Q V -∝
②溶解速度，即已经析出的固体又溶进溶液的速率，取决于S ，
故S
S Q k dt
dn V -==
1
1 ① n 为t 时间内产生晶核的数目
晶核生长速度)(22S Q D k V -= ② D 为溶质分子扩散系数
可见，V 1 、V 2 均与过饱和度成正比，但V 2 受Q-S 影响较小。

凝聚过程中，V 1 、V 2 相互关联。

21V V >> 形成大量晶核，分散度较小，有利于形成溶胶 21V V << 晶核少，晶体生长快，易沉淀
因此，粒子分散度与1V 成正比，与2V 成反比。

若要得到分散度很高的溶胶，则应在晶核形成过程中控制实验条件，使2V 很小或接近于零，使过饱和部分溶质的浓度Q-S 以晶核形式很快分离出来，否则将得到粗颗粒溶胶或沉淀。

1908年，Weimarn 研究认为，制备胶体需1V 大（高过饱和度），2V 小，（若1V 小，2V 大，过饱和度低，形成大晶体）
S
S Q -很大， 1V 大，生成晶核多，当大量晶核生成时，S Q - 迅速下降，2V 迅速减小，
有利于形成 −−
−→−↑
溶胶数目凝胶
S S Q -较小，晶核较少，S Q -下降不多，2V 较大，生长快，成大块沉淀 S
S Q -很小，生成晶核极少，但晶核生长也极缓慢，有利于溶胶生成
例子：溶剂：乙醇+水 24
42)()(S C N Mg BaSO
MgSO SCN Ba +→+
试剂浓度：
③ 低， 334/1010dm mol --- ，已能生成晶核，又能防止晶粒迅长，→稳定溶胶 ② 312/1010dm mol --- ， 晶核少，晶粒生长消耗溶质，得粗颗粒沉淀 四、 332/1010dm mol --- ，立即大量成核，晶粒数量多，相互连接，形成凝胶
四、溶胶老化的机理
老化：新形成的溶胶（即使经过纯化），胶粒会自发的随时间的增长而慢慢增大，通过控制条件可延缓老化进程，保持胶体稳定性。

胶体具有多分散性，即由大小不一的胶化颗粒组成的多聚体。

固体溶解度与颗粒大小满足Kelvin 方程 s
a s S S RT a
r V ln
23
=⋅
a —颗粒半径；a S —颗粒溶解度；
s S —大块固体溶解度；
则 a 越小，a S 越大
每种大小不同的颗粒都有其自身的饱和度。

设21a a < 则21
a a S S > 。

若此二颗粒放
在一起则溶质自小颗粒扩散至大颗粒周围。

对大颗粒来讲，2a S 已是饱和 浓度，扩散进来的溶质必然会在大颗粒上沉淀。

此过程不断进行，小者越小，大者越大，直至小者完全溶解，此即老化的基本机理。

胶体多分散性的原因：成核与生长同时进行，颗粒尺寸相差悬殊。

五、制备均分散胶体（形状相同，尺寸分布范围很窄的胶粒）
1. 原理：1950年，Lamer 用溶液中沉淀组分浓度随时间的变化曲线（Lamer 图）解释均分散硫溶胶的形成。

要点：设法将晶核的形成与生长两个阶段分开 —— 设计制备均匀分散胶体的基本依据。

Ⅰ 成核前：i c 逐渐提高，且s i c c >
Ⅱ 成核：i c 增大至 n c 时，溶液中迅速萌发大量的晶核 Ⅲ 生长：由于大量的晶核的形成，使 i c 迅速减小，且n i c c << ，
不再有核生成。

此后控制 i c 略高于 s c ，则可让已形成的晶核同步的生长。

2. 制备均分散胶体使成核与生长两阶段分开的措施 a. 控制沉淀组分的加入量或浓度
制备3)(OH Fe 和S 溶胶时，成核阶段以高流量通入22O H 和S H 2气体，大量成核后，应减慢气体通入的速率，控制沉淀的过饱和度，使其能让已有的核长大，而不会形成新核。

（先适当高浓度，后低浓度）
b. 使用能逐步释放沉淀组分的贮存剂，使沉淀组分逐渐生成。

选用络合剂 EDTA 、三乙胺、柠檬酸 + 金属离子→ 络合物，然后利用升温，调节Ph 值等手段使络合物逐渐分解，控制金属离子有适当的饱和度，让胶粒的成核与生长阶段分开。

3. 制备方法
（1） 沉淀法：通过各种手段控制沉淀反应速率，可制得各种均分散胶体。

调控水解速度或配合物分解速度来控制沉淀组分浓度。

−−−−−→−-︒密闭恒温时间
C NO Fe dm mol 100333
)(/05.001.0水解得均分散胶体
pH 对胶体形状有重要影响
尿素不同温度下水解速度不同，可控制地释放沉淀组分-23
CO → 制备金属氧化物，
氢氧化物，碳酸盐均分散胶体。

取适量4
HAuCl 稀溶液，用32CO K 中和，加少量白磷 → Au mm r = 溶胶。

剩余
4
HAuCl
用HCHO 还原，甲醛在极其缓慢的条件下加入，使生成的金在原有晶核上聚集，
避免形成新的晶核，得均分散金溶胶。

（2）预置颗粒法（包封法）：将纳米级 32O Fe 、2TiO 等胶粒置于含有尿素的3YCl 溶液中，经过加热陈化后，碱式碳酸钇就会包封在预置体的表面上。

（3）共沉淀法：具有 共同阴离子的不同金属盐的溶液，在严格控制条件下，可按一定次序和一定比例同时沉淀而形成均分散胶粒。

）（）（）（煅烧
，nm LaAlO NO Al NO La C pH 503
800700983333−−−−−−−→−+︒--= （4）粗转变法：利用高温处理、化学反应或改变溶液环境等方法处理某种分散颗粒，使其转变成另一种均分散颗粒。

（5）溶胶—凝胶法：反应组分制成溶胶——混合——转变成凝胶（添加剂、超临界干燥）——均分散颗粒
（6）气溶胶：雾状反应组分（液相前驱体）（如钛的醇盐雾滴）+ 另一反应组分的蒸汽（水蒸气）−−
−→−水解反应
产物颗粒2TiO （7）乳液法和微乳液法：在乳状液或微乳液中进行沉淀反应，反应被限定在SAA 形成的微
区内，颗粒尺寸受到限制，得到均分散颗粒。

六、溶胶的纯化
从化学反应得到的溶胶都带有多余的电解质，而电解质过高会影响溶胶的稳定性，为使之稳定，必须除去多余的电解质及小分子，此操作即溶胶的纯化。

溶胶粒子可通过滤纸但不能透过半透膜，用半透膜来纯化溶胶的方法即渗析。

半透膜：火棉胶（硝化纤维溶于乙醇+乙醚混合物）、动物肠衣、醋酸纤维膜、改性聚乙烯醇膜等。

渗析目的：除去可溶性小分子及离子。

操作：将溶胶装入半透膜袋，浸入水中，由于膜内外电解质浓度不同，膜内离子或其他小分子向膜外转移，纯化溶胶。

注意：不断更换膜内外的水，不断搅拌，可稍稍加热。

电渗析：直流电场辅以渗析的操作。

电渗析还可与超过滤相结合。

水热法：特制的密闭容器中，采用水溶液作为反应体系，通过将反应体系加热至临界温度或接近临界温度，在反应体系中产生高压环境而进行无机合成与材料制备的方法。

水热法中，水起到两个作用：l/g 是传递压力的媒介；在高压下，绝大多数反应均能溶解于水，促使反应在液相或气相中进行。

产品纯度高，晶型好，单分散，形状及大小可控。

产物种类受到限制：氧化物的材料或对水不敏感的硫化物。

改进：以有机溶剂代替水，扩大了应用范围（溶剂热合成）
生物法制备钠粒：印度研究人员 利用V erticillium 真菌中细胞壁中的酶将
Ag Ag
→+
，钠粒25±12nm 。

特性：催化异相加氢，传感器检测气体，电信号
第二节 胶体动力学性质
一、布朗运动
1. 布朗运动：分散在液相中小粒子的无规则运动，该运动正比于温度。

2. 产生原因：液体分子对固体粒子撞击的结果。

3. 分析：固体粒子处于液体分子的包围中，液体分子一直处于无规则热运动，撞击固体
粒子。

粒子小 —— 某一瞬间受力不平衡 —— 向某一方移动 —— 另一瞬间又向另一方向移动 —— 粒子无规则运动；粒子越大 —— 受周围分子碰撞作用相互抵消的可能性越大 —— 大粒子无布朗运动。

胶体粒子布朗运动显著。

一、扩散现象：
粒子从高浓度区向低浓度区移动并达到均匀的自发过程叫扩散。

⎪
⎩⎪
⎨⎧→→→低化学势根本原因：高化学势
动引起，低浓区，由粒子布朗运
溶胶粒子：高浓区分子热运动，低浓区溶液分子：高浓区
存在浓差
扩散是布朗运动的宏观表现，布朗运动是扩散的微观基础。

费克第一定律：
AB 平面 ， 浓度 左>右 ，只考虑单向扩散。

设 m 为扩散量，则通过AB 平面的扩散速度 ∝dt
dm 该处的浓度梯度和AB 截面面积A
dx
dc DA dt
dm ⋅-= 负号 ——扩散方向与浓度梯度方向相反
D 扩散系数——单位浓度梯度下，单位时间内通过单位面积的质量。

对于球形粒子，r
N
RT D A
πη61=
A N ——阿伏加德罗常数；η —— 介质粘度；r —— 胶体流体力学半径平均值 就体系而言，浓度梯度越大，质点扩散越快；体系粘度越低，D 越大，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。

费克第一定律只适用于dx dc 浓度梯度恒定的情况，对于浓度梯度变化的体系，有费
克第二定律：
)(x
c D
x t
c ∂∂∂∂=∂∂，
t
c ∂∂为单位体积内浓度随时间的变化
应用：扩散现象/实验 → 费克扩散公式 → D 扩散系数 → 粒子大小、形状
（扩散系数测定方法：自由界面法、多孔塞法）
二、沉降与沉降平衡
胶粒密度 > 溶液密度时，在重力场作用下，胶粒会沉降，也即溶胶动力学不稳定性的主要表现。

结果，溶胶下部浓度增加，上部浓度降低，破坏了胶体的均匀性。

这样又引起扩散作用，下部较浓的粒子向上移动，使体系趋于均匀。

沉降作用与扩散作用达平衡时，为体系的动力稳定状态。

A. 球形胶粒，半径r ，密度 ρ，分散介质密度0ρ，则下沉重力g r F )(3
403
1ρρπ-=
若粒子以速度v 下沉，按Stokes 公式，粒子下沉时所受阻力v r F 62πη=
21F F = 时，粒子匀速下沉，则 v 9/)(22
02r g r v ∝-=ηρρ
条件：①球形粒子运动十分缓慢，周围液体 分布。

②粒子间距很大，粒子间无相互作用力
③液相是连续介质
结论：溶胶是动力学稳定体系
第三节 胶体的光学性质
溶胶随胶粒的大小、形状、组成不同而呈现不同的颜色，对光具有不同的透射和散
射能力。

胶体的光学性质是胶粒高度分散性和不均匀性的反映。

一、光散射现象
1. Tyndall 效应：当一束光线通过胶体时，在与入射光垂直的方向上看到一个粗亮的光路，此现象即Tyndall 效应。

它是胶粒对光散射的结果。

2. 光散射：光本质上电磁波。

光作用到介质中λ<d 的粒子上时，粒子中分子外层电子相对于平衡位置做受迫振动，于是粒子就产生了按入射光频率做振动的偶极子，方向是电子指向其平衡位置。

振动偶极子相当于二次光源向空间各个方向发射电磁波，即散射波。

这种光子遇到电子或原子核后运动方向发生改变的现象，好象把入射光散射出去，称为光散射。

⎪⎪⎪⎪⎪
⎩
⎪
⎪⎪⎪⎪
⎨
⎧⎪⎪
⎪
⎩
⎪⎪
⎪
⎨⎧⎪⎪⎩⎪
⎪⎨⎧<-<>>>>>→→→散射微弱小，小分子真溶液，粒子太胶粒，散射明显浮液反射，体系浑浊，如悬
体系的分散度散射或反射体系的化学组分吸收光透射光（部分）
物体入射光 1 1001,100,nm nm d nm d λλ
二、溶液的光散射
1. Rayleigh 散射定律：
Rayleigh 最早从理论上研究光散射、基本出发点是讨论单个粒子的散射。

假设：①散射粒子比λ小的多（20/λ<d ），可看作点散射源
②溶胶浓度很稀，粒子间距离叫较大，无相互作用，单位体积散射光强度是各个粒子
的加和。

③粒子各向同性，非导体，不吸收光。

得出：)2
cos 1(
)2(92
02
021
22212
22
4θ
λπ
++-=
I V N n
n n n r
I
λ—— 入射光波长；I I 、0—— 分别为入射光和散射光强度； r —— 检测点到散射源的距离；θ —— 散射角，入射光与散射光之间的夹角；21n n 、 —— 分散介质和分散相的折光指数；V —— 每个粒子体积；0N —— 单位体积内粒子数量
规律：①4
1
λ
∝
I ，λ 越小，越易被散射，散射光强度越大。

nm nm 650450==红蓝，λλ， 散射光强度 红蓝I I >>
当一束白光照射在分散体系上时，在入射光垂直的方向呈蓝光，透射光方向呈红光。

解释：信号灯用红、黄、绿颜色，不易被散射。

旭日夕阳呈红色，天空是蓝色 日出江花红胜火，春来江水绿如蓝
②21n n 、相差较大，12n n n -=∆ ↑，分散相与分散质界面清晰时，I ↑ ③2V I ∝（粒子体积平方） d 大反射， d 小散射弱
散射并不是胶体分散体系的特有性质，只是在胶体范围内散射光强度最强
④0N I ∝，单位体积内粒子数目，散射光强度与单位体积内粒子数目成正比——浊度计设计原理 ⑤0I I ∝
2. 大粒子 的光散射——Mie 散射
20/λ>>d 时，粒子不能再看作点散射源，同一粒子的不同部位都能产生散射作用，散射光因相位不同而发生相互干涉，即内干涉。

因此，大粒子体系中Rayleigh 定律不再适用。

Mie 对球形粒子体系进行处理，发现散射光强度的角度分布发生变化：
散射光强度在角度分布上出现极大值和极小值； 波长不同的光，散射光角度分布不同。

因而当用白光照射单分散体系时，各种颜色的光 散射 叠加在一起，在不同角度上可观察到不同的颜色——高级丁达尔现象。

3. 溶胶的颜色
无色溶胶——对可见光波段光吸收很弱，且吸收大致相同。

有色溶胶——溶液有可见光中某一波长的光有较强的选择性吸收，则透射光将呈该波长光的补色光。

吸收主要取决于体系的化学结构 “不同物质”
例：红色金溶液，吸收500—600nm 的绿色光 → 互补色透过，呈红色
胶体粒子的大小不同，也能引起颜色变化。

金属溶胶中，散射光强与粒子大小λ、d 有关，胶粒对光有强的选择吸收作用，故Rayleigh 定律不再适用。

溶胶颜色是一个复杂问题，相关因素、粒子大小、分散相与分散介质的性质、光的强弱、光的散射和吸收等，目前还没有一个能说明溶胶颜色 的包括多总因素在内的定量理论。

三、超显微镜的原理与应用
1. 基本原理：普通显微镜分辨率 α
λ
sin 2n A =
，λ为波长，n 为物体和接物镜介质的折射
率，α为被观察物体 发出的光与射于接物镜的边缘线间的夹角，称孔径角，一般估算取α=90°。

普通显微镜分辨率约200nm —110nm ，不能直接用来观察胶体颗粒。

超细显微镜是在显微镜基础上观察胶粒发出的强烈的散射光，即使小至5nm —10nm 的胶粒也可被观察到。

2. 应用：
①测定溶胶粒子大小：例：用超细显微镜观察汞溶液，在3
9
10
1cm -⨯视场内有15个光点，
取1升溶液，用金棒搅动吸附汞成为汞齐（金属合金），称重，金增重8mg 。

已知，,/6.133
cm g =汞ρ求r =？粒径
解：一升溶液中汞胶粒的个数为升个/10
5.110
10
11513
3
9
⨯=⨯⨯=
-N
102.1 43m r 3
46
-3
3
）（汞cm n r N m ⨯==
⋅
=ρ
πρπ
②形状 （1）亮度恒定，球形或正多面体
（2） 闪光，流动不闪光，静止闪光，一长轴，二短轴，棒状 （3） 闪光都闪光（静动），两长轴，一短轴，片状
③分散度：各区域一样亮——分散均匀，差别大——分散度宽，不均匀 ④测电泳速度
第四节 胶体的化学性质与胶团结构
一、电动现象
在外电场作用下使固液两相发生相对运动或外力使固液两相发生相对运动产生电场或电势，统称电动现象。

胶体的电动下身内项与 胶体的稳定性密切相关。

⎪
⎩
⎪
⎪⎨
⎧⎩⎨
⎧⎩⎨
⎧在介质中下沉）
沉降电势（重力使胶体
—颗粒运动流过毛细管或多孔塞）流动电势（外压使液体—介质运动生电势外力作用，相对位移产电渗—介质运动电泳—颗粒运动外加电场产生位移电动现象
二、胶粒表面电荷的来源
电动现象表明，胶粒在液体中带电，电荷来源包括： 1. 电离：胶粒本身带有可电离基团→电离
+
-
+
-
+→+→=+H
S i O H H S i O S i O H O H S i O 223
3
3222
蛋白质分子中有很多 COOH
-和2
NH
-，电荷符号与pH 值有关
⎪⎩⎪⎨⎧→→+
-
，正电
低，负电
高32,,NH NH pH COO COOH pH 2. 离子吸附：胶体粒子对介质中阴阳离子不等量虚浮而带电荷 吸附规律：①水化能力弱的离子被优先吸附（胶粒高比表面特性），
水化能力：阳离子大于阴离子，阴离子优先吸附
水化能力—水化半径—电荷间距大—作用力弱
②法扬斯规则：能与胶粒组成离子 形成不溶物的离子将优先吸附。

制备AgI 胶体时，若3AgNO 过量，+
Ag 优先吸附，胶粒带正电
若 KI 过量，-I 优先吸附，胶粒带负电
被吸附离子是胶粒表面电荷的来源，其溶液浓度 直接影响胶粒表面 电势，故称电势决定离子（定势离子）。

当表面净电荷为零时，电势决定离子的浓度称为零电荷点（PZC ）。

3.离子溶解作用：离子晶体—胶粒—阴阳离子不等量溶解—胶粒表面带电荷
16
10
)(-=AgI K SP ，零电荷点不是8==PI P Ag ，而是5.10,5.5==PI P Ag
4.晶格取代：黏土晶格有铝氧八面体、硅氧四面体，晶格中，
黏土带负电、、部分被取代−→−−−−→−+
+
+
+
2243Cu
Mg
Si
Al
5.摩擦带电：两种非导体构成的分散体系中，介电常数ε 较大的一相将 带正电，另一相带负电。

例：玻璃小球65-=ε，水81=ε ，
三、 胶团结构
（1） 胶团的结构表明：构成胶粒的核心物质，决定定势离子与反势离子。

（2） 构成胶核的原子、分子数目为几百到几千，反离子电荷数=定势离子电荷数，胶团
电中性。

（3） 布朗运动中，胶粒运动，扩散层 反离子不随胶粒运动（原因：扩散层反离子与定
势离子静电引力减弱）
胶粒在介质中运动时显出电性——产生电泳、电渗的原因
()[]
{}+
-
+
-
⋅-⋅⋅xH
H
x n nHS S As
x n
)(32
一、扩散双电层理论与电动
1. 扩散双电层的形成与结构
①1879. Helmholtz 平板双电层理论 要点：（1）双电层像一平行板电容器，固体的一边是表面的电荷，相对的另一边是带相反电荷的离子层，反离子平行的束缚在相邻质点表面的液相中。

（2）两层之间的距离约等于离子半径。

（3）双电层之间的电势成直线迅速下降。

缺点：没考虑 双电层内外两层中离子分布情况的实际差别。

若按该理论，在电场中相互跟
开向相反方向移动的固体表面与反离子层之间的电势差即相界面的总电势差，与实验事实不符。

②1910-1913. Gouy 古义— Chapman 查普曼分别修正了Helmholtz 的概念，提出扩散双电层模型，认为反离子分布不同在同一平面上，而呈扩散分布。

要点：（1）溶液中反离子扩散地分布在质点周围的空间中。

质点近处反离子浓度大，远处反离子浓度小，很远处，过剩反离子浓度为零。

（2）曲线表示电位随距离的变化。

固体表面因吸附定势离子与溶液内部电势之差称为表面电势0ϕ ，热力学电势 （3）电泳时，胶粒和部分反离子作为整体一起定向移动，固液之间发生相对移动的“滑
动面” 效应，双电层内距离表面某一距离∆处，该处的电势与溶液内部电势称为
电动电势ε
ε取决于滑动面内反离子浓度大小。

c 大，ε小；c 小，ε大
扩散双电层模型特点：解释了电动现象；区分了表面电势/热力学电势0ϕ与电动电势ε，并解释了电解质对ε的影响。

不足：不能解释ε可变量，有时ε>4。

③1924年，Stern 提出了较完善的扩散双电层理论。

要点：（1）胶粒因吸附定势粒子而带有电荷，而胶团呈电中性，胶粒周围分布有反离子。

胶
粒表面的电荷与合奏为截止中的反俩子电荷构成双电层。

双电层反离子—胶团电中性定势离子—胶粒带电不同电性质
−−−→−⎭
⎬⎫
（2）反离子受力分析扩散双电层
反离子扩散到液相内部
—分子热运动反离子靠近胶粒表面
—静电引力⇒⎩⎨
⎧
（3）扩散双电层中反离子分布不均匀（反离子分布）
靠近胶粒固体表面密度高，形成 紧密层（Stern 层）Stern 层厚度由被吸附离子大
小决定，被西服离子中心平面——Stern 面。

随着距胶粒固体表面距离增大，反离子浓度 减小，直至d x = 时，反离
子过剩浓度为零。

从固体表面到反离子过剩浓度为零处的距离对应扩散双电层厚度。

（4）固体表面总有一定数量的溶剂分子与其紧密结合。

电动现象中，粒子+溶剂+反离子作为整体运动，固/液相对移动→滑动面。

滑动面的确切位置不知道，但可以合理的认为滑动面位于Stern 面之外，并深入到扩散层内部。

2.双电层中的电势
（1）比较 S ϕ 与 ε
a. 一般的，S ϕ > ε，稀溶液，扩散层，电势变化缓慢。

ε 与S ϕ 接近；对于高0ϕ，高电解质浓度条件下，电势变化迅速，ε 与S ϕ 差别显著。

若质点表面吸附saa i n --或高分子，滑动面明显外移。

b.当溶液中含高价反离子或表面活性剂离子时，质点发生 强的选择性吸附（特性吸附），会导致Stern 层电势反号。

c.若能克服静电斥力而吸附大量同号离子（常常也是一些表面活性剂离子）可能使S ϕ、
ε>0ϕ
（2）扩散层电势kx e -=0ϕϕ
a. x ~ϕ指数下降。

x — 扩散层中任一点位置距胶体粒子表面的距离。

-k 影响、决定 下降快慢，且k /1具有长度单位。

若将双电层等效于平衡板电容器，则k /1 即平行板电容器的板距，故k /1称为双电层厚度。

b. -k 得拜常数
2
/12
22
/12
201
22⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛=⎪⎪⎭⎫
⎝⎛=-e cz N kT e z n kT k
A εε
其中，ε— 介质的介电常数；-k Boltzmann 常数；T —热力学温度；0n — 均匀液相中单位体积内正或负离子数目；z —正负离子的价数均为z ；e — 电子电量；c —离子浓度；Avogadro N A -常数。

c. c ↑ ， z ↑， k /1↓，双电层厚度变薄。

3.影响 的因素
a. 无机盐
Ⅰ.随着电解质浓度变大，从固体表面到反离子过剩浓度为零处的距离变小，即双电层厚度k /1变小。

Ⅱ.随着电解质浓度变大，0ϕ与滑动面位置基本不变，电势随 距离变化更陡，ε↓ Ⅲ.双电层被压缩到溶剂化层 厚度时，ε=0，等电态，胶体易聚结，不稳定。

b. pH 值
黏土颗粒，pH <8-9 时，随pH ↑, ε平缓升高，出现一个最大值 c. 交换性阳离子
交换性阳离子z ↑，高价离子部分进入紧密吸附层，ε↓↓
同价z 阳离子，随离子半径r ↑，水化半径↓，吸附于双电层内层，紧密层、扩散层薄，ε小。

同价z 阳离子，随离子半径r ↓，水化半径↑，吸附于双电层外层，紧密层、扩散层厚，ε大。

4. 电动电势测定。

a.电泳法 2
3004⨯=
DE
v πηε 其中，ε— 电动电势（V ）；v — 粒子电泳速度，cm/s ；E —电势梯度=电泳池两端电压/
电极距离，（V/cm ）；η—介质粒度（P ，泊，0.1Pa ·s ）；D —液体介电常数，20℃水为80[]
)/(2
2
s esv cm g ⋅⋅ ；2
300 — 单位换算系数；π4—板状胶粒；π6— 球形胶粒。

b.电渗计算
c.意义： 2
300
4-⋅=
πη
εDE u η
ε1
,
,E u ∝
与粒子半径无关，毛细管长短不影响
第五节 胶体的稳定性。