膠體化學(xué)(修)

1、第十二章第十二章 膠體化學(xué)膠體化學(xué)12-1 概述概述 一、分散系統(tǒng)及分類一、分散系統(tǒng)及分類1、分散相與分散介質(zhì)、分散相與分散介質(zhì) 一種物質(zhì)在另一種物質(zhì)中，形成分散體系。一種物質(zhì)在另一種物質(zhì)中，形成分散體系。被分散的物質(zhì)叫做被分散的物質(zhì)叫做分散相分散相，另一種物質(zhì)為，另一種物質(zhì)為分散介分散介質(zhì)質(zhì)。分散相和分散介質(zhì)都可以是氣相，液相或固。分散相和分散介質(zhì)都可以是氣相，液相或固相。例如相。例如云云，分散相是水，分散介質(zhì)是空氣；，分散相是水，分散介質(zhì)是空氣；牛牛奶奶，分散相是乳脂，分散介質(zhì)是水；，分散相是乳脂，分散介質(zhì)是水；珍珠珍珠，分散，分散相是水，分散介質(zhì)是蛋白質(zhì)固體。相是水，分散介質(zhì)是蛋白質(zhì)固體

2、。 ( ( 珍珠珍珠是活在珍珠貝、蚌內(nèi)、由外套膜細(xì)胞分泌是活在珍珠貝、蚌內(nèi)、由外套膜細(xì)胞分泌珍珠質(zhì)包裹、沉積、復(fù)蓋而成珍珠質(zhì)包裹、沉積、復(fù)蓋而成 ) ) 2、分散系統(tǒng)的分類、分散系統(tǒng)的分類 按分散體系的大小可分為三類：按分散體系的大小可分為三類：分子分散系統(tǒng)分子分散系統(tǒng)： d1nmd1nm，形成均勻、穩(wěn)定的，形成均勻、穩(wěn)定的分散系統(tǒng)，如空氣、混合氣體、真溶液（如分散系統(tǒng)，如空氣、混合氣體、真溶液（如乙醇溶液），分散質(zhì)和分散介質(zhì)。乙醇溶液），分散質(zhì)和分散介質(zhì)。膠體分散系統(tǒng)膠體分散系統(tǒng)：1nmd1000nm1nmd1000nmd1000nm，形成多相、極不穩(wěn)，形成多相、極不穩(wěn)定的分散系統(tǒng)，分懸浮液

3、定的分散系統(tǒng)，分懸浮液( (泥漿、油墨泥漿、油墨) )、乳、乳狀液（牛奶、乳化農(nóng)藥）和泡沫（泡沫塑狀液（牛奶、乳化農(nóng)藥）和泡沫（泡沫塑料）。料）。二、二、 膠體系統(tǒng)的分類膠體系統(tǒng)的分類憎液溶膠憎液溶膠：難溶物分散在介質(zhì)中，有很大：難溶物分散在介質(zhì)中，有很大的相界面，易聚沉，是熱力學(xué)上不穩(wěn)定、的相界面，易聚沉，是熱力學(xué)上不穩(wěn)定、不可逆體系。不可逆體系。 親液溶膠親液溶膠： 大分子分散在合適的溶劑中，大分子分散在合適的溶劑中，是熱力學(xué)穩(wěn)定、可逆體系。是熱力學(xué)穩(wěn)定、可逆體系。1 1、按膠體溶液的穩(wěn)定性可分為兩類：、按膠體溶液的穩(wěn)定性可分為兩類：2、按分散相和分散介質(zhì)的聚集狀態(tài)可分為三大類：、按分散相

4、和分散介質(zhì)的聚集狀態(tài)可分為三大類： 氣溶膠、液溶膠、固溶膠氣溶膠、液溶膠、固溶膠三、膠體的基本特性三、膠體的基本特性v特有的分散程度：特有的分散程度：1nmd1000nm； v不均勻多相性不均勻多相性 ：多相且具有明顯的物理分界面；：多相且具有明顯的物理分界面；v熱力學(xué)不穩(wěn)定性熱力學(xué)不穩(wěn)定性 ：膠核粒子有互相聚集而降低：膠核粒子有互相聚集而降低 其表面積的趨勢。其表面積的趨勢。四、膠體的特征四、膠體的特征v動力穩(wěn)定性強(qiáng)動力穩(wěn)定性強(qiáng)v散射作用明顯散射作用明顯v擴(kuò)散速度慢擴(kuò)散速度慢v滲透壓低滲透壓低v不能通過半透膜不能通過半透膜五、膠體系統(tǒng)的制備與凈化五、膠體系統(tǒng)的制備與凈化 v 分散法分散法v凝

5、聚法凝聚法v溶膠的凈化溶膠的凈化滲析法滲析法六、膠體的基本性質(zhì)六、膠體的基本性質(zhì)v膠體的光學(xué)性質(zhì)膠體的光學(xué)性質(zhì)丁鐸爾效應(yīng)丁鐸爾效應(yīng)v膠體的動力性質(zhì)膠體的動力性質(zhì)布朗運(yùn)動布朗運(yùn)動v膠體的電學(xué)性質(zhì)膠體的電學(xué)性質(zhì)電動現(xiàn)象電動現(xiàn)象12-2 12-2 膠體系統(tǒng)的光學(xué)性質(zhì)膠體系統(tǒng)的光學(xué)性質(zhì) 丁鐸爾效應(yīng)丁鐸爾效應(yīng) 在暗室里，當(dāng)一束會聚光通過溶膠，從側(cè)面在暗室里，當(dāng)一束會聚光通過溶膠，從側(cè)面可以看到一個發(fā)亮的淡蘭色光錐，這種乳光現(xiàn)象可以看到一個發(fā)亮的淡蘭色光錐，這種乳光現(xiàn)象最早由丁鐸爾最早由丁鐸爾( (Tyndall) )在在18691869年發(fā)現(xiàn)，所以稱為年發(fā)現(xiàn)，所以稱為丁鐸爾效應(yīng)。因?yàn)槟z粒直徑小于入射光波

6、長，所丁鐸爾效應(yīng)。因?yàn)槟z粒直徑小于入射光波長，所以發(fā)生光散射現(xiàn)象，看到的乳光是膠粒對入射光以發(fā)生光散射現(xiàn)象，看到的乳光是膠粒對入射光散射的結(jié)果。丁鐸爾效應(yīng)被認(rèn)為是溶膠區(qū)別于真散射的結(jié)果。丁鐸爾效應(yīng)被認(rèn)為是溶膠區(qū)別于真溶液的特征。溶液的特征。瑞利（瑞利（Rayleigh）的溶膠光散射公式）的溶膠光散射公式 022202202242)cos1 ()2(29InnnnlCVIl散射光強(qiáng)度與入射光波長的四次方成反散射光強(qiáng)度與入射光波長的四次方成反 比，即入射光波長越短，散射越強(qiáng)烈。比，即入射光波長越短，散射越強(qiáng)烈。l分散相與分散介質(zhì)的折光率相差越大，分散相與分散介質(zhì)的折光率相差越大，散射越顯著。散射越

7、顯著。l散射光強(qiáng)度與粒子濃度成正比。散射光強(qiáng)度與粒子濃度成正比。12-3 12-3 膠體系統(tǒng)的動力性質(zhì)膠體系統(tǒng)的動力性質(zhì)布朗運(yùn)動布朗運(yùn)動 分散在介質(zhì)中的膠體粒子被大量的體積較小分散在介質(zhì)中的膠體粒子被大量的體積較小的介質(zhì)分子包圍著，由于分子不規(guī)則的熱運(yùn)動，的介質(zhì)分子包圍著，由于分子不規(guī)則的熱運(yùn)動，沖擊膠粒的作用力不對稱，因而使膠粒作不規(guī)則沖擊膠粒的作用力不對稱，因而使膠粒作不規(guī)則的之字形運(yùn)動，在超顯微鏡下可以觀察到這種現(xiàn)的之字形運(yùn)動，在超顯微鏡下可以觀察到這種現(xiàn)象。因?yàn)檫@種現(xiàn)象早在象。因?yàn)檫@種現(xiàn)象早在18271827年由年由Brown首先觀察首先觀察到，所以稱為布朗運(yùn)動。到，所以稱為布朗運(yùn)動。

8、 Einsten-Brown的平均位移公式的平均位移公式 21)3(rLRTtx 12-4 12-4 膠體系統(tǒng)的電學(xué)性質(zhì)膠體系統(tǒng)的電學(xué)性質(zhì)1 1、電動現(xiàn)象、電動現(xiàn)象 電泳、電滲、沉降電勢和流動電勢統(tǒng)稱為溶膠的電泳、電滲、沉降電勢和流動電勢統(tǒng)稱為溶膠的電動現(xiàn)象。電泳和電滲是因電而動，電動現(xiàn)象。電泳和電滲是因電而動，電泳電泳是帶電是帶電的膠粒在電場作用下作定向移動；的膠粒在電場作用下作定向移動；電滲電滲是帶電的是帶電的介質(zhì)在電場中作定向移動；沉降電勢和流動電勢介質(zhì)在電場中作定向移動；沉降電勢和流動電勢是因動而產(chǎn)生電。是因動而產(chǎn)生電。沉降電勢沉降電勢是帶電膠粒在重力場是帶電膠粒在重力場作用下發(fā)生沉降

9、產(chǎn)生電勢差，作用下發(fā)生沉降產(chǎn)生電勢差，流動電勢流動電勢是由于介是由于介質(zhì)的移動而產(chǎn)生的電勢差。質(zhì)的移動而產(chǎn)生的電勢差。 2、擴(kuò)散雙電層、擴(kuò)散雙電層 膠粒是帶電的，在它周圍有較多的帶反號電荷的離膠粒是帶電的，在它周圍有較多的帶反號電荷的離子，簡稱為子，簡稱為反離子反離子。由于靜電吸引和熱運(yùn)動兩種效。由于靜電吸引和熱運(yùn)動兩種效應(yīng)的結(jié)果，在膠粒表面一部分反離子緊密的貼近固應(yīng)的結(jié)果，在膠粒表面一部分反離子緊密的貼近固體表面，一部分反離子以一定的濃度梯度分散在固體表面，一部分反離子以一定的濃度梯度分散在固體周圍，直至與本體溶液濃度相同。這樣在膠粒表體周圍，直至與本體溶液濃度相同。這樣在膠粒表面就形成了有

10、緊密層和擴(kuò)散層構(gòu)成的擴(kuò)散雙電層。面就形成了有緊密層和擴(kuò)散層構(gòu)成的擴(kuò)散雙電層。從固體表面至本體溶液之間總的電勢差是熱力學(xué)電從固體表面至本體溶液之間總的電勢差是熱力學(xué)電勢，滑動面與本體之間的電勢差稱為電動電勢勢，滑動面與本體之間的電勢差稱為電動電勢 。3 3、溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)、溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu) 以以AgI溶膠為例。當(dāng)用溶膠為例。當(dāng)用KI作穩(wěn)定劑時，由作穩(wěn)定劑時，由AgI聚聚成的膠核，由于同離子效應(yīng)優(yōu)先級吸附成的膠核，由于同離子效應(yīng)優(yōu)先級吸附I-離子，離子，然后由于正負(fù)電荷相吸周圍緊密層中有較多的然后由于正負(fù)電荷相吸周圍緊密層中有較多的K+離子，這樣形成膠粒，所以膠粒帶負(fù)電，再離子，這樣形成膠粒，所以膠

11、粒帶負(fù)電，再與擴(kuò)散層中的與擴(kuò)散層中的K+ +離子加在一起，成為膠團(tuán)，所離子加在一起，成為膠團(tuán)，所以膠團(tuán)是電中性的。以膠團(tuán)是電中性的。AgImnI -(n-x)K+x -xK+ 若用若用AgNOAgNO3 3作穩(wěn)定劑，則膠核優(yōu)先吸附作穩(wěn)定劑，則膠核優(yōu)先吸附AgAg+ +離子，離子，膠粒帶正電，即膠粒帶正電，即AgImnAg + (n-x)NO3-x + x NO3-SiO2mnSiO32- 2(n-x)H+2x- 2xH+ As2S3mnHS- (n-x)H+x-xH+ Fe(OH)3mnFe 3+3 (n-x)Cl-3x+3xCl-12-5 12-5 溶膠的穩(wěn)定與聚沉溶膠的穩(wěn)定與聚沉l 膠粒帶

12、電膠粒帶電電拆穩(wěn)定性電拆穩(wěn)定性l 溶劑化作用溶劑化作用聚集穩(wěn)定性聚集穩(wěn)定性l 布郎運(yùn)動布郎運(yùn)動動力穩(wěn)定性動力穩(wěn)定性一、溶膠的穩(wěn)定性一、溶膠的穩(wěn)定性影響溶膠穩(wěn)定性的三個因素：影響溶膠穩(wěn)定性的三個因素：二、溶膠的聚沉二、溶膠的聚沉l 聚沉聚沉憎液溶膠中的分散相微?；ハ嗑劢Y(jié)使顆粒憎液溶膠中的分散相微?；ハ嗑劢Y(jié)使顆粒變大，從而發(fā)生沉淀的現(xiàn)象變大，從而發(fā)生沉淀的現(xiàn)象l 聚沉值聚沉值使溶膠發(fā)生明顯的聚沉所需電解質(zhì)的最使溶膠發(fā)生明顯的聚沉所需電解質(zhì)的最小濃度小濃度l 聚沉能力聚沉能力聚沉值愈小，聚沉能力愈大聚沉值愈小，聚沉能力愈大l 憎液溶膠是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，適量電解質(zhì)對憎憎液溶膠是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，適量

13、電解質(zhì)對憎液溶膠起到穩(wěn)定劑的作用，而過多電解質(zhì)則使憎液溶膠起到穩(wěn)定劑的作用，而過多電解質(zhì)則使憎液溶膠容易聚沉液溶膠容易聚沉1 1、電解質(zhì)的聚沉作用、電解質(zhì)的聚沉作用舒爾策舒爾策- -哈迪哈迪（Schulze-Hardy) )價數(shù)規(guī)則價數(shù)規(guī)則l 影響最大的是外加電解質(zhì)中與膠粒帶相反電荷的影響最大的是外加電解質(zhì)中與膠粒帶相反電荷的離子離子( (即反離子即反離子) )l 反離子的價數(shù)越高，則聚沉能力越強(qiáng)，也就是聚反離子的價數(shù)越高，則聚沉能力越強(qiáng)，也就是聚沉值越小沉值越小l 聚沉值與反離子價數(shù)的六次方成反比聚沉值與反離子價數(shù)的六次方成反比l 如反離子的價數(shù)是如反離子的價數(shù)是1 1、2 2、3 3，則聚

14、沉值的比例是，則聚沉值的比例是100100：1.61.6：0.05 0.05 2 2、高分子化合物的聚沉作用、高分子化合物的聚沉作用l 適量高分子化合物容易使憎液溶膠聚沉（稱為敏適量高分子化合物容易使憎液溶膠聚沉（稱為敏化作用）化作用）l 大量高分子化合物則對憎液溶膠起到保護(hù)作用大量高分子化合物則對憎液溶膠起到保護(hù)作用l 聚沉作用聚沉作用 搭橋效應(yīng)搭橋效應(yīng) 脫水效應(yīng)脫水效應(yīng) 電中和效應(yīng)電中和效應(yīng)12-6 12-6 乳狀液乳狀液l 乳狀液：由兩種不互溶或部分互溶的液體所形成乳狀液：由兩種不互溶或部分互溶的液體所形成l 油水（油水（O/WO/W）型：油分散在水中，即水包油型）型：油分散在水中，即水

15、包油型l 水油（水油（W/OW/O）型：水分散在油中，即油包水型）型：水分散在油中，即油包水型l 乳化劑：使乳狀液穩(wěn)定存在的表面活性物質(zhì)，其乳化劑：使乳狀液穩(wěn)定存在的表面活性物質(zhì)，其作用在于使機(jī)械分散的液滴不相互聚結(jié)作用在于使機(jī)械分散的液滴不相互聚結(jié)l 乳化作用：使乳狀液穩(wěn)定存在的作用乳化作用：使乳狀液穩(wěn)定存在的作用l 易被水潤濕的粘土、易被水潤濕的粘土、AlAl2 2O O3 3等固體微粒，可形成等固體微粒，可形成O/WO/W型乳狀液（型乳狀液（P P325325圖圖12.7.1-2)12.7.1-2)l 易被油類潤濕的碳黑、石墨粉等，可作為易被油類潤濕的碳黑、石墨粉等，可作為W/OW/O型

16、乳型乳狀液的穩(wěn)定劑（狀液的穩(wěn)定劑（P P326326圖圖12.7.4)12.7.4)l 云、霧、油煙、煙塵、粉塵等云、霧、油煙、煙塵、粉塵等l 氣溶膠的光學(xué)性質(zhì)氣溶膠的光學(xué)性質(zhì)乳光效應(yīng)乳光效應(yīng) 如藍(lán)色的炊煙、如藍(lán)色的炊煙、19431943年美國洛年美國洛杉機(jī)上空出現(xiàn)杉機(jī)上空出現(xiàn)“光化學(xué)煙霧光化學(xué)煙霧”，致使致使400400人喪生人喪生12-10 12-10 高分子溶液的滲透壓與唐南平衡高分子溶液的滲透壓與唐南平衡l 高分子溶液與溶膠性質(zhì)的比較（高分子溶液與溶膠性質(zhì)的比較（P P332332表表12.10.112.10.1）l 高分子溶液的滲透壓高分子溶液的滲透壓 滲透壓既是溶膠的動力性質(zhì)，也是滲透壓既是溶膠的動力性質(zhì)，也是依數(shù)性質(zhì)，其效應(yīng)只決定于質(zhì)點(diǎn)的依數(shù)性質(zhì)，其效應(yīng)只決定于質(zhì)點(diǎn)的數(shù)目或濃度，而與質(zhì)點(diǎn)的大小、形數(shù)目或濃度，而與質(zhì)點(diǎn)的大小、形狀和性質(zhì)無關(guān)。測出滲透壓就可計(jì)狀和性質(zhì)無關(guān)。測出滲透壓就可計(jì)算大分子平均摩爾質(zhì)量算大分子平均摩爾質(zhì)量NaNaz zP = zNaP = zNa+ + + P + Pz z-cRTzcRTcRTz