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第九章胶体化学第一页，本课件共有68页 把一种或几种物质分散在另一种物质中就构成分散体系。其中，被分散的物质称为分散相（dispersed phase），另一种物质称为分散介质（dispersing medium)。例如：云，牛奶，珍珠9.1 分散系统的分类及其主要特征分散系统的分类及其主要特征分散系统：分散系统：一种或几种物质分散在另一种物质中所构成的体一种或几种物质分散在另一种物质中所构成的体系。系。第二页，本课件共有68页 按分散相粒子的大小分类按分散相粒子的大小分类 1.分子分散体系分子分散体系 分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶，没分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶，没有界面，是有界面，是均匀的单相均匀的单相，分子直径大小在，分子直径大小在10-9 m以下以下。通常把这种体系称为真溶液，如通常把这种体系称为真溶液，如CuSO4溶液。溶液。2.胶体分散体系胶体分散体系 分散相粒子的直径在分散相粒子的直径在1 nm100 nm之间的体系。目测是均之间的体系。目测是均匀的，但实际是多相不均匀体系。也有的将匀的，但实际是多相不均匀体系。也有的将1 nm 1000 nm之之间的粒子归入胶体范畴。间的粒子归入胶体范畴。3.粗分散体系粗分散体系 当分散相粒子当分散相粒子大于大于100 nm,目测是混浊不均匀体系，放目测是混浊不均匀体系，放置后会沉淀或分层，如黄河水。置后会沉淀或分层，如黄河水。第三页，本课件共有68页 在胶体系统中，分散相的物质粒子是构成胶团的核心，简称其在胶体系统中，分散相的物质粒子是构成胶团的核心，简称其为胶核。高度分散的多相性和热力学不稳定性是胶体系统的主要特为胶核。高度分散的多相性和热力学不稳定性是胶体系统的主要特征，又是产生其他现象的主要依据。征，又是产生其他现象的主要依据。第四页，本课件共有68页按分散相和介质聚集状态分类1.液溶胶液溶胶：将将液体作为分散介质液体作为分散介质所形成的溶胶。所形成的溶胶。2.A.液液-固溶胶固溶胶:油漆油漆,AgI溶胶溶胶.B.液液-液溶胶液溶胶:牛奶牛奶,石油石油,原油等乳状液。原油等乳状液。C.液液-气溶胶气溶胶:泡沫泡沫 2.固溶胶固溶胶:将固体作为将固体作为分散介质所形成的溶胶。分散介质所形成的溶胶。A.固固-固溶胶固溶胶;有色玻璃有色玻璃,不完全互溶的合金不完全互溶的合金.B.固固-液溶胶液溶胶;珍珠珍珠,某些宝石某些宝石.C.固固-气溶胶气溶胶;泡沫塑料泡沫塑料,沸石沸石.3.气溶胶气溶胶:将气体作为分散介质所形成的溶胶。将气体作为分散介质所形成的溶胶。A.气气-固溶胶固溶胶;烟烟,含尘的空气含尘的空气.B.气气-液溶胶液溶胶;雾雾,云云.第五页，本课件共有68页按胶体溶液的稳定性分类按胶体溶液的稳定性分类 1.憎液溶胶憎液溶胶:直径在直径在1 nm100 nm之间的难溶物固体粒子分散在液体之间的难溶物固体粒子分散在液体介质中，有很大的相界面，易聚沉，介质中，有很大的相界面，易聚沉，是热力学上的不稳是热力学上的不稳定系统。定系统。一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成溶一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成溶胶，是胶，是 一个一个不可逆系统不可逆系统，如氢氧化铁溶胶、碘化银溶胶，如氢氧化铁溶胶、碘化银溶胶等。这是胶体分散系统等。这是胶体分散系统中主要研究的内容中主要研究的内容.2.亲液溶胶：亲液溶胶：半径落在胶体粒子范围内的大分子溶解在合适的溶半径落在胶体粒子范围内的大分子溶解在合适的溶剂中，一旦将溶剂蒸发，大分子化合物凝聚，再加剂中，一旦将溶剂蒸发，大分子化合物凝聚，再加入溶剂，又可形成溶胶，入溶剂，又可形成溶胶，亲液溶胶是热力学上稳定、亲液溶胶是热力学上稳定、可逆的系统。可逆的系统。第六页，本课件共有68页9.2 胶体系统的制备（1）分散法：把粗大的分散质用机械分散或其他适当方法分散到胶粒大小范围。（2）凝聚法：把真溶液中的微小粒子（分子，离子）用化学的方法凝聚到胶体的分散范围。第七页，本课件共有68页溶胶的净化 在制备溶胶的过程中，常生成一些多余的电解质，如制备 Fe(OH)3溶胶时生成的HCl。少量电解质可以作为溶胶的稳定剂，但是过多的电解质存在会使溶胶不稳定，容易聚沉，所以必须除去。净化的方法主要有渗析法和超过滤法。第八页，本课件共有68页 （1）渗析法简单渗析 将需要净化的溶胶放在羊皮纸或动物膀胱等半透膜制成的容器内，膜外放纯溶剂。溶胶的净化 利用浓差因素，多余的电解质离子不断向膜外渗透，经常更换溶剂，就可以净化半透膜容器内的溶胶。如将装有溶胶的半透膜容器不断旋转，可以加快渗析速度。第九页，本课件共有68页半透膜半透膜水水渗析渗析胶体（淀粉胶体）（氯化钠）溶液溶液滤液（淀粉胶体、氯化钠溶液）半透膜半透膜渗渗 析析胶粒不能透过半透膜，溶质分子能透过半透膜。第十页，本课件共有68页渗析：渗析：利用利用半透膜半透膜把胶体中混有的离子把胶体中混有的离子或分子从胶体溶液里分离的操作。或分子从胶体溶液里分离的操作。半透膜：半透膜：鸡蛋壳的内膜、肠衣、羊皮纸、鸡蛋壳的内膜、肠衣、羊皮纸、牛皮纸、胶棉薄膜、玻璃纸等。牛皮纸、胶棉薄膜、玻璃纸等。半透膜孔隙大小：半透膜孔隙大小：小于小于1nm，胶体和浊液，胶体和浊液的粒子不可以通过，只能允许溶液中较小的粒子不可以通过，只能允许溶液中较小的离子或分子通过。的离子或分子通过。第十一页，本课件共有68页 用半透膜作过滤膜，利用吸滤或加压的方法使胶粒与含有杂质的介质在压差作用下迅速分离。（2）超过滤法 将半透膜上的胶粒迅速用含有稳定剂的介质再次分散。第十二页，本课件共有68页1）超过滤装置：第十三页，本课件共有68页2）电超过滤：有时为了加快过滤速度，在半透膜两边安放电极，施以一定电压，使电渗析和超过滤合并使用，这样可以降低超过滤压力。第十四页，本课件共有68页9.3 胶体系统的光学性质胶体系统的光学性质1、Tyndall（丁达尔）效应（丁达尔）效应丁达尔效应：在暗室里，将一束聚集的光投射到胶体系统丁达尔效应：在暗室里，将一束聚集的光投射到胶体系统 上，在与入射光垂直的方向上，可观察到一上，在与入射光垂直的方向上，可观察到一 个发亮的光柱，其中并有微粒闪烁。个发亮的光柱，其中并有微粒闪烁。1869年年 Tyndall发现胶体系统有光散射现象发现胶体系统有光散射现象第十五页，本课件共有68页丁达尔现象：丁达尔现象：可以利用这个可以利用这个办法鉴别胶体办法鉴别胶体和溶液和溶液第十六页，本课件共有68页光散射：分子吸收一定波长的光，形成电偶极子，光散射：分子吸收一定波长的光，形成电偶极子，由其振荡向各个方向发射振动频率与入由其振荡向各个方向发射振动频率与入 射光频率相同的光。射光频率相同的光。丁达尔效应是由于胶体粒子发生丁达尔效应是由于胶体粒子发生光散射光散射而引起的而引起的系统完全均匀：所有散射光相互抵消，系统完全均匀：所有散射光相互抵消，看不到散射光；看不到散射光；系统不均匀：散射光不会被相互抵消，系统不均匀：散射光不会被相互抵消，可看到散射光。可看到散射光。胶体系统的丁达尔效应是其高度的分散性和多相胶体系统的丁达尔效应是其高度的分散性和多相不均匀性的反应。不均匀性的反应。第十七页，本课件共有68页但粒子的直径不是越大越容易产生丁达尔效应：但粒子的直径不是越大越容易产生丁达尔效应：当粒子粒径当粒子粒径 波长时，发生光的反射；波长时，发生光的反射；当粒子粒径当粒子粒径 波长时，发生光的散射波长时，发生光的散射可见光的波长：可见光的波长：400 760 nm胶体粒子直径：胶体粒子直径：1 100 nm 胶体系统可发生光散射胶体系统可发生光散射丁达尔效应可用来区分丁达尔效应可用来区分胶体溶液胶体溶液小分子真溶液小分子真溶液第十八页，本课件共有68页2.瑞利瑞利公式公式I：散射光强：散射光强；I0:入射光强；入射光强；V：一个粒子的体积；一个粒子的体积；C：单位体积中的粒子数；：单位体积中的粒子数；:入射光波长入射光波长 l :观测距离；观测距离；n:分散相的折射率；分散相的折射率；n0：分散介质的折射率；：分散介质的折射率；：散射角：散射角(观测方向与入射光之间的夹角观测方向与入射光之间的夹角)；1871年年Rayleigh对非导电的、球形粒子的稀溶对非导电的、球形粒子的稀溶胶系统，导出了单位体积溶胶的散射强度：胶系统，导出了单位体积溶胶的散射强度：第十九页，本课件共有68页由由 Rayleigh 公式可知：公式可知：1)I V 2 可用来鉴别小分子真溶液与胶体溶液；可用来鉴别小分子真溶液与胶体溶液；如已知如已知 n、n0，可测，可测 I 求粒子大小求粒子大小V。2)I 1/4 波长越短的光，散射越强。波长越短的光，散射越强。例：用白光照射溶胶，例：用白光照射溶胶，散射光呈蓝色，散射光呈蓝色，透射光呈橙红色。透射光呈橙红色。第二十页，本课件共有68页3)I n可以此来区分可以此来区分胶体溶液胶体溶液高分子溶液高分子溶液分散相与分散介质有相界面，分散相与分散介质有相界面，n大大均相溶液，均相溶液，n小小4)I C可通过光散射来测定溶胶和粗分散系统的浊度可通过光散射来测定溶胶和粗分散系统的浊度同一种溶胶，仅同一种溶胶，仅C不同时，有：不同时，有：如已知如已知C1，可求可求C2 第二十一页，本课件共有68页一般显微镜看不到胶体粒子的存在，超显微镜，特别是电子显微镜的应用，给研究溶胶带来极大的方便，能直接观察到粒子的形状及测定某些胶核的大小。第二十二页，本课件共有68页9.4 溶胶的动力学性质溶胶的动力学性质1.Brown 运动运动 1827年，英国植物年，英国植物学家学家Brown在显微镜下观在显微镜下观察到悬浮于水中的花粉察到悬浮于水中的花粉粒子处于不停息的、无粒子处于不停息的、无规则的运动之中。此后规则的运动之中。此后发现凡线度小于发现凡线度小于4 m 的的粒子，在分散介质中均粒子，在分散介质中均呈现这种运动。呈现这种运动。第二十三页，本课件共有68页 1905年年 Einstein 用统计和分子运动论的观点，用统计和分子运动论的观点，提出提出 Einstein-Brown 平均位移公式：平均位移公式：(1)x:t 时间内粒子的平均位移；时间内粒子的平均位移；r:粒子半径粒子半径L：阿伏加德罗常数；：阿伏加德罗常数；：分散介质粘度：分散介质粘度第二十四页，本课件共有68页2.扩散扩散 在有浓度梯度存在时，物质粒子因热运动而发生在有浓度梯度存在时，物质粒子因热运动而发生宏观上的定向迁移。宏观上的定向迁移。Fick 扩散第一定律：扩散第一定律：在一定温度下，在浓差作用下，单位时间内向在一定温度下，在浓差作用下，单位时间内向 x 方向扩方向扩散散,通过截面积通过截面积AS的物质的量的物质的量 dn/dt 正比于浓度梯度正比于浓度梯度dc/dx 与与AS 的乘积，比例系数的乘积，比例系数D 称为扩散系数。称为扩散系数。c大大c小小AS第二十五页，本课件共有68页D 扩散系数扩散系数 单位浓梯下，单位时间通过单位单位浓梯下，单位时间通过单位 面积的物质的量。单位：面积的物质的量。单位：m2 s-1 D 可用可用来衡量扩散速率来衡量扩散速率cxQ在扩散方向上，在扩散方向上，dc为为-等式右边有等式右边有-号。号。第二十六页，本课件共有68页粒子越小，扩散系数越大，扩散能力越强。粒子越小，扩散系数越大，扩散能力越强。球形粒子，球形粒子，D 可由爱因斯坦斯托克斯方程计算：可由爱因斯坦斯托克斯方程计算：（2）第二十七页，本课件共有68页 如分散相粒子大小一致，将如分散相粒子大小一致，将(1）,(2)式结合，式结合，可得：可得：测测 x，可求出，可求出 D 由由D，、，可求出可求出一个球形胶体粒子的质量：一个球形胶体粒子的质量：1 mol 胶体粒子胶体粒子的摩尔质量：的摩尔质量：第二十八页，本课件共有68页3.沉降与沉降平衡沉降与沉降平衡 多相分散系统中的粒子，因受重力作用而下沉多相分散系统中的粒子，因受重力作用而下沉的过程，称为沉降。的过程，称为沉降。沉降与扩散为粒子受到的两个相反的作用。沉降与扩散为粒子受到的两个相反的作用。沉降沉降 扩散扩散 分散相分布分散相分布真溶液真溶液 均相均相粗分散系统粗分散系统 沉于底部沉于底部胶体系统胶体系统 平衡平衡 形成浓梯形成浓梯第二十九页，本课件共有68页 构成沉降平衡时，粒子沿构成沉降平衡时，粒子沿高度方向形成浓度梯度高度方向形成浓度梯度(如图如图)，粒子在底部数密度较高，上，粒子在底部数密度较高，上部数密度较低。部数密度较低。第三十页，本课件共有68页上式可用于计算大气压力上式可用于计算大气压力 p 与高度与高度 h 的关系：的关系：不考虑温度影响时：不考虑温度影响时：p2/p1=C2/C1大气中的分子不必做浮力校正，大气中的分子不必做浮力校正，1-(0/)=1 对微小粒子的沉降平衡，贝林对微小粒子的沉降平衡，贝林(Perrin)导出导出粒子浓度随高度的分布定律：粒子浓度随高度的分布定律：1)该式只适用于粒子大小相等的体系，但形状不限；该式只适用于粒子大小相等的体系，但形状不限；2)粒子越重（粒子越重（M 大），随大），随 h 增加，浓度降低越快。增加，浓度降低越快。C:粒子数密度粒子数密度 0：介质密度：介质密度第三十一页，本课件共有68页9.5 溶胶的电学性质溶胶的电学性质溶胶表面电荷的来源：溶胶表面电荷的来源：（a）溶胶粒子可选择性地吸附某种离子而带电）溶胶粒子可选择性地吸附某种离子而带电;（b）溶胶粒子表面上的某些分子、原子可发生）溶胶粒子表面上的某些分子、原子可发生 电离。电离。实验发现溶胶具有电动现象，说明溶胶表面带有电实验发现溶胶具有电动现象，说明溶胶表面带有电荷。荷。第三十二页，本课件共有68页例：例：1)AgI溶胶：溶胶：溶液中溶液中I 过量时，可吸附过量时，可吸附 I 而带负电，而带负电，溶液中溶液中Ag+过量时，可吸附过量时，可吸附 Ag+而带正电。而带正电。2)蛋白质中的氨基酸分子蛋白质中的氨基酸分子:在在 pH 低时氨基形成低时氨基形成 NH3+而带正电；而带正电；在在 pH 高时羧基形成高时羧基形成 COO 而带负电。而带负电。第三十三页，本课件共有68页1.双电层理论双电层理论常用名词：常用名词：双电层：双电层：质点表面电荷与周围介质中的反离子质点表面电荷与周围介质中的反离子构成的电层；构成的电层；表面电势表面电势 0：带电质点表面与液体的电势差：带电质点表面与液体的电势差：电势：电势：固、液两相发生固、液两相发生相对运动相对运动的边界处与液的边界处与液 体内部的电体内部的电势势差。差。第三十四页，本课件共有68页缺点：缺点：1)不能解释表面电势不能解释表面电势 o 与与 电势电势的区别；的区别；2)不能解释电解质对不能解释电解质对 电势的影响电势的影响 1879年，亥姆霍兹首年，亥姆霍兹首先提出在固液两相之间的先提出在固液两相之间的界面上形成双电层的概念。界面上形成双电层的概念。1)亥姆霍兹平板电容器模型亥姆霍兹平板电容器模型0 x 0 第三十五页，本课件共有68页 1910年，古依和查普曼年，古依和查普曼提出了扩散双电层理论提出了扩散双电层理论2)古依查普曼扩散双电层模型古依查普曼扩散双电层模型0 x扩散层扩散层 0 静电力：使反离子趋向表面静电力：使反离子趋向表面 热扩散：使反离子均匀分布热扩散：使反离子均匀分布 总结果总结果：反离子平衡分布反离子平衡分布 第三十六页，本课件共有68页 古依查普曼模型正确反映了反离子在扩散层古依查普曼模型正确反映了反离子在扩散层中分布的情况，及相应电势的变化，并区分了中分布的情况，及相应电势的变化，并区分了 与与 0 的不同。这些观点在今天看来仍是正确的。的不同。这些观点在今天看来仍是正确的。缺点：缺点：1)没有给出没有给出 电势的具体位置及意义电势的具体位置及意义 2)没有考虑胶粒表面上的固定吸附层没有考虑胶粒表面上的固定吸附层第三十七页，本课件共有68页 1924年，斯特恩提出扩散双电层模型。年，斯特恩提出扩散双电层模型。他认为：他认为：1)离子有一定的大小；离子有一定的大小；2)质点与表面除静电作用外，质点与表面除静电作用外，还有范德华作用；还有范德华作用；因此表面可形成一固定吸附层，此因此表面可形成一固定吸附层，此层称为层称为Stern层。层。称为斯特恩电势称为斯特恩电势 为滑动面与溶液本体之间的电势差为滑动面与溶液本体之间的电势差Stern 模型：固定层模型：固定层（紧密层）（紧密层）扩散层扩散层固体表面固体表面Stern层层滑动面滑动面距离距离3)3)斯特恩斯特恩(Stern)(Stern)双电层模型双电层模型第三十八页，本课件共有68页 当当溶溶液液中中电电解解质质浓浓度度增增加加时时，介介质质中中反反离离子子的的浓浓度度加加大大，将将压压缩缩扩扩散散层层使使其其变变薄薄，把把更更多多的的反反离离子子挤挤进进滑滑动动面面以以内内，使使 电势在数值上变小，电势在数值上变小，电势的大小，反映了胶粒带电的程度电势的大小，反映了胶粒带电的程度 电势电势，表明：表明：胶粒带电胶粒带电 ，滑动面与溶液本体之间的电势差滑动面与溶液本体之间的电势差 ，扩散层厚度扩散层厚度 =0 时，为等电点，时，为等电点，u=0，溶胶极易聚沉，溶胶极易聚沉滑动面滑动面第三十九页，本课件共有68页斯特恩模型斯特恩模型:v给出了给出了 电势明确的物理意义，电势明确的物理意义，v解释了溶胶的电动现象，解释了溶胶的电动现象，v解释了电解质浓度对溶胶稳定性的影响，解释了电解质浓度对溶胶稳定性的影响，v使人们对双电层的结构有了更深入的认识。使人们对双电层的结构有了更深入的认识。第四十页，本课件共有68页 当固体与液体接触时，可以是固体从溶液中选择性吸当固体与液体接触时，可以是固体从溶液中选择性吸附某种离子，也可以是固体分子本身发生电离作用而使离附某种离子，也可以是固体分子本身发生电离作用而使离子进入溶液，子进入溶液，在界面上形成了双电层的结构。在界面上形成了双电层的结构。胶粒的双电层结构胶粒的双电层结构 由于正、负离子静电吸引和热运由于正、负离子静电吸引和热运动两种效应的结果，溶液中的反离动两种效应的结果，溶液中的反离子只有一部分紧密地排在固体表面子只有一部分紧密地排在固体表面附近，相距约一、二个离子厚度称附近，相距约一、二个离子厚度称为为紧密层紧密层；另一部分离子按一定的；另一部分离子按一定的浓度梯度扩散到本体溶液中，离子浓度梯度扩散到本体溶液中，离子的分布可用玻兹曼公式表示，称为的分布可用玻兹曼公式表示，称为扩散层扩散层。双电层由紧密层和扩散。双电层由紧密层和扩散层构成。层构成。滑动面滑动面为为AB面。面。吸附层表面的一薄层溶剂吸附层表面的一薄层溶剂（离子溶剂化造成的）第四十一页，本课件共有68页双电层的建立双电层的建立：由于分散相固体表面吸附或解离，所以溶胶离子就带有电荷。由于分散相固体表面吸附或解离，所以溶胶离子就带有电荷。静电吸引力使反离子靠近胶核静电吸引力使反离子靠近胶核热运动使反离子扩散到溶液中热运动使反离子扩散到溶液中二力作用的结果，最终达成平衡，形成紧密层二力作用的结果，最终达成平衡，形成紧密层紧密层与分散层之间就建立了双电层。紧密层与分散层之间就建立了双电层。第四十二页，本课件共有68页（1）电泳）电泳 在在外外电电场场的的作作用用下下，胶胶体体粒粒子子在在分分散散介介质质 中中定向移动的现象，称为电泳。定向移动的现象，称为电泳。界面法移动法电泳装置界面法移动法电泳装置 实实验验测测出出在在一一定定时时间间内内界界面面移移动动的的距距离离，可可求求得得粒粒子子的的电电泳泳速速度度，由由电电泳泳速速度度可可求求出出胶胶体体粒粒子的子的 电势。电势。2.溶胶的电动现象溶胶的电动现象NaC l溶液溶液Fe(OH)3溶胶溶胶+-第四十三页，本课件共有68页（2 2）电渗）电渗 在外电场作用下，分散介质通过多孔固体在外电场作用下，分散介质通过多孔固体（膜）而定向移动的现象，称为电渗。（膜）而定向移动的现象，称为电渗。外加电解质对电渗速度影响显著，随着电解质浓度外加电解质对电渗速度影响显著，随着电解质浓度的增加，电渗速度降低，甚至会改变电渗的方向。的增加，电渗速度降低，甚至会改变电渗的方向。电渗方法有许多实际应用，如溶胶净化、海水淡化、电渗方法有许多实际应用，如溶胶净化、海水淡化、泥炭和染料的干燥等。泥炭和染料的干燥等。第四十四页，本课件共有68页（3）流动电势）流动电势 在在外外力力作作用用下下，迫迫使使液液体体通通过过多多孔孔隔隔膜膜（或或毛毛细细管管）定定向向流流动动，在在多多孔孔隔隔膜膜两两端端所所产产生生的的电电势势差差，称称为为流流动动电电势势。（可可视为电渗的逆过程）视为电渗的逆过程）V1,V2：液槽：液槽P：电位差计：电位差计N2：外加气体：外加气体N2E1,E2：紧靠多孔隔膜：紧靠多孔隔膜M上下两端的电极上下两端的电极第四十五页，本课件共有68页（4）沉降电势）沉降电势 分分散散相相粒粒子子在在重重力力场场或或离离心心力力场场的的作作用用下下迅迅速速移移动动时时，在在移移动动方方向向的的两两端端所所产产生生的的电电势势差差，称称为为沉沉降降电电势势。（可可视视为为电电泳泳的的逆逆过程）过程）第四十六页，本课件共有68页9.6 憎液溶胶的胶团结构憎液溶胶的胶团结构 例：例：AgNO3 +KI AgI +KNO3KI 过量过量 ：AgI 溶胶吸附溶胶吸附 I 带负电，带负电，K为反离子；为反离子；AgNO3过量：过量：AgI 溶胶吸附溶胶吸附 Ag带正电，带正电，NO3为反离子为反离子胶体粒子带电的正负号，取决于胶核上离子的正负号。胶体粒子带电的正负号，取决于胶核上离子的正负号。第四十七页，本课件共有68页胶团结构表示：胶团结构表示：例：例：I过量，生成带负电的胶粒，过量，生成带负电的胶粒，K为反离子为反离子 胶团胶团 AgIm nI(n-x)K+x-xK+胶核胶核 胶粒胶粒第四十八页，本课件共有68页胶团剖面图：胶团剖面图：特点：特点：1)胶胶核核：首首先先吸吸附附过过量量的的成成核核离离子子，然然后后吸吸附附反反离子；离子；2)胶团整体为电中性胶团整体为电中性第四十九页，本课件共有68页(AgI)m胶核胶核K+K+K+K+胶胶团团I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-K+K+K+K+K+K+K+K+胶胶粒粒胶团构造示意图第五十页，本课件共有68页(AgI)m n Ag+(n-x)NO3-x xNO3+胶核胶核胶粒胶粒胶团胶团正电荷胶粒正电荷胶粒第五十一页，本课件共有68页9.7 溶胶的经典稳定理论溶胶的经典稳定理论 DLVO理论理论 溶胶是热力学不稳定系统，但有些溶胶却能在相溶胶是热力学不稳定系统，但有些溶胶却能在相当长的时间内稳定存在。例如法拉第所制的红色金溶当长的时间内稳定存在。例如法拉第所制的红色金溶胶，静置数十年后才聚沉。胶，静置数十年后才聚沉。那么是什么原因可以使那么是什么原因可以使溶胶稳定存在溶胶稳定存在？又是什么原？又是什么原因会导致溶胶聚沉呢？因会导致溶胶聚沉呢？1941年杰里亚金年杰里亚金(Derjaguin)和朗道和朗道(Landau)、1948年维韦年维韦(Verwey)和奥弗比克和奥弗比克(Overbeek)分别提分别提出了带电胶体粒子稳定的理论，简称出了带电胶体粒子稳定的理论，简称DLVO理论，从理论，从理论上揭示了溶胶稳定与聚沉的原因。理论上揭示了溶胶稳定与聚沉的原因。第五十二页，本课件共有68页1.溶胶的经典稳定理论溶胶的经典稳定理论DLVO理论理论溶胶粒子间的作用力：溶胶粒子间的作用力：van der Waals 吸引力：吸引力：EA -1/x2双电层引起的静电斥力双电层引起的静电斥力：ER ae-x 总作用势能：总作用势能：E=ER+EAEmaxEREAE势势能能x第一最小值第一最小值第二最小值第二最小值第一最小值第一最小值0粒子的平动能粒子的平动能(3/2)RT Emax时，溶胶不稳定时，溶胶不稳定第五十三页，本课件共有68页EA曲线的形状由粒子本性决定，不受电解质影响；曲线的形状由粒子本性决定，不受电解质影响；ER曲线的形状、位置强烈地受电解质浓度的影响。曲线的形状、位置强烈地受电解质浓度的影响。EREAEc1c2c3势势 能能0电解质浓度电解质浓度：ER，Emax，溶胶稳定性溶胶稳定性 电解质浓度对胶体粒子势能的影响电解质浓度对胶体粒子势能的影响：电解质浓度：电解质浓度：c3 c2 c1第五十四页，本课件共有68页所以溶胶稳定的原因：所以溶胶稳定的原因：1)胶粒带电胶粒带电 增加胶粒间的排斥作用；增加胶粒间的排斥作用；2)溶溶剂剂化化作作用用 形形成成弹弹性性水水化化外外壳壳，增增加加溶溶胶胶聚聚合的阻力；合的阻力；3)Brown运动运动 使胶粒克服受重力影响而不下沉使胶粒克服受重力影响而不下沉 除胶粒带电是溶胶稳定的主要原因外，溶剂化作除胶粒带电是溶胶稳定的主要原因外，溶剂化作用和布朗运动也是溶胶稳定的有利因素。用和布朗运动也是溶胶稳定的有利因素。第五十五页，本课件共有68页溶溶胶胶粒粒子子合合并并、长长大大，进进而而发发生生沉沉淀淀的的现现象象，称称为为聚聚沉沉。溶溶胶胶从从本本质质上上说说是是不不稳稳定定的的，许许多多因因素素可可导导致致溶溶胶胶聚聚沉沉，如如加加热热、辐辐射射、加加入入电电解解质质等等。溶溶胶胶对对电电解解质很敏感，这方面的研究也较深入。质很敏感，这方面的研究也较深入。(1)电解质的聚沉作用电解质的聚沉作用 少少量量的的电电解解质质可可对对溶溶胶胶起起稳稳定定作作用用，但但电电解解质质加加入入过过多多时时，尤尤其其是是含含高高价价反反离离子子电电解解质质的的加加入入，往往往往会会使使溶胶发生聚沉。溶胶发生聚沉。9.8 憎液溶胶的聚沉憎液溶胶的聚沉第五十六页，本课件共有68页聚沉值聚沉值 使溶胶发生明显的聚沉所需电解质的使溶胶发生明显的聚沉所需电解质的 最小浓度；最小浓度；聚沉能力聚沉能力 聚沉值的倒数聚沉值的倒数 电解质对溶胶的聚沉规律：电解质对溶胶的聚沉规律：(i)反离子的价数起主要作用反离子的价数起主要作用 价数价数，聚沉值，聚沉值，聚沉能力，聚沉能力 第五十七页，本课件共有68页Schulze-Hardy规则规则 聚沉能力主要决定于胶粒带相反电荷的离子的价数。聚沉值与异电性离子价数的六次方成反比，这就是Schulze-Hardy规则。例如，对于给定的溶胶，异电性离子分别为一、二、三价，则聚沉值的比例为：100 1.6 0.14 即为：第五十八页，本课件共有68页(ii)同价离子，有感胶离子序同价离子，有感胶离子序 正离子的聚沉能力：正离子的聚沉能力：H+Cs+Rd+NH4+K+Na+Li+负离子的聚沉能力负离子的聚沉能力：FClBrNO3IOH正离子水化能力强正离子水化能力强,r,水化能力水化能力,水化层厚水化层厚,进入紧密层少进入紧密层少,聚沉能力聚沉能力 负负离子水化能力弱离子水化能力弱,r,水化能力水化能力,水化层薄水化层薄,进入紧密层多进入紧密层多,聚沉能力聚沉能力 第五十九页，本课件共有68页(2)高分子化合物的聚沉作用高分子化合物的聚沉作用j搭桥效应搭桥效应 一个大分子通过吸附，把许多胶粒一个大分子通过吸附，把许多胶粒 联结起来，变成较大的聚集体而聚联结起来，变成较大的聚集体而聚 沉；沉；k脱水效应脱水效应 高分子对水的亲合力强，由于它的高分子对水的亲合力强，由于它的 存在，使胶粒脱水，失去水化外壳存在，使胶粒脱水，失去水化外壳 而聚沉；而聚沉；电中和效应电中和效应 离子型的高分子，吸附到带电胶离子型的高分子，吸附到带电胶 粒上，中和了粒子表面电荷，使粒上，中和了粒子表面电荷，使 粒子间斥力降低，进而聚沉。粒子间斥力降低，进而聚沉。第六十页，本课件共有68页9.9 乳状液乳状液 由由两两种种不不互互溶溶或或部部分分互互溶溶的的液液体体所所形形成成的的粗粗分散系统，称为分散系统，称为乳状液乳状液。类型类型水包油，水包油，O/W，油分散在水中油分散在水中油包水，油包水，W/O，水分散在油中水分散在油中O+W+乳化剂乳化剂 乳状液乳状液乳化剂乳化剂表面活性剂表面活性剂固体粉末固体粉末乳化剂能使乳状液比较稳定存在的作用称为乳化作用乳化作用。第六十一页，本课件共有68页1.乳状液类型的鉴别乳状液类型的鉴别(1)染色法：染色法：将油（水）溶性染料滴入乳状液，将油（水）溶性染料滴入乳状液，在显微镜下观察，染色的一相为油在显微镜下观察，染色的一相为油 （水）相。（水）相。(2)稀释法：稀释法：将乳状液滴入水中或油中，若乳状将乳状液滴入水中或油中，若乳状 液在水中能稀释，即为液在水中能稀释，即为O/W型；在型；在 油中能稀释，即为油中能稀释，即为W/O型。型。(3)导电法：导电法：O/W型乳状液的导电性能远好于型乳状液的导电性能远好于 W/O型乳状液，通过测电导可区别型乳状液，通过测电导可区别 两者。两者。第六十二页，本课件共有68页2.乳状液稳定的原因乳状液稳定的原因(1)降低界面张力降低界面张力 (a)加入表面活性剂，加入表面活性剂，G表表，稳定性，稳定性 (b)表面活性剂的表面活性剂的HLB值可决定形成乳状液值可决定形成乳状液 的类型：的类型：HLB 3-6:形成形成W/O型乳状液；型乳状液；HLB 12-18:形成形成O/W型乳状液。型乳状液。HLB:亲水亲油平衡亲水亲油平衡第六十三页，本课件共有68页 大头朝外，小头向内，大头朝外，小头向内，表面活性剂可紧密排列，形表面活性剂可紧密排列，形成厚壁，使乳状液稳定。成厚壁，使乳状液稳定。（2）形成定向楔的界面）形成定向楔的界面 二价碱金属皂类，二价碱金属皂类，形成形成W/O型乳状液：型乳状液：一价碱金属皂类，一价碱金属皂类，形成形成O/W型型乳状液：乳状液：第六十四页，本课件共有68页（3）形成扩散双电层）形成扩散双电层 离子型表面活性剂可形成扩散双电层，使乳状液稳定。离子型表面活性剂可形成扩散双电层，使乳状液稳定。（4）界面膜的稳定作用）界面膜的稳定作用 增强界面膜的强度，可增加乳状液的稳定性。增强界面膜的强度，可增加乳状液的稳定性。（5）固体粉末的稳定作用）固体粉末的稳定作用某些固体粉末也可起乳化稳定剂的作用：某些固体粉末也可起乳化稳定剂的作用：水能润湿水能润湿的固体粉末，可形成的固体粉末，可形成O/W型的乳状液，型的乳状液，如粘土等，如粘土等，油能润湿油能润湿的固体粉末，可形成的固体粉末，可形成W/O型的乳状液，型的乳状液，如石墨，如石墨，煤烟等煤烟等。第六十五页，本课件共有68页3.乳化剂的选择乳化剂的选择1945年年Griffin提出提出HLB法法选择乳化剂：选择乳化剂：HLB:亲水亲油平衡亲水亲油平衡 hydrophile lipophile balance HLB，亲油性亲油性，8 亲水。亲水。第六十六页，本课件共有68页HLB值可以从手册查出，也可以估算值可以从手册查出，也可以估算。第六十七页，本课件共有68页4.乳状液的去乳化乳状液的去乳化物理方法：物理方法：离心分离，静电破乳，超声波破乳；离心分离，静电破乳，超声波破乳；物理化学方法：物理化学方法：破坏乳化剂，加入破乳剂。破坏乳化剂，加入破乳剂。例如：例如：1)加入异戊醇，它的表面活性很强，会替代原来的加入异戊醇，它的表面活性很强，会替代原来的乳化剂吸附到界面上，但因它的链短又有分支，乳化剂吸附到界面上，但因它的链短又有分支，不能形成牢固的界面膜。不能形成牢固的界面膜。2)加入某些能与乳化剂起化学反应的物质，破坏乳化加入某些能与乳化剂起化学反应的物质，破坏乳化剂，进而达到破乳的目的。剂，进而达到破乳的目的。第六十八页，本课件共有68页