第六章 分子間力和長(zhǎng)程力#嚴(yán)選優(yōu)質(zhì)

1、第六章 分子間力和長(zhǎng)程力要求：掌握分子間力和長(zhǎng)程力的含義，范德華力的構(gòu)成；理解長(zhǎng)程力的計(jì)算公式和影響因素；掌握溶膠穩(wěn)定理論DLVO理論及其應(yīng)用；理解影響微顆粒凝聚與分散的各種因素。6.1 分子間力與長(zhǎng)程力及其之間的關(guān)系1、分子間力構(gòu)成任何物質(zhì)的分子之間都存在著固有引力，將此引力稱之為范德華力，該力的作用范圍不超過幾個(gè)分子直徑的距離，大約35。分子間的相互作用能大約0.11千卡摩爾。 2、長(zhǎng)程力 膠體粒子或微顆粒之間，當(dāng)相隔一定距離時(shí)，相互之間也要產(chǎn)生一種固有引力，這種力的作用范圍比范德華力大得多，例如：平板Fe2O3膠粒層間距離可為8000 ，玻璃表面吸附水蒸汽膜的厚度約為100 以上，故叫長(zhǎng)

2、程力或長(zhǎng)程范德華力。3、分子間力與長(zhǎng)程力之間的關(guān)系長(zhǎng)程力分為長(zhǎng)程范德華引力和長(zhǎng)程電場(chǎng)引力或斥力。長(zhǎng)程范德華引力：構(gòu)成膠粒或微顆粒的分子之間的范德華力的加和。長(zhǎng)程電場(chǎng)引力或斥力：膠?；蛭㈩w粒表面上電層之間的作用力。6.2 分子間力 1、分子的種類（1）偶極分子水分子：強(qiáng)偶極子 + +H 1053 H O （2）非極性分子氣體分子： （3）異極性分子表面活性物質(zhì)：2、分子間力范德華力的構(gòu)成（1）永久偶極子與永久偶極子之間的相互作用力（Keeson公式）取向靜電力： （2）永久偶極子與誘導(dǎo)偶極子之間的相互作用力（Debye公式）誘導(dǎo)力： （3）誘導(dǎo)偶極子與誘導(dǎo)偶極子之間的相互作用力（London公式

3、）色散力： 3、范德華力的起因 無論是哪種類型的分子間力，其產(chǎn)生的根本原因均是：一個(gè)偶極子產(chǎn)生的電場(chǎng)，對(duì)另一個(gè)偶極子產(chǎn)生的作用力的結(jié)果。（1） 偶極矩 d電荷q偶極矩=dq（2）范德華力的大小x -6式中：為兩個(gè)偶極子之間的作用力；負(fù)號(hào)表示偶極子之間的作用力為引力；為分子間范德華引力的強(qiáng)度；x為兩個(gè)分子之間的距離。6.3 長(zhǎng)程力長(zhǎng)程力包括長(zhǎng)程引力和長(zhǎng)程斥力。1、尺寸無限的兩塊平板之間單位面積的吸引勢(shì)能與兩個(gè)平板雙電層的相斥位能相近似。 以分子間力公式x -6為基礎(chǔ)，對(duì)兩平板中的所有分子與分子間的作用力進(jìn)行疊加積分，積分結(jié)果便是兩個(gè)宏觀體之間的長(zhǎng)程引力。2、膠體粒子（球形粒子）之間單位面積的吸引

4、勢(shì)能公式以分子間力公式x -6為基礎(chǔ)，對(duì)膠粒中的所有分子與分子間的作用力進(jìn)行疊加積分，積分結(jié)果便是膠體離子之間的長(zhǎng)程引力：HHamaker常數(shù)（哈馬克常數(shù)），在描述膠粒之間范德華引力所起的作用，相當(dāng)于單個(gè)分子中所起的作用。越大，分子間的范德華引力越大；H越大，膠粒之間的長(zhǎng)程范德華引力越大。 3、介質(zhì)對(duì)范德華引力的影響 212211+ 2為溶質(zhì)（分散相）；1為溶劑。 伴隨以上過程的勢(shì)能變化為: 上式中各ij，就的通式而言，各項(xiàng)距離參數(shù)和尺寸參數(shù)的依賴方式完全相等，只是分子參數(shù)不同，而分子參數(shù)又完全包括在Hamaker常數(shù)中，故有：質(zhì)點(diǎn)2被介質(zhì)1隔開的哈馬克常數(shù)。而 則 H212越小，介質(zhì)越容易將

5、質(zhì)點(diǎn)隔開，即溶質(zhì)越易分散。若H212為零，則質(zhì)點(diǎn)間的引力消失，溶質(zhì)溶于溶劑中。結(jié)論：（1） 無論是在真空中，還是在介質(zhì)中，由于范德華力存在，分散質(zhì)點(diǎn)間總是要產(chǎn)生一個(gè)凈引力；（2） 將質(zhì)點(diǎn)置于介質(zhì)中，一般減弱質(zhì)點(diǎn)間范德華引力，當(dāng)質(zhì)點(diǎn)的Hamaker常數(shù)與介質(zhì)的Hamaker常數(shù)相等時(shí)，質(zhì)點(diǎn)間引力消失，溶質(zhì)完全溶于介質(zhì)中。相似相溶原理6.4 勢(shì)能曲線與DLVO理論（溶膠穩(wěn)定理論） 1、球形顆粒之間的引力勢(shì)能、斥力位能及凈勢(shì)能（1）球形顆粒間范德華引力勢(shì)能表達(dá)式：（2）球形顆粒間雙電層斥力位能表達(dá)式：（3）球形顆粒間的的凈勢(shì)能：2、勢(shì)能曲線及DLVO理論（1）勢(shì)能曲線斥引凈能壘b第一極小值第二極小值+-X(2)DLVO溶膠穩(wěn)定性理論 對(duì)球形顆粒凈對(duì)x求導(dǎo)，導(dǎo)數(shù)為零的點(diǎn)為極值點(diǎn)。一般情況下有三個(gè)極值點(diǎn)：第一極小值、能壘和第二極小值。 膠體顆粒的穩(wěn)定性判斷： 當(dāng)能壘b熱運(yùn)動(dòng)能第二極小值時(shí)：膠體穩(wěn)定分散； 當(dāng)熱運(yùn)動(dòng)能第二極小值，同時(shí)能壘b時(shí)，膠體顆粒在第一極小值處凝聚，形成較為緊密的凝聚體。（3）攪拌對(duì)凝聚的作用弱攪拌可能有助于凝聚（在第二極小值處凝聚）；適當(dāng)增大攪拌強(qiáng)度，可能有助于分散（能量大于第二極小值，但小于能壘）；繼續(xù)增大攪拌強(qiáng)度，可能有助于凝聚（能量大于能壘，在第一極小值處凝聚）。3、討論 （1）表面電位0小，電介質(zhì)濃度高