胶体与表面化学知识点整理

第一章

1.胶体体系的重要特点之一是具有很大的表面积。

通常规定胶体颗粒的大小为1-100nm （直径）

2.胶体是物质存在的一种特殊状态，而不是一种特殊物质，不是物质的本性。 胶体化学研究对象是溶胶（也称憎液溶胶）和高分子溶液（也称亲液溶胶）。 气溶胶：云雾，青烟、高空灰尘

液溶胶：泡沫，乳状液，金溶胶、墨汁、牙膏

固溶胶：泡沫塑料、沸石、冰淇淋，珍珠、水凝胶、红宝石、合金

第二章

一．溶胶的制备与净化

1.溶胶制备的一般条件：（1）分散相在介质中的溶解度必须极小（2）必须有稳定剂存在

2.胶体的制备方法：（1）凝聚法（2）分散法

二．溶胶的运动性质

1.扩散：过程为自发过程

d d d d m c DA t x =-

扩散系数D 与质点在介质中运动时阻力系数f 之间的关系为：

A RT D N f =（A N 为阿伏加德罗常数；R 为气体常数）

若颗粒为球形，阻力系数f =6r πη（式中，η为介质的黏度，r 为质点的半径） 故16RT D NA r πη=⨯，此式即为Einstein 第一扩散公式

浓度梯度越大，质点扩散越快；就质点而言，半径越小，扩散能力越强，扩散速度越快。

2.布朗运动：本质是分子的热运动

现象：分子处于不停的无规则运动中

由于布朗运动是无规则的，因此就单个粒子而言，它们向各方向运动的几率是相等的。在浓度高的区域，单位体积的粒子较周围多，造成该区域“出多进少”，使浓度降低，这就表现为扩散。扩散是布朗运动的宏观表现，而布朗运动是扩散的微观基础

Einstein 认为，粒子的平均位移x 与粒子半径r 、介质黏度η、温度T 和位移

时间t 之间的关系：1

2

3A RT t x N r πη⎛⎫= ⎪⎝⎭，此式常称为Einstein-Brown 位移方程。式中x 是在观察时间t 内粒子沿x 轴方向的平均位移；r 为胶粒的半径；

η为介质的粘度；A N 为阿伏加德罗常数。

3.沉降

溶胶是高度分散体系，胶粒一方面受到重力吸引而下降，另一方面由于布朗运动促使浓度趋于均一。当这两种效应相反的力相等时，粒子的分布达到平衡，粒子的浓度随高度不同有一定的梯度，如图所示。这种平衡称为沉降平衡。

三、溶胶的光学性质

1.光散射

（1）丁达尔效应：以一束强光射入溶胶后，在入射光的垂直方向可以看到一道明亮的光带，被称为丁达尔效应

光本质是电磁波，当光波作用到介质中小于光波波长的粒子上时，粒子中的电子被迫振动（其振动频率与入射光波的频率相同）,成为二次波源，向各个方向发射电磁波，这就是散射光波也就是我们看到的散射光。

丁达尔效应可以认为是胶粒对光的散射作用的宏观表现。

（2）Rayleigh 散射定律 c 为单位体积中质点数，v 为单个粒子的体积（其线 性大小应远小于入射光波长），λ为入射光波长， n 1、n 2分别为分散介质和分散相的折射率

①散射光强度与入射光波长的四次方成反比。入射光波长愈短，散射愈显著。所以可见光中，蓝、紫色光散射作用强。

②分散相与分散介质的折射率相差愈显著，则散射作用亦愈显著。若n1=n2 则无散射现象

③散射光强度与单位体积中的粒子数成正比。

④散射光强度与粒子体积的平方成正比。在低分子溶液中，散射光极弱，因此利用丁道尔现象可以鉴别溶胶和真溶液。

（3）溶胶的颜色：溶胶产生各种颜色的主要原因是溶胶中的质点对可见光产生选择性吸收

若溶胶对可见光的各部分吸收很弱，且大致相同，则溶胶无色

若溶胶能较强的选择性吸收某一波长的光，则透过光该波长的光变弱，就会呈现该波长光的补色光

质点对光的吸收主要取决于其化学结构

每种分子都有其自己的特征吸收波长，若特征波长在可见光波长范围内，则该物质显色

四．溶胶的电学性质和胶团结构

1.电动现象及其应用

（1）电泳：胶粒颗粒带电，在外电场的作用下，向正极移动，后来发现，任何溶胶中的胶粒都有这样的现象，带负电的胶粒向正极移动，带负电的胶粒向负极移动，这种现象被称为电泳。

（2）电渗析：水在外加电场的作用下，通过黏土颗粒间的毛细通道向负极移动的现象称为电渗析。

（3）沉降电位，在无外加电场作用下，若使分散相粒子在分散介质中迅速沉降时，使底层与表面层的粒子浓度悬殊，从而产生电势差，这就是沉降电势。这种现象是电泳的逆过程。

223222*********()2n n cV I I n n πλ-=+

贮油罐中的油内常会有水滴，水滴的沉降会形成很高的电势差，有时会引发事故。通常在油中加入有机电解质，增加介质电导，降低沉降电势。

（4）流动电位若用压力将液体挤过毛细管网或由粉末压成的多孔塞，则在毛细管网或多孔塞的两端会产生电位差，此之谓流动电位，此现象为电渗析的逆过程。在用泵输送原油或易燃化工原料时，要使管道接地或加入油溶性电解质，增加介质电导，防止流动电势可能引发的事故。

2.质点表面的电荷的来源

（1）电离：对于可能发生电离的大分子的溶胶而言，则胶粒带电主要是其本身发生电离引起的。

蛋白质分子，当它的羧基或胺基在水中解离时，整个大分子就带负电或正电荷。当介质的pH较低时，蛋白质分子带正电，pH较高时，则带负电荷。当蛋白质分子所带的净电荷为零时，这时介质的pH称为蛋白质的等电点。在等电点时蛋白质分子的移动已不受电场影响，它不稳定且易发生凝聚。

（2）离子吸附：凡经化学反应用凝聚法制得溶胶，其电荷亦来源于离子吸附。胶粒在形成过程中，胶核优先吸附某种离子，使胶粒带电，如在AgI溶胶

过量，则胶核优先吸附Ag+离子，使胶粒带正电；如的制备过程中，如果AgNO

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果KI过量，则优先吸附I -离子，胶粒带负电。

能和组成质点的离子形成不溶物的离子，最易被质点表面吸附，这个规则通常被称为Fajans规则。

（3）晶格取代：黏土晶格中的铝离子往往有一部分被钙离子或镁离子取代，从而使黏土带负电，为维持电中性，必然要吸附某些正离子，这些离子又因水化而离开表面，形成双电层。

（4）非水介质中质点带电的原因：当两种不同的物质接触时，相对介电常数D较大的一相带正电，另一相带负电。

三、胶团结构

胶核、吸附层、胶粒、扩散层、胶团

胶核吸附离子是有选择性的，首先吸附与胶核中相同的某种离子，用同离子效应使胶核不易溶解，若无相同离子，则首先吸附水化能力较弱的负离子，所以自然界中的胶粒大多带负电，如泥浆水、豆浆等都是负溶胶。

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

当KI过量做稳定剂，[(AgI)m n I–(n-x)K+]x–x K+

过量作稳定剂，[(AgI)m n Ag+(n-x)NO3–]x+x NO3–

当AgNon

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五．胶体的稳定性

（一）.溶胶的稳定性与DLVO理论

1.（1）热力学上为不稳定体系：胶体体系是多相分散体系，有巨大的界面能。

（2）动力学上的稳定体系：溶胶粒子较小，布朗运动激烈，因此在重力场中不易沉降，即具有动力学稳定性。

（3）聚结稳定性：由于胶团双电层结构的存在，胶粒都带有相同的电荷，相互排斥，故不易聚沉。这是溶胶稳定存在的最重要原因

（4）水化膜：在胶团的双电层中反离子都是水化的，因此在胶粒外有一层