理学章胶体与大分子溶液.pptx

2023/3/268.6 胶体及其基本特性胶粒的结构胶粒的结构 分散相与分散介质分散相与分散介质分散体系分类分散体系分类 （1）按分散相粒子的大小分类按分散相粒子的大小分类 （2）按分散相和介质的聚集状态分类按分散相和介质的聚集状态分类 （3）按胶体溶液的稳定性分类按胶体溶液的稳定性分类憎液溶胶的特性憎液溶胶的特性胶粒的形状胶粒的形状第1页/共92页2023/3/26分散相与分散介质 把把一种一种或几种物或几种物质分散在另一种物质质分散在另一种物质中就构成分散体系。中就构成分散体系。其中，其中，被分散的物质被分散的物质称为分散相称为分散相（dispersed phase），），另一种物质称为分散另一种物质称为分散介质介质（dispersing medium)。例如：云，牛奶，珍珠第2页/共92页2023/3/26分散体系分类分类体系通常有三种分类方法：分类体系通常有三种分类方法：分子分散体系分子分散体系胶体分散体系胶体分散体系粗分散体系粗分散体系按分散相粒子的大小分类：按分散相粒子的大小分类：按分散相和介质的聚集状态分类：按分散相和介质的聚集状态分类：液溶胶液溶胶固溶胶固溶胶气溶胶气溶胶第3页/共92页2023/3/26（1）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，分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶，没有界面，是均匀的单相，分子半径大小在没有界面，是均匀的单相，分子半径大小在10-9 m以以下下。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 分散相粒子的半径在分散相粒子的半径在1 nm100 nm之间的体系。目之间的体系。目测是均匀的，但实际是多相不均匀体系。也有的将测是均匀的，但实际是多相不均匀体系。也有的将1 nm 1000 nm之间的粒子归入胶体范畴。之间的粒子归入胶体范畴。3.粗分散体系粗分散体系 当分散相粒子大于当分散相粒子大于1000 nm,目测是混浊不均匀体目测是混浊不均匀体系，放置后会沉淀或分层，如黄河水。系，放置后会沉淀或分层，如黄河水。第4页/共92页2023/3/26（2）按分散相和介质聚集状态分类1.液溶胶液溶胶 将液体作为分散介质所形成的溶胶。当分散将液体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为不同状态时，则形成不同的液溶胶相为不同状态时，则形成不同的液溶胶：A.液液-固溶胶固溶胶 如油漆，如油漆，AgI溶胶溶胶B.液液-液溶胶液溶胶 如牛奶，石油原油等乳状液如牛奶，石油原油等乳状液C.液液-气溶胶气溶胶 如泡沫如泡沫第5页/共92页2023/3/26（2）按分散相和介质聚集状态分类2.固溶胶固溶胶 将固体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为将固体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为不同状态时，则形成不同的固溶胶：不同状态时，则形成不同的固溶胶：A.固固-固溶胶固溶胶 如有色玻璃，不完全互溶的合金如有色玻璃，不完全互溶的合金B.固固-液溶胶液溶胶 如珍珠，某些宝石如珍珠，某些宝石C.固固-气溶胶气溶胶 如泡沫塑料，沸石分子筛如泡沫塑料，沸石分子筛第6页/共92页2023/3/26（2）按分散相和介质聚集状态分类3.气溶胶气溶胶 将气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为将气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为固体或液体时，形成气固体或液体时，形成气-固或气固或气-液溶胶，液溶胶，但没有但没有气气-气溶胶气溶胶，因为不同的气体混合后是单相均一，因为不同的气体混合后是单相均一体系，不属于胶体范围体系，不属于胶体范围.A.气气-固溶胶固溶胶 如烟，含尘的空气如烟，含尘的空气B.气气-液溶胶液溶胶 如雾，云如雾，云第7页/共92页2023/3/26溶胶的特性（1）特有的分散程度）特有的分散程度 粒子的大小在粒子的大小在10-910-7 m之间，因而扩散较慢，不能透之间，因而扩散较慢，不能透过半透膜，渗透压低但有较强的动力稳定性过半透膜，渗透压低但有较强的动力稳定性 和乳光现象。和乳光现象。（2）多相不均匀性多相不均匀性 具有纳米级的粒子是由许多离子或分子聚结而成，结构具有纳米级的粒子是由许多离子或分子聚结而成，结构复杂，有的保持了该难溶盐的原有晶体结构，而且粒子大小复杂，有的保持了该难溶盐的原有晶体结构，而且粒子大小不一，与介质之间有明显的相界面，比表面很大。不一，与介质之间有明显的相界面，比表面很大。（3）热力学不稳定性热力学不稳定性 因为粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学不因为粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学不稳定体系，有自发降低表面自由能的趋势，即小粒子会自稳定体系，有自发降低表面自由能的趋势，即小粒子会自动聚结成大粒子。动聚结成大粒子。第8页/共92页2023/3/268.7 溶胶的光学和力学性质Tyndall效应Brown 运动 胶粒的扩散 沉降平衡第9页/共92页2023/3/26光散射现象 当光束通过分散体系时，一部分自由地通过，当光束通过分散体系时，一部分自由地通过，一部分被吸收、反射或散射。可见光的波长约在一部分被吸收、反射或散射。可见光的波长约在400700 nm之间。之间。（1）当光束通过）当光束通过粗分散体系粗分散体系，由于粒子大于入射，由于粒子大于入射光的波长，主要发生光的波长，主要发生反射反射，使体系呈现混浊。，使体系呈现混浊。（2）当光束通过）当光束通过胶体溶液胶体溶液，由于胶粒直径小于可，由于胶粒直径小于可见光波长，主要发生见光波长，主要发生散射散射，可以看见乳白色的光柱。，可以看见乳白色的光柱。（3）当光束通过）当光束通过分子溶液分子溶液，由于溶液十分均匀，散，由于溶液十分均匀，散射光因相互干涉而完全抵消，射光因相互干涉而完全抵消，看不见散射光看不见散射光。第10页/共92页2023/3/26光散射的本质 光是一种电磁波，照射溶胶时，分子中的电子光是一种电磁波，照射溶胶时，分子中的电子分布发生位移而产生偶极子，这种偶极子像小天线分布发生位移而产生偶极子，这种偶极子像小天线一样向各个方向发射与入射光频率相同的光，这就一样向各个方向发射与入射光频率相同的光，这就是散射光。是散射光。分子溶液分子溶液十分均匀，这种散射光因相互干涉而完十分均匀，这种散射光因相互干涉而完全抵消，全抵消，看不到散射光看不到散射光。溶胶溶胶是多相不均匀体系，在胶粒和介质分子上产是多相不均匀体系，在胶粒和介质分子上产生的散射光不能完全抵消，因而生的散射光不能完全抵消，因而能观察到散射现象能观察到散射现象。第11页/共92页2023/3/26Tyndall效应 Tyndall效应实效应实际上已成为判别溶际上已成为判别溶胶与分子溶液的最胶与分子溶液的最简便的方法。简便的方法。1869年年Tyndall发现，若令一束会聚光通过溶胶，从发现，若令一束会聚光通过溶胶，从侧面（即与光束垂直的方向）可以看到一个发光的圆锥侧面（即与光束垂直的方向）可以看到一个发光的圆锥体，这就是体，这就是Tyndall效应效应。其他分散体系也会产生一点散。其他分散体系也会产生一点散射光，但远不如溶胶显著。射光，但远不如溶胶显著。第12页/共92页2023/3/26Tyndall效应第13页/共92页2023/3/26Brown运动(Brownian motion)1827 年植物学家年植物学家布朗（布朗（Brown)用显微镜观察用显微镜观察到悬浮在液面上的花粉粉末不断地作不规则的运动。到悬浮在液面上的花粉粉末不断地作不规则的运动。后来又发现许多其它物质如煤、后来又发现许多其它物质如煤、化石、金属等化石、金属等的粉末也都有类似的现象。人们称微粒的这种运动的粉末也都有类似的现象。人们称微粒的这种运动为为布朗运动布朗运动。但在很长的一段时间里，这种现象的本质没有但在很长的一段时间里，这种现象的本质没有得到阐明。得到阐明。第14页/共92页2023/3/26Brown运动(Brownian motion)1903年发明了年发明了超显微超显微镜镜，为研究布朗运动提供，为研究布朗运动提供了物质条件。了物质条件。用超显微镜可以观察用超显微镜可以观察到溶胶粒子不断地作不规到溶胶粒子不断地作不规则则“之之”字形的运动，从字形的运动，从而能够测出在一定时间内而能够测出在一定时间内粒子的平均位移。粒子的平均位移。通过大量观察，得出结论：通过大量观察，得出结论：粒子越小，布朗运动粒子越小，布朗运动越激烈。越激烈。其运动激烈的程度不随时间而改变，但其运动激烈的程度不随时间而改变，但随温随温度的升高而增加。度的升高而增加。第15页/共92页2023/3/26Brown运动的本质 1905年和年和1906年年爱因爱因斯坦（斯坦（Einstein)和斯莫鲁霍和斯莫鲁霍夫斯基（夫斯基（Smoluchowski)分分别阐述了别阐述了Brown运动的本质。运动的本质。认为认为Brown运动是分散介质分子以不同大小和不同方向的运动是分散介质分子以不同大小和不同方向的力对胶体粒子不断撞击而产生的，由于受到的力不平衡，力对胶体粒子不断撞击而产生的，由于受到的力不平衡，所以连续以不同方向、不同速度作不规则运动。随着粒子所以连续以不同方向、不同速度作不规则运动。随着粒子增大，撞击的次数增多，而作用力抵消的可能性亦大。增大，撞击的次数增多，而作用力抵消的可能性亦大。当半径大于当半径大于5 m，Brown运动消失运动消失。第16页/共92页2023/3/26斐克第一定律（Ficks first law）这就是这就是斐克第一定律斐克第一定律。式中式中D为扩散系数，其物理意义为：单位浓度梯为扩散系数，其物理意义为：单位浓度梯度、单位时间内通过单位截面积的质量。度、单位时间内通过单位截面积的质量。扩散作用用公式表示为：扩散作用用公式表示为：胶粒也有热运动，因此也具有扩散和渗透压。只胶粒也有热运动，因此也具有扩散和渗透压。只是溶胶的浓度较稀，分子比普通溶液大的多，这种现是溶胶的浓度较稀，分子比普通溶液大的多，这种现象很不显著。象很不显著。第17页/共92页2023/3/26Einstein曾推导出如下关系式：曾推导出如下关系式：如上式如上式D可以测得，则可以求粒子半径可以测得，则可以求粒子半径 r。已知已知 r 和粒子密度和粒子密度 ，可以计算粒子的摩尔质量。，可以计算粒子的摩尔质量。Einstein-Brown位移方程第18页/共92页2023/3/26沉降平衡（sedimentation equilibrium）溶胶是高度分散体系，胶溶胶是高度分散体系，胶粒一方面受到重力吸引而下降，粒一方面受到重力吸引而下降，另一方面由于布朗运动促使浓另一方面由于布朗运动促使浓度趋于均一。度趋于均一。当这两种效应相反的力相当这两种效应相反的力相等时，粒子的分布达到平衡，等时，粒子的分布达到平衡，粒子的浓度随高度不同有一定粒子的浓度随高度不同有一定的梯度，如图所示。的梯度，如图所示。这种平衡称为这种平衡称为沉降平衡沉降平衡。第19页/共92页2023/3/26 这就是这就是高度分布公式高度分布公式。粒子质量愈大，其平衡浓度。粒子质量愈大，其平衡浓度随高度的降低亦愈大。随高度的降低亦愈大。高度分布定律粒子符合沉降平衡时，其浓度随高度分布如下：粒子符合沉降平衡时，其浓度随高度分布如下：V是单个粒子的体积，是单个粒子的体积，和和0分别是分散相和分分别是分散相和分散介质的密度。散介质的密度。第20页/共92页2023/3/26分子沉降如粒子比较大，粒子发生沉降现象：如粒子比较大，粒子发生沉降现象：所受重力所受重力所受阻力所受阻力如平衡时，粒子以一定的速率沉降如平衡时，粒子以一定的速率沉降通过沉降速率可通过沉降速率可以求粒子大小以求粒子大小第21页/共92页2023/3/268.8 溶胶的电学性质 胶粒带电的本质胶粒带电的本质 电动现象电动现象（2）电渗）电渗（3）流动电势）流动电势（4）沉降电势）沉降电势 双电层双电层 动电电位动电电位(1)电电泳泳Tiselius电泳仪电泳仪 界面移动电泳仪界面移动电泳仪显微电泳仪显微电泳仪区带电泳区带电泳第22页/共92页2023/3/26胶粒带电的本质 （1）胶粒在形成过程中，）胶粒在形成过程中，胶核优先吸附某种离子，胶核优先吸附某种离子，使胶粒带电。使胶粒带电。（2）离子型固体电解质形成溶胶时，由于正、负离子型固体电解质形成溶胶时，由于正、负离子溶解量不同，使胶粒带电。离子溶解量不同，使胶粒带电。例如：将例如：将AgI制备制备溶胶时，由于溶胶时，由于Ag+较小，活动能力强，比较小，活动能力强，比I-容易脱离容易脱离晶格而进入溶液，使胶粒带负电。晶格而进入溶液，使胶粒带负电。例如：在例如：在AgI溶胶的制备过程中，如果溶胶的制备过程中，如果AgNO3过量过量，则胶核优先吸附则胶核优先吸附Ag+离子，使胶粒离子，使胶粒带正电带正电；如果；如果KI过过量量，则优先吸附，则优先吸附I-离子，胶粒离子，胶粒带负电带负电。第23页/共92页2023/3/26（3）可电离的大分子溶胶，由于大分子本身发生可电离的大分子溶胶，由于大分子本身发生电离，而使胶粒带电。电离，而使胶粒带电。胶粒带电的本质 例如例如蛋白质分子蛋白质分子，有许多羧基和胺基，在，有许多羧基和胺基，在pH较较高高的溶液中，离解生成的溶液中，离解生成PCOO-离子而离子而负带电负带电；在；在pH较低较低的溶液中，生成的溶液中，生成P-NH3+离子而离子而带正电带正电。在某一特定的在某一特定的pH条件下，生成的条件下，生成的-COO-和和-NH3+数量相等，蛋白质分子的数量相等，蛋白质分子的净电荷为零净电荷为零，这，这pH称为蛋称为蛋白质的白质的等电点等电点。第24页/共92页2023/3/26电动现象 胶粒在重力场作用下发生沉降，而产生胶粒在重力场作用下发生沉降，而产生沉降电沉降电势势；带电的介质发生流动，则产生；带电的介质发生流动，则产生流动电势流动电势。这。这是因动而产生电。是因动而产生电。以上四种现象都称为以上四种现象都称为电动现象电动现象。由于胶粒带电，而溶胶是电中性的，则介质由于胶粒带电，而溶胶是电中性的，则介质带与胶粒相反的电荷。在外电场作用下，胶粒和带与胶粒相反的电荷。在外电场作用下，胶粒和介质分别向带相反电荷的电极移动，就产生了介质分别向带相反电荷的电极移动，就产生了电电泳泳和和电渗电渗的电动现象，这是因电而动。的电动现象，这是因电而动。第25页/共92页2023/3/26电泳（electrophoresis）影响电泳的因素有：带电粒子的大小、形状；影响电泳的因素有：带电粒子的大小、形状；粒子表面电荷的数目；介质中电解质的种类、离子粒子表面电荷的数目；介质中电解质的种类、离子强度，强度，pH值和粘度；电泳的温度和外加电压等。值和粘度；电泳的温度和外加电压等。带电带电胶粒胶粒或大分子在外加电场的作用下向带相或大分子在外加电场的作用下向带相反电荷的电极作反电荷的电极作定向移动定向移动的现象称为的现象称为电泳电泳。从电泳现象可以获得胶粒或大分子的结构、大从电泳现象可以获得胶粒或大分子的结构、大小和形状等有关信息。小和形状等有关信息。第26页/共92页2023/3/26界面移动电泳仪 首先在漏斗中装上待测溶胶，首先在漏斗中装上待测溶胶，U型管下部活塞内径型管下部活塞内径与管径相同。与管径相同。实验开始时，打实验开始时，打开底部活塞，使溶胶开底部活塞，使溶胶进入进入U型管，当液面型管，当液面略高于左、右两活塞略高于左、右两活塞时即关上，并把多余时即关上，并把多余溶胶吸走。在管中加溶胶吸走。在管中加入分散介质，使两臂入分散介质，使两臂液面等高。液面等高。第27页/共92页2023/3/26界面移动电泳仪 小心打开活塞小心打开活塞，接通电源，观察液面的变化。若是，接通电源，观察液面的变化。若是无色溶胶，必须用紫外吸收等光学方法读出液面的变化。无色溶胶，必须用紫外吸收等光学方法读出液面的变化。根据通电时间根据通电时间和液面升高或下降和液面升高或下降的刻度计算电泳速的刻度计算电泳速度。度。另外要选择合适另外要选择合适的介质，使电泳过程的介质，使电泳过程中保持液面清晰。中保持液面清晰。第28页/共92页2023/3/26 在外加电场作用下，带电的在外加电场作用下，带电的介质介质通过多孔膜或通过多孔膜或半径为半径为110 nm的毛细管作的毛细管作定向移动定向移动，这种现象称，这种现象称为为电渗电渗。外加电解质对电渗速度影响显著，随着电解质浓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。度的增加，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。化、泥炭和染料的干燥等。电渗（electro-osmosis)第29页/共92页2023/3/26 在在U型管型管1,2中盛电解质溶中盛电解质溶液，将电极液，将电极5,6接通直流电后，接通直流电后，可从有刻度的毛细管可从有刻度的毛细管 4中，中，准确地读出液面的变化。准确地读出液面的变化。电渗实验 图中，图中，3为多孔膜，可以用滤纸、玻璃或棉花等为多孔膜，可以用滤纸、玻璃或棉花等构成；也可以用氧化铝、碳酸钡、构成；也可以用氧化铝、碳酸钡、AgI等物质构成。等物质构成。如果多孔膜吸附阴离子，如果多孔膜吸附阴离子，则介质带正电，通电时向阴则介质带正电，通电时向阴极移动；反之，多孔膜吸附极移动；反之，多孔膜吸附阳离子，带负电的介质向阳阳离子，带负电的介质向阳极移动。极移动。第30页/共92页2023/3/26电渗实验第31页/共92页2023/3/26 当固体与液体接触时，可以是固体从溶液中选择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子进入溶液，以致使固液两相分别带有不同用而使离子进入溶液，以致使固液两相分别带有不同符号的电荷，符号的电荷，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。对于双电层的具体结构，一百多年来不同学者提出对于双电层的具体结构，一百多年来不同学者提出了不同的看法。最早于了不同的看法。最早于1879年年Helmholz提出提出平板型模型平板型模型；双电层（double layer)1910年年Gouy和和1913年年Chapman修正了平板型模型，修正了平板型模型，提出了提出了扩散双电层模型扩散双电层模型；后来后来Stern又提出了又提出了Stern模型模型。第32页/共92页2023/3/26平板型模型 亥姆霍兹认为固体的表面电荷与溶液中带相反电荷亥姆霍兹认为固体的表面电荷与溶液中带相反电荷的（即反离子）构成平行的两层，如同一个平板电容器。的（即反离子）构成平行的两层，如同一个平板电容器。整个双电层厚度为整个双电层厚度为 0 0 。固体表面与液体内部的总的电固体表面与液体内部的总的电位差即等于热力学电势位差即等于热力学电势 0 0，在双电，在双电层内，热力学电势呈直线下降。层内，热力学电势呈直线下降。在电场作用下，带电质点和溶在电场作用下，带电质点和溶液中的反离子分别向相反方向运动液中的反离子分别向相反方向运动。这模型过于简单，由于离子热这模型过于简单，由于离子热运动，不可能形成平板电容器。运动，不可能形成平板电容器。第33页/共92页2023/3/26扩散双电层模型 Gouy和和Chapman认为，由于正、负离子静电吸引认为，由于正、负离子静电吸引和热运动两种效应的结果，溶液中的反离子只有一部和热运动两种效应的结果，溶液中的反离子只有一部分紧密地排在固体表面附近，相距约一、二个离子厚分紧密地排在固体表面附近，相距约一、二个离子厚度称为度称为紧密层紧密层；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，浓度梯度扩散到本体溶液中，离子的分布可用玻兹曼公式离子的分布可用玻兹曼公式表示，称为表示，称为扩散层扩散层。双电层由紧密层和扩散层构双电层由紧密层和扩散层构成。移动的切动面为成。移动的切动面为AB面。面。第34页/共92页2023/3/26扩散双电层模型第35页/共92页2023/3/26Stern模型 Stern对扩散双电层模对扩散双电层模型作进一步修正。型作进一步修正。他认为吸附在固体表他认为吸附在固体表面的紧密层约有一、二个面的紧密层约有一、二个分子层的厚度，后被称为分子层的厚度，后被称为Stern层；层；由反号离子电性中心由反号离子电性中心构成的平面称为构成的平面称为Stern平面平面。第36页/共92页2023/3/26 由于离子的由于离子的溶剂化作溶剂化作用用，胶粒在移动时，紧密，胶粒在移动时，紧密层会结合一定数量的溶剂层会结合一定数量的溶剂分子一起移动，所以滑移分子一起移动，所以滑移的的切动面切动面由比由比Stern层略右层略右的曲线表示。的曲线表示。Stern模型从固体表面到从固体表面到Stern平面，平面，电位从电位从 0 0直线下降为直线下降为 。第37页/共92页2023/3/26胶粒的结构 胶粒的结构比较复杂，先有一定量的难溶物分子胶粒的结构比较复杂，先有一定量的难溶物分子聚结形成胶粒的中心，称为聚结形成胶粒的中心，称为胶核胶核；然后胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子，形然后胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子，形成紧密吸附层；由于正、负电荷相吸，在紧密层外形成紧密吸附层；由于正、负电荷相吸，在紧密层外形成反号离子的包围圈，从而形成了带与紧密层相同电成反号离子的包围圈，从而形成了带与紧密层相同电荷的荷的胶粒胶粒；胶粒与扩散层中的反号离子，形成一个电中性的胶粒与扩散层中的反号离子，形成一个电中性的胶团胶团。第38页/共92页2023/3/26胶粒的结构 胶核吸附离子是有选择性的，首先吸附与胶核中胶核吸附离子是有选择性的，首先吸附与胶核中相同的某种离子，用同离子效应使胶核不易溶解。相同的某种离子，用同离子效应使胶核不易溶解。若无相同离子，则首先吸附水化能力较弱的负若无相同离子，则首先吸附水化能力较弱的负离子，所以自然界中的胶粒大多带负电，如泥浆水、离子，所以自然界中的胶粒大多带负电，如泥浆水、豆浆等都是负溶胶。豆浆等都是负溶胶。第39页/共92页2023/3/26胶粒的结构例例1 1：AgNO3+KIKNO3 +AgI 过量的过量的 KI 作稳定剂作稳定剂 胶团的结构表达式胶团的结构表达式：(AgI)m n I (n-x)K+x xK+|_|_|胶核胶粒胶团胶团的图示式：胶团的图示式：第40页/共92页2023/3/26胶粒的结构例例2 2：AgNO3+KIKNO3 +AgI 过量的过量的 AgNO3 作稳定剂作稳定剂 胶团的结构表达式：胶团的结构表达式：(AgI)m n Ag+(n-x)NO3x+x NO3|_|_|胶核胶粒胶团 胶团的图示式：胶团的图示式：第41页/共92页2023/3/268.9 溶胶的絮凝和聚沉 溶胶的稳定性溶胶的稳定性 影响溶胶稳定性的因素影响溶胶稳定性的因素 聚沉值与聚沉能力聚沉值与聚沉能力 Schulze-Hardy规则规则 电解质对溶胶稳定性的影响电解质对溶胶稳定性的影响 不同胶体的相互作用不同胶体的相互作用1.敏化作用敏化作用2.金值金值第42页/共92页2023/3/26溶胶的稳定性抗聚结稳定性抗聚结稳定性 胶粒之间有相互吸引的能量胶粒之间有相互吸引的能量Va和相互排和相互排斥的能量斥的能量Vr，总作用能总作用能 为为Va+Vr。如图所示：如图所示：动力学稳定性动力学稳定性 由于溶胶粒子小，布朗运动激烈，在由于溶胶粒子小，布朗运动激烈，在重力场中不易沉降，使溶胶具有动力稳定性。重力场中不易沉降，使溶胶具有动力稳定性。当当粒粒子子相相距距较较大大时时，主主要要为为吸吸力力，总总势势能能为为负负值值；当当靠靠近近到到一一定定距距离离，双双电电层层重重叠叠，排排斥斥力力起起主主要要作作用用，势能升高。要使粒子聚结必势能升高。要使粒子聚结必须克服这个势垒。须克服这个势垒。第43页/共92页2023/3/26溶胶的稳定性第44页/共92页2023/3/26影响溶胶稳定性的因素2.浓度的影响。浓度的影响。浓度增加，粒子碰撞机会增多浓度增加，粒子碰撞机会增多。3.温度的影响。温度的影响。温度升高，粒子碰撞机会增多，碰撞强度增加。温度升高，粒子碰撞机会增多，碰撞强度增加。4.胶体体系的相互作用。胶体体系的相互作用。带不同电荷的胶粒互吸而聚沉。带不同电荷的胶粒互吸而聚沉。1.外加电解质的影响。外加电解质的影响。这影响最大，主要影响胶粒的带电情况，使这影响最大，主要影响胶粒的带电情况，使 电电 位下降，促使胶粒聚结。位下降，促使胶粒聚结。第45页/共92页2023/3/26聚沉值与聚沉能力聚沉值聚沉值使一定量的溶胶在一定时间内完全聚沉使一定量的溶胶在一定时间内完全聚沉所需电解质的最小浓度所需电解质的最小浓度。从已知的表值。从已知的表值可见，对同一溶胶，外加电解质的离子可见，对同一溶胶，外加电解质的离子价数越低，其聚沉值越大。价数越低，其聚沉值越大。聚沉能力聚沉能力是是聚沉值的倒数聚沉值的倒数。聚沉值越大的电解质，。聚沉值越大的电解质，聚沉能力越小；反之，聚沉值越小的聚沉能力越小；反之，聚沉值越小的 电解质，其聚沉能力越强。电解质，其聚沉能力越强。第46页/共92页2023/3/26Schulze-Hardy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聚沉值与异电性离子价数的六次方成反比，这就是，这就是Schulze-Hardy规则规则。例如，对于给定的溶胶，异电性离子分别为一、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：二、三价，则聚沉值的比例为：100 1.6 0.14 即为：第47页/共92页2023/3/26（1）与胶粒带相反电荷的离子的价数影响最大，与胶粒带相反电荷的离子的价数影响最大，价数越高，聚沉能力越强。价数越高，聚沉能力越强。（2）与胶粒带相反电荷的离子就是价数相同，其与胶粒带相反电荷的离子就是价数相同，其聚沉能力也有差异。聚沉能力也有差异。电解质对溶胶稳定性的影响 例如，对胶粒带负电的溶胶，一价阳离子硝酸盐例如，对胶粒带负电的溶胶，一价阳离子硝酸盐的聚沉能力次序为：的聚沉能力次序为：H+Cs+Rb+NH4+K+Na+Li+对带正电的胶粒，一价阴离子的钾盐的聚沉能力对带正电的胶粒，一价阴离子的钾盐的聚沉能力次序为：次序为：F-Cl-Br-NO3-I-这种次序称为这种次序称为感胶离子序（感胶离子序（lyotropic series)。第48页/共92页2023/3/26（3）有机化合物的离子都有很强的聚沉能力，这可有机化合物的离子都有很强的聚沉能力，这可能与其具有强吸附能力有关。能与其具有强吸附能力有关。（4）当与胶体带相反电荷的离子相同时，则另一同当与胶体带相反电荷的离子相同时，则另一同性离子的价数也会影响聚沉值，价数愈高，聚沉能力性离子的价数也会影响聚沉值，价数愈高，聚沉能力愈低。这可能与这些同性离子的吸附作用有关。愈低。这可能与这些同性离子的吸附作用有关。电解质对溶胶稳定性的影响 例如，对亚铁氰化铜溶胶的聚沉值：例如，对亚铁氰化铜溶胶的聚沉值：KBr 为为 27.5 。而而 K4Fe(CN)6 为为 260.0 。第49页/共92页2023/3/26不同胶体的相互作用 在溶胶中加入某些大分子溶液，加入的量不同，会在溶胶中加入某些大分子溶液，加入的量不同，会出现两种情况出现两种情况：将胶粒带相反电荷的溶胶互相混合，也会发生聚沉。将胶粒带相反电荷的溶胶互相混合，也会发生聚沉。与加入电解质情况不同的是，当两种溶胶的用量恰与加入电解质情况不同的是，当两种溶胶的用量恰能使其所带电荷的量相等时，才会完全聚沉，能使其所带电荷的量相等时，才会完全聚沉，加入大分子溶液太少时，会促使溶胶的聚沉，称加入大分子溶液太少时，会促使溶胶的聚沉，称为为敏化作用敏化作用；大分子化合物直接导致胶粒聚集而沉降，称为大分子化合物直接导致胶粒聚集而沉降，称为“絮絮凝过程凝过程”第50页/共92页2023/3/268.10 溶胶的制备与净化溶胶的制备溶胶的制备 （1 1）分散法分散法 1 1.研磨法研磨法 2.2.胶溶法胶溶法 3.3.超声波分散法超声波分散法 4.4.电弧法电弧法（2 2）凝聚法凝聚法 1.1.化学凝聚法化学凝聚法 2.2.物理凝聚法物理凝聚法溶胶的净化溶胶的净化 （1 1）渗析法渗析法（2 2）超过滤法超过滤法第51页/共92页2023/3/26溶胶的制备 制备溶胶必须使分散相粒子的大小落在胶体分制备溶胶必须使分散相粒子的大小落在胶体分散体系的范围之内，并加入适当的稳定剂。制备方散体系的范围之内，并加入适当的稳定剂。制备方法大致可分为两类：法大致可分为两类：（1 1）分散法分散法 用机械、化学等方法使固体的粒子变小。用机械、化学等方法使固体的粒子变小。（2 2）凝聚法凝聚法 使分子或离子聚结成胶粒使分子或离子聚结成胶粒第52页/共92页2023/3/26溶胶的制备-研磨法1 1.研磨法研磨法 用机械粉碎的方法将固体磨细。用机械粉碎的方法将固体磨细。这种方法适用于脆而易碎的物质，对于柔这种方法适用于脆而易碎的物质，对于柔韧性的物质必须先硬化后再粉碎。例如，将废韧性的物质必须先硬化后再粉碎。例如，将废轮胎粉碎，先用液氮处理，硬化后再研磨。轮胎粉碎，先用液氮处理，硬化后再研磨。胶体磨的形式很多，其分散能力因构造和胶体磨的形式很多，其分散能力因构造和转速的不同而不同。转速的不同而不同。第53页/共92页2023/3/26溶胶的制备-研磨法盘式胶体磨盘式胶体磨第54页/共92页2023/3/26溶胶的制备-研磨法*转速约每分钟转速约每分钟1万万 2万转。万转。A为空心转轴，与为空心转轴，与C盘相连，盘相连，向一个方向旋转，向一个方向旋转，B盘向另一方盘向另一方向旋转。向旋转。分散相、分散介质和稳定剂分散相、分散介质和稳定剂从空心轴从空心轴A A处加入，从处加入，从C盘与盘与B盘的盘的狭缝中飞出，用两盘之间的应切狭缝中飞出，用两盘之间的应切力将固体粉碎，可得力将固体粉碎，可得1000 nm左右左右的粒子。的粒子。第55页/共92页2023/3/26溶胶的制备-胶溶法 胶溶法胶溶法又称又称解胶法解胶法，仅仅是将新鲜的凝聚胶粒重，仅仅是将新鲜的凝聚胶粒重新分散在介质中形成溶胶，并加入适当的稳定剂。新分散在介质中形成溶胶，并加入适当的稳定剂。这种稳定剂又称这种稳定剂又称胶溶剂胶溶剂。根据胶核所能吸附的离。根据胶核所能吸附的离子而选用合适的电解质作胶溶剂。子而选用合适的电解质作胶溶剂。这种方法一般用在化学凝聚法制溶胶时，为了将这种方法一般用在化学凝聚法制溶胶时，为了将多余的电解质离子去掉，先将胶粒过滤，洗涤，然后多余的电解质离子去掉，先将胶粒过滤，洗涤，然后尽快分散在含有胶溶剂的介质中，形成溶胶。尽快分散在含有胶溶剂的介质中，形成溶胶。第56页/共92页2023/3/26例如：例如：溶胶的制备-胶溶法*AgCl (新鲜沉淀）新鲜沉淀）AgCl(溶胶）溶胶）Fe(OH)3（新鲜沉淀）新鲜沉淀）Fe(OH)3(溶胶）溶胶）第57页/共92页2023/3/26溶胶的制备-凝聚法 1 1.化学凝聚法化学凝聚法 通过各种化学反应使生成物呈过饱和状态，使通过各种化学反应使生成物呈过饱和状态，使初生成的难溶物微粒结合成胶粒，在少量稳定剂存初生成的难溶物微粒结合成胶粒，在少量稳定剂存在下形成溶胶，这种稳定剂一般是某一过量的反应在下形成溶胶，这种稳定剂一般是某一过量的反应物。例如：物。例如：A.复分解反应制硫化砷溶胶复分解反应制硫化砷溶胶 2H3AsO3（稀）稀）+3H2S As2S3（溶胶）溶胶）+6H2OB.水解反应制氢氧化铁溶胶水解反应制氢氧化铁溶胶 FeCl3（稀）稀）+3H2O（热）热）Fe(OH)3 （溶胶）溶胶）+3HCl第58页/共92页2023/3/26 2.2.物理凝聚法物理凝聚法 A.更换溶剂法更换溶剂法 利用物质在不同溶剂中溶解度的显著差别来制利用物质在不同溶剂中溶解度的显著差别来制备溶胶，而且两种溶剂要能完全互溶。备溶胶，而且两种溶剂要能完全互溶。例例1 1.松香易溶于乙醇而难溶于水，将松香的乙醇溶松香易溶于乙醇而难溶于水，将松香的乙醇溶液滴入水中可制备松香的水溶胶液滴入水中可制备松香的水溶胶 。例例2 2.将硫的丙酮溶液滴入将硫的丙酮溶液滴入90左右的热水中，丙酮左右的热水中，丙酮蒸发后，可得硫的水溶胶。蒸发后，可得硫的水溶胶。溶胶的制备-凝聚法第59页/共92页2023/3/26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，在制备溶胶的过程中，常生成一些多余的电解质，如制备如制备 Fe(OH)3溶胶时生成的溶胶时生成的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。解质存在会使溶胶不稳定，容易聚沉，所以必须除去。净化的方法主要有净化的方法主要有渗析法渗析法和和超过滤法超过滤法。第60页/共92页2023/3/26 （1）渗析法渗析法简单渗析简单渗析 将需要净化的溶将需要净化的溶胶放在羊皮纸或动物膀胱等胶放在羊皮纸或动物膀胱等半透膜制成的容器内，膜外半透膜制成的容器内，膜外放纯溶剂。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。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，可以加快如将装有溶胶的半透膜容器不断旋转，可以加快渗析速度。渗析速度。第61页/共92页2023/3/26简单渗析简单渗析溶胶的净化*第62页/共92页2023/3/26电渗析电渗析 为了加快渗析速度，为了加快渗析速度，在装有溶胶的半透膜两侧外在装有溶胶的半透膜两侧外加一个电场加一个电场，使多余的电解，使多余的电解质离子向相应的电极作定向质离子向相应的电极作定向移动。溶剂水不断自动更换，移动。溶剂水不断自动更换，这样可以提高净化速度。这这样可以提高净化速度。这种方法称为电渗析法。种方法称为电渗析法。（1）渗析法渗析法 溶胶的净化第63页/共92页2023/3/26电渗析电渗析溶胶的净化*第64页/共92页2023/3/2613.8 大分子概说*三种溶液性质的比较大分子分类第65页/共92页2023/3/26三种溶液性质的比较第66页/共92页2023/3/26大分子分类 Staudinger 把相对分子质量大于104的物质称之为大分子，主要有：天然大分子：如淀粉、蛋白质、纤维素、核酸 和各种生物大分子等。人工合成大分子：如合成橡胶、聚烯烃、树脂和合 成纤维等。合成的功能高分子材料有：光敏高分子、导电性高 分子、医用高分子和高分子膜等。第67页/共92页2023/3/2613.10 大分子相对摩尔质量 聚合物摩尔质量的表示法 数均摩尔质量 质均摩尔质量 Z均摩尔质量 粘均摩尔质量 粘度的类型 用粘度法测摩尔质量第68页/共92页2023/3/26聚合物摩尔质量的表示法 数均摩尔质量 质均摩尔质量 Z均摩尔质量 粘均摩尔质量 由于聚合过程中，每个分子的聚合程度可以不一样，所以聚合物的摩尔质量只能是一个平均值。而且，测定和平均的方法不同，得到的平均摩尔质量也不同。常用有四种平均方法，因而有四种表示法：第69页/共92页2023/3/26数均摩尔质量数均摩尔质量可以用端基分析法和渗透压法测定。有一高分子溶液，各组分的分子数分别为N1，N2，,NB,其对应的摩尔质量为M1，M2，MB。则数均摩尔质量的定义为：第70页/共92页2023/3/26质均摩尔质量质均摩尔质量可以用光散射法测定。设B组分的分子质量为mB，则质均摩尔质量的定义为：第7