胶体化学

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2)同价离子的影响 3)混合电解质的聚沉作用:
加和作用 敏化作用 对抗作用
相互聚沉现象:两种带有相反电荷的溶胶适量混合,发生 的聚沉,为相互聚沉。作用力-----静电吸引力
升高温度/增加溶胶浓度(促进)
第五节 乳状液
乳状液:一种或几种液体以小液滴的形式分散于另一种与其 互不相溶的液体中形成的多相分散系统。
(1)带电粒子的大小、形状; (2)粒子表面电荷的数目; (3)介质中电解质的种类、离子 强度,pH值和粘度; (4)电泳的温度和外加电压等。
从电泳现象可以获得胶粒或大分子的结构、大小和形状等有关信息。
胶体粒子带电原因
吸附:胶体分散体系的比表面和表面能,胶体粒子 有吸附其它物质降低表面自由能的趋势。
这种平衡称为沉降平衡。
v= 2r2 ( 0 )g 9
溶胶的电学性质
溶胶是多相体系,热力学不稳定,实际上溶胶相对稳定, 原因之二---胶体粒子带电,所表现的电性质
电泳(electrophoresis)
带电胶粒或大分子在外加电场的作用下向带相反电荷的电 极作定向移动的现象称为电泳。
影响电泳的因素有:
第十一章 胶体化学
胶体:物质的一种分散形式。 一种或几种物质分散于另一种 物质中的分散体系。
第一节分散系统的分类及主要特征
分散系统:一种或几种物质分散在另一种物质中所构成系 统。
按被分散物质粒子大小,分为溶液、胶体、粗分散系统
溶液: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,分子半径大小在 10-9 m、1nm以下 ,如CuSO4溶液。
渗析法
简单渗析
将需要净化的溶胶放在羊皮纸 或动物膀胱等半透膜制成的容 器内,膜外放纯溶剂。
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。
电渗析 为了加快渗析速度,在装 有溶胶的半透膜两侧外加一 个电场,使多余的电解质离 子向相应的电极作定向移动。 溶剂水不断自动更换,这样 可以提高净化速度。这种方 法称为电渗析法。
第二节 溶胶的制备和净化
制备: 1)由小分子溶液聚集 物理聚集法、化学反应法、更换溶剂法 2)由粗分散系统分散
研磨法、电弧法、超声分散法
由小分子溶液聚集
水解反应制氢氧化铁溶胶 FeCl3 (稀)+3H2O (热)→ Fe(OH)3 (溶胶)+3HCl
由粗分散系统分散
电弧法主要用于制备金、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。
乳状液的稳定性与乳化
乳化剂:制备乳状液过程中,为得到稳定的 乳状液必须加入的组分。通常是表面活性剂。
乳化作用: 降低油水界面张力 形成坚固的界面膜 液液双电层的排斥作用 固体粉末的稳定作用
乳化剂的选择 参考HLB值 此外,还需考虑 1)乳化剂与分散相的亲和性 2)乳化剂的配伍作用 3)乳化剂系统的特殊要求 4)乳化剂的制造工艺
溶胶的动力学性质
溶胶是多相体系,热力学不稳定,实际上溶胶相对稳定, 原因之一---高度分散引起的动力学性质
1布朗运动: 1827 年植物学家布朗(Brown)用显微镜观察到悬浮
在液面上的花粉粉末不断地作不规则的运动。后来又发现许多其它物 质如煤、 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。 1903年发明了超显微镜,为研究布朗运动提供了 物质条件。
(2)乳状液的破坏 破乳----使油、水两相分离(分层) 破乳剂----为破乳加入的物质 方法: 物理方法:机械离心 静电作用 升温 化学方法: 用不能形成牢固保护膜的表面活性物质 加入试剂破坏原有乳化剂 加入适量反向乳化剂
四 微乳状液
微乳状液:在水、油、乳化剂组成的乳状液中加入第4种 物质(辅助表面活性物质),形成外观透明均匀的液-液 分散系统,即微乳状液。
影响溶胶聚沉的因素
电解质的聚沉作用:溶胶中加入电解质,胶粒的界面电势 降低,双电层变薄,排斥作用减弱,粒子碰撞,将导致粒 子聚集,沉淀析出,称为溶胶的聚沉。
聚沉值:一定量溶胶,在规定时间聚沉,发生明显聚沉所 需电解质的最小浓度。
1)不同价离子的影响(反离子价数越高,聚沉能力越大, 聚沉值越大)
丁达尔效应:由光的散射引起的
1869年Tyndall发现,若令一束会聚光通过 溶胶,从侧面(即与光束垂直的方向)可 以看到一个发光的圆锥体,这就是Tyndall 效应。其他分散体系也会产生一点散射光, 但远不如溶胶显著。
Tyndall效应实际上已成为判别溶胶与分子 溶液的最简便的方法。
丁达尔效应规律---雷莱公式
超过滤法
用半透膜作过滤膜,利 用吸滤或加压的方法使胶粒 与含有杂质的介质在压差作 用下迅速分离。
将半透膜上的胶粒迅 速用含有稳定剂的介质再 次分散。
第三节 溶胶的性质
光学性质 丁达尔效应 光照射到不同大小的微粒,体现的情况
微粒大远大于入射光波长:反射(折射) 微粒大远与入射光波长相近:衍射 微粒大远小于入射光波长:散射
三、 高分子电解质溶液
分为三类:
阳离子 阴离子
两性高分子电解质 溶液中蛋白质的带电状况 溶液中线性蛋白质的形态 蛋白质在水中的溶解度 蛋白质溶液的黏度及溶解度 蛋白质的电泳 纸电泳 等电聚集
四 、高分子多胶体稳定性的影响(自习) 五 、 高分子物质降解(自习)
溶胶的净化
在制备溶胶的过程中,常生成一些多余的电解质,
在制备溶胶的过程中,常生成一些多余的 如制电备解F质e(O,H如)3溶制胶备时生Fe成(O的HH)C3l溶。胶时生成的HCl。
少量电解质可以作为溶胶的稳定剂,但是过多的电解质存在会 使溶胶不稳定,容易聚沉,所以必须除去。 净化的方法主要有渗析法和超过滤法。
正溶胶:吸附正离子,带正电 负溶胶:吸附负离子,带负电
胶体粒子优先吸附构晶离子或能与构晶离子生成难 溶物的离子。
电离:胶体粒子表面分子电离,一种离子进 入水中,使胶粒带电。
胶粒结构
第四节 溶胶的稳定性与聚沉
溶胶热力学不稳定----净化后的溶胶,稳定存在 原因:
1)动力学稳定性:布朗运动---对抗重力,不沉降 2)主要原因,电学性质:胶粒带相同电荷,相互
当光束通过分散体系时,一部分自由地通过, 一部分被吸收、反射或散射。可见光的波长约在 400~700 nm之间。
(1)当光束通过粗分散体系,由于粒子大于入射 光的波长,主要发生反射,使体系呈现混浊。
(2)当光束通过胶体溶液,由于胶粒直径小于可 见光波长,主要发生散射,可以看见乳白色的光柱。
(3)当光束通过分子溶液,由r于溶液十分均匀, 散射光因相互干涉而完全抵消,看不见散射光。
外观大多不透明或半透明的乳白色。 乳状液的类型: 内相:以小液滴的形式存在的液体称为内相;分散相 外相:另一种液体;连续相 水包油:外相为油,内相水 油包水:外相为水,内相油 乳液的类型:制备乳液时所添加乳化剂的性质
乳状液类型的鉴别: (1)稀释法 (2)染色法 (3)电导法 (4)滤纸润湿法
特点: 1)颗粒粒径小:10~200nm 2)透明半透明,黏度低 3)稳定体系
微乳的应用:(自习)
第六节 高分子溶液
高分子化合物:分子质量大于10000的化合物 称为高分子化合物;天然高分子:纤维素、淀 粉、蛋白质;合成高分子:聚合物
高分子化合物的相对分子质量:由于聚合过程中,每个分子的聚合程 度可以不一样,所以聚合物的摩尔质量只能是一个平均值。而且,测 定和平均的方法不同,得到的平均摩尔质量也不同。常用有四种平均 方法,因而有四种表示法:
胶体(分散系统):分散相粒子的半径在1 nm~100 nm 之间的体系。目测是均匀的,但实际是多相不均匀体系。 也有的将1 nm ~ 1000 nm之间的粒子归入胶体范畴。
粗分散系统:当分散相粒子大于100 nm,目测是混浊不均 匀体系,放置后会沉淀或分层,悬浮液、乳浊液、泡沫等 均属于粗分散系统,如黄河水、牛奶、豆浆。
平均位移与扩散系数间的关系:X2 2Dt D= RT
6rL
粒子半径越小,介质黏度越小,温度越高,D越大,扩散越强
沉降平衡(sedimentation equilibrium)
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。
不同分散体系的稳定性: 溶液:均相,稳定 胶体:多相,不稳定 胶核:分散相的物质微粒构成胶团的核心,称其为胶核
胶体溶液:胶核从溶液中有选择地吸附离子,胶核带电, 通过带电,代偿胶核表面界面现象产生的不饱和场,胶体 溶液是相对温度的体系。
粗分散:多相,不稳定
胶体系统的分类(按分散介质及分散相的聚集状 态):
数均摩尔质量 质均摩尔质量 粘均摩尔质量 Z均摩尔质量
二、 高分子溶液的性质
表11-8
高分子溶液的渗透压:溶质分子的柔性及溶剂化,渗透压 较相同浓度的小分子溶液大。
高分子溶液的黏度:黏度大
原因:
1)高分子的柔性使得高分子在溶液中占的体积很大,对介 质流动形成阻力
2)高分子溶剂化,溶剂分子被高分子束缚,流动性差 3)高分子链段间相互作用形成一定结构,流动阻力增大,
当半径大于5 m,Brown运动消失。
布朗运动规律Fra Baidu bibliotek布朗公式
1
x
RT L
t
3r
2
胶粒的扩散: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。 如图所示,在CDFE的桶内盛 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。
乳状液的制备
自然乳化分散法 瞬间成皂法 界面复合物生成法 交替添加法
三 乳状液的转型与破坏
(1)乳状液转型 转型:由W/O变成O/W或者由O/W变成W/O 外加物质使乳化剂的性质发生改变而引起
加入量少------不能转型 加入量适中---转型 加入量多------破坏乳液 温度改变(非离子型表面活性剂) 转型温度
排斥,不易聚沉
3)胶粒双电层结构中,有大量离子,离子水化, 胶粒外面有水化层,阻止胶粒碰撞结合变大。
-------胶粒间的排斥作用 -------胶粒间的吸引作用
溶胶稳定存在 溶胶聚沉
粒子间吸引力(类似于范德
华力,与距离3次方成反比)
粒子间排斥力(距离远,没
有排斥力;距离近,相互排斥)
排斥力产生排斥势能 吸引力产生吸引势能
液溶胶(分散介质---液态;分散相---气、固、不 互溶液)
固溶胶(分散介质---固态;分散相---气、液、不 互溶固)
气溶胶(分散介质---气态;分散相---液、固)
表11-2
高分子溶液:分散相线度达到胶体大小, 形成热力学稳定体系,区别与胶体
亲液溶胶---高分子溶液 憎液溶胶---胶体溶液
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。
Brown运动的本质:认为Brown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,所以连续以不同方向、不同速度作不 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。
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