物理化学胶体化学知识点
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第六章 胶体物理化学
6.1 概念
胶体是一种分散系统 分散系统：一种或几种物质分散在另一种物质之中, 所构成 的系统
分散相：被分散的物质 分散介质：另一种连续分布的物质
分散系统
粗分散系统 ( d > 103 nm) 胶体系统（1 nm < d < 103 nm) 真溶液（d < 1nm)
(氢原子半径 0.05 nm)
I
9π 2V 2C 2 λ4 l 2
n2 n02 n2 2n02
2
1 cos2α
I0
I
9π 2V 2C 2 λ4 l 2
n2 n02 n2 2n02
2
1 cos2α
I0
I ：单位体积散射光强度 ；
I0 ：入射光强度； ：入射光波长；
V ：每个分散相粒子的体积； C ：单位体积中的粒子数； n ：分散相的折射率； n0 ：分散介质的折射率；
热力学不稳定系 统；
胶体系统
(1) 溶胶： 分散相不溶于分散介质，有很大相界面，是热力 学不稳定系统。(憎液溶胶)
(2) 高分子溶液: 高分子以分子形式溶于介质，分散相与分 散介质间无相界面，是热力学稳定系统。(亲液溶胶)
(3) 缔合胶体： 分散相为表面活性分子缔合形成的胶束，在 水中，表面活性剂分子的亲油基团向里，亲水基团向外，分 散相与分散介质亲和性良好，是热力学稳定系统。
6.４ 胶体系统的动力性质
（１）Brown 运动
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4000nm的粒子， 在分散介质中都有这种运动。（胶体尺 度 1 ~ 1000nm)
这种现象产生的原因是：分散介 质分子由于热运动不断的撞击分散粒 子。对于大小在胶体尺度下的粒子， 粒子受到撞击次数较小，从各个方向 受到的撞击力（Brown Force）不能完 全抵消，在某一时刻，粒子从某一方 向得到的冲量即可发生位移。此即布 朗运动。
（２）瑞利（Rayleigh） 公式
1871年，瑞利在假设： 1）粒子尺寸远小于入射光的波长，可认为粒子是点光
源； 2）粒子间的距离较远，各粒子散射光间无相互干涉； 3）粒子不导电；
在此基础上，用经典电磁波理论，导出稀薄气溶胶散射 光强度计算式。后来推广到稀的液溶胶，当入射光为非偏振 光时，对单位体积液体溶胶的散射光强度I 近似为：
如：还原法， 主要制备金属溶胶 氧化法， 主要制备非金属溶胶
水解法， 主要制备金属氧化物溶胶
复分解法， 主要制备盐类溶胶
3）有序分子组装法：Fendler开创的膜模拟技术。 如：单分子膜法 反胶束法 囊泡法 自组装法
这些方法的共同特点是：降低形成新相的表面能； 使已形成的新相不再生长。
不讲 3、 胶体形成热力学基础
再如：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。
2）化学凝聚法：利用生成不溶性物质的化学反应，控制 析晶过程，使其停留在胶核尺度的阶段，而得到溶胶。所谓 控制析晶过程，系指采用有利于大量形成晶核，减缓于晶体 生长的条件，例：采用较大的过饱和浓度，较低的操作温度。
高度分散的多相性和热力学不稳定性是胶体系统的主要特点
光学性质 动力性质
热力学稳定性
真溶液
透明，无 （微弱）光 散射
溶质扩散速度 热力学稳定系统。 快，与溶剂均 可透过半透膜；
胶体系统
粗分散系 统
透明或不透 明，均可发 生光散射；
光反射；
胶粒扩散速度 不稳；稳；稳； 慢，不能透过 半透膜；
同胶体。
如果已知数密度 C1，可求数密度 C2 。这就是通过光散射 来测定溶胶和粗分散系统的浊度计的原理。
＊动态光散 当入射光以一定频率作用于按一定速度运动的颗粒上时，
散射光的频率将发生微小的变化，这种频率漂移现象称为“多 普勒效应”。
由于热运动在各个方向上的概率相同，而速度有一定分布， 频率漂移结果将散射谱线以原来频率为中心而宽度并有一定的 强度分布，称为“动态光散射”。
金属Ag块体
>100nm 光反射，银白色
6.２ 胶体系统的制备
粗分散系统
(d>1000nm)
分子分散系统
(d<1nm)
胶体系统
(1<d<1000nm)
（１） 分散法: 1) 机械粉碎；2）电分散；3）超声分散法；4）胶溶法
（２）凝聚Байду номын сангаас：
1）物理凝聚法：
如：蒸气凝聚法，固态苯与钠,在真空下气化, 到冷却的 器壁上冷凝。
：散射角（观察方向与入射方向夹角）；
l ： 观测距离（观察者与散射中心的距离）。
由 Rayleigh 公式可知：
1）I V 2 ：可用来鉴别小分子真溶液与胶体溶液；
如已知 n 、n0 ，可由测 I 求粒子大小V 。
2) I 1/4 ：波长越短的光，散射越强。例：用白光照射
溶胶，散射光呈蓝色，透射光呈红色。即所谓"乳光现象"。 雾是气溶胶，海水是水溶胶，也经常显蓝色。
Tyndall效应是由于胶体粒子发生光散射而引起的。 散射光：分子吸收一定波长的光，形成电偶极子，由其振荡 向各个方向发射振动频率与入射光频率相同的光。
系统完全均匀，所有散射光相互抵销，看不到散射光； 系统不均匀，散射光不会被相互抵销，可看到散射光。
Tyndall效应可用来区分
胶体溶液 小分子真溶液
*溶胶
憎液溶胶: 分散相与分散介质之间有相界面 亲液溶胶: 均相，无相界面 高分子溶液
物质性质与尺寸依赖性：
以Ag为例：随着尺寸变化，他的光学性质产生明显变化。
Ag原子
Ag——Ag++e 电子给体
非金属原子簇 Ag1——Ag3 电子给体
金属原子簇
Ag4——Ag12 电子受体，催化中心
金属Ag纳米颗粒 10-100nm 光散射，等离子体吸收
3) 散射光强度 I 分散相与分散介质折射率的差 n，因此 分散相与介质折射率相差越大，散射作用愈强
可以由此来区分
胶体溶液：分散相与分散介质有相界面， 因为 n 大
高分子溶液：均相溶液，n 小
4) 散射光强度 I 粒子数密度C，同一种类溶胶，测量条件
相同，仅仅 C 不同时，有：
I1 C1 I2 C2
6.３ 胶体系统的光学性质
（１）Tyndall效应 1869年，Tyndall发现胶体系统有光散射现象
入射光波长 < 分散粒子尺寸——反射 入射光频率 = 分子固有频率—— 吸收 入射光波长 > 分散粒子尺寸——散射
（可见光波长 400~ 760 nm；胶粒 1~ 1000nm)
无作用 ——— 透过
6.1 概念
胶体是一种分散系统 分散系统：一种或几种物质分散在另一种物质之中, 所构成 的系统
分散相：被分散的物质 分散介质：另一种连续分布的物质
分散系统
粗分散系统 ( d > 103 nm) 胶体系统（1 nm < d < 103 nm) 真溶液（d < 1nm)
(氢原子半径 0.05 nm)
I
9π 2V 2C 2 λ4 l 2
n2 n02 n2 2n02
2
1 cos2α
I0
I
9π 2V 2C 2 λ4 l 2
n2 n02 n2 2n02
2
1 cos2α
I0
I ：单位体积散射光强度 ；
I0 ：入射光强度； ：入射光波长；
V ：每个分散相粒子的体积； C ：单位体积中的粒子数； n ：分散相的折射率； n0 ：分散介质的折射率；
热力学不稳定系 统；
胶体系统
(1) 溶胶： 分散相不溶于分散介质，有很大相界面，是热力 学不稳定系统。(憎液溶胶)
(2) 高分子溶液: 高分子以分子形式溶于介质，分散相与分 散介质间无相界面，是热力学稳定系统。(亲液溶胶)
(3) 缔合胶体： 分散相为表面活性分子缔合形成的胶束，在 水中，表面活性剂分子的亲油基团向里，亲水基团向外，分 散相与分散介质亲和性良好，是热力学稳定系统。
6.４ 胶体系统的动力性质
（１）Brown 运动
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4000nm的粒子， 在分散介质中都有这种运动。（胶体尺 度 1 ~ 1000nm)
这种现象产生的原因是：分散介 质分子由于热运动不断的撞击分散粒 子。对于大小在胶体尺度下的粒子， 粒子受到撞击次数较小，从各个方向 受到的撞击力（Brown Force）不能完 全抵消，在某一时刻，粒子从某一方 向得到的冲量即可发生位移。此即布 朗运动。
（２）瑞利（Rayleigh） 公式
1871年，瑞利在假设： 1）粒子尺寸远小于入射光的波长，可认为粒子是点光
源； 2）粒子间的距离较远，各粒子散射光间无相互干涉； 3）粒子不导电；
在此基础上，用经典电磁波理论，导出稀薄气溶胶散射 光强度计算式。后来推广到稀的液溶胶，当入射光为非偏振 光时，对单位体积液体溶胶的散射光强度I 近似为：
如：还原法， 主要制备金属溶胶 氧化法， 主要制备非金属溶胶
水解法， 主要制备金属氧化物溶胶
复分解法， 主要制备盐类溶胶
3）有序分子组装法：Fendler开创的膜模拟技术。 如：单分子膜法 反胶束法 囊泡法 自组装法
这些方法的共同特点是：降低形成新相的表面能； 使已形成的新相不再生长。
不讲 3、 胶体形成热力学基础
再如：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。
2）化学凝聚法：利用生成不溶性物质的化学反应，控制 析晶过程，使其停留在胶核尺度的阶段，而得到溶胶。所谓 控制析晶过程，系指采用有利于大量形成晶核，减缓于晶体 生长的条件，例：采用较大的过饱和浓度，较低的操作温度。
高度分散的多相性和热力学不稳定性是胶体系统的主要特点
光学性质 动力性质
热力学稳定性
真溶液
透明，无 （微弱）光 散射
溶质扩散速度 热力学稳定系统。 快，与溶剂均 可透过半透膜；
胶体系统
粗分散系 统
透明或不透 明，均可发 生光散射；
光反射；
胶粒扩散速度 不稳；稳；稳； 慢，不能透过 半透膜；
同胶体。
如果已知数密度 C1，可求数密度 C2 。这就是通过光散射 来测定溶胶和粗分散系统的浊度计的原理。
＊动态光散 当入射光以一定频率作用于按一定速度运动的颗粒上时，
散射光的频率将发生微小的变化，这种频率漂移现象称为“多 普勒效应”。
由于热运动在各个方向上的概率相同，而速度有一定分布， 频率漂移结果将散射谱线以原来频率为中心而宽度并有一定的 强度分布，称为“动态光散射”。
金属Ag块体
>100nm 光反射，银白色
6.２ 胶体系统的制备
粗分散系统
(d>1000nm)
分子分散系统
(d<1nm)
胶体系统
(1<d<1000nm)
（１） 分散法: 1) 机械粉碎；2）电分散；3）超声分散法；4）胶溶法
（２）凝聚Байду номын сангаас：
1）物理凝聚法：
如：蒸气凝聚法，固态苯与钠,在真空下气化, 到冷却的 器壁上冷凝。
：散射角（观察方向与入射方向夹角）；
l ： 观测距离（观察者与散射中心的距离）。
由 Rayleigh 公式可知：
1）I V 2 ：可用来鉴别小分子真溶液与胶体溶液；
如已知 n 、n0 ，可由测 I 求粒子大小V 。
2) I 1/4 ：波长越短的光，散射越强。例：用白光照射
溶胶，散射光呈蓝色，透射光呈红色。即所谓"乳光现象"。 雾是气溶胶，海水是水溶胶，也经常显蓝色。
Tyndall效应是由于胶体粒子发生光散射而引起的。 散射光：分子吸收一定波长的光，形成电偶极子，由其振荡 向各个方向发射振动频率与入射光频率相同的光。
系统完全均匀，所有散射光相互抵销，看不到散射光； 系统不均匀，散射光不会被相互抵销，可看到散射光。
Tyndall效应可用来区分
胶体溶液 小分子真溶液
*溶胶
憎液溶胶: 分散相与分散介质之间有相界面 亲液溶胶: 均相，无相界面 高分子溶液
物质性质与尺寸依赖性：
以Ag为例：随着尺寸变化，他的光学性质产生明显变化。
Ag原子
Ag——Ag++e 电子给体
非金属原子簇 Ag1——Ag3 电子给体
金属原子簇
Ag4——Ag12 电子受体，催化中心
金属Ag纳米颗粒 10-100nm 光散射，等离子体吸收
3) 散射光强度 I 分散相与分散介质折射率的差 n，因此 分散相与介质折射率相差越大，散射作用愈强
可以由此来区分
胶体溶液：分散相与分散介质有相界面， 因为 n 大
高分子溶液：均相溶液，n 小
4) 散射光强度 I 粒子数密度C，同一种类溶胶，测量条件
相同，仅仅 C 不同时，有：
I1 C1 I2 C2
6.３ 胶体系统的光学性质
（１）Tyndall效应 1869年，Tyndall发现胶体系统有光散射现象
入射光波长 < 分散粒子尺寸——反射 入射光频率 = 分子固有频率—— 吸收 入射光波长 > 分散粒子尺寸——散射
（可见光波长 400~ 760 nm；胶粒 1~ 1000nm)
无作用 ——— 透过