85分散系统的分类及胶体溶液的性质.
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
乳状液分为油包水型以符号W/O表示，水包油 型以符号O/W表示。
因油水互不相溶，要得到比较稳定的乳状液， 必须加入乳化剂(emulsifier)。乳化剂能使乳状液比 较稳定存在的作用，称为乳化作用。
乳状液鉴别
（1）染色法：在乳状液中加入少许油溶性的 染料，通过观察内相和外相的颜色判断乳状液 类型。 （2）稀释法：取少量乳状液滴入水中或油中， 看能否被稀释。 （3）导电法：一般来说，水导电性强，油导 电性差。
§8.5分散系统的分类及胶体溶液的性质
1.分散系统的分类
分散系统是指某种聚集状态的物质分散在另外 一种聚集状态介质中所形成的系统。
被分散的物质称为分散相（dispersed phase）， 而另一种呈连续分布的物质称为分散介质 （dispersing medium)。
分散体系通常有三种分类方法： •真溶液
（3）可电离的大分子溶胶，由于大分子本身发生 电离，而使胶粒带电。例如蛋白质分子，有许多羧基 和胺基，在pH较高的溶液中，离解生成P－COO-离 子而负带电；在pH较低的溶液中，生成P－NH3+离子 而带正电。
在某一特定的pH条件下，生成的-COO-和-NH3+ 数量相等，蛋白质分子的净电荷为零，这pH称为蛋 白质的等电点 。
当一定波长的光照射到一粒子时，若粒子直 径远大于入射光的波长，主要发生反射，使体系 呈现混浊；若粒子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，即光在绕过粒 子前进时又从该粒子向各个方向传播，使粒子好 象是一个光源。
雷利公式
1871年，Rayleigh研究了大量的光散射现象，导 出了散射光总能量的计算公式，称为Rayleigh公式：
1. 分散相粒子带电 是主要影响溶胶稳定的原因， 由DLVO理论来说明、 解释。 2. 溶剂化作用 若水为分散介质，构成胶团双电层结构的全部离 子都应当是水化的，在分散相粒子的周围，形成 一个具有一定弹性的水化外壳。
3. 布朗运动 布朗运动足够强时，就能够克服重力场的影响。
4.憎液溶胶的聚沉
（1）电解质的聚沉作用
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促使浓度趋于 均一。
当这两种相反的力相等时，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。这种平 衡称为沉降平衡(sedimentation equilibrium)。
4.胶体溶液的电学性质
胶粒带电的原因有以下几种：
例如：（1）聚苯乙烯胶乳是球形质点 （2）V2O5 溶胶是带状的质点 （3）Fe(OH)3 溶胶是丝状的质点
3. 憎液溶胶的稳定性理论
DLVO理论 （1）胶团之间既存在斥力势能，也存在着引力势能。 （2）溶胶的相对稳定性或聚沉取决于斥力势能或引 力势能的相对大小。 （3）斥力势能、引力势能以及总势能都随着粒子间 距离的变化而变化，各有占优的情况。 （4）加入电解质时，对引力势能影响不大，但对斥 力势能的影响却十分明显。适当调整电解质的浓度， 可以得到相对稳定的溶胶。
例如，对于给定的溶胶，反离子分别为一、 二、三价，则聚沉值的比例为：
100 1.6 0.14
即为：
1 1
6
:
1 2
6
:
1 3
6
结论： ①与胶粒带相反电荷的离子的价数影响最大，价数 越高，聚沉能力越强。
②与胶粒带相反电荷的离子价数相同，其聚沉能力 也有差异。
2.乳状液的形成与破坏
（1）降低界面张力； （2）形成定向楔的界面； （3）形成扩散双电层； （4）界面层的稳定； （5）固体粉末的稳定作用。
（4）散射光强度与粒子的数密度成正比。
3.胶体溶液的动力性质
布朗运动（Brown motion) 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粒子不断地作无规则的运动。 后来又发现凡是线度小于4μm的粒子，在分散介质 中皆呈现这种运动。人们称微粒的这种运动为布朗 运动。粒子越小，布朗运动越强烈，布朗运动的结 果造成胶体粒子的扩散。但它的扩散比真溶液中溶 质的扩散慢得多。
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
按胶体溶液的稳定性分类： •憎液溶胶 •亲液溶胶
分散体系分类：
（1）真溶液
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，分散相粒子半径小于1nm 。
（2）胶体分散体系 分散相粒子的半径在1 nm~100nm之间的体系。目
§8.6 憎液浓胶的稳定与破坏
1.扩散双电层理论
亥姆霍兹平板双电层：认为固体的表面电荷与溶 液中带相反电荷的（即反离子）构成平行的两层，如 同一个平板电容器。
整个双电层厚度为0 。
固体表面与液体内部的总的
电位差即等于热力学电势0 ， 0
在双电层内，热力学电势呈
直线下降。模型过于简单，
由于离子热运动，不能形成
A.液-固溶胶 如油漆，AgI溶胶
B.液-液溶胶 如牛奶，石油原油等乳状液 C.液-气溶胶 如泡沫
（2）固溶胶 将固体作为分散介质所形成的溶胶。
A.固-固溶胶 如有色玻璃，不完全互溶的合金 B.固-液溶胶 如珍珠，某些宝石 C.固-气溶胶 如泡沫塑料，沸石分子筛
（3）气溶胶 将气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散
（1）胶粒在形成过程中，胶核优先吸附某种离子， 使胶粒带电。例如：在AgI溶胶的制备过程中，如果 AgNO3过量，则胶核优先吸附Ag+离子，使胶粒带正 电；如果KI过量，则优先吸附I -离子，胶粒带负电。
（2）离子型固体电解质形成溶胶时，由于正、负离 子溶解量不同，使胶粒带电。 例如：将AgI制备溶胶 时，由于Ag+较小，活动能力强，比I-容易脱离晶格而 进入溶液，使胶粒带负电。
当粒子相距较 大时，主要为吸 力，总势能为负 值；当靠近到一 定距离，双电层 重叠，排斥力起 主要作用， 势能升高。要使 粒子聚结必须克 服这个势垒。
Born排斥 {U}
UR ∝exp{-x} —德拜参量
Umax
势垒
U
0
F
{x}
C
UA∝
1 xn
胶粒间斥力势能、吸力 势能及总势能曲线
影响溶胶稳定性的因素
I
9 2V 2C 2 4l 2
(
n2 n02 n2 2n02
)2 (1 cos2 )I0
式中： I0 入射光强度，
入射光波长，
n 分散相折射率，
C 单位体积中粒子数
V 每个粒子的体积 n0 分散介质的折射率
从Rayleigh公式可得出如下结论： （1）单位体积的散射光强度与每个粒子体积的平方 成正比。 （2） 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。 （3）分散相与分散介质的折射率相差愈大，则散射 光愈强。
粒粘附在大分子上，大分子起了一个桥梁作用，把胶 粒联系在一起，使之更容易聚沉。
②保护作用 当憎液溶胶中加入足量大分子溶液后，大分子吸附
在胶粒周围起到保护溶胶的作用。
§8.7 乳状液
1.乳状液的分类与鉴别
一种或几种液体以液珠形式分散于另一种与其 不互溶(或部分互溶)液体中所形成的分散系统称之 为乳状液(emulsion)。
（4）晶格取代：比如Al3+或Si4＋取代Mg2＋，使溶 胶带正电。
胶体溶液的电动现象 由于胶粒带电，而溶胶是电中性的，则介质带
与胶粒相反的电荷。在外电场作用下，胶粒和介质 分别向带相反电荷的电极移动，就产生了电泳和电 渗的电动现象。
在外加电场的作用下胶体粒子在分散介质中定 向移动的现象称为电泳。在外加电场作用下，带电 的介质通过多孔膜或半径为1~10 nm的毛细管做定向 移动，这种现象称为电渗。胶粒在重力场作用下发 生沉降，而产生沉降电势；带电的介质发生流动， 则产生流动电势。
过剩的反离子一部分分布在滑动面以内，另一部 分呈扩散状态分布于介质中。滑动面所包围的带电体， 称为胶体粒子；
整个扩散层及其所包围的胶体粒子，则够成电中 性的胶团(micelle)。
胶核吸附离子是有选择性的，优先吸附与胶核中相
同的某种离子。
例1：AgNO3 + KI→KNO3 + AgI↓
过量的 KI 作稳定剂
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。 （3）粗分散体系
当分散相粒子的半径大于1000 nm，目测是不均匀 体系，放置后会沉淀或分层。
溶胶的种类
按分散相和分散介质聚集状态的不同，溶胶可分 为以下三大类（八个小类）：
（1）液溶胶 将液体作为分散介质所形成的溶胶。
聚沉值 使一定量的溶胶在一定时间内完全聚沉
(coagulation 所需电解质的最小浓度。从已知的表值
value)
可见，对同一溶胶，外加电解质的离子
价数越低，其聚沉值越大。
聚沉能力 是聚沉值的倒数。聚沉值越大的电解 质，聚沉能力越小；反之，聚沉值越小 的电解质，其聚沉能力越强。
聚沉能力主要决定于胶粒带相反电荷的离子的 数。反离子价数愈高，聚沉能力愈大，这就是舒采哈迪 （Schulze-Hardy）规则。
胶团的图示式：
[(AgI)m n I – (n-x)K+]x– xK+
胶核
|________________________|
胶核 胶粒
胶团
|___胶__粒__（__带 ___负__电__）________________|
胶团（电中性）
例2：AgNO3 + KI→KNO3 + AgI↓
过量的 AgNO3 作稳定剂 胶团的结构表达式：
相为固体或液体时，形成气-固或气-液溶胶，但 没有气-气溶胶，因为不同的气体混合后是单相均 一体系，不属于胶体范围。
A.气-固溶胶 如烟，含尘的空气
B.气-液溶胶 如雾，云
2.胶体溶液的光学性质
丁铎尔效应(Tyndall effect)
当一束光照射胶体溶液，在与光垂直的方向 上（侧面）观察，就能见到在光前进的途径上显 示一条光柱，这种现象称为Tyndall效应。丁铎尔 效应是由于光散射造成的。
胶团的图示式：
[(AgI)m n Ag+ (n-x)NO3–]x+ x NO3–
胶核
|______________________________|
|________胶___粒__（__带__正 ___电__）_________________|
AgI
胶团（电中性）
胶核 胶粒 胶团
作为憎液溶胶基本质点的胶粒并非都是球形， 而胶粒的形状对胶体性质有重要影响。
平板电容器。
亥姆霍兹平板双电层模型
斯特恩（Stern）扩散双电层：
他对扩散双电层模型 作进一步修正。认为吸附 在固体表面的紧密层约有 一、二个分子层的厚度， 后被称为Stern层；
由反号离子电性中心 构成的平面称为Stern面。
双电层的stern模型
2. 憎液溶胶的胶团结构
由分子、原子或离子形成的固态微粒，称为胶核；
一价阳离子硝酸盐的聚沉能力次序为： H+>Cs+ห้องสมุดไป่ตู้Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+
一价阴离子的钾盐的聚沉能力次序为： F->Cl->Br->NO3->I-
（2）正、负溶胶的相互聚沉
（3）高分子化合物的聚沉作用 在憎液溶胶中加入某些大分子溶液，加入的量不同，
会出现两种情况：
①搭桥效应 当加入的大分子物质的量不足时，憎液溶胶的胶
因油水互不相溶，要得到比较稳定的乳状液， 必须加入乳化剂(emulsifier)。乳化剂能使乳状液比 较稳定存在的作用，称为乳化作用。
乳状液鉴别
（1）染色法：在乳状液中加入少许油溶性的 染料，通过观察内相和外相的颜色判断乳状液 类型。 （2）稀释法：取少量乳状液滴入水中或油中， 看能否被稀释。 （3）导电法：一般来说，水导电性强，油导 电性差。
§8.5分散系统的分类及胶体溶液的性质
1.分散系统的分类
分散系统是指某种聚集状态的物质分散在另外 一种聚集状态介质中所形成的系统。
被分散的物质称为分散相（dispersed phase）， 而另一种呈连续分布的物质称为分散介质 （dispersing medium)。
分散体系通常有三种分类方法： •真溶液
（3）可电离的大分子溶胶，由于大分子本身发生 电离，而使胶粒带电。例如蛋白质分子，有许多羧基 和胺基，在pH较高的溶液中，离解生成P－COO-离 子而负带电；在pH较低的溶液中，生成P－NH3+离子 而带正电。
在某一特定的pH条件下，生成的-COO-和-NH3+ 数量相等，蛋白质分子的净电荷为零，这pH称为蛋 白质的等电点 。
当一定波长的光照射到一粒子时，若粒子直 径远大于入射光的波长，主要发生反射，使体系 呈现混浊；若粒子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，即光在绕过粒 子前进时又从该粒子向各个方向传播，使粒子好 象是一个光源。
雷利公式
1871年，Rayleigh研究了大量的光散射现象，导 出了散射光总能量的计算公式，称为Rayleigh公式：
1. 分散相粒子带电 是主要影响溶胶稳定的原因， 由DLVO理论来说明、 解释。 2. 溶剂化作用 若水为分散介质，构成胶团双电层结构的全部离 子都应当是水化的，在分散相粒子的周围，形成 一个具有一定弹性的水化外壳。
3. 布朗运动 布朗运动足够强时，就能够克服重力场的影响。
4.憎液溶胶的聚沉
（1）电解质的聚沉作用
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促使浓度趋于 均一。
当这两种相反的力相等时，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。这种平 衡称为沉降平衡(sedimentation equilibrium)。
4.胶体溶液的电学性质
胶粒带电的原因有以下几种：
例如：（1）聚苯乙烯胶乳是球形质点 （2）V2O5 溶胶是带状的质点 （3）Fe(OH)3 溶胶是丝状的质点
3. 憎液溶胶的稳定性理论
DLVO理论 （1）胶团之间既存在斥力势能，也存在着引力势能。 （2）溶胶的相对稳定性或聚沉取决于斥力势能或引 力势能的相对大小。 （3）斥力势能、引力势能以及总势能都随着粒子间 距离的变化而变化，各有占优的情况。 （4）加入电解质时，对引力势能影响不大，但对斥 力势能的影响却十分明显。适当调整电解质的浓度， 可以得到相对稳定的溶胶。
例如，对于给定的溶胶，反离子分别为一、 二、三价，则聚沉值的比例为：
100 1.6 0.14
即为：
1 1
6
:
1 2
6
:
1 3
6
结论： ①与胶粒带相反电荷的离子的价数影响最大，价数 越高，聚沉能力越强。
②与胶粒带相反电荷的离子价数相同，其聚沉能力 也有差异。
2.乳状液的形成与破坏
（1）降低界面张力； （2）形成定向楔的界面； （3）形成扩散双电层； （4）界面层的稳定； （5）固体粉末的稳定作用。
（4）散射光强度与粒子的数密度成正比。
3.胶体溶液的动力性质
布朗运动（Brown motion) 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粒子不断地作无规则的运动。 后来又发现凡是线度小于4μm的粒子，在分散介质 中皆呈现这种运动。人们称微粒的这种运动为布朗 运动。粒子越小，布朗运动越强烈，布朗运动的结 果造成胶体粒子的扩散。但它的扩散比真溶液中溶 质的扩散慢得多。
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
按胶体溶液的稳定性分类： •憎液溶胶 •亲液溶胶
分散体系分类：
（1）真溶液
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，分散相粒子半径小于1nm 。
（2）胶体分散体系 分散相粒子的半径在1 nm~100nm之间的体系。目
§8.6 憎液浓胶的稳定与破坏
1.扩散双电层理论
亥姆霍兹平板双电层：认为固体的表面电荷与溶 液中带相反电荷的（即反离子）构成平行的两层，如 同一个平板电容器。
整个双电层厚度为0 。
固体表面与液体内部的总的
电位差即等于热力学电势0 ， 0
在双电层内，热力学电势呈
直线下降。模型过于简单，
由于离子热运动，不能形成
A.液-固溶胶 如油漆，AgI溶胶
B.液-液溶胶 如牛奶，石油原油等乳状液 C.液-气溶胶 如泡沫
（2）固溶胶 将固体作为分散介质所形成的溶胶。
A.固-固溶胶 如有色玻璃，不完全互溶的合金 B.固-液溶胶 如珍珠，某些宝石 C.固-气溶胶 如泡沫塑料，沸石分子筛
（3）气溶胶 将气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散
（1）胶粒在形成过程中，胶核优先吸附某种离子， 使胶粒带电。例如：在AgI溶胶的制备过程中，如果 AgNO3过量，则胶核优先吸附Ag+离子，使胶粒带正 电；如果KI过量，则优先吸附I -离子，胶粒带负电。
（2）离子型固体电解质形成溶胶时，由于正、负离 子溶解量不同，使胶粒带电。 例如：将AgI制备溶胶 时，由于Ag+较小，活动能力强，比I-容易脱离晶格而 进入溶液，使胶粒带负电。
当粒子相距较 大时，主要为吸 力，总势能为负 值；当靠近到一 定距离，双电层 重叠，排斥力起 主要作用， 势能升高。要使 粒子聚结必须克 服这个势垒。
Born排斥 {U}
UR ∝exp{-x} —德拜参量
Umax
势垒
U
0
F
{x}
C
UA∝
1 xn
胶粒间斥力势能、吸力 势能及总势能曲线
影响溶胶稳定性的因素
I
9 2V 2C 2 4l 2
(
n2 n02 n2 2n02
)2 (1 cos2 )I0
式中： I0 入射光强度，
入射光波长，
n 分散相折射率，
C 单位体积中粒子数
V 每个粒子的体积 n0 分散介质的折射率
从Rayleigh公式可得出如下结论： （1）单位体积的散射光强度与每个粒子体积的平方 成正比。 （2） 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。 （3）分散相与分散介质的折射率相差愈大，则散射 光愈强。
粒粘附在大分子上，大分子起了一个桥梁作用，把胶 粒联系在一起，使之更容易聚沉。
②保护作用 当憎液溶胶中加入足量大分子溶液后，大分子吸附
在胶粒周围起到保护溶胶的作用。
§8.7 乳状液
1.乳状液的分类与鉴别
一种或几种液体以液珠形式分散于另一种与其 不互溶(或部分互溶)液体中所形成的分散系统称之 为乳状液(emulsion)。
（4）晶格取代：比如Al3+或Si4＋取代Mg2＋，使溶 胶带正电。
胶体溶液的电动现象 由于胶粒带电，而溶胶是电中性的，则介质带
与胶粒相反的电荷。在外电场作用下，胶粒和介质 分别向带相反电荷的电极移动，就产生了电泳和电 渗的电动现象。
在外加电场的作用下胶体粒子在分散介质中定 向移动的现象称为电泳。在外加电场作用下，带电 的介质通过多孔膜或半径为1~10 nm的毛细管做定向 移动，这种现象称为电渗。胶粒在重力场作用下发 生沉降，而产生沉降电势；带电的介质发生流动， 则产生流动电势。
过剩的反离子一部分分布在滑动面以内，另一部 分呈扩散状态分布于介质中。滑动面所包围的带电体， 称为胶体粒子；
整个扩散层及其所包围的胶体粒子，则够成电中 性的胶团(micelle)。
胶核吸附离子是有选择性的，优先吸附与胶核中相
同的某种离子。
例1：AgNO3 + KI→KNO3 + AgI↓
过量的 KI 作稳定剂
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。 （3）粗分散体系
当分散相粒子的半径大于1000 nm，目测是不均匀 体系，放置后会沉淀或分层。
溶胶的种类
按分散相和分散介质聚集状态的不同，溶胶可分 为以下三大类（八个小类）：
（1）液溶胶 将液体作为分散介质所形成的溶胶。
聚沉值 使一定量的溶胶在一定时间内完全聚沉
(coagulation 所需电解质的最小浓度。从已知的表值
value)
可见，对同一溶胶，外加电解质的离子
价数越低，其聚沉值越大。
聚沉能力 是聚沉值的倒数。聚沉值越大的电解 质，聚沉能力越小；反之，聚沉值越小 的电解质，其聚沉能力越强。
聚沉能力主要决定于胶粒带相反电荷的离子的 数。反离子价数愈高，聚沉能力愈大，这就是舒采哈迪 （Schulze-Hardy）规则。
胶团的图示式：
[(AgI)m n I – (n-x)K+]x– xK+
胶核
|________________________|
胶核 胶粒
胶团
|___胶__粒__（__带 ___负__电__）________________|
胶团（电中性）
例2：AgNO3 + KI→KNO3 + AgI↓
过量的 AgNO3 作稳定剂 胶团的结构表达式：
相为固体或液体时，形成气-固或气-液溶胶，但 没有气-气溶胶，因为不同的气体混合后是单相均 一体系，不属于胶体范围。
A.气-固溶胶 如烟，含尘的空气
B.气-液溶胶 如雾，云
2.胶体溶液的光学性质
丁铎尔效应(Tyndall effect)
当一束光照射胶体溶液，在与光垂直的方向 上（侧面）观察，就能见到在光前进的途径上显 示一条光柱，这种现象称为Tyndall效应。丁铎尔 效应是由于光散射造成的。
胶团的图示式：
[(AgI)m n Ag+ (n-x)NO3–]x+ x NO3–
胶核
|______________________________|
|________胶___粒__（__带__正 ___电__）_________________|
AgI
胶团（电中性）
胶核 胶粒 胶团
作为憎液溶胶基本质点的胶粒并非都是球形， 而胶粒的形状对胶体性质有重要影响。
平板电容器。
亥姆霍兹平板双电层模型
斯特恩（Stern）扩散双电层：
他对扩散双电层模型 作进一步修正。认为吸附 在固体表面的紧密层约有 一、二个分子层的厚度， 后被称为Stern层；
由反号离子电性中心 构成的平面称为Stern面。
双电层的stern模型
2. 憎液溶胶的胶团结构
由分子、原子或离子形成的固态微粒，称为胶核；
一价阳离子硝酸盐的聚沉能力次序为： H+>Cs+ห้องสมุดไป่ตู้Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+
一价阴离子的钾盐的聚沉能力次序为： F->Cl->Br->NO3->I-
（2）正、负溶胶的相互聚沉
（3）高分子化合物的聚沉作用 在憎液溶胶中加入某些大分子溶液，加入的量不同，
会出现两种情况：
①搭桥效应 当加入的大分子物质的量不足时，憎液溶胶的胶