溶胶与凝胶的基本物理化学特性

3)散射光强度与粒子体积的平方成正比
4)粒子的折射率与周围介质的折射率相差越大，
粒子的散射光越强
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Rayleigh散射定律
• 应当注意，式(2-6)中的散射光强度是粒子所 散射的光的总能量。实际上散射光在各个 方向上的强度是不同的。细小粒子各方向 的散射光强度I可以式(2-7)表示
(2-7)
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(2) Rayleigh散射定律
• 散射光强度 I与入射光强度I0之间有如下关 系 (2-6)
C—单位体积中的质点数
— 单个粒子的体积
λ—入射光波长
n1和n2分别为分散介质和分散相的折射率。
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Rayleigh散射定律
1)散射光强度与入射光波长的4次方成反比
2)散射光强度与单位体积上的质点数c成正比
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2.1.3溶胶的电学性质
• 2.1.3.1电动现象及其应用 • 1809年Pehcc发现 ：在一块湿粘土上插入两
只玻璃管，用洗净的细砂覆盖两管的底部， 加水使两管的水面高度相等，管内各插入 一个电极，接上直流电源，经过一段时间 后便发现：在正极管中，粘土微粒透过细 砂层逐渐上升，使水变得浑浊，而水层却 慢慢下降。与此同时，在负极管中，水不 浑浊，但水面渐渐升高。
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扩散理论的应用
1.计算球形胶粒的半径
2计算非球形胶粒的轴比值
3估算最大溶剂化量
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2 布朗运动
• 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粒子处于不停 地无规则的运动之中，后来发现其他微粒 (如炭末和矿石粉末等)也有这种现象。
• 如果在一定时间间隔内观察某一颗粒的位 置，则可得如图2-2所示的情况，这种现象 习惯上称为布朗运动。
体微粒在分散介质里向阴极或 在单位电场强度作用下，单
阳极作定向移动，这种现象叫 位时间内移动的距离（即迁
做电泳。利用电泳现象使物质 分离，这种技术也叫做电泳。 利用带电粒子在电场中移动速 度不同而达到分离的技术称为 电泳技术。1937年瑞典学者 A.W.K.蒂塞利乌斯设计制造了 移动界面电泳仪，分离了马血
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3 沉降
分散了气体或液体介质中的微粒，都受到 两种方向相反的作用力：重力和扩散力。
如微粒的密度比介质的大，微粒就会因重 力而下沉，这种现象称为沉降；与沉降作 用相反，扩散力能促进体系中粒子浓度趋 于均匀。当这两种作用力相等时，就达到 平衡状态，谓之“沉降平衡”。
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2.1.2 溶胶的光学特性
溶胶与凝胶的基本物理化学 特性
主讲：黄剑锋
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1
2.1溶胶的基本物理化学特性
• 2.1.1溶胶的运动性质 • 1 扩散
z
（c-dc）
0Fra Baidu bibliotek
x
dx
y
图2－1 胶粒的扩散和浓度梯度关系
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截面A
2
扩散
• Fick第一扩散定律
• 若胶粒大小相同，且沿x方向胶粒浓度随距离的变 化率为dc/dx(亦即浓度梯度，图2-1)，则在x方向上 的扩散速度应与dc/dx成正比：
移率）为常数，是该带电粒 子的物化特征性常数。不同 带电粒子因所带电荷不同， 或虽所带电荷相同但荷质比 不同，在同一电场中电泳， 经一定时间后，由于移动距
清白蛋白的3种球蛋白，创建了 离不同而相互分离。分开的
电泳技术。
距离与外加电场的电压与电
教学pp泳t 时间成正比。
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电泳与沉降电位
胶体有电泳现象，证明胶体的 在确定的条件下，带电粒子
Iθ—散射光强度； θ—观察者与入射光方向的夹角；
R—观察者距样品的距教离学ppt
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(3) 溶胶的颜色
• 很多溶胶是无色透明的，但许多溶胶常有 各种颜色。
• 例如Fe(OH)3，溶胶是红色的，CdS溶胶是 黄色的，金溶胶因粒子大小不同可以是红 色的、紫色的或蓝色的。
银溶胶也是一个比较典型的例子。
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布朗运动
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布朗运动
• 1905年Einstein曾研究过在布朗运动中，粒 子的平均位移与粒子半径r、介质粘度η、 温度T和位移时间t之间的关系为
(2-5)
式(2-5)常称为“Einstein布朗运动”公式 。 式(2-5)表明，当其他条件不变时，微粒的平均
位移的平方与时间t及温度T成正比，与及r成反比。
(2-2) 式中，NA为Avogadro常数；R为气体常数。 若粒子为球形，可据Stokes定律确定阻力系数f。
(2-3) 式中，η为介质的粘度；r为质点半径。
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扩散
将式(2-3)代入式(2-2)得
(2-4)
此式常称为Einstein第一扩散公式。据此式可以求出 扩散系数D（m2/s）。若已知D，则亦可求出质点半 径r，并计算出“质点量”。
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电泳与沉降电位
这个实验充分说明，粘土颗粒带负电，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，带正电的胶粒向负极移动， 人们把这种现象称为电泳 (electrophoresis)。
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电泳与沉降电位
在外加直流电源的作用下，胶 在确定的条件下，带电粒子
dm D dc .A (2-1)
dt
dx
式中，dm/dt表示单位时间通过截面A扩散的物质 数量。比例常数D为扩散系数(diffusion coefficient)， D越大，质点的扩散能力越大。
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扩散
• Einstein指出，扩散系数D与质点在介质中运动时 阻力系数(frictional coefficient)f之间的关系为：
(1)丁达尔效应(Tyndall effect)
图 2-3 丁达尔效应
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丁达尔效应
• 许多溶胶外观常是有色透明的。以一束强 烈的光线射人溶胶后，在入射光的垂直方 向可以看到一道明亮的光带(见图2-3)，这 个现象首先被Tyndall发现，故称为丁达尔 效应(或丁达尔现象)。
• 丁达尔现象是溶胶的特征。
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溶胶的颜色
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溶胶的颜色
• 溶胶产生各种颜色的主要原因：溶胶中的 质点对可见光产生选择性吸收。
• 溶胶是非均相体系，粒子除有光的吸收外， 还有散射作用。
• 溶胶的颜色是一个相当复杂的问题，它与 粒子大小、分散相与分散介质的性质、光 的强弱、光的散射和吸收等问题有关。
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