第十四章膠體化學(xué)

1、 14.1 膠體性質(zhì)和結(jié)構(gòu)膠體性質(zhì)和結(jié)構(gòu)膠體分散系統(tǒng)及基本特性膠體分散系統(tǒng)及基本特性1. 1. 分散系統(tǒng)的分類(lèi)分散系統(tǒng)的分類(lèi)按分散相粒子的大小把按分散相粒子的大小把分散系統(tǒng)分為三類(lèi)：分散系統(tǒng)分為三類(lèi)：粒子半徑粒子半徑 r 10-7m; 多相系統(tǒng)多相系統(tǒng)(如乳狀液如乳狀液). 粗粗分散系統(tǒng)分散系統(tǒng) 特征特征: 不能通過(guò)濾紙和半透膜不能通過(guò)濾紙和半透膜, 無(wú)擴(kuò)散能力無(wú)擴(kuò)散能力, 普通普通顯微鏡下可見(jiàn)顯微鏡下可見(jiàn). 粒子半徑粒子半徑10-9mr 10-7m; 多相系統(tǒng)多相系統(tǒng) 如如Fe(OH)3溶膠溶膠. 膠體膠體分散系統(tǒng)分散系統(tǒng) 特征特征: 能通過(guò)濾紙但不能通過(guò)半透膜能通過(guò)濾紙但不能通過(guò)半透膜,

2、稍有擴(kuò)稍有擴(kuò)散能力散能力, 超顯微鏡下可分辨超顯微鏡下可分辨. 2. 膠體的基本特性膠體的基本特性 通過(guò)對(duì)膠體通過(guò)對(duì)膠體系統(tǒng)系統(tǒng)穩(wěn)定性穩(wěn)定性和和膠粒結(jié)構(gòu)膠粒結(jié)構(gòu)的研究的研究, 膠膠體系統(tǒng)包含了性質(zhì)很不相同的兩大類(lèi)體系統(tǒng)包含了性質(zhì)很不相同的兩大類(lèi):憎液溶膠憎液溶膠. 熱力學(xué)上不穩(wěn)定、不可逆系統(tǒng)熱力學(xué)上不穩(wěn)定、不可逆系統(tǒng). 大分子溶液大分子溶液. 熱力學(xué)上穩(wěn)定的可逆系統(tǒng)熱力學(xué)上穩(wěn)定的可逆系統(tǒng). .因大因大分子化合物與介質(zhì)親和力很強(qiáng)分子化合物與介質(zhì)親和力很強(qiáng), 故稱(chēng)為親液溶膠故稱(chēng)為親液溶膠. . 在膠體系統(tǒng)研究中在膠體系統(tǒng)研究中, 只有典型的憎液溶膠才能只有典型的憎液溶膠才能全面表現(xiàn)出膠體的特性全面

3、表現(xiàn)出膠體的特性, 概括起來(lái)概括起來(lái), 其基本特性可其基本特性可歸納為：歸納為：高分散性高分散性, 不均勻性不均勻性, 聚結(jié)不穩(wěn)定性聚結(jié)不穩(wěn)定性. 14.2 溶膠的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)溶膠的動(dòng)力學(xué)性質(zhì) 指指溶膠中粒子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)以及由此而產(chǎn)生的溶膠中粒子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)以及由此而產(chǎn)生的擴(kuò)散、滲透壓以及在重力場(chǎng)中沉降平衡等性質(zhì)擴(kuò)散、滲透壓以及在重力場(chǎng)中沉降平衡等性質(zhì). .1. 布朗布朗(Brown)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)布朗布朗運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng): : 溶膠中粒子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象溶膠中粒子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象. . 產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因: : 布朗布朗運(yùn)動(dòng)是介質(zhì)分子固有熱運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)是介質(zhì)分子固有熱運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)表現(xiàn)即介質(zhì)分子對(duì)膠粒不斷撞擊的結(jié)果

4、即介質(zhì)分子對(duì)膠粒不斷撞擊的結(jié)果. .rtLRTx 3 r 是粒子半徑是粒子半徑是介質(zhì)粘度是介質(zhì)粘度膠粒的平均位移膠粒的平均位移( (愛(ài)因斯坦愛(ài)因斯坦) )： 2. 擴(kuò)散擴(kuò)散 由于布朗由于布朗運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng), 在有濃度差的情況下由高濃區(qū)在有濃度差的情況下由高濃區(qū)向低濃區(qū)擴(kuò)散向低濃區(qū)擴(kuò)散, 由于膠粒遠(yuǎn)比分子大由于膠粒遠(yuǎn)比分子大, 表現(xiàn)的不象表現(xiàn)的不象真溶液真溶液那么顯著那么顯著. . 擴(kuò)散速度遵守菲克定律擴(kuò)散速度遵守菲克定律: xcDAtmdddd D 為擴(kuò)散系數(shù)為擴(kuò)散系數(shù), 愛(ài)因斯坦曾導(dǎo)出如下公式：愛(ài)因斯坦曾導(dǎo)出如下公式：rLRTtxD 6122 單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某截面單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某截面積的擴(kuò)散量積的

5、擴(kuò)散量(m質(zhì)量質(zhì)量)與截面與截面積積A 和濃度梯度成正比和濃度梯度成正比 由布朗運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)值可求得由布朗運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)值可求得D, 算出粒子半徑算出粒子半徑, 可可求得膠粒的摩爾質(zhì)量：求得膠粒的摩爾質(zhì)量：LrM 334 3. 沉降與沉降平衡沉降與沉降平衡沉降沉降: 膠粒在重力場(chǎng)作用下有下沉的趨勢(shì)膠粒在重力場(chǎng)作用下有下沉的趨勢(shì). 沉降平衡沉降平衡: 在溶膠系統(tǒng)中在溶膠系統(tǒng)中, 膠粒的沉降與濃差膠粒的沉降與濃差作用下的擴(kuò)散作用下的擴(kuò)散, 兩種效果相反的作用相等時(shí)兩種效果相反的作用相等時(shí), 粒子隨粒子隨高度的分布形成穩(wěn)定的濃度梯度高度的分布形成穩(wěn)定的濃度梯度, 達(dá)到平衡態(tài)達(dá)到平衡態(tài).沉降平衡時(shí)沉降平衡時(shí),

6、粒子隨高度分布律符合下關(guān)系粒子隨高度分布律符合下關(guān)系:ghhRTLVNN）（2121)(ln 介介粒粒 當(dāng)重力場(chǎng)很大或粒子較大當(dāng)重力場(chǎng)很大或粒子較大, 布朗運(yùn)動(dòng)不足以克服布朗運(yùn)動(dòng)不足以克服沉降作用時(shí)沉降作用時(shí), 粒子會(huì)以一定的速率沉降到容器的底部粒子會(huì)以一定的速率沉降到容器的底部. 通過(guò)觀察粒子沉降速度通過(guò)觀察粒子沉降速度, 可求得粒子半徑可求得粒子半徑 r. 粒子所受重力粒子所受重力:grf)(343介介粒粒重重力力 粒子沉降過(guò)程所受介質(zhì)阻力粒子沉降過(guò)程所受介質(zhì)阻力, 由流體力學(xué)托克由流體力學(xué)托克斯定律得：斯定律得：ruf 6 阻阻力力 u 為沉降速度為沉降速度, 為粘度系數(shù)為粘度系數(shù).當(dāng)當(dāng)

7、 f重力重力= f阻力阻力時(shí)時(shí), 粒子以均勻速度粒子以均勻速度 u 沉降沉降.rugr 6)(343 介介粒粒gur)(29介介 粒粒由此式可求粒子的大小由此式可求粒子的大小: 14.3 溶膠的光學(xué)性質(zhì)溶膠的光學(xué)性質(zhì)光學(xué)性質(zhì)是溶膠光學(xué)性質(zhì)是溶膠不均勻性和高分散性的反映不均勻性和高分散性的反映. .1. 丁鐸爾效應(yīng)和瑞利方程丁鐸爾效應(yīng)和瑞利方程 丁鐸爾效應(yīng)丁鐸爾效應(yīng) 當(dāng)一束光線(xiàn)通過(guò)透明的溶膠時(shí)當(dāng)一束光線(xiàn)通過(guò)透明的溶膠時(shí), ,從側(cè)面可觀察到從側(cè)面可觀察到一微蘭色的錐形光柱一微蘭色的錐形光柱. .丁鐸爾效應(yīng)是檢驗(yàn)溶膠和溶液最簡(jiǎn)便的方法丁鐸爾效應(yīng)是檢驗(yàn)溶膠和溶液最簡(jiǎn)便的方法 因此因此, 光線(xiàn)通過(guò)溶膠時(shí)

8、發(fā)生光線(xiàn)通過(guò)溶膠時(shí)發(fā)生散射現(xiàn)象散射現(xiàn)象, 即光波即光波繞過(guò)粒子向各個(gè)方向散射出去繞過(guò)粒子向各個(gè)方向散射出去, 每一個(gè)膠粒象一個(gè)每一個(gè)膠粒象一個(gè)小小的發(fā)光體小小的發(fā)光體, 散射出去的光稱(chēng)為散射出去的光稱(chēng)為乳光乳光, 因此丁鐸因此丁鐸爾效應(yīng)實(shí)際上是爾效應(yīng)實(shí)際上是乳光現(xiàn)象乳光現(xiàn)象. 從光學(xué)原理知從光學(xué)原理知, 分散相粒子小于或近于入射光分散相粒子小于或近于入射光波長(zhǎng)時(shí)波長(zhǎng)時(shí), 會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象。 膠粒半徑：膠粒半徑： 1100 nm可見(jiàn)光波長(zhǎng)：可見(jiàn)光波長(zhǎng)：400700 nm 原因原因: 散射光強(qiáng)度大小，瑞利給出下定量關(guān)系式散射光強(qiáng)度大小，瑞利給出下定量關(guān)系式:22221222142222

9、24 nnnnvVAI I 散射光強(qiáng)度；散射光強(qiáng)度； 瑞利方程瑞利方程 入射光波長(zhǎng)；入射光波長(zhǎng)；A 入散射振幅；入散射振幅；v 單位體積粒子數(shù)；單位體積粒子數(shù)；V 粒子體積；粒子體積；n1、n2 分別是分散相、分散介質(zhì)的折光率分別是分散相、分散介質(zhì)的折光率. 討論討論: : I 1/4. 即波長(zhǎng)短的光易被散射即波長(zhǎng)短的光易被散射, 長(zhǎng)波的光長(zhǎng)波的光不易散射不易散射, 主要發(fā)生透射主要發(fā)生透射. 科學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)科學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí), 要觀察散射光要觀察散射光, 光源以波長(zhǎng)短者為宜光源以波長(zhǎng)短者為宜; 要要觀察透射光觀察透射光, 光源以波長(zhǎng)長(zhǎng)者為宜光源以波長(zhǎng)長(zhǎng)者為宜 (測(cè)定蔗糖旋光度多采用測(cè)定蔗糖旋光度多采用鈉

10、光燈鈉光燈). 現(xiàn)象解釋現(xiàn)象解釋: 天空呈蘭色天空呈蘭色, 晚霞為紅色晚霞為紅色, 汽車(chē)燈汽車(chē)燈, 探照燈呈探照燈呈微蘭色光柱微蘭色光柱. 分散相與介質(zhì)折光率差值愈大分散相與介質(zhì)折光率差值愈大, 散射愈顯著散射愈顯著, 當(dāng)當(dāng) n1 = n2時(shí)無(wú)散射時(shí)無(wú)散射(對(duì)溶液對(duì)溶液, 離子有很厚的水化層離子有很厚的水化層, n1 n2, 散射相當(dāng)微弱散射相當(dāng)微弱). I V粒粒 即粒子體積愈大即粒子體積愈大, 散射愈顯著散射愈顯著. 只能只能在膠粒范圍內(nèi)達(dá)最大在膠粒范圍內(nèi)達(dá)最大, 否則變?yōu)榉瓷浞駝t變?yōu)榉瓷? 散射光強(qiáng)度與溶膠濃度、膠粒半徑的關(guān)系散射光強(qiáng)度與溶膠濃度、膠粒半徑的關(guān)系對(duì)同一光源對(duì)同一光源, 同

11、一溶膠有同一溶膠有2VvKI 3334crKrKccVKI 若分散相粒子密度若分散相粒子密度, 濃度濃度c (kgdm-3), 則則 , 再假定再假定 Vcv 334rV 再假定粒子為球形再假定粒子為球形 , 代入上式得代入上式得:若兩份濃度相同粒子半徑不同的溶液若兩份濃度相同粒子半徑不同的溶液, 有有在瑞利公式范圍在瑞利公式范圍之內(nèi)之內(nèi) (r 47nm)323121rrII 若粒子大小相同若粒子大小相同, 濃度不同時(shí)濃度不同時(shí):2121ccII 乳光計(jì)原理乳光計(jì)原理 分散系統(tǒng)對(duì)光的散射能力也可以用分散系統(tǒng)對(duì)光的散射能力也可以用濁度濁度(單位單位光程上由于散射作用對(duì)光能的衰減率光程上由于散射作

12、用對(duì)光能的衰減率)表示。表示。濁度定義濁度定義:leII 0t(It為透射光強(qiáng)度為透射光強(qiáng)度, 為濁度為濁度) 表示在光源、波長(zhǎng)、粒子大小相同時(shí)表示在光源、波長(zhǎng)、粒子大小相同時(shí), 通過(guò)不通過(guò)不同分散系統(tǒng)同分散系統(tǒng), 其透射光的強(qiáng)度不同其透射光的強(qiáng)度不同.當(dāng)當(dāng) , 就是濁度的物理意義就是濁度的物理意義.eII/ 1/0t l1 就是利用普通顯微鏡觀察丁鐸爾效應(yīng)就是利用普通顯微鏡觀察丁鐸爾效應(yīng). 即用足夠即用足夠強(qiáng)的入射光從側(cè)面照射溶膠強(qiáng)的入射光從側(cè)面照射溶膠, 然后在黑暗的背景下進(jìn)然后在黑暗的背景下進(jìn)行觀察行觀察, 由于散射作用由于散射作用, 看到膠粒閃閃發(fā)光的光點(diǎn)看到膠粒閃閃發(fā)光的光點(diǎn), 可可

13、以清楚地看到布朗運(yùn)動(dòng)以清楚地看到布朗運(yùn)動(dòng).2. 超顯微鏡原理及粒子大小的測(cè)定超顯微鏡原理及粒子大小的測(cè)定超顯微鏡原理超顯微鏡原理: 但超顯微鏡只能觀察其布朗運(yùn)動(dòng)及其發(fā)光點(diǎn)但超顯微鏡只能觀察其布朗運(yùn)動(dòng)及其發(fā)光點(diǎn), 不不能看到粒子的本身能看到粒子的本身, 這種光點(diǎn)通常要比粒子本身大許這種光點(diǎn)通常要比粒子本身大許多倍多倍.粒子大小的測(cè)定粒子大小的測(cè)定 334rNVc 即即 NVcr 433 14.4 溶膠的電學(xué)性質(zhì)溶膠的電學(xué)性質(zhì)1. 電動(dòng)現(xiàn)象電動(dòng)現(xiàn)象 在電場(chǎng)作用下在電場(chǎng)作用下, 分散相與分散介質(zhì)分別向不同分散相與分散介質(zhì)分別向不同極部作定向運(yùn)動(dòng)極部作定向運(yùn)動(dòng). 相反相反, 在外力場(chǎng)作用下在外力場(chǎng)作用

14、下, 分散相與分散介質(zhì)作分散相與分散介質(zhì)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生電位差相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生電位差.電動(dòng)現(xiàn)象包括下面四種形式電動(dòng)現(xiàn)象包括下面四種形式:電泳、電滲、流動(dòng)電勢(shì)、沉降電勢(shì)。電泳、電滲、流動(dòng)電勢(shì)、沉降電勢(shì)。 (1) 電泳電泳 在電場(chǎng)作用下在電場(chǎng)作用下, 膠體粒子相對(duì)于介質(zhì)向某一電極定向膠體粒子相對(duì)于介質(zhì)向某一電極定向移動(dòng)稱(chēng)為電泳。實(shí)驗(yàn)裝置如圖移動(dòng)稱(chēng)為電泳。實(shí)驗(yàn)裝置如圖(a).(a). 影響電泳的因素有影響電泳的因素有: 粒子的大粒子的大小、形狀小、形狀, 膠粒所帶電荷量膠粒所帶電荷量, 外加外加電勢(shì)梯度電勢(shì)梯度, 介質(zhì)粘度、離子強(qiáng)度及介質(zhì)粘度、離子強(qiáng)度及pH值等因素有關(guān)。值等因素有關(guān)。 如果膠粒帶正電

15、如果膠粒帶正電, 它就向負(fù)極它就向負(fù)極移動(dòng)移動(dòng); ;帶負(fù)電帶負(fù)電, 它就向正極移動(dòng)它就向正極移動(dòng). . 紙上電泳紙上電泳( (用于生物溶膠用于生物溶膠).). (2) (2) 電滲電滲 與電泳相反與電泳相反, 在電場(chǎng)作用下在電場(chǎng)作用下, 使使膠粒不動(dòng)膠粒不動(dòng), 分分散介質(zhì)在電場(chǎng)中定向移動(dòng)稱(chēng)為電滲。散介質(zhì)在電場(chǎng)中定向移動(dòng)稱(chēng)為電滲。 電動(dòng)現(xiàn)象是膠粒帶電的最電動(dòng)現(xiàn)象是膠粒帶電的最好證明。若在溶膠中加入電解好證明。若在溶膠中加入電解質(zhì)質(zhì), 會(huì)有顯著的影響會(huì)有顯著的影響, 且隨濃度且隨濃度增加增加, 電泳速度會(huì)降低電泳速度會(huì)降低, 有時(shí)會(huì)改變膠粒帶電符號(hào)有時(shí)會(huì)改變膠粒帶電符號(hào). . 實(shí)驗(yàn)裝置如圖實(shí)驗(yàn)裝置

16、如圖(b).(b).將溶膠將溶膠充滿(mǎn)在多孔性物質(zhì)或凝膠中充滿(mǎn)在多孔性物質(zhì)或凝膠中, 使膠粒吸附固定使膠粒吸附固定. 介質(zhì)在外電介質(zhì)在外電場(chǎng)中定向移動(dòng)場(chǎng)中定向移動(dòng). . (3) (3) 流動(dòng)電勢(shì)流動(dòng)電勢(shì) 與電滲相反與電滲相反, 液體流過(guò)毛細(xì)管或多孔性物質(zhì)液體流過(guò)毛細(xì)管或多孔性物質(zhì), 在兩端產(chǎn)生的電勢(shì)稱(chēng)為在兩端產(chǎn)生的電勢(shì)稱(chēng)為流動(dòng)電勢(shì)流動(dòng)電勢(shì). 在重力場(chǎng)作用下在重力場(chǎng)作用下, 分散相在介質(zhì)中迅速沉降分散相在介質(zhì)中迅速沉降, 在在液體上下層間產(chǎn)生液體上下層間產(chǎn)生沉降電勢(shì)沉降電勢(shì). . (4)(4) 沉降電勢(shì)沉降電勢(shì) 毛細(xì)管表面是帶電的毛細(xì)管表面是帶電的, 如果外力迫使液體流動(dòng)如果外力迫使液體流動(dòng),由于

17、擴(kuò)散層的移動(dòng)由于擴(kuò)散層的移動(dòng), 與固體表面產(chǎn)生與固體表面產(chǎn)生電勢(shì)差電勢(shì)差. 如儲(chǔ)油罐中懸浮水滴的沉降會(huì)產(chǎn)生沉降如儲(chǔ)油罐中懸浮水滴的沉降會(huì)產(chǎn)生沉降電勢(shì)電勢(shì). . 流動(dòng)電勢(shì)和流動(dòng)電勢(shì)和沉降電勢(shì)的積累會(huì)達(dá)到危險(xiǎn)的程度沉降電勢(shì)的積累會(huì)達(dá)到危險(xiǎn)的程度,必須加以消除必須加以消除. 2. 2. 膠粒帶電的原因膠粒帶電的原因 (1) (1) 膠核表面的選擇吸附膠核表面的選擇吸附 如：如：Fe(OH)3溶膠溶膠3HClFe(OH)O3HFeCl323 煮煮沸沸部分部分Fe(OH)3與與HCl作用作用O2HFeOClHClFe(OH)23 ClFeOFeOClFe(OH)3選擇吸附選擇吸附 FeO+ 而荷正電而荷

18、正電. 法揚(yáng)斯法則法揚(yáng)斯法則: 與膠核具有相同元素的離子優(yōu)先與膠核具有相同元素的離子優(yōu)先被吸附。被吸附。 (2) 表面分子的離解表面分子的離解 如如: 粘土粘土(xSiO2 yH2O)粒子表面分子離解生成粒子表面分子離解生成硅膠硅膠, 隨溶液隨溶液pH的變化可帶負(fù)電或正電：的變化可帶負(fù)電或正電： 2HSiOSiOH2332 23SiO離子留在膠核表面上而離子留在膠核表面上而荷負(fù)電。荷負(fù)電。 分散相粒子表面的分子可離解分散相粒子表面的分子可離解, 電離后的一種電離后的一種離子留在表面離子留在表面, 一種離子進(jìn)入介質(zhì)一種離子進(jìn)入介質(zhì). . OHHSiOSiOH232 2HSiO離子留在膠核表面上而

19、離子留在膠核表面上而荷正電。荷正電。 (3) 晶格離子的交換晶格離子的交換 粘土由鋁氧八面體和硅氧四面體的晶格組成粘土由鋁氧八面體和硅氧四面體的晶格組成, 天然粘土中天然粘土中Al3+和和Si4+往往往往Mg2+和和Ca2+取代取代, 結(jié)果結(jié)果使粘土粒子帶負(fù)電使粘土粒子帶負(fù)電.(4) 摩擦帶電摩擦帶電 非水介質(zhì)中粒子表面電荷來(lái)自?xún)上鄬?duì)電子的非水介質(zhì)中粒子表面電荷來(lái)自?xún)上鄬?duì)電子的親和力不同親和力不同. 粒子的熱運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于粒子與介質(zhì)間粒子的熱運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于粒子與介質(zhì)間摩擦摩擦, 電子可從一相流向另一相電子可從一相流向另一相. 如由兩種非導(dǎo)體組成的分散體系如由兩種非導(dǎo)體組成的分散體系.通常介電常通常介電

20、常數(shù)較大的一相帶正電數(shù)較大的一相帶正電, 另一相帶負(fù)電另一相帶負(fù)電. 如玻璃微球如玻璃微球(r= 56)在水中帶負(fù)電在水中帶負(fù)電, 在苯中在苯中(r= 2.3)帶正電帶正電. 1. 膠粒的雙電層結(jié)構(gòu)與電動(dòng)電勢(shì)膠粒的雙電層結(jié)構(gòu)與電動(dòng)電勢(shì) 由于溶膠粒子帶有電荷由于溶膠粒子帶有電荷, 分散介質(zhì)必帶有電性相反的電分散介質(zhì)必帶有電性相反的電荷荷. 在靜電引力和熱運(yùn)動(dòng)兩種效應(yīng)的結(jié)果在靜電引力和熱運(yùn)動(dòng)兩種效應(yīng)的結(jié)果, 必形成雙電層必形成雙電層.分散相表面存在兩種電勢(shì)分散相表面存在兩種電勢(shì): :分散相表面和溶液本體之間的電分散相表面和溶液本體之間的電 勢(shì)差勢(shì)差, 稱(chēng)為稱(chēng)為熱力學(xué)電勢(shì)熱力學(xué)電勢(shì). 只與被吸附或解

21、離下的那種離子只與被吸附或解離下的那種離子在溶液中的活度有關(guān)在溶液中的活度有關(guān), 與其它離子無(wú)與其它離子無(wú)關(guān)關(guān); ;當(dāng)膠粒和介質(zhì)發(fā)生相對(duì)位移時(shí)當(dāng)膠粒和介質(zhì)發(fā)生相對(duì)位移時(shí), 緊緊密層離子是不可分割的一部分密層離子是不可分割的一部分, 即和即和粒子一起運(yùn)動(dòng)粒子一起運(yùn)動(dòng), 形成一個(gè)滑動(dòng)面形成一個(gè)滑動(dòng)面。 電動(dòng)電勢(shì)電動(dòng)電勢(shì). 緊密層緊密層( (滑動(dòng)面滑動(dòng)面) )和溶液本體之間的電勢(shì)和溶液本體之間的電勢(shì)差差, 該該電勢(shì)在膠粒和介質(zhì)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)才表現(xiàn)出來(lái)電勢(shì)在膠粒和介質(zhì)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)才表現(xiàn)出來(lái). 電勢(shì)對(duì)外加電解質(zhì)十分敏感電勢(shì)對(duì)外加電解質(zhì)十分敏感, 當(dāng)電解質(zhì)濃度增大或反當(dāng)電解質(zhì)濃度增大或反離子電荷增加時(shí)離

22、子電荷增加時(shí), 反離子被壓入緊密層次反離子被壓入緊密層次, 使使電勢(shì)下降電勢(shì)下降, 分分散層變薄散層變薄, 電勢(shì)分布也下降電勢(shì)分布也下降. 當(dāng)電解質(zhì)濃度增大到一定程度當(dāng)電解質(zhì)濃度增大到一定程度, 分散層厚度為零分散層厚度為零, 此時(shí)膠粒失去電性此時(shí)膠粒失去電性,穩(wěn)定性減小穩(wěn)定性減小, 容易發(fā)生聚沉容易發(fā)生聚沉. 有時(shí)加入某種電解質(zhì)會(huì)改變電有時(shí)加入某種電解質(zhì)會(huì)改變電泳方向泳方向, 改變改變電勢(shì)符號(hào)電勢(shì)符號(hào), 一般高價(jià)一般高價(jià)離子易造成離子易造成電泳或電滲速度與電泳或電滲速度與電勢(shì)的關(guān)系電勢(shì)的關(guān)系: :Eur04 的數(shù)值對(duì)球狀膠粒取的數(shù)值對(duì)球狀膠粒取6, 棒狀取棒狀取4. 如由如由AgNO3和和K

23、I制備制備AgI溶膠溶膠, 結(jié)構(gòu)圖為結(jié)構(gòu)圖為: KKIAgIxxnnxm)()( 33)()(NONOAgAgIxxnnxm3. 膠體的結(jié)構(gòu)膠體的結(jié)構(gòu)膠核膠核緊密層緊密層分散層分散層膠團(tuán)膠團(tuán)膠粒膠粒簡(jiǎn)式簡(jiǎn)式: 14.5 溶膠穩(wěn)定性的溶膠穩(wěn)定性的DLVO理論與聚沉理論與聚沉1. 溶膠穩(wěn)定性的溶膠穩(wěn)定性的DLVO理論理論穩(wěn)定的溶膠必須兼?zhèn)浞€(wěn)定的溶膠必須兼?zhèn)鋭?dòng)力穩(wěn)定性動(dòng)力穩(wěn)定性和和聚結(jié)穩(wěn)定性聚結(jié)穩(wěn)定性. 聚結(jié)穩(wěn)定性聚結(jié)穩(wěn)定性是指是指促使聚結(jié)促使聚結(jié)粒子間相互吸引能粒子間相互吸引能 Ea和和阻止阻止聚結(jié)粒子間相互排斥能聚結(jié)粒子間相互排斥能Er兩方面的總效應(yīng)兩方面的總效應(yīng). 膠粒要聚結(jié)沉淀膠粒要聚結(jié)沉淀

24、, 必須克服一定的勢(shì)壘必須克服一定的勢(shì)壘, 這就是這就是膠粒不相聚結(jié)的原因。膠粒不相聚結(jié)的原因。 2. 影響溶膠聚沉的一些因素影響溶膠聚沉的一些因素 要使溶膠聚沉要使溶膠聚沉, 必須破壞溶膠穩(wěn)定的因素必須破壞溶膠穩(wěn)定的因素, 即即降降低膠粒的低膠粒的電勢(shì)電勢(shì)和和反離子的水化膜反離子的水化膜, 減少粒子間的排減少粒子間的排斥作用。斥作用。(1) (1) 電解質(zhì)對(duì)聚沉作用的影響電解質(zhì)對(duì)聚沉作用的影響 溶膠受外加電解質(zhì)的影響十分敏感溶膠受外加電解質(zhì)的影響十分敏感, 對(duì)溶膠的對(duì)溶膠的聚沉作用主要是取決于與膠粒荷相反電荷的離子所聚沉作用主要是取決于與膠粒荷相反電荷的離子所引起的。引起的。 外加電解質(zhì)對(duì)溶

25、膠的聚沉能力用聚沉值表示外加電解質(zhì)對(duì)溶膠的聚沉能力用聚沉值表示. 聚沉值聚沉值一定量的溶膠在一定時(shí)間內(nèi)完全聚沉一定量的溶膠在一定時(shí)間內(nèi)完全聚沉所需電解質(zhì)最低濃度所需電解質(zhì)最低濃度. 一般規(guī)律一般規(guī)律: 聚沉值愈小聚沉值愈小, 電解質(zhì)聚沉能力愈大電解質(zhì)聚沉能力愈大. 反離子的價(jià)數(shù)愈高反離子的價(jià)數(shù)愈高, 其聚沉能力愈大其聚沉能力愈大, 聚沉值聚沉值愈小愈小. 對(duì)一、二、三價(jià)的反離子對(duì)一、二、三價(jià)的反離子, 其聚沉值比約為其聚沉值比約為:66631:21:11 Schulge-Hardy規(guī)則規(guī)則 雙電層模型可定性解釋雙電層模型可定性解釋Schulge-Hardy規(guī)則規(guī)則,影響雙電層的主要是反離子影響

26、雙電層的主要是反離子, 反離子價(jià)數(shù)愈高反離子價(jià)數(shù)愈高, 分分散層愈薄散層愈薄,電勢(shì)愈低電勢(shì)愈低, 就使溶膠的穩(wěn)定性降低就使溶膠的穩(wěn)定性降低. 同價(jià)離子的聚沉能力雖相近同價(jià)離子的聚沉能力雖相近, 但也略有不同但也略有不同, 其其感膠離子序感膠離子序?yàn)椋簽椋贺?fù)溶膠負(fù)溶膠: LiNKRbCHas正溶膠正溶膠: CNSINOBrClF3 有機(jī)化合物離子對(duì)膠粒有強(qiáng)的范氏引力有機(jī)化合物離子對(duì)膠粒有強(qiáng)的范氏引力, 易易被吸附被吸附, 可大幅度降低可大幅度降低電勢(shì)電勢(shì), 與同價(jià)無(wú)機(jī)離子相比與同價(jià)無(wú)機(jī)離子相比, 聚沉能力大的多聚沉能力大的多. 感膠離子序和離子水化半徑由小到大的順序大致感膠離子序和離子水化半徑由

27、小到大的順序大致相同相同, 表明水化層的存在表明水化層的存在, 消弱了離子的靜電引力消弱了離子的靜電引力, 因因不易被吸附不易被吸附, 聚沉能力減弱聚沉能力減弱. 不規(guī)則聚沉不規(guī)則聚沉溶膠中溶膠中加加入入少少量量電電解解質(zhì)質(zhì)可使溶膠聚沉可使溶膠聚沉(降低降低)電電解解質(zhì)質(zhì)濃濃度度稍稍大大沉淀又分散為溶膠沉淀又分散為溶膠(荷電符號(hào)改變荷電符號(hào)改變)電電解解質(zhì)質(zhì)濃濃再再增增大大溶膠又聚沉溶膠又聚沉 (電解質(zhì)離子間作用電解質(zhì)離子間作用, 離子強(qiáng)度和分散層厚度的變化離子強(qiáng)度和分散層厚度的變化)這種不規(guī)則聚沉主要是異號(hào)高價(jià)離子所致。這種不規(guī)則聚沉主要是異號(hào)高價(jià)離子所致。 (2) 溶膠的相互聚沉溶膠的相互

28、聚沉 兩種電性相反的溶膠混合發(fā)生聚沉兩種電性相反的溶膠混合發(fā)生聚沉. 它與電解它與電解質(zhì)聚沉不同質(zhì)聚沉不同, 濃度要求嚴(yán)格濃度要求嚴(yán)格, 兩溶膠總電量相等時(shí)兩溶膠總電量相等時(shí),才完全聚沉才完全聚沉, 否則部分聚沉或不聚沉否則部分聚沉或不聚沉. 例如：明礬凈水含懸浮物的水通常是負(fù)溶膠例如：明礬凈水含懸浮物的水通常是負(fù)溶膠, 明明礬的水解產(chǎn)物礬的水解產(chǎn)物Al(OH)3 則為正溶膠則為正溶膠, 兩種電性相反兩種電性相反的溶膠相互吸引發(fā)生聚沉的溶膠相互吸引發(fā)生聚沉, 達(dá)到凈水的目的達(dá)到凈水的目的. 又如：不同型號(hào)的墨水混用也易發(fā)生聚沉又如：不同型號(hào)的墨水混用也易發(fā)生聚沉. . (3)(3)大分子的保護(hù)

29、作用和敏化作用大分子的保護(hù)作用和敏化作用 在溶膠中加入一定量的大分子溶液在溶膠中加入一定量的大分子溶液, 大分子大分子化合物覆蓋膠粒的表面上化合物覆蓋膠粒的表面上, 提高了膠粒對(duì)水的親提高了膠粒對(duì)水的親和力和力,可以顯著提高溶膠的穩(wěn)定性可以顯著提高溶膠的穩(wěn)定性, 以至于加入少以至于加入少量的電解質(zhì)也不發(fā)生聚沉量的電解質(zhì)也不發(fā)生聚沉保護(hù)作用保護(hù)作用. 若大分子化合物沒(méi)有完全覆蓋在膠粒的表面若大分子化合物沒(méi)有完全覆蓋在膠粒的表面上上, 反而會(huì)使膠粒聚集在周?chē)炊鴷?huì)使膠粒聚集在周?chē)? 從而起到聚沉的橋從而起到聚沉的橋梁梁, 加入電解質(zhì)更易發(fā)生聚沉加入電解質(zhì)更易發(fā)生聚沉敏化作用敏化作用. (1) 乳狀

30、液乳狀液 乳狀溶乳狀溶 一種液體一種液體 (有機(jī)液體有機(jī)液體, 稱(chēng)為稱(chēng)為“油油” ) 以細(xì)以細(xì)小的小液珠的形式分散在另一種與它不互溶的液體小的小液珠的形式分散在另一種與它不互溶的液體(水或水溶液水或水溶液)之中形成的系統(tǒng)之中形成的系統(tǒng).3. 乳狀液乳狀液乳狀溶分類(lèi)：乳狀溶分類(lèi)：水包油型乳狀液水包油型乳狀液“O/W”表示表示(如牛奶如牛奶)油包水型乳狀液油包水型乳狀液“W/O”表示表示(如原油如原油) 乳狀液為一粗分散系乳狀液為一粗分散系, 由于比表面積大由于比表面積大, 具有巨具有巨大的表面能大的表面能, 為熱力學(xué)不穩(wěn)定體系為熱力學(xué)不穩(wěn)定體系, 即有多相和聚結(jié)即有多相和聚結(jié)不穩(wěn)定特點(diǎn)不穩(wěn)定特點(diǎn)

31、, 也屬于膠體研究的對(duì)象也屬于膠體研究的對(duì)象. 乳狀液的判斷乳狀液的判斷 通常分散相稱(chēng)為通常分散相稱(chēng)為內(nèi)相內(nèi)相, 分散介質(zhì)為分散介質(zhì)為外相外相, 內(nèi)相不內(nèi)相不連續(xù)連續(xù), 外相是連續(xù)的外相是連續(xù)的. 稀釋法稀釋法: 若乳狀液能被與外相相同的液體所稀若乳狀液能被與外相相同的液體所稀釋釋, 如牛奶被水稀釋如牛奶被水稀釋, 屬屬O/W型型.判斷方法判斷方法: 一般有稀釋、染色、電導(dǎo)等一般有稀釋、染色、電導(dǎo)等. 染色法染色法: 若將水溶性染料若將水溶性染料(亞甲基蘭亞甲基蘭)加入加入, 溶液溶液呈蘭色呈蘭色, 因水是外相因水是外相, 屬屬O/W型型; 若將油溶性染料若將油溶性染料(紅紅色蘇丹色蘇丹)加入加入, 溶液星星點(diǎn)點(diǎn)帶色溶液星星點(diǎn)點(diǎn)帶色, 屬屬O/W型型, 整個(gè)溶整個(gè)溶液帶色液帶色, 屬屬W/O型型.電導(dǎo)法電導(dǎo)法: O/W型電導(dǎo)率高型電導(dǎo)率高, W/O型電導(dǎo)率低型電導(dǎo)率低. (2) 生成乳狀液的條件生成乳狀液的條件 乳化劑作用乳化劑作用乳化劑一般有下面幾種物質(zhì)乳化劑一般有下面幾種物質(zhì): 表面活性物質(zhì)表面活性物