膠體體系教案課件

會計學(xué)1膠體體系會計學(xué)1膠體體系分散體系：

把一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中就構(gòu)成分散體系。其中，被分散的物質(zhì)稱為分散相,另一種物質(zhì)稱為分散介質(zhì)例如：云，牛奶，珍珠§13.1膠體及其基本特性第1頁/共86頁分散體系：把一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中分類體系通常有三種分類方法：1.分散體系分類膠體分散體系分子分散體系粗分散體系按分散相粒子的大小分類：按分散相和介質(zhì)的聚集狀態(tài)分類：液溶膠固溶膠氣溶膠按溶液的穩(wěn)定性分類：增液性溶膠親液性溶膠§13.1膠體及其基本特性第2頁/共86頁分類體系通常有三種分類方法：1.分散體系分類膠體分散體系按分①.分子分散體系

分散相與分散介質(zhì)以分子或離子形式彼此混溶，沒有界面，是均勻的單相，分子半徑小于1nm(在10-9m)。這種體系稱為真溶液，如CuSO4溶液。②.膠體分散體系

分散相粒子的半徑在1nm-100nm（10－9--10－7m)之間的體系。目測是均勻的，但實(shí)際是多相不均勻體系。③.粗分散體系

當(dāng)分散相粒子半徑大于100nm(10-7--10-5m)，目測是混濁不均勻體系，放置后會沉淀或分層，如黃河水。按分散相粒子的大小分類：§13.1膠體及其基本特性第3頁/共86頁①.分子分散體系分散相與分散介質(zhì)以分子或離子形①.液溶膠

將液體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。當(dāng)分散相為不同狀態(tài)時，則形成不同的液溶膠：.液-固溶膠如油漆，AgI溶膠.液-液溶膠如牛奶，石油原油等乳狀液.液-氣溶膠如泡沫按聚集狀態(tài)進(jìn)行分類：§13.1膠體及其基本特性第4頁/共86頁①.液溶膠將液體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。當(dāng)分②.固溶膠

將固體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。當(dāng)分散相為不同狀態(tài)時，則形成不同的固溶膠：.固-固溶膠如有色玻璃，不完全互溶的合金.固-液溶膠如珍珠，某些寶石.固-氣溶膠如泡沫塑料，沸石分子篩§13.1膠體及其基本特性第5頁/共86頁②.固溶膠將固體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。當(dāng)③.氣溶膠

將氣體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。.氣-固溶膠如煙，含塵的空氣.氣-液溶膠如霧，云§13.1膠體及其基本特性第6頁/共86頁③.氣溶膠將氣體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。.①.憎液溶膠

半徑在1nm－100nm之間的難溶物固體粒子分散在液體介質(zhì)中，有很大的相界面，易聚沉，是熱力學(xué)上的不穩(wěn)定體系。

一旦將介質(zhì)蒸發(fā)掉，再加入介質(zhì)就無法再形成溶膠，是一個不可逆體系，如氫氧化鐵溶膠、碘化銀溶膠等。

這是膠體分散體系中主要研究的內(nèi)容。按膠體溶液的穩(wěn)定性分類§13.1膠體及其基本特性第7頁/共86頁①.憎液溶膠半徑在1nm－100nm之2.親液溶膠

半徑落在膠體粒子范圍內(nèi)的大分子溶解在合適的溶劑中，一旦將溶劑蒸發(fā)，大分子化合物凝聚，再加入溶劑，又可形成溶膠，親液溶膠是熱力學(xué)上穩(wěn)定、可逆的體系?！?3.1膠體及其基本特性第8頁/共86頁2.親液溶膠半徑落在膠體粒子范圍內(nèi)的大分子溶解2.膠體粒子的結(jié)構(gòu)膠粒的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，先有一定量的難溶物分子聚結(jié)形成膠粒的中心，稱為膠核；然后膠核選擇性的吸附穩(wěn)定劑中的一種離子，形成緊密吸附層；由于正、負(fù)電荷相吸，在吸附層之外形成反號離子的包圍圈。反號離子一方面由于靜電作用一部分會分布在吸附層的附近，形成了膠粒；

另一部分反號離子由于熱運(yùn)動擴(kuò)散的比較遠(yuǎn)，我們把它叫作擴(kuò)散層，膠粒與擴(kuò)散層中的反號離子，形成一個電中性的膠團(tuán)?！?3.1膠體及其基本特性第9頁/共86頁2.膠體粒子的結(jié)構(gòu)膠粒的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，先有一定量的

膠核吸附離子是有選擇性的，首先吸附與膠核中相同元素的某種離子，用同離子效應(yīng)使膠核不易溶解。若無相同離子，則首先吸附水化能力較弱的負(fù)離子，所以自然界中的膠粒大多帶負(fù)電，如泥漿、水、豆?jié){等都是負(fù)溶膠?！?3.1膠體及其基本特性第10頁/共86頁膠核吸附離子是有選擇性的，首先吸附與膠核中相同元素的例1：AgNO3+

KI→KNO3+AgI↓

過量的KI

作穩(wěn)定劑膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)表達(dá)式：

[(AgI)mnI–(n-x)K+]x–xK+

|________________________||________________________________|膠核膠粒膠團(tuán)膠團(tuán)的圖示式：§13.1膠體及其基本特性第11頁/共86頁例1：AgNO3+KI→KNO3+AgI↓[(Ag例2：AgNO3+

KI→KNO3+AgI↓

過量的AgNO3

作穩(wěn)定劑膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)表達(dá)式：

[(AgI)mnAg+(n-x)NO3–]x+x

NO3–

|______________________________||_______________________________________|膠核膠粒膠團(tuán)膠團(tuán)的圖示式：§13.1膠體及其基本特性第12頁/共86頁例2：AgNO3+KI→KNO3+AgI↓[(Ag作為憎液溶膠基本質(zhì)點(diǎn)的膠粒并非都是球形，而膠粒的形狀對膠體性質(zhì)有重要影響。質(zhì)點(diǎn)為球形的，流動性較好；若為帶狀的，則流動性較差，易產(chǎn)生觸變現(xiàn)象。例如：（1）聚苯乙烯膠乳是球形質(zhì)點(diǎn)（2）V2O5

溶膠是帶狀的質(zhì)點(diǎn)（3）Fe(OH)3

溶膠是絲狀的質(zhì)點(diǎn)§13.1膠體及其基本特性第13頁/共86頁作為憎液溶膠基本質(zhì)點(diǎn)的膠粒并非都是球形，而膠粒的形狀1.Brown運(yùn)動(Brownianmotion)

1827年植物學(xué)家布朗（Brown)用顯微鏡觀察到懸浮在液面上的花粉粉末不斷地作不規(guī)則的運(yùn)動。

后來又發(fā)現(xiàn)許多其它物質(zhì)如煤、化石、金屬等的粉末也都有類似的現(xiàn)象。人們稱微粒的這種運(yùn)動為布朗運(yùn)動?！?3.2溶膠的動力性質(zhì)第14頁/共86頁1.Brown運(yùn)動(Brownianmotion)

在1903年發(fā)明了超顯微鏡，為研究布朗運(yùn)動提供了物質(zhì)條件。

用超顯微鏡可以觀察到溶膠粒子不斷地作不規(guī)則“之”字形的運(yùn)動，從而能夠測出在一定時間內(nèi)粒子的平均位移。

通過大量觀察，得出結(jié)論：粒子越小，布朗運(yùn)動越激烈。其運(yùn)動激烈的程度不隨時間而改變，但隨溫度的升高而增加?！?3.2溶膠的動力性質(zhì)第15頁/共86頁在1903年發(fā)明了超顯微鏡，為研究布朗運(yùn)動提

1905年和1906年愛恩斯坦（Emstem)和斯莫魯霍夫斯基(Smoluchowski)分別闡述了Brown運(yùn)動的本質(zhì)。

認(rèn)為Brown運(yùn)動是分散介質(zhì)分子以不同大小和不同方向的力對膠體粒子不斷撞擊而產(chǎn)生的，由于受到的力不平衡，所以連續(xù)以不同方向、不同速度作永不停息的不規(guī)則運(yùn)動。布朗運(yùn)動的本質(zhì)：是屬于遠(yuǎn)比分子大的粒子所具有的熱運(yùn)動，不需消耗能量。運(yùn)動速率與粒子的大小、溫度、介質(zhì)的粘度有關(guān)。布朗運(yùn)動的本質(zhì)：布朗運(yùn)動的產(chǎn)生：§13.2溶膠的動力性質(zhì)第16頁/共86頁1905年和1906年愛恩斯坦（Emstem§13.2溶膠的動力性質(zhì)愛恩斯坦利用分子運(yùn)動理論，并假設(shè)膠體粒子是球形的，得到布朗運(yùn)動公式：ｘ是觀察時間ｔ內(nèi)粒子沿ｘ軸方向所移動的平均位移，ｒ?yàn)榱Ｗ拥陌霃?，η是介質(zhì)的粘度。第17頁/共86頁§13.2溶膠的動力性質(zhì)愛恩斯坦利用分子運(yùn)動理論，并假設(shè)膠2.膠粒的擴(kuò)散

膠粒具有熱運(yùn)動，因此也具有擴(kuò)散和滲透壓。只是溶膠的濃度較稀，這種現(xiàn)象很不顯著。

如圖所示，在CDFE的桶內(nèi)盛溶膠，在某一截面AB的兩側(cè)溶膠的濃度不同，C1>C2。

由于分子的熱運(yùn)動和膠粒的布朗運(yùn)動，可以觀察到膠粒從C1區(qū)向C2區(qū)遷移的現(xiàn)象，這就是膠粒的擴(kuò)散作用?！?3.2溶膠的動力性質(zhì)第18頁/共86頁2.膠粒的擴(kuò)散膠粒具有熱運(yùn)動，因此也具有擴(kuò)散和滲透§13.2溶膠的動力性質(zhì)第19頁/共86頁§13.2溶膠的動力性質(zhì)第19頁/共86頁設(shè)通過AB面的擴(kuò)散質(zhì)量為m，則擴(kuò)散速度為，它與濃度梯度和AB截面積A成正比。

如圖所示，設(shè)任一平行于AB面的截面上濃度是均勻的，但水平方向自左至右濃度變稀，梯度為。§13.2溶膠的動力性質(zhì)第20頁/共86頁設(shè)通過AB面的擴(kuò)散質(zhì)量為m，則擴(kuò)散速度為，它與濃度梯這就是斐克第一定律。

式中D為擴(kuò)散系數(shù)，其物理意義為：單位濃度梯度、單位時間內(nèi)通過單位截面積的質(zhì)量。

式中負(fù)號表示擴(kuò)散發(fā)生在濃度降低的方向

<0,而>0。

用公式表示為：斐克第一定律（Fick’sfirstlaw）第21頁/共86頁這就是斐克第一定律。式中負(fù)號表示擴(kuò)散發(fā)生在濃度降在ABFE體積內(nèi)粒子凈增速率為(1)-(2)，即：

DA

（3）離開EF面的擴(kuò)散量為

-DA

（2）設(shè)進(jìn)入AB面的擴(kuò)散量為：

-DA

（1）斐克第二定律適用于濃度梯度變化的情況。斐克第二定律（Fick’ssecondlaw）第22頁/共86頁在ABFE體積內(nèi)粒子凈增速率為(1)-(2)，即：離開EF面單體積內(nèi)粒子濃度隨時間的變化率為這就是斐克第二定律。若考慮到擴(kuò)散系數(shù)受濃度的影響，則這個斐克第二定律的表示式是擴(kuò)散的普遍公式。斐克第二定律（Fick’ssecondlaw）第23頁/共86頁單體積內(nèi)粒子濃度隨時間的變化率為若考慮到擴(kuò)散系數(shù)受濃度的影響

在t時間內(nèi)，從兩個方向通過AB面的粒子數(shù)分別為和，因，則自左向右通過AB面的凈粒子數(shù)為：

如圖，設(shè)截面為單位面積，為時間t內(nèi)在水平方向的平均位移。截面間的距離均為。

找出距AB面處的兩根虛線，其濃度恰好為

和。愛恩斯坦－布朗位移方程第24頁/共86頁在t時間內(nèi)，從兩個方向通過AB面的粒子數(shù)分別為設(shè)很小，濃度梯度：則擴(kuò)散通過AB面的凈粒子數(shù)與濃度梯度和擴(kuò)散時間t成正比，得到：這就是愛恩斯坦－布朗位移方程。從布朗運(yùn)動實(shí)驗(yàn)測出，就可求出擴(kuò)散系數(shù)D。愛恩斯坦－布朗位移方程第25頁/共86頁設(shè)很小，濃度梯度：則擴(kuò)散通過AB面的凈粒子數(shù)與濃度梯度和將布朗運(yùn)動公式代入：從上式可以求粒子半徑r。已知

r

和粒子密度ρ，可以計算粒子的摩爾質(zhì)量。愛恩斯坦－布朗位移方程第26頁/共86頁將布朗運(yùn)動公式代入：從上式可以求粒子半徑r。已知r和粒

由于膠粒不能透過半透膜，而介質(zhì)分子或外加的電解質(zhì)離子可以透過半透膜，所以有從化學(xué)勢高的一方向化學(xué)勢低的一方自發(fā)滲透的趨勢。

溶膠的滲透壓可以借用稀溶液滲透壓公式計算：3.溶膠的滲透壓第27頁/共86頁由于膠粒不能透過半透膜，而介質(zhì)分子或外加的電

溶膠是高度分散體系，膠粒一方面受到重力吸引而下降，另一方面由于布朗運(yùn)動促使?jié)舛融呌诰弧?/p>

當(dāng)這兩種效應(yīng)相反的力相等時，粒子的分布達(dá)到平衡，粒子的濃度隨高度不同有一定的梯度，如圖所示。

這種平衡稱為沉降平衡。4.沉降平衡第28頁/共86頁溶膠是高度分散體系，膠粒一方面受到重力吸引而

達(dá)到沉降平衡時，粒子隨高度分布的情況與氣體類似，可以用粒度分布定律來描述。粒度分布或：N1－高度為x1處粒子的濃度N2－高度為x2

處粒子的濃度r

－分散相密度r。－分散介質(zhì)密度4.沉降平衡第29頁/共86頁達(dá)到沉降平衡時，粒子隨高度分布的情況與氣體類

光散射現(xiàn)象

Tyndall效應(yīng)

Rayleigh公式§13.3溶膠的光學(xué)性質(zhì)第30頁/共86頁光散射現(xiàn)象§13.3溶膠的光學(xué)性質(zhì)第30頁/共86頁

Tyndall效應(yīng)實(shí)際上已成為判別溶膠與分子溶液的最簡便的方法。

1869年Tyndall發(fā)現(xiàn)，若令一束會聚光通過溶膠，從側(cè)面（即與光束垂直的方向）可以看到一個發(fā)光的圓錐體，這就是Tyndall效應(yīng)。其他分散體系也會產(chǎn)生一點(diǎn)散射光，但遠(yuǎn)不如溶膠顯著。Tyndall效應(yīng)1.光的散射現(xiàn)象第31頁/共86頁Tyndall效應(yīng)實(shí)際上已成為判別溶膠與分子1.光的散射現(xiàn)象第32頁/共86頁1.光的散射現(xiàn)象第32頁/共86頁

當(dāng)光束通過分散體系時，一部分自由地通過，一部分被吸收、反射或散射?？梢姽獾牟ㄩL約在400～700nm之間。

（1）當(dāng)光束通過粗分散體系，由于粒子大于入射光的波長，主要發(fā)生反射，使體系呈現(xiàn)混濁。

（2）當(dāng)光束通過膠體溶液，由于膠粒直徑小于可見光波長，主要發(fā)生散射，可以看見乳白色的光柱。

（3）當(dāng)光束通過分子溶液，由于溶液十分均勻，散射光因相互干涉而完全抵消，看不見散射光。1.光的散射現(xiàn)象第33頁/共86頁當(dāng)光束通過分散體系時，一部分自由地通過，一部

光是一種電磁波，照射溶膠時，分子中的電子分布發(fā)生位移而產(chǎn)生偶極子，這種偶極子像小天線一樣向各個方向發(fā)射與入射光頻率相同的光，這就是散射光。光散射作用的本質(zhì)1.光的散射現(xiàn)象第34頁/共86頁光是一種電磁波，照射溶膠時，分子中的電子分布

1871年，瑞利（Rayleigh）研究了大量的光散射現(xiàn)象，對于粒子半徑在47nm以下的溶膠，導(dǎo)出了散射光總能量的計算公式，稱為Rayleigh公式：式中：A入射光振幅，單位體積中粒子數(shù)入射光波長，每個粒子的體積分散相折射率，分散介質(zhì)的折射率2.Rayleigh公式第35頁/共86頁1871年，瑞利（Rayleigh）研究了大量

從Rayleigh公式可得出如下結(jié)論：1.散射光總能量與入射光波長的四次方成反比。入射光波長愈短，散射愈顯著。所以可見光中，藍(lán)、紫色光散射作用強(qiáng)。2.分散相與分散介質(zhì)的折射率相差愈顯著，則散射作用亦愈顯著。3.散射光強(qiáng)度與單位體積中的粒子數(shù)成正比。2.Rayleigh公式第36頁/共86頁從Rayleigh公式可得出如下結(jié)論：1.散射光

膠粒帶電的本質(zhì)

電動現(xiàn)象(2)電滲

雙電層電動電勢(1)

電泳§13.4溶膠的電學(xué)性質(zhì)第37頁/共86頁膠粒帶電的本質(zhì)電動現(xiàn)象(2)電滲雙電層電動電勢(1)

（1）膠粒在形成過程中，膠核優(yōu)先吸附某種離子，使膠粒帶電。

（2）離子型固體電解質(zhì)形成溶膠時，由于正、負(fù)離子溶解量不同，使膠粒帶電。例如：將AgI制備溶膠時，由于Ag+較小，活動能力強(qiáng)，比I-容易脫離晶格而進(jìn)入溶液，使膠粒帶負(fù)電。

例如：在AgI溶膠的制備過程中，如果AgNO3過量，則膠核優(yōu)先吸附Ag+離子，使膠粒帶正電；如果KI過量，則優(yōu)先吸附I-離子，膠粒帶負(fù)電。1.膠粒帶電的本質(zhì)

第38頁/共86頁（1）膠粒在形成過程中，膠核優(yōu)先吸附某種離子，使膠粒

（3）可電離的大分子溶膠，由于大分子本身發(fā)生電離，而使膠粒帶電。

例如蛋白質(zhì)分子，有許多羧基和胺基，在pH較高的溶液中，離解生成P–COO-離子而負(fù)帶電；在pH較低的溶液中，生成P-NH3+離子而帶正電。

在某一特定的pH條件下，生成的-COO-和-NH3+數(shù)量相等，蛋白質(zhì)分子的凈電荷為零，這時pH稱為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)

。1.膠粒帶電的本質(zhì)

第39頁/共86頁（3）可電離的大分子溶膠，由于大分子本身發(fā)生電離，而使膠

膠粒在重力場作用下發(fā)生沉降，而產(chǎn)生沉降電勢；帶電的介質(zhì)發(fā)生流動，則產(chǎn)生流動電勢。這是因動而產(chǎn)生電。

以上四種現(xiàn)象都稱為電動現(xiàn)象。

由于膠粒帶電，而溶膠是電中性的，則分散介質(zhì)與膠粒帶有相反的電荷。在外電場作用下，膠粒和介質(zhì)分別向帶相反電荷的電極移動，就產(chǎn)生了電泳和電滲的電動現(xiàn)象，這是因電而動。2.電動現(xiàn)象第40頁/共86頁膠粒在重力場作用下發(fā)生沉降，而產(chǎn)生沉降電勢；帶

影響電泳的因素有：帶電粒子的大小、形狀；粒子表面電荷的數(shù)目；介質(zhì)中電解質(zhì)的種類、離子強(qiáng)度，pH值和粘度；電泳的溫度和外加電壓等。

帶電膠?；虼蠓肿釉谕饧与妶龅淖饔孟孪驇喾措姾傻碾姌O作定向移動的現(xiàn)象稱為電泳。

從電泳現(xiàn)象可以獲得膠?；虼蠓肿拥慕Y(jié)構(gòu)、大小和形狀等有關(guān)信息。(1)電泳（electrophoresis）第41頁/共86頁影響電泳的因素有：帶電粒子的大小、形狀；粒子

首先在漏斗中裝上待測溶膠，U型管下部活塞內(nèi)徑與管徑相同。

實(shí)驗(yàn)開始時，打開底部活塞，使Fe（OH）3溶膠進(jìn)入U型管，當(dāng)液面略高于左、右兩活塞時即關(guān)上，并把多余溶膠吸走。在管中加入分散介質(zhì)NaCl，使兩臂液面等高。

再慢慢打開活塞1、2、4時溶膠繼續(xù)進(jìn)入U形管，使NaCl溶液浸沒電極為止，這是U形管中已形成一個明顯的界面。界面移動電泳儀第42頁/共86頁首先在漏斗中裝上待測溶膠，U型管下部活塞內(nèi)徑與

接通電源，觀察液面的變化。發(fā)現(xiàn)右端的液面上升，左面的液面下降，說明Fe(OH)3溶膠帶正電荷。

根據(jù)通電時間和液面升高或下降的刻度計算電泳速度。

另外要選擇合適的介質(zhì)，使電泳過程中保持液面清晰。界面移動電泳儀第43頁/共86頁接通電源，觀察液面的變化。發(fā)現(xiàn)右端的液面上升，左面的

在外加電場作用下，膠體溶液中膠粒不動而分散介質(zhì)發(fā)生定向遷移的現(xiàn)象稱為電滲。

電滲實(shí)驗(yàn)（2）電滲（electro-osmosis)第44頁/共86頁在外加電場作用下，膠體溶液中膠粒不動而分散介質(zhì)發(fā)生定練習(xí)題：479頁，1，2。（2）電滲（electro-osmosis)第45頁/共86頁練習(xí)題：479頁，1，2。（2）電滲（electro-o

當(dāng)固體與液體接觸時，可以是固體從溶液中選擇性吸附某種離子，也可以是固體分子本身發(fā)生電離作用而使離子進(jìn)入溶液，以致使固液兩相分別帶有不同符號的電荷，在界面上形成了雙電層的結(jié)構(gòu)。

對于雙電層的具體結(jié)構(gòu)，一百多年來不同學(xué)者提出了不同的看法。最早于1879年亥姆霍茲(Helmholz)提出平板型模型；

1910年古埃（Gouy）和1913年查普曼（Chapman）修正了平板型模型，提出了擴(kuò)散雙電層模型；3.雙電層（doublelayer)第46頁/共86頁當(dāng)固體與液體接觸時，可以是固體從溶液中選擇性吸附某種

Gouy和Chapman認(rèn)為，由于正、負(fù)離子靜電吸引

和熱運(yùn)動兩種效應(yīng)的結(jié)果，溶液中的反離子只有一部

分緊密地排在固體表面附近，相距約一、二個離子厚

度稱為緊密層；

另一部分離子按一定的濃度梯度擴(kuò)散到本體溶液中，離子的分布可用玻茲曼公式表示，稱為擴(kuò)散層。雙電層由緊密層和擴(kuò)散層構(gòu)成。移動的切動面為AB面。3.雙電層（doublelayer)第47頁/共86頁Gouy和Chapman認(rèn)為，由于正、負(fù)離子3.雙電層（doublelayer)第48頁/共86頁3.雙電層（doublelayer)第48頁/共86頁電動電勢亦稱為

電勢。

在擴(kuò)散雙電層模型中，切動面AB與溶液本體之間的電勢差為電勢；

電勢總是比熱力學(xué)電勢低，外加電解質(zhì)會使電勢變小甚至改變符號。只有在質(zhì)點(diǎn)移動時才顯示出電勢，所以又稱電動電勢。

帶電的固體或膠粒在移動時，移動的切動面與液體本體之間的電勢差稱為電動電勢。電動電勢（electrokineticpotential）第49頁/共86頁電動電勢亦稱為電勢。在擴(kuò)散雙電層模型中，外加電解質(zhì)會使擴(kuò)散層變薄，電動電勢減小，甚至下降到零，以至反號。電動電勢（electrokineticpotential）第50頁/共86頁外加電解質(zhì)會使擴(kuò)散層變薄，電動電勢減小，甚至下降到零，以至反電動電勢（electrokineticpotential）第51頁/共86頁電動電勢（electrokineticpotential）

溶膠的穩(wěn)定性

影響溶膠穩(wěn)定性的因素

聚沉值與聚沉能力

Schulze-Hardy規(guī)則

電解質(zhì)對溶膠穩(wěn)定性的影響

不同膠體的相互作用

1.敏化作用

2.金值 §13.5溶膠的穩(wěn)定性和聚沉作用第52頁/共86頁溶膠的穩(wěn)定性影響溶膠穩(wěn)定性的因素聚沉值與聚沉能力S抗聚結(jié)穩(wěn)定性：膠粒之間有相互吸引的能量Va和相互排斥的能量Vr，總作用能為Va+Vr。如圖所示：動力學(xué)穩(wěn)定性：由于溶膠粒子小，布朗運(yùn)動激烈，在重力場中不易沉降，使溶膠具有動力穩(wěn)定性。

當(dāng)粒子相距較大時，主要為吸力，總勢能為負(fù)值；當(dāng)靠近到一定距離，雙電層重疊，排斥力起主要作用，勢能升高。要使粒子聚結(jié)必須克服這個勢壘。1.溶膠的穩(wěn)定性第53頁/共86頁抗聚結(jié)穩(wěn)定性：膠粒之間有相互吸引的能量Va和相互排斥的能量V(2).濃度的影響。

濃度增加，粒子碰撞機(jī)會增多。(3).溫度的影響。

溫度升高，粒子碰撞機(jī)會增多，碰撞強(qiáng)度增加。(4).膠體體系的相互作用。帶不同電荷的膠?；ノ鄢痢?1).外加電解質(zhì)的影響。這影響最大，主要影響膠粒的帶電情況，使電位下降，促使膠粒聚結(jié)。2.影響溶膠穩(wěn)定性的因素第54頁/共86頁(2).濃度的影響。 (3).溫度的影響。 (4).膠體體系聚沉值與聚沉能力聚沉值： 使一定量的溶膠在一定時間內(nèi)完全聚沉

所需電解質(zhì)的最小濃度。從表中數(shù)據(jù)可 知，對同一溶膠，外加電解質(zhì)的離子價 數(shù)越高，其聚沉值越小。2.影響溶膠穩(wěn)定性的因素第55頁/共86頁聚沉值與聚沉能力聚沉值： 使一定量的溶膠在一定時間內(nèi)完全聚沉聚沉能力：是聚沉值的倒數(shù)。聚沉值越大的電解質(zhì) 聚沉能力越?。环粗?，聚沉值越小的電 解質(zhì)，其聚沉能力越強(qiáng)。

電解質(zhì)能夠使溶膠發(fā)生聚沉，其中起主導(dǎo)作用的是與膠粒帶相反電荷的離子。反離子價數(shù)越高，聚沉能力越大。聚沉值與異電性離子價數(shù)的六次方成反比，這就是Schulze-Hardy規(guī)則。2.影響溶膠穩(wěn)定性的因素第56頁/共86頁聚沉能力：是聚沉值的倒數(shù)。聚沉值越大的電解質(zhì) 聚沉Schulze-Hardy規(guī)則

例如，對于給定的溶膠，異電性離子分別為一、二、三價，則聚沉值的比例為：

1001.60.14

即為：2.影響溶膠穩(wěn)定性的因素第57頁/共86頁Schulze-Hardy規(guī)則例如，對于給定的（1） 與膠粒帶相反電荷的離子的價數(shù)影響最大，價數(shù)越高，聚沉能力越強(qiáng)。（2）與膠粒帶相反電荷的離子就是價數(shù)相同，其聚沉能力也有差異。電解質(zhì)對溶膠穩(wěn)定性的影響

例如，對膠粒帶負(fù)電的溶膠，一價陽離子硝酸鹽的聚沉能力次序?yàn)椋篐+>Cs+>Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+

對帶正電的膠粒，一價陰離子的鉀鹽的聚沉能力次序?yàn)椋篎->Cl->Br->NO3->I-

這種次序稱為感膠離子序（lyotropicseries)。2.影響溶膠穩(wěn)定性的因素第58頁/共86頁（1） 與膠粒帶相反電荷的離子的價數(shù)影響最大，價（2）與（3）有機(jī)化合物的離子都有很強(qiáng)的聚沉能力，這可

能與其具有強(qiáng)吸附能力有關(guān)。（4）當(dāng)與膠體帶相反電荷的離子相同時，則同性離子的價數(shù)也會影響聚沉值，同性離子價數(shù)愈高，聚沉能力愈低。這可能與這些同性離子的吸附作用有關(guān)。

例如，亞鐵氰化銅溶膠屬負(fù)溶膠，起聚作用的是正離子，見表14.5，電解質(zhì)都是鉀鹽，但聚沉值卻不同。KBr為27.5mol.m-3，而K4[Fe(CN)6]為260mol.m-3。

2.影響溶膠穩(wěn)定性的因素第59頁/共86頁（3）有機(jī)化合物的離子都有很強(qiáng)的聚沉能力，這可

能與其具有

在憎液溶膠中加入某些大分子溶液，加入的量不同，

會出現(xiàn)兩種情況：

將膠粒帶相反電荷的溶膠互相混合，也會發(fā)生聚沉。

與加入電解質(zhì)情況不同的是，當(dāng)兩種溶膠的用量恰能使其所帶電荷的量相等時，才會完全聚沉，否則會不完全聚沉，甚至不聚沉。

加入大分子溶液太少時，會促使溶膠的聚沉，稱為敏化作用；

當(dāng)加入大分子溶液的量足夠多時，會保護(hù)溶膠不聚沉，稱為保護(hù)作用。常用金值來表示大分子溶液對金溶液的保護(hù)能力。不同膠體的相互作用第60頁/共86頁在憎液溶膠中加入某些大分子溶液，加入的量不同，

當(dāng)加入的大分子物質(zhì)的量不足時，憎液溶膠的膠

粒粘附在大分子上，大分子起了一個橋梁作用，把膠

粒聯(lián)系在一起，使之更容易聚沉。

1.敏化作用

例如，對SiO2進(jìn)行重量分析時，在SiO2的溶膠中加入少量明膠，使SiO2的膠粒粘附在明膠上，便于聚沉后過濾，減少損失，使分析更準(zhǔn)確。不同膠體的相互作用第61頁/共86頁當(dāng)加入的大分子物質(zhì)的量不足時，憎液溶膠的膠

粒

齊格蒙弟提出的金值含義：為了保護(hù)10cm30.006%的金溶膠，在加入1cm3

10%NaCl溶液后不致聚沉?xí)r，所需高分子的最少質(zhì)量稱為金值，一般用mg表示。

當(dāng)憎液溶膠中加入足量大分子溶液后，大分子吸附

在膠粒周圍起到保護(hù)溶膠的作用。用“金值”作為大分

子化合物保護(hù)金溶膠能力的一種量度，金值越小，保護(hù)

劑的能力越強(qiáng)。

2.金值（goldnumber)—保護(hù)作用

不同膠體的相互作用第62頁/共86頁齊格蒙弟提出的金值含義：當(dāng)憎液溶膠中加不同膠體的相互作用第63頁/共86頁不同膠體的相互作用第63頁/共86頁三種溶液性質(zhì)的比較大分子分類§13.6大分子概說第64頁/共86頁三種溶液性質(zhì)的比較大分子分類§13.6大分子概說第64頁三種溶液性質(zhì)的比較第65頁/共86頁三種溶液性質(zhì)的比較第65頁/共86頁大分子：相對分子質(zhì)量大于104的物質(zhì)稱之為大分子，主要有：

天然大分子：如淀粉、蛋白質(zhì)、纖維素、核酸和各種生物大分子等。

人工合成大分子：如合成橡膠、聚烯烴、樹脂和合成纖維等。合成的功能高分子材料有：光敏高分子、導(dǎo)電性高分子、醫(yī)用高分子和高分子膜等。大分子分類第66頁/共86頁大分子：相對分子質(zhì)量大于104的物質(zhì)稱之為大分子，主要有：

數(shù)均摩爾質(zhì)量

質(zhì)均摩爾質(zhì)量

Z均摩爾質(zhì)量

粘均摩爾質(zhì)量

由于聚合過程中，每個分子的聚合程度可以不一樣，所以聚合物的摩爾質(zhì)量只能是一個平均值。而且，測定和平均的方法不同，得到的平均摩爾質(zhì)量也不同。常用有四種平均方法，因而有四種表示法：聚合物摩爾質(zhì)量的表示法第67頁/共86頁數(shù)均摩爾質(zhì)量質(zhì)均摩爾質(zhì)量數(shù)均摩爾質(zhì)量<Mn>數(shù)均摩爾質(zhì)量可以用端基分析法和滲透壓法測定。

有一高分子溶液，各組分的分子數(shù)分別為N1，N2，…,NB,其對應(yīng)的摩爾質(zhì)量為M1，M2，…，MB。則數(shù)均摩爾質(zhì)量的定義為：聚合物摩爾質(zhì)量的表示法第68頁/共86頁數(shù)均摩爾質(zhì)量<Mn>數(shù)均摩爾質(zhì)量可以用端基分析法和滲透壓法測質(zhì)均摩爾質(zhì)量<Mm>質(zhì)均摩爾質(zhì)量可以用光散射法測定。

設(shè)B組分的分子質(zhì)量為mB，則質(zhì)均摩爾質(zhì)量的定義為：聚合物摩爾質(zhì)量的表示法第69頁/共86頁質(zhì)均摩爾質(zhì)量<Mm>質(zhì)均摩爾質(zhì)量可以用光散射法測定。設(shè)B組Z均摩爾質(zhì)量<Mz>

在光散射法中利用Zimm圖從而計算的高分子摩爾質(zhì)量稱為Z均摩爾質(zhì)量，它的定義是：

式中：聚合物摩爾質(zhì)量的表示法第70頁/共86頁Z均摩爾質(zhì)量<Mz>在光散射法中利用Zimm圖粘均摩爾質(zhì)量<Mv>

用粘度法測定的摩爾質(zhì)量稱為粘均摩爾質(zhì)量。它的定義是：式中為與溶劑、大分子化合物和溫度有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。，為分子的質(zhì)量。聚合物摩爾質(zhì)量的表示法第71頁/共86頁粘均摩爾質(zhì)量<Mv>用粘度法測定的摩爾質(zhì)量稱為設(shè)純?nèi)軇┑恼扯葹椋蠓肿尤芤旱恼扯葹?，兩者不同的組合得到不同的粘度表示方法：

1.相對粘度

2.增比粘度

3.比濃粘度

4.特性粘度聚合物摩爾質(zhì)量的表示法第72頁/共86頁設(shè)純?nèi)軇┑恼扯葹?，大分子溶液的粘度為，兩?/p>

特性粘度是幾種粘度中最能反映溶質(zhì)分子本性的一種物理量，由于它是外推到無限稀釋時溶液的性質(zhì)，已消除了大分子之間相互作用的影響，而且代表了無限稀釋溶液中，單位濃度大分子溶液粘度變化的分?jǐn)?shù)。

實(shí)驗(yàn)方法是用粘度計測出溶劑和溶液的粘度和，計算相對粘度和增比粘度。用粘度法測定摩爾質(zhì)量

當(dāng)溫度、聚合物和溶劑體系選定后，大分子溶液的粘度僅與濃度和聚合物分子的大小有關(guān)。聚合物摩爾質(zhì)量的表示法第73頁/共86頁特性粘度是幾種粘度中最能反映溶質(zhì)分子本性的一種

以對c

作圖，得一條直線，以對c作圖得另一條直線。將兩條直線外推至濃度，得到特性粘度。

從如下經(jīng)驗(yàn)式求粘均摩爾質(zhì)量。式中和為與溶劑、大分子物質(zhì)和溫度有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，有表可查。聚合物摩爾質(zhì)量的表示法第74頁/共86頁以對c作圖，得一條直線，以聚合物摩爾質(zhì)量的表示法第75頁/共86頁聚合物摩爾質(zhì)量的表示法第75頁/共86頁

大分子電解質(zhì)的膜平衡膜平衡的三種情況（1）不電離的大分子溶液（2）能電離的大分子溶液（3）外加電解質(zhì)時的大分子溶液§13.7Donnan平衡第76頁/共86頁大分子電解質(zhì)的膜平衡（1）不電離的大分子溶液

在半透膜兩邊，一邊放大分子電解質(zhì)，一邊放純水。大分子離子不能透過半透膜，而離解出的小離子和雜質(zhì)電解質(zhì)離子可以。

由于膜兩邊要保持電中性，使得達(dá)到滲透平衡時小離子在兩邊的濃度不等，這種平衡稱為膜平衡或唐南平衡。大分子電解質(zhì)的膜平衡第77頁/共86頁在半透膜兩邊，一邊放大分子電解質(zhì)，一邊放純水。

由于大分子物質(zhì)的濃度不能配得很高，否則易發(fā)生凝聚，如等電點(diǎn)時的蛋白質(zhì)，所以產(chǎn)生的滲透壓很小，用這種方法測定大分子的摩爾質(zhì)量誤差太大。（1）不電離的大分子溶液

其中是大分子溶液的濃度。

由于大分子P不能透過半透膜，而H2O分子可以，所以在膜兩邊會產(chǎn)生滲透壓。滲透壓可以用不帶電粒子的范霍夫公式計算，即：大分子電解質(zhì)的膜平衡第78頁/共86頁由于大分子物質(zhì)的濃度不能配得很高，否則易發(fā)生（2）能電離的大分子溶液

蛋白質(zhì)分子Pz+

不能透過半透膜，而Na+可以，但為了保持溶液的電中性，Na+也必須留在Pz-同一側(cè)。

由于大分子中z的數(shù)值不確定，就是測定了也無法正確地計算大分子的摩爾質(zhì)量。

以蛋白質(zhì)的鈉鹽為例，它在水中發(fā)生如下離解：

這種Na+在膜兩邊濃度不等的狀態(tài)就是唐南平衡。因?yàn)闈B透壓只與粒子的數(shù)量有關(guān)，所以：大分子電解質(zhì)的膜平衡第79頁/共86頁（2）能電離的大分子溶液蛋白

在蛋白質(zhì)鈉鹽的另一側(cè)加入濃度為的小分子電解質(zhì)，如上圖。

雖然膜兩邊NaCl的濃度不等，但達(dá)到膜平衡時NaCl在兩邊的化學(xué)勢應(yīng)該相等，即：（3）外加電解質(zhì)時的大分子溶液

達(dá)到膜平衡時（如下圖），為了保持電中性，有相同數(shù)量的Na+

和Cl-擴(kuò)散到了左邊。所以：大分子電解質(zhì)的膜平衡第80頁/共86頁在蛋白質(zhì)鈉鹽的另一側(cè)加入濃度為的小分子電大分子電解質(zhì)的膜平衡第81頁/共86頁大分子電解質(zhì)的膜平衡第81頁/共86頁由于滲透壓是因?yàn)槟蛇叺牧Ｗ訑?shù)不同而引起的，所以：設(shè)活度系數(shù)均為1，得：即解得即大分子電解質(zhì)的膜平衡第82頁/共86頁由于滲透壓是因?yàn)槟蛇叺牧Ｗ訑?shù)不同而引起的，所以：設(shè)活度系數(shù)（A）當(dāng)加入電解質(zhì)太少，，與(2)的情況類似：將代入計算式得：（B）當(dāng)加入的電解質(zhì)足夠多，，則與(1)的情況類似：

這就是加入足量的小分子電解質(zhì)，消除了唐南效應(yīng)的影響，使得用滲透壓法測定大分子的摩爾質(zhì)量比較準(zhǔn)確。大分子電解質(zhì)的膜平衡第83頁/共86頁（A）當(dāng)加入電解質(zhì)太少，，與(2)的情況類似[例]在298K，若膜內(nèi)大分子電解質(zhì)（R+Cl-）水溶液濃度為-3，膜外NaCl濃度為0.5mol.dm-3，試求達(dá)到唐南平衡時溶液的滲透壓？X(0.1+X)=(0.5-X)20.1X＝X2=0.52-2*0.5X+X21.1X=0.25X=0.23

=297.3Kpa大分子電解質(zhì)的膜平衡第84頁/共86頁[例]在298K，若膜內(nèi)大分子電解質(zhì)（R+Cl-）水溶液濃思考題：480，復(fù)習(xí)題:6,7;習(xí)題16,；作業(yè)：南大，483,25.大分子電解質(zhì)的膜平衡第85頁/共86頁思考題：480，復(fù)習(xí)題:6,7;習(xí)感謝您的觀看。第86頁/共86頁感謝您的觀看。第86頁/共86頁會計學(xué)88膠體體系會計學(xué)1膠體體系分散體系：

把一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中就構(gòu)成分散體系。其中，被分散的物質(zhì)稱為分散相,另一種物質(zhì)稱為分散介質(zhì)例如：云，牛奶，珍珠§13.1膠體及其基本特性第1頁/共86頁分散體系：把一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中分類體系通常有三種分類方法：1.分散體系分類膠體分散體系分子分散體系粗分散體系按分散相粒子的大小分類：按分散相和介質(zhì)的聚集狀態(tài)分類：液溶膠固溶膠氣溶膠按溶液的穩(wěn)定性分類：增液性溶膠親液性溶膠§13.1膠體及其基本特性第2頁/共86頁分類體系通常有三種分類方法：1.分散體系分類膠體分散體系按分①.分子分散體系

分散相與分散介質(zhì)以分子或離子形式彼此混溶，沒有界面，是均勻的單相，分子半徑小于1nm(在10-9m)。這種體系稱為真溶液，如CuSO4溶液。②.膠體分散體系

分散相粒子的半徑在1nm-100nm（10－9--10－7m)之間的體系。目測是均勻的，但實(shí)際是多相不均勻體系。③.粗分散體系

當(dāng)分散相粒子半徑大于100nm(10-7--10-5m)，目測是混濁不均勻體系，放置后會沉淀或分層，如黃河水。按分散相粒子的大小分類：§13.1膠體及其基本特性第3頁/共86頁①.分子分散體系分散相與分散介質(zhì)以分子或離子形①.液溶膠

將液體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。當(dāng)分散相為不同狀態(tài)時，則形成不同的液溶膠：.液-固溶膠如油漆，AgI溶膠.液-液溶膠如牛奶，石油原油等乳狀液.液-氣溶膠如泡沫按聚集狀態(tài)進(jìn)行分類：§13.1膠體及其基本特性第4頁/共86頁①.液溶膠將液體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。當(dāng)分②.固溶膠

將固體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。當(dāng)分散相為不同狀態(tài)時，則形成不同的固溶膠：.固-固溶膠如有色玻璃，不完全互溶的合金.固-液溶膠如珍珠，某些寶石.固-氣溶膠如泡沫塑料，沸石分子篩§13.1膠體及其基本特性第5頁/共86頁②.固溶膠將固體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。當(dāng)③.氣溶膠

將氣體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。.氣-固溶膠如煙，含塵的空氣.氣-液溶膠如霧，云§13.1膠體及其基本特性第6頁/共86頁③.氣溶膠將氣體作為分散介質(zhì)所形成的溶膠。.①.憎液溶膠

半徑在1nm－100nm之間的難溶物固體粒子分散在液體介質(zhì)中，有很大的相界面，易聚沉，是熱力學(xué)上的不穩(wěn)定體系。

一旦將介質(zhì)蒸發(fā)掉，再加入介質(zhì)就無法再形成溶膠，是一個不可逆體系，如氫氧化鐵溶膠、碘化銀溶膠等。

這是膠體分散體系中主要研究的內(nèi)容。按膠體溶液的穩(wěn)定性分類§13.1膠體及其基本特性第7頁/共86頁①.憎液溶膠半徑在1nm－100nm之2.親液溶膠

半徑落在膠體粒子范圍內(nèi)的大分子溶解在合適的溶劑中，一旦將溶劑蒸發(fā)，大分子化合物凝聚，再加入溶劑，又可形成溶膠，親液溶膠是熱力學(xué)上穩(wěn)定、可逆的體系?！?3.1膠體及其基本特性第8頁/共86頁2.親液溶膠半徑落在膠體粒子范圍內(nèi)的大分子溶解2.膠體粒子的結(jié)構(gòu)膠粒的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，先有一定量的難溶物分子聚結(jié)形成膠粒的中心，稱為膠核；然后膠核選擇性的吸附穩(wěn)定劑中的一種離子，形成緊密吸附層；由于正、負(fù)電荷相吸，在吸附層之外形成反號離子的包圍圈。反號離子一方面由于靜電作用一部分會分布在吸附層的附近，形成了膠粒；

另一部分反號離子由于熱運(yùn)動擴(kuò)散的比較遠(yuǎn)，我們把它叫作擴(kuò)散層，膠粒與擴(kuò)散層中的反號離子，形成一個電中性的膠團(tuán)?！?3.1膠體及其基本特性第9頁/共86頁2.膠體粒子的結(jié)構(gòu)膠粒的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，先有一定量的

膠核吸附離子是有選擇性的，首先吸附與膠核中相同元素的某種離子，用同離子效應(yīng)使膠核不易溶解。若無相同離子，則首先吸附水化能力較弱的負(fù)離子，所以自然界中的膠粒大多帶負(fù)電，如泥漿、水、豆?jié){等都是負(fù)溶膠?！?3.1膠體及其基本特性第10頁/共86頁膠核吸附離子是有選擇性的，首先吸附與膠核中相同元素的例1：AgNO3+

KI→KNO3+AgI↓

過量的KI

作穩(wěn)定劑膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)表達(dá)式：

[(AgI)mnI–(n-x)K+]x–xK+

|________________________||________________________________|膠核膠粒膠團(tuán)膠團(tuán)的圖示式：§13.1膠體及其基本特性第11頁/共86頁例1：AgNO3+KI→KNO3+AgI↓[(Ag例2：AgNO3+

KI→KNO3+AgI↓

過量的AgNO3

作穩(wěn)定劑膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)表達(dá)式：

[(AgI)mnAg+(n-x)NO3–]x+x

NO3–

|______________________________||_______________________________________|膠核膠粒膠團(tuán)膠團(tuán)的圖示式：§13.1膠體及其基本特性第12頁/共86頁例2：AgNO3+KI→KNO3+AgI↓[(Ag作為憎液溶膠基本質(zhì)點(diǎn)的膠粒并非都是球形，而膠粒的形狀對膠體性質(zhì)有重要影響。質(zhì)點(diǎn)為球形的，流動性較好；若為帶狀的，則流動性較差，易產(chǎn)生觸變現(xiàn)象。例如：（1）聚苯乙烯膠乳是球形質(zhì)點(diǎn)（2）V2O5

溶膠是帶狀的質(zhì)點(diǎn)（3）Fe(OH)3

溶膠是絲狀的質(zhì)點(diǎn)§13.1膠體及其基本特性第13頁/共86頁作為憎液溶膠基本質(zhì)點(diǎn)的膠粒并非都是球形，而膠粒的形狀1.Brown運(yùn)動(Brownianmotion)

1827年植物學(xué)家布朗（Brown)用顯微鏡觀察到懸浮在液面上的花粉粉末不斷地作不規(guī)則的運(yùn)動。

后來又發(fā)現(xiàn)許多其它物質(zhì)如煤、化石、金屬等的粉末也都有類似的現(xiàn)象。人們稱微粒的這種運(yùn)動為布朗運(yùn)動?！?3.2溶膠的動力性質(zhì)第14頁/共86頁1.Brown運(yùn)動(Brownianmotion)

在1903年發(fā)明了超顯微鏡，為研究布朗運(yùn)動提供了物質(zhì)條件。

用超顯微鏡可以觀察到溶膠粒子不斷地作不規(guī)則“之”字形的運(yùn)動，從而能夠測出在一定時間內(nèi)粒子的平均位移。

通過大量觀察，得出結(jié)論：粒子越小，布朗運(yùn)動越激烈。其運(yùn)動激烈的程度不隨時間而改變，但隨溫度的升高而增加?！?3.2溶膠的動力性質(zhì)第15頁/共86頁在1903年發(fā)明了超顯微鏡，為研究布朗運(yùn)動提

1905年和1906年愛恩斯坦（Emstem)和斯莫魯霍夫斯基(Smoluchowski)分別闡述了Brown運(yùn)動的本質(zhì)。

認(rèn)為Brown運(yùn)動是分散介質(zhì)分子以不同大小和不同方向的力對膠體粒子不斷撞擊而產(chǎn)生的，由于受到的力不平衡，所以連續(xù)以不同方向、不同速度作永不停息的不規(guī)則運(yùn)動。布朗運(yùn)動的本質(zhì)：是屬于遠(yuǎn)比分子大的粒子所具有的熱運(yùn)動，不需消耗能量。運(yùn)動速率與粒子的大小、溫度、介質(zhì)的粘度有關(guān)。布朗運(yùn)動的本質(zhì)：布朗運(yùn)動的產(chǎn)生：§13.2溶膠的動力性質(zhì)第16頁/共86頁1905年和1906年愛恩斯坦（Emstem§13.2溶膠的動力性質(zhì)愛恩斯坦利用分子運(yùn)動理論，并假設(shè)膠體粒子是球形的，得到布朗運(yùn)動公式：ｘ是觀察時間ｔ內(nèi)粒子沿ｘ軸方向所移動的平均位移，ｒ?yàn)榱Ｗ拥陌霃?，η是介質(zhì)的粘度。第17頁/共86頁§13.2溶膠的動力性質(zhì)愛恩斯坦利用分子運(yùn)動理論，并假設(shè)膠2.膠粒的擴(kuò)散

膠粒具有熱運(yùn)動，因此也具有擴(kuò)散和滲透壓。只是溶膠的濃度較稀，這種現(xiàn)象很不顯著。

如圖所示，在CDFE的桶內(nèi)盛溶膠，在某一截面AB的兩側(cè)溶膠的濃度不同，C1>C2。

由于分子的熱運(yùn)動和膠粒的布朗運(yùn)動，可以觀察到膠粒從C1區(qū)向C2區(qū)遷移的現(xiàn)象，這就是膠粒的擴(kuò)散作用?！?3.2溶膠的動力性質(zhì)第18頁/共86頁2.膠粒的擴(kuò)散膠粒具有熱運(yùn)動，因此也具有擴(kuò)散和滲透§13.2溶膠的動力性質(zhì)第19頁/共86頁§13.2溶膠的動力性質(zhì)第19頁/共86頁設(shè)通過AB面的擴(kuò)散質(zhì)量為m，則擴(kuò)散速度為，它與濃度梯度和AB截面積A成正比。

如圖所示，設(shè)任一平行于AB面的截面上濃度是均勻的，但水平方向自左至右濃度變稀，梯度為?！?3.2溶膠的動力性質(zhì)第20頁/共86頁設(shè)通過AB面的擴(kuò)散質(zhì)量為m，則擴(kuò)散速度為，它與濃度梯這就是斐克第一定律。

式中D為擴(kuò)散系數(shù)，其物理意義為：單位濃度梯度、單位時間內(nèi)通過單位截面積的質(zhì)量。

式中負(fù)號表示擴(kuò)散發(fā)生在濃度降低的方向

<0,而>0。

用公式表示為：斐克第一定律（Fick’sfirstlaw）第21頁/共86頁這就是斐克第一定律。式中負(fù)號表示擴(kuò)散發(fā)生在濃度降在ABFE體積內(nèi)粒子凈增速率為(1)-(2)，即：

DA

（3）離開EF面的擴(kuò)散量為

-DA

（2）設(shè)進(jìn)入AB面的擴(kuò)散量為：

-DA

（1）斐克第二定律適用于濃度梯度變化的情況。斐克第二定律（Fick’ssecondlaw）第22頁/共86頁在ABFE體積內(nèi)粒子凈增速率為(1)-(2)，即：離開EF面單體積內(nèi)粒子濃度隨時間的變化率為這就是斐克第二定律。若考慮到擴(kuò)散系數(shù)受濃度的影響，則這個斐克第二定律的表示式是擴(kuò)散的普遍公式。斐克第二定律（Fick’ssecondlaw）第23頁/共86頁單體積內(nèi)粒子濃度隨時間的變化率為若考慮到擴(kuò)散系數(shù)受濃度的影響

在t時間內(nèi)，從兩個方向通過AB面的粒子數(shù)分別為和，因，則自左向右通過AB面的凈粒子數(shù)為：

如圖，設(shè)截面為單位面積，為時間t內(nèi)在水平方向的平均位移。截面間的距離均為。

找出距AB面處的兩根虛線，其濃度恰好為

和。愛恩斯坦－布朗位移方程第24頁/共86頁在t時間內(nèi)，從兩個方向通過AB面的粒子數(shù)分別為設(shè)很小，濃度梯度：則擴(kuò)散通過AB面的凈粒子數(shù)與濃度梯度和擴(kuò)散時間t成正比，得到：這就是愛恩斯坦－布朗位移方程。從布朗運(yùn)動實(shí)驗(yàn)測出，就可求出擴(kuò)散系數(shù)D。愛恩斯坦－布朗位移方程第25頁/共86頁設(shè)很小，濃度梯度：則擴(kuò)散通過AB面的凈粒子數(shù)與濃度梯度和將布朗運(yùn)動公式代入：從上式可以求粒子半徑r。已知

r

和粒子密度ρ，可以計算粒子的摩爾質(zhì)量。愛恩斯坦－布朗位移方程第26頁/共86頁將布朗運(yùn)動公式代入：從上式可以求粒子半徑r。已知r和粒

由于膠粒不能透過半透膜，而介質(zhì)分子或外加的電解質(zhì)離子可以透過半透膜，所以有從化學(xué)勢高的一方向化學(xué)勢低的一方自發(fā)滲透的趨勢。

溶膠的滲透壓可以借用稀溶液滲透壓公式計算：3.溶膠的滲透壓第27頁/共86頁由于膠粒不能透過半透膜，而介質(zhì)分子或外加的電

溶膠是高度分散體系，膠粒一方面受到重力吸引而下降，另一方面由于布朗運(yùn)動促使?jié)舛融呌诰弧?/p>

當(dāng)這兩種效應(yīng)相反的力相等時，粒子的分布達(dá)到平衡，粒子的濃度隨高度不同有一定的梯度，如圖所示。

這種平衡稱為沉降平衡。4.沉降平衡第28頁/共86頁溶膠是高度分散體系，膠粒一方面受到重力吸引而

達(dá)到沉降平衡時，粒子隨高度分布的情況與氣體類似，可以用粒度分布定律來描述。粒度分布或：N1－高度為x1處粒子的濃度N2－高度為x2

處粒子的濃度r

－分散相密度r。－分散介質(zhì)密度4.沉降平衡第29頁/共86頁達(dá)到沉降平衡時，粒子隨高度分布的情況與氣體類

光散射現(xiàn)象

Tyndall效應(yīng)

Rayleigh公式§13.3溶膠的光學(xué)性質(zhì)第30頁/共86頁光散射現(xiàn)象§13.3溶膠的光學(xué)性質(zhì)第30頁/共86頁

Tyndall效應(yīng)實(shí)際上已成為判別溶膠與分子溶液的最簡便的方法。

1869年Tyndall發(fā)現(xiàn)，若令一束會聚光通過溶膠，從側(cè)面（即與光束垂直的方向）可以看到一個發(fā)光的圓錐體，這就是Tyndall效應(yīng)。其他分散體系也會產(chǎn)生一點(diǎn)散射光，但遠(yuǎn)不如溶膠顯著。Tyndall效應(yīng)1.光的散射現(xiàn)象第31頁/共86頁Tyndall效應(yīng)實(shí)際上已成為判別溶膠與分子1.光的散射現(xiàn)象第32頁/共86頁1.光的散射現(xiàn)象第32頁/共86頁

當(dāng)光束通過分散體系時，一部分自由地通過，一部分被吸收、反射或散射?？梢姽獾牟ㄩL約在400～700nm之間。

（1）當(dāng)光束通過粗分散體系，由于粒子大于入射光的波長，主要發(fā)生反射，使體系呈現(xiàn)混濁。

（2）當(dāng)光束通過膠體溶液，由于膠粒直徑小于可見光波長，主要發(fā)生散射，可以看見乳白色的光柱。

（3）當(dāng)光束通過分子溶液，由于溶液十分均勻，散射光因相互干涉而完全抵消，看不見散射光。1.光的散射現(xiàn)象第33頁/共86頁當(dāng)光束通過分散體系時，一部分自由地通過，一部

光是一種電磁波，照射溶膠時，分子中的電子分布發(fā)生位移而產(chǎn)生偶極子，這種偶極子像小天線一樣向各個方向發(fā)射與入射光頻率相同的光，這就是散射光。光散射作用的本質(zhì)1.光的散射現(xiàn)象第34頁/共86頁光是一種電磁波，照射溶膠時，分子中的電子分布

1871年，瑞利（Rayleigh）研究了大量的光散射現(xiàn)象，對于粒子半徑在47nm以下的溶膠，導(dǎo)出了散射光總能量的計算公式，稱為Rayleigh公式：式中：A入射光振幅，單位體積中粒子數(shù)入射光波長，每個粒子的體積分散相折射率，分散介質(zhì)的折射率2.Rayleigh公式第35頁/共86頁1871年，瑞利（Rayleigh）研究了大量

從Rayleigh公式可得出如下結(jié)論：1.散射光總能量與入射光波長的四次方成反比。入射光波長愈短，散射愈顯著。所以可見光中，藍(lán)、紫色光散射作用強(qiáng)。2.分散相與分散介質(zhì)的折射率相差愈顯著，則散射作用亦愈顯著。3.散射光強(qiáng)度與單位體積中的粒子數(shù)成正比。2.Rayleigh公式第36頁/共86頁從Rayleigh公式可得出如下結(jié)論：1.散射光

膠粒帶電的本質(zhì)

電動現(xiàn)象(2)電滲

雙電層電動電勢(1)

電泳§13.4溶膠的電學(xué)性質(zhì)第37頁/共86頁膠粒帶電的本質(zhì)電動現(xiàn)象(2)電滲雙電層電動電勢(1)

（1）膠粒在形成過程中，膠核優(yōu)先吸附某種離子，使膠粒帶電。

（2）離子型固體電解質(zhì)形成溶膠時，由于正、負(fù)離子溶解量不同，使膠粒帶電。例如：將AgI制備溶膠時，由于Ag+較小，活動能力強(qiáng)，比I-容易脫離晶格而進(jìn)入溶液，使膠粒帶負(fù)電。

例如：在AgI溶膠的制備過程中，如果AgNO3過量，則膠核優(yōu)先吸附Ag+離子，使膠粒帶正電；如果KI過量，則優(yōu)先吸附I-離子，膠粒帶負(fù)電。1.膠粒帶電的本質(zhì)

第38頁/共86頁（1）膠粒在形成過程中，膠核優(yōu)先吸附某種離子，使膠粒

（3）可電離的大分子溶膠，由于大分子本身發(fā)生電離，而使膠粒帶電。

例如蛋白質(zhì)分子，有許多羧基和胺基，在pH較高的溶液中，離解生成P–COO-離子而負(fù)帶電；在pH較低的溶液中，生成P-NH3+離子而帶正電。

在某一特定的pH條件下，生成的-COO-和-NH3+數(shù)量相等，蛋白質(zhì)分子的凈電荷為零，這時pH稱為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)

。1.膠粒帶電的本質(zhì)

第39頁/共86頁（3）可電離的大分子溶膠，由于大分子本身發(fā)生電離，而使膠

膠粒在重力場作用下發(fā)生沉降，而產(chǎn)生沉降電勢；帶電的介質(zhì)發(fā)生流動，則產(chǎn)生流動電勢。這是因動而產(chǎn)生電。

以上四種現(xiàn)象都稱為電動現(xiàn)象。

由于膠粒帶電，而溶膠是電中性的，則分散介質(zhì)與膠粒帶有相反的電荷。在外電場作用下，膠粒和介質(zhì)分別向帶相反電荷的電極移動，就產(chǎn)生了電泳和電滲的電動現(xiàn)象，這是因電而動。2.電動現(xiàn)象第40頁/共86頁膠粒在重力場作用下發(fā)生沉降，而產(chǎn)生沉降電勢；帶

影響電泳的因素有：帶電粒子的大小、形狀；粒子表面電荷的數(shù)目；介質(zhì)中電解質(zhì)的種類、離子強(qiáng)度，pH值和粘度；電泳的溫度和外加電壓等。

帶電膠?；虼蠓肿釉谕饧与妶龅淖饔孟孪驇喾措姾傻碾姌O作定向移動的現(xiàn)象稱為電泳。

從電泳現(xiàn)象可以獲得膠?；虼蠓肿拥慕Y(jié)構(gòu)、大小和形狀等有關(guān)信息。(1)電泳（electrophoresis）第41頁/共86頁影響電泳的因素有：帶電粒子的大小、形狀；粒子

首先在漏斗中裝上待測溶膠，U型管下部活塞內(nèi)徑與管徑相同。

實(shí)驗(yàn)開始時，打開底部活塞，使Fe（OH）3溶膠進(jìn)入U型管，當(dāng)液面略高于左、右兩活塞時即關(guān)上，并把多余溶膠吸走。在管中加入分散介質(zhì)NaCl，使兩臂液面等高。

再慢慢打開活塞1、2、4時溶膠繼續(xù)進(jìn)入U形管，使NaCl溶液浸沒電極為止，這是U形管中已形成一個明顯的界面。界面移動電泳儀第42頁/共86頁首先在漏斗中裝上待測溶膠，U型管下部活塞內(nèi)徑與

接通電源，觀察液面的變化。發(fā)現(xiàn)右端的液面上升，左面的液面下降，說明Fe(OH)3溶膠帶正電荷。

根據(jù)通電時間和液面升高或下降的刻度計算電泳速度。

另外要選擇合適的介質(zhì)，使電泳過程中保持液面清晰。界面移動電泳儀第43頁/共86頁接通電源，觀察液面的變化。發(fā)現(xiàn)右端的液面上升，左面的

在外加電場作用下，膠體溶液中膠粒不動而分散介質(zhì)發(fā)生定向遷移的現(xiàn)象稱為電滲。

電滲實(shí)驗(yàn)（2）電滲（electro-osmosis)第44頁/共86頁在外加電場作用下，膠體溶液中膠粒不動而分散介質(zhì)發(fā)生定練習(xí)題：479頁，1，2。（2）電滲（electro-osmosis)第45頁/共86頁練習(xí)題：479頁，1，2。（2）電滲（electro-o

當(dāng)固體與液體接觸時，可以是固體從溶液中選擇性吸附某種離子，也可以是固體分子本身發(fā)生電離作用而使離子進(jìn)入溶液，以致使固液兩相分別帶有不同符號的電荷，在界面上形成了雙電層的結(jié)構(gòu)。

對于雙電層的具體結(jié)構(gòu)，一百多年來不同學(xué)者提出了不同的看法。最早于1879年亥姆霍茲(Helmholz)提出平板型模型；

1910年古埃（Gouy）和1913年查普曼（Chapman）修正了平板型模型，提出了擴(kuò)散雙電層模型；3.雙電層（doublelayer)第46頁/共86頁當(dāng)固體與液體接觸時，可以是固體從溶液中選擇性吸附某種

Gouy和Chapman認(rèn)為，由于正、負(fù)離子靜電吸引

和熱運(yùn)動兩種效應(yīng)的結(jié)果，溶液中的反離子只有一部

分緊密地排在固體表面附近，相距約一、二個離子厚

度稱為緊密層；

另一部分離子按一定的濃度梯度擴(kuò)散到本體溶液中，離子的分布可用玻茲曼公式表示，稱為擴(kuò)散層。雙電層由緊密層和擴(kuò)散層構(gòu)成。移動的切動面為AB面。3.雙電層（doublelayer)第47頁/共86頁Gouy和Chapman認(rèn)為，由于正、負(fù)離子3.雙電層（doublelayer)第48頁/共86頁3.雙電層（doublelayer)第48頁/共86頁電動電勢亦稱為

電勢。

在擴(kuò)散雙電層模型中，切動面AB與溶液本體之間的電勢差為電勢；

電勢總是比熱力學(xué)電勢低，外加電解質(zhì)會使電勢變小甚至改變符號。只有在質(zhì)點(diǎn)移動時才顯示出電勢，所以又稱電動電勢。

帶電的固體或膠粒在移動時，移動的切動面與液體本體之間的電勢差稱為電動電勢。電動電勢（electrokineticpotential）第49頁/共86頁電動電勢亦稱為電勢。在擴(kuò)散雙電層模型中，外加電解質(zhì)會使擴(kuò)散層變薄，電動電勢減小，甚至下降到零，以至反號。電動電勢（electrokineticpotential）第50頁/共86頁外加電解質(zhì)會使擴(kuò)散層變薄，電動電勢減小，甚至下降到零，以至反電動電勢（electrokineticpotential）第51頁/共86頁電動電勢（electrokineticpotential）

溶膠的穩(wěn)定性

影響溶膠穩(wěn)定性的因素

聚沉值與聚沉能力

Schulze-Hardy規(guī)則

電解質(zhì)對溶膠穩(wěn)定性的影響

不同膠體的相互作用

1.敏化作用

2.金值 §13.5溶膠的穩(wěn)定性和聚沉作用第52頁/共86頁溶膠的穩(wěn)定性影響溶膠穩(wěn)定性的因素聚沉值與聚沉能力S抗聚結(jié)穩(wěn)定性：膠粒之間有相互吸引的能量Va和相互排斥的能量Vr，總作用能為Va+Vr。如圖所示：動力學(xué)穩(wěn)定性：由于溶膠粒子小，布朗運(yùn)動激烈，在重力場中不易沉降，使溶膠具有動力穩(wěn)定性。

當(dāng)粒子相距較大時，主要為吸力，總勢能為負(fù)值；當(dāng)靠近到一定距離，雙電層重疊，排斥力起主要作用，勢能升高。要使粒子聚結(jié)必須克服這個勢壘。1.溶膠的穩(wěn)定性第53頁/共86頁抗聚結(jié)穩(wěn)定性：膠粒之間有相互吸引的能量Va和相互排斥的能量V(2).濃度的影響。

濃度增加，粒子碰撞機(jī)會增多。(3).溫度的影響。

溫度升高，粒子碰撞機(jī)會增多，碰撞強(qiáng)度增加。(4).膠體體系的相互作用。帶不同電荷的膠?；ノ鄢?。(1).外加電解質(zhì)的影響。這影響最大，主要影響膠粒的帶電情況，使電位下降，促使膠粒聚結(jié)。2.影響溶膠穩(wěn)定性的因素第54頁/共86頁(2).濃度的影響。 (3).溫度的影響。 (4).膠體體系聚沉值與聚沉能力聚沉值： 使一定量的溶膠在一定時間內(nèi)完全聚沉

所需電解質(zhì)的最小濃度。從表中數(shù)據(jù)可 知，對同一溶膠，外加電解質(zhì)的離子價 數(shù)越高，其聚沉值越小。2.影響溶膠穩(wěn)定性的因素第55頁/共86頁聚沉值與聚沉能力聚沉值： 使一定量的溶膠在一定時間內(nèi)完全聚沉聚沉能力：是聚沉值的倒數(shù)。聚沉值越大的電解質(zhì) 聚沉能力越小；反之，聚沉值越小的電 解質(zhì)，其聚沉能力越強(qiáng)。

電解質(zhì)