胶体化学

第十二章胶体化学

主要内容

１．分散系统及其分类

（1）把一种或几种物质分散在另一种物质中所构成的系统称为分散系统。被分散的物质称为分散相，而另一种呈连续分布的物质称为分散介质。

（2）分散系统的分类

按分散相粒子的大小分类：真溶液、胶体分散体系、粗分散体系。

按分散相和介质的聚集状态分类：液溶胶、固溶胶、气溶胶。

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．丁铎尔效应

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。其实质是光的散射。

瑞利（Rayleigh）公式：

22

22

22

0 4222

9

()(1cos) 22

n n

V C

I I

l n n

π

α

λ

-

=+

+

4．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粒子不断地作无规则的运动。其实质是热运动。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。

爱因斯坦－布朗平均位移公式

1/2

3

RTt

x

L r

πη

⎛⎫= ⎪

⎝⎭

5．扩散

由于分子的热运动和胶粒的布朗运动，在有浓度梯度存在时，物质粒子会发生宏观上的定向迁移现象，称为扩散。

菲克（Fick）第一定律d d

=

d d s

n c

DA

t x

－

6．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。

贝林(Perrin)公式 ()02211ln

1C Mg h h C RT ρρ⎛⎫=--- ⎪⎝⎭

7．电泳

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。 8．电渗

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。 9．斯特恩（Stern ）扩散双电层

斯特恩认为反离子呈扩散状态分布，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；由反离子电性中心构成的平面称为Stern 面若固体表面带正电荷，则双电层的溶液一侧由两层组成，第一层为吸附在固体表面的反离子层，牢固结合在表面，形成一个紧密的吸附层称为斯特恩层(stern)，又称为紧密层；第二层为扩散层。由固体表面至溶液本体间的电势差叫热力学电势；由斯特恩面至溶液本体间的电势差叫斯特恩电势；而由滑动面至溶液本体间的电势差叫ζ电势。只有在固、液 两相发生相对移动时，才能呈现出ζ电势。

斯莫鲁科夫斯基(Smoluchowski)公式 ,v v

u E E εξηξηε=

==

10．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；

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

11．溶胶的经典稳定理论—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。

NO 3－

溶液 本体

12．聚沉值和聚沉能力

聚沉值：使一定量的溶胶在一定时间内完全聚沉所需电解质的最小浓度。

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。

13．价数规则

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，这就是舒尔策-哈迪（Schulze-Hardy）价数规则。

14．悬浮液

将不溶性固体粒子分散在液体中所形成的粗分散系统，称为悬浮液。

沉降分析原理

1/2

9

2()

h

r

gt

η

ρρ

⎡⎤=⎢⎥

-

⎣⎦

15．乳状液

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。

乳化剂能使乳状液比较稳定存在的作用，称为乳化作用。

使乳状液破坏的过程，称为破乳或去乳化作用。

16．泡沫

气体分散在液体或固体中所形成的分散系统称之为泡沫。前者为液体泡沫；后者为固体泡沫。

17．唐南平衡

在半透膜两边，一边放大分子电解质，一边放纯水。大分子离子不能透过半透膜，而离解出的小离子和杂质电解质离子可以。膜两边要保持电中性，使得达到渗透平衡时小离子在两边的浓度不等，这种平衡称为膜平衡或唐南平衡。

由于离子分布的不平衡会造成额外的渗透压，影响大分子摩尔质量的测定，所以又称之为唐南效应

唐南平衡

'

'

222

2

2

zc cc z c

RT

zc c

π++

=

+

重要公式

1．斯莫鲁科夫斯基(Smoluchowski)公式

,

v v u

E E

εξη

ξ

ηε===

2．唐南平衡

'

'

222

2

2

zc cc z c

RT

zc c

π++

=

+