分散体系

（2）按胶体溶液的稳定性分类
1）溶胶
直径在1nm~100nm之间的难溶物固体粒子
分散在液体介质中，有很大的相界面，易聚沉，分
散相与分散介质不同相，是热力学上的不稳定体系。 一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成 溶胶，是一个不可逆体系，如氢氧化铁溶胶、碘化 银溶胶等。 这是胶体分散体系中主要研究的内容。
dx
为
设通过AB面的扩散的量为m，则扩散速度 ，它与浓度梯度和AB截面积A成正比。
用公式表示为：
这就是斐克第一定律。 式中D为扩散系数，其物理意义为：单位浓度梯 度、单位时间内通过单位截面积的质量。 式中负号表示扩散发生在浓度降低的方向， <0，而 >0。
由以上介绍可知： 就体系而言，浓度梯度越大， 胶体粒子扩散越快； 就胶体粒子而言，半径越小， 扩散能力越强，扩散速度越快。
AgNO3（稍过量）+ KI→ AgI (溶胶） +KNO3
三、溶胶的净化
1、溶胶净化的原因 用凝聚法制得的溶胶都是多分散性的，即体
系中含有大小不等的各类粒子，其中有一些可能
会超出胶体颗粒的范围。而用化学法制得的溶胶 通常都含有较多的电解质，虽然适量的电解质可 以作为溶胶的稳定剂，但过多电解质又会降低溶 胶的稳定性。因此，欲得比较纯净、稳定的溶胶，
四、沉降与沉降平衡
溶胶是高度分散体系，胶粒一方面受到重力的吸 引而下降，另一方面由于布朗运动引起的扩散(扩散力) 促使浓度趋于均一。 沉降与扩散为一对矛盾的两个方面 沉降 扩散 真溶液 粗分散系统 胶体系统 平衡 分散相分布 均相 沉于底部 形成浓梯
当这两种相反的作用力 相等时，粒子的分布达到平 衡，这种平衡称为沉降平衡。
B.蒸气凝聚法
将汞的蒸气通入冷水中就可以得到汞的水溶胶。
罗金斯基等人利用下列装置，制备碱金属的苯溶胶
先将体系抽真空，然后 适当加热管2和管4，使钠和 苯的蒸气同时在管5 外壁凝 聚。除去管5中的液氮，凝 聚在外壁的混合蒸气融化， 在管3中获得钠的苯溶胶。 4—金属钠，2—苯,5—液氮
（2）化学凝聚法 通过各种化学反应使生成物呈过饱和状态， 使初生成的难溶物微粒结合成胶粒，在少量稳定 剂存在下形成溶胶，这种稳定剂一般是某一过量 的反应物。 A. 还原法 主要用来制备各种金属溶胶
Au3+ +单宁（还原剂）
Ag+ +单宁（还原剂）
Au溶胶
Ag溶胶
B.氧化法
用氧化剂制备硫溶胶。例如：
2H2S + O2→ 2S (硫溶胶）+ 2H2O
C.水解法 多用来制备金属氢氧化物溶胶。例如：
FeCl3（稀）+3H2O（热）→ Fe(OH)3 （溶胶）+3HCl D.复分解法 常用来制备盐类的溶胶。例如：
四、单分散溶胶、超细颗粒、纳米材料 定义
第2节 溶胶的运动性质
一、Brown运动(Brownian motion)
1827 年，英国植物学家布朗(Brown)在显微镜 下观察到悬浮在水中的花粉粉末(粒子)不停地作无 规则的运动。 后来又发现许多其它微粒如煤、 化石、金属等 的粉末也都有类似的现象，人们称微粒的这种运动 为布朗运动。
超声分散法
（4）电分散法
电分散法主要用于制备金、 银、铂等金属溶胶。制备过程 包括先分散后凝聚两个过程。 将金属做成两个电极，浸在 水中，盛水的盘子放在冷浴中。 在水中加入少量NaOH 作为稳定 剂。 制备时在两电极上施加 100V 左右的直流电，调节电 极之间的距离，使之发生电火花，这时表面金属蒸发， 是分散过程，接着金属蒸气立即被水冷却而凝聚为胶粒。
2）高分子溶液
直径落在胶体粒子范围内的高分子溶解在
合适的溶剂中，一旦将溶剂蒸发，高分子化合
物凝聚，再加入溶剂又可形成溶胶，分散相与
分散介质同相，亲液溶胶是热力学上稳定、可
逆的体系。
3）缔合胶体（有时也称为胶体电解质）
分散相是由表面活性剂缔合而成的胶束。
通常以水作为分散介质，胶束中表面活性剂的
亲油基团向里，亲水基团向外，分散相与分散
第一部分
分散体系
• 基本要求： • 1 理解胶体分散系统的特点与分类和一些基本概念（亲液 溶胶、增液溶胶、丁达尔效应、布朗运动、电泳、电渗、 流动电势、沉降电势、ζ电势、聚沉值、感胶离子序）。 • 2 了解胶体分散系统的基本性质（光学性质、动力性质、 电学性质），掌握雷利公式，理解扩散双电层理论，准确 区分热力学电势与动电势。 • 3 掌握胶团结构的表示式及溶胶稳定的原因，了解DLVO 理论，理解电解质和高分子溶液对溶胶的稳定作用。 • 重点与难点： • 扩散双电层理论，区分热力学电势与动电势，胶团结构及 溶胶稳定性。
1905年和1906年爱因斯坦 (Einstein)和斯莫鲁霍夫 斯基(Smoluchowski)分别 阐述了布朗运动的本质。
认为布朗运动是分散介质分子以不同大小和不同 方向的力对胶体粒子不断撞击而产生的，由于受到的 力不平衡，所以胶粒以不同方向、不同速度作连续不 规则运动。随着粒子增大，撞击的次数增多，而作用 力抵消的可能性亦大。 当半径大于5m，布朗析。
渗透
它是借半透膜将溶液(浓相)和溶剂(如水)隔开，此膜只 允许溶剂分子通过，而胶粒或溶质不能通过，此现象称为渗 透，最后渗透会达到平衡并产生一定的渗透压△π，若渗透 平衡时在浓相一侧施加外力P(且P大于△π)，则浓相中的溶 剂分子将向稀相迁移，故称反渗透。
思考题：腌制咸鸭蛋是渗析还是渗透，为什么？
2、斐克第一定律 如图所示，在CDFE的
桶内盛有溶胶，在某一截
面AB的两侧溶胶的浓度不 同，C1>C2。 由于分子的热运动和胶粒的布朗运动，可以观察到 胶粒从C1区向C2区迁移的现象，这就是胶粒的扩散作用。
如图所示，设任一平行于AB面的截面上浓度是均 dc 匀的，但水平方向自左至右浓度变稀，梯度为 。
盘式胶体磨
（2）胶溶法 在某些新生成的沉淀的中，加入适量的电解质， 或置于某一温度下，使沉淀重新分解成溶胶，例如：
Fe(OH)3（新鲜沉淀） 加FeCl3
Fe(OH)3 (溶胶）
AgCl (新鲜沉淀）
加AgNO 或KCl 3 AgCl(溶胶）
（3）超声分散法 这种方法目前只用来制备乳状液。 如图所示，将分散相和分散 介质两种不混溶的液体放在样品 管4中。样品管固定在变压器油 浴中。 在两个电极上通入高频电 流，使电极中间的石英片发生 机械振荡，使管中的两个液相 均匀地混合成乳状液。
必须将制得的溶胶加以净化。
2、净化的方法 溶胶中的粗粒子，可以通过过滤、沉降
或离心的办法将其除去。过多的电解质，必 须用渗析的办法除去。 粗粒子：过滤、沉降、离心 净化的方法 过多的电解质：渗析
渗析
主要是利用羊皮纸或由 火棉胶制成的半透膜，将溶 胶与纯分散介质隔开，这是 因为这种膜的孔隙很小，它 仅能让小分子或离子通过， 而胶粒不能通过。 渗析时把要净化的溶胶 装入半透膜袋内，然后连袋 浸入蒸馏水中，进行渗析。 利用浓差因素，多余的电解 质离子不断向膜外渗透，经 常更换溶剂，就可以净化半 透膜容器内的溶胶。
胶体体系
1-100nm
凝聚法
分子或离子分散体 系 小于1nm
一、胶体制备的一般条件
1、必须使分散相粒子的大小落在胶体分散体系 的范围之内；
2、分散相在介质中的溶解度必须极小；
3、必须有稳定剂存在。
二、胶体制备的方法
制备方法大致可分为两类：
1、分散法
用机械、化学等方法使固体的粒子变小。 2、凝聚法 使分子或离子聚结成胶粒。
电分散法
2、凝聚法
过饱和法
物理凝聚法
凝聚法 化学凝聚法 蒸气凝聚法
（1）物理凝聚法
A. 过饱和法 利用物质在不同溶剂中溶解度的显著差别来制 备溶胶，而且两种溶剂要能完全互溶。 例1.松香易溶于乙醇而难 溶于水，将松香的乙醇溶 液滴入水中可制备松香的 水溶胶 。 例2.将硫的丙酮溶液滴入 90℃左右的热水中，丙酮 蒸发后，可得硫的水溶胶。
大分子
多相，热力学状态不稳 胶体 原子或分 1nm~100 定，光散射现象明显， 分散系统 子的聚集 nm 扩散慢，渗透压小，不 体 ( 胶核 ) (憎液溶胶) 可逆 微多相，热力学状态极 大于100 粗分散 粗颗粒 不稳定光散射现象弱， nm 系统 扩散极慢
黄河水
第1节 胶体的制备和净化
分散法
粗分散体系 大于100nm
介质之间有很好的亲和性，因此也是一类均相
的热力学稳定系统。
按分散相和分散介质的聚集状态分类
分散介质
固体
分散相
固体 液体 气体
名
称
例
子
固溶胶 凝胶 固体泡沫 溶胶、悬浮液 乳状液 泡沫
合金、有色玻璃 珍珠 馒头、泡沫塑料 Fe(OH)3、泥浆 牛奶、原油 肥皂水
液体
固体 液体 气体
气体
固体
液体
气溶胶
1、分散法 研磨法 胶溶法
分散法
超声分散法
电分散法
（1）研磨法 用机械粉碎的方法将固体磨细。
这种方法适用于脆而易碎的物质，对于柔
韧性的物质必须先硬化后再粉碎。例如，将废 轮胎粉碎，先用液氮处理，硬化后再研磨。 胶体磨的形式很多，其分散能力因构造和 转速的不同而不同。
转速约每分钟1万∼2万转。 A为空心转轴，与C盘相 连，向一个方向旋转，B盘向 另一方向旋转。 分散相、分散介质和稳 定剂从空心轴A处加入，从C 盘与B盘的狭缝中飞出，用两 盘之间的应切力将固体粉碎， 可得1000 nm左右的粒子。
例 试计算离地面137 km高处的大气压力多 少（设温度为-70℃，空气的平均分子量为 29）？
气溶胶
烟、高空灰尘
云、雾
按分散相粒子的大小分类
类 型
分散相粒 分散相 子直径
性质、特 点
举 例
低分子分 KCl、蔗糖水溶 散系统 小于1nm 原子、分 单相，热力学稳定，扩 子、离子 散快，光散射现象弱 液、混合气体等 (真溶液) 大分子化 1nm~100 合物溶液 nm (亲液溶胶) 均相，热力学状态稳 蛋白质、聚乙烯 定，可逆，光散射现 醇水溶液 象弱，扩散慢(真溶液) Fe(OH)3溶胶、 AgI溶胶
爱因斯坦认为，溶胶粒子的布朗运动与分子运 动类似，假设粒子是球形的，运用分子运动论的一 些基本概念和公式，得到布朗运动的公式为：
式中 x 为观察时间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； NA为阿伏加德罗常数。 此式常称为“爱因斯坦布朗运动”公式。
溶胶中的粒子和溶液中的溶质分子一
样，总是处在不停地、无秩序的运动之中。
从分子的角度看，胶粒的运动和分子运动 并无本质的区别，它们都符合分子运动理 论，不同的是胶粒比一般分子大得多，故 运动强度小。
三、扩散
1、扩散的本质 由于布朗运动是无规则的，因而就单个质点而 言，它们向各方向运动的几率相等，但在浓度较高 的区域，由于单位体积内的质点数较周围多，因而 必定是“出多进少”，使浓度降低，而低浓度区域 则相反，这就表现为扩散，所以扩散是布朗运动的 宏观表现，而布朗运动是扩散的微观基础，当然扩 散过程也是自发过程。 胶粒也有热运动，因此也具有扩散和渗透压， 只是溶胶的浓度较稀，这种现象很不显著。
（1）按分散相粒子的大小分类
1）分子分散体系 分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶，没 有界面，是均匀的单相，分子直径小于1nm。通常把这 种体系称为真溶液，如CuSO4溶液。
2）胶体分散体系 分散相粒子直径在1nm~100nm之间的体系。目测是 均匀的，但实际是多相不均匀的体系。
3）粗分散体系 分散相粒子直径大于100nm，目测是混浊不均匀的 体系，放置后会沉淀或分层，如黄河水。
1903年发明了超显微 镜，为研究布朗运动提供 了物质条件。 用超显微镜可以观察 到溶胶粒子不断地作不规 则“之”字形的运动，从 而能够测出在一定时间内 粒子的平均位移。
通过大量观察，得出结论：粒子越小，布朗运动 越激烈。其运动激烈的程度不随时间而改变，但随温 度的升高而增加。
二、Brown运动的本质
三、分散体系
1、分散相与分散介质
把一种或几种 物质分散在另一种 物质中就构成分散 体系。其中，被分 散的物质称为分散 相，另一种物质称 为分散介质。
例如：云、牛奶、珍珠
2、分散体系分类
分类体系通常有三种分类方法：
•分子或离子体系 按分散相粒子的大小分类： •胶体分散体系 •粗分散体系 •液溶胶 按分散相和介质的聚集状态分类：•固溶胶 •气溶胶 •憎液溶胶（溶胶） 按胶体溶液的稳定性分类： •亲液溶胶（高分子溶液）