胶体的电学性质讲稿.ppt

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1、关于胶体的电学性质关于胶体的电学性质第一页，讲稿共五十二页哦n n1 1 电泳电泳电泳电泳 在外加电场作用下，分散相胶粒相对于静止介质作定向移动的电动现象。在电子显在外加电场作用下，分散相胶粒相对于静止介质作定向移动的电动现象。在电子显在外加电场作用下，分散相胶粒相对于静止介质作定向移动的电动现象。在电子显在外加电场作用下，分散相胶粒相对于静止介质作定向移动的电动现象。在电子显微镜下，恰像小蝌蚪在水中游动的景象。微镜下，恰像小蝌蚪在水中游动的景象。微镜下，恰像小蝌蚪在水中游动的景象。微镜下，恰像小蝌蚪在水中游动的景象。n n2 2 电渗电渗电渗电渗 在外加电场作用下，分散介质相对于静止的带电固

2、体表面做定向移动的现象。在外加电场作用下，分散介质相对于静止的带电固体表面做定向移动的现象。在外加电场作用下，分散介质相对于静止的带电固体表面做定向移动的现象。在外加电场作用下，分散介质相对于静止的带电固体表面做定向移动的现象。固体可以是毛细管或多孔性滤板。固体可以是毛细管或多孔性滤板。固体可以是毛细管或多孔性滤板。固体可以是毛细管或多孔性滤板。n n3 3 流动电势流动电势流动电势流动电势 在外力作用下，流体流过毛细管或多孔塞时，两端产生的电势差。在外力作用下，流体流过毛细管或多孔塞时，两端产生的电势差。在外力作用下，流体流过毛细管或多孔塞时，两端产生的电势差。在外力作用下，流体流过毛细管或

3、多孔塞时，两端产生的电势差。n n4 4 沉降电势沉降电势沉降电势沉降电势 在外力作用下，带电胶粒作相对于相对于液相的运动时，两端产生电势差在外力作用下，带电胶粒作相对于相对于液相的运动时，两端产生电势差在外力作用下，带电胶粒作相对于相对于液相的运动时，两端产生电势差在外力作用下，带电胶粒作相对于相对于液相的运动时，两端产生电势差 。第二页，讲稿共五十二页哦二、二、胶体表面电荷的来源胶体表面电荷的来源n n电动现象表明胶粒在液体中是带电的。电荷来源大致有：电动现象表明胶粒在液体中是带电的。电荷来源大致有：电动现象表明胶粒在液体中是带电的。电荷来源大致有：电动现象表明胶粒在液体中是带电的。电荷来

4、源大致有：n n1、电离作用电离作用 有些胶粒带有可电离的基团，则在分散介质中电离而带电。有些胶粒带有可电离的基团，则在分散介质中电离而带电。有些胶粒带有可电离的基团，则在分散介质中电离而带电。有些胶粒带有可电离的基团，则在分散介质中电离而带电。n n如如如如 丙烯酸酯乳液粒子带负电：丙烯酸酯乳液粒子带负电：丙烯酸酯乳液粒子带负电：丙烯酸酯乳液粒子带负电：n n阴离子水分散聚丙烯酰胺胶粒带负电：阴离子水分散聚丙烯酰胺胶粒带负电：阴离子水分散聚丙烯酰胺胶粒带负电：阴离子水分散聚丙烯酰胺胶粒带负电：n n阳离子淀粉胶粒带正电：阳离子淀粉胶粒带正电：阳离子淀粉胶粒带正电：阳离子淀粉胶粒带正电：第三页

5、，讲稿共五十二页哦2、离子吸附作用离子吸附作用n n胶粒可通过对介质中阴、阳离子的不等量吸附而带电。如：金属氢氧化物通过胶粒可通过对介质中阴、阳离子的不等量吸附而带电。如：金属氢氧化物通过胶粒可通过对介质中阴、阳离子的不等量吸附而带电。如：金属氢氧化物通过胶粒可通过对介质中阴、阳离子的不等量吸附而带电。如：金属氢氧化物通过吸附吸附吸附吸附HH+或或或或OHOH-而带正电荷或负电荷。而带正电荷或负电荷。而带正电荷或负电荷。而带正电荷或负电荷。n n判断优先吸附离子的规律有两个：判断优先吸附离子的规律有两个：判断优先吸附离子的规律有两个：判断优先吸附离子的规律有两个：（a a）水化能力弱的离子易被

6、优先吸附。水化能力强的留在溶液中，通常阳离子的）水化能力弱的离子易被优先吸附。水化能力强的留在溶液中，通常阳离子的）水化能力弱的离子易被优先吸附。水化能力强的留在溶液中，通常阳离子的）水化能力弱的离子易被优先吸附。水化能力强的留在溶液中，通常阳离子的水化能力比阴离子强，所以胶粒带负电的可能性比较大。水化能力比阴离子强，所以胶粒带负电的可能性比较大。水化能力比阴离子强，所以胶粒带负电的可能性比较大。水化能力比阴离子强，所以胶粒带负电的可能性比较大。（b b）FajansFajans规则：即能与胶粒组成离子形成不溶物的离子将优先被吸附。规则：即能与胶粒组成离子形成不溶物的离子将优先被吸附。规则：即

7、能与胶粒组成离子形成不溶物的离子将优先被吸附。规则：即能与胶粒组成离子形成不溶物的离子将优先被吸附。如如如如AgNOAgNO3 3与与与与KIKI溶液反应制备溶液反应制备溶液反应制备溶液反应制备AgIAgI胶体。胶体。胶体。胶体。n n当当当当AgNOAgNO3 3过量过量过量过量,胶粒将优先吸附胶粒将优先吸附胶粒将优先吸附胶粒将优先吸附AgAg+带正电；当带正电；当带正电；当带正电；当KIKI过量，则优先吸附过量，则优先吸附过量，则优先吸附过量，则优先吸附I-I-而带负电。而带负电。而带负电。而带负电。第四页，讲稿共五十二页哦n n“电势决定离子电势决定离子电势决定离子电势决定离子”：被吸附

8、离子是胶粒表面电荷的来源，其溶液中的浓度被吸附离子是胶粒表面电荷的来源，其溶液中的浓度被吸附离子是胶粒表面电荷的来源，其溶液中的浓度被吸附离子是胶粒表面电荷的来源，其溶液中的浓度 n n 直接影响胶粒的表面电势。直接影响胶粒的表面电势。直接影响胶粒的表面电势。直接影响胶粒的表面电势。n n零电荷点（零电荷点（零电荷点（零电荷点（PZCPZC）：）：）：）：当胶粒表面净电荷为零时，电势决定离子的浓度。当胶粒表面净电荷为零时，电势决定离子的浓度。当胶粒表面净电荷为零时，电势决定离子的浓度。当胶粒表面净电荷为零时，电势决定离子的浓度。3、离子的溶解作用离子的溶解作用n n 离子型胶粒含有两种电荷相反

9、的离子，如果这两种离子的溶解是不等量离子型胶粒含有两种电荷相反的离子，如果这两种离子的溶解是不等量离子型胶粒含有两种电荷相反的离子，如果这两种离子的溶解是不等量离子型胶粒含有两种电荷相反的离子，如果这两种离子的溶解是不等量的，则胶粒表面上也可以带上电荷。的，则胶粒表面上也可以带上电荷。的，则胶粒表面上也可以带上电荷。的，则胶粒表面上也可以带上电荷。n n例：例：例：例：若直接将若直接将若直接将若直接将AgIAgI分散于蒸馏水中时，胶粒表面将带负电，水化能力较大的分散于蒸馏水中时，胶粒表面将带负电，水化能力较大的分散于蒸馏水中时，胶粒表面将带负电，水化能力较大的分散于蒸馏水中时，胶粒表面将带负电

10、，水化能力较大的AgAg+易溶解，而易溶解，而易溶解，而易溶解，而I-I-易滞留于胶粒表面。易滞留于胶粒表面。易滞留于胶粒表面。易滞留于胶粒表面。第五页，讲稿共五十二页哦4、晶格取代晶格取代n n例：例：例：例：（1 1）粘土由铝氧八面体和硅氧四面体的晶格组成。）粘土由铝氧八面体和硅氧四面体的晶格组成。）粘土由铝氧八面体和硅氧四面体的晶格组成。）粘土由铝氧八面体和硅氧四面体的晶格组成。n n 晶格中的晶格中的晶格中的晶格中的AlAl3+3+、SiSi4+4+往往有一部分被低价的往往有一部分被低价的往往有一部分被低价的往往有一部分被低价的MgMg2+2+或或或或CaCa2+2+取取取取代（同晶置

11、换），使粘土晶格带负电。为保持体系的稳代（同晶置换），使粘土晶格带负电。为保持体系的稳代（同晶置换），使粘土晶格带负电。为保持体系的稳代（同晶置换），使粘土晶格带负电。为保持体系的稳定（电中性），粘土胶粒表面吸附一些正离子。定（电中性），粘土胶粒表面吸附一些正离子。定（电中性），粘土胶粒表面吸附一些正离子。定（电中性），粘土胶粒表面吸附一些正离子。n n例：例：例：例：（2 2）分子筛骨架的基本结构是硅氧四面体和铝氧四面体，）分子筛骨架的基本结构是硅氧四面体和铝氧四面体，）分子筛骨架的基本结构是硅氧四面体和铝氧四面体，）分子筛骨架的基本结构是硅氧四面体和铝氧四面体，相当于相当于相当于相当于Al

12、Al3+3+取代了取代了取代了取代了SiSi中的中的中的中的SiSi4+4+，所以分子筛在水性体系，所以分子筛在水性体系，所以分子筛在水性体系，所以分子筛在水性体系中也带负电。中也带负电。中也带负电。中也带负电。第六页，讲稿共五十二页哦5、摩擦带电摩擦带电n n在非水介质中（或非极性介质），胶粒的电荷在非水介质中（或非极性介质），胶粒的电荷在非水介质中（或非极性介质），胶粒的电荷在非水介质中（或非极性介质），胶粒的电荷来源于分散相（胶粒）与分散介质的运动摩擦。来源于分散相（胶粒）与分散介质的运动摩擦。来源于分散相（胶粒）与分散介质的运动摩擦。来源于分散相（胶粒）与分散介质的运动摩擦。第七页，讲

13、稿共五十二页哦三、双电层理论三、双电层理论n n反离子概念：反离子概念：反离子概念：反离子概念：胶粒表面带电时，由于整个分散体系是电中性的，为了维持体系的电中性，胶粒表面带电时，由于整个分散体系是电中性的，为了维持体系的电中性，胶粒表面带电时，由于整个分散体系是电中性的，为了维持体系的电中性，胶粒表面带电时，由于整个分散体系是电中性的，为了维持体系的电中性，在分散介质中必然存在与胶粒表面电荷数量相等而符号相反的离子。在分散介质中必然存在与胶粒表面电荷数量相等而符号相反的离子。在分散介质中必然存在与胶粒表面电荷数量相等而符号相反的离子。在分散介质中必然存在与胶粒表面电荷数量相等而符号相反的离子。

14、n n同离子概念：同离子概念：同离子概念：同离子概念：与固体表面带电符号相同的离子。与固体表面带电符号相同的离子。与固体表面带电符号相同的离子。与固体表面带电符号相同的离子。n n反离子两种运动趋势：反离子两种运动趋势：反离子两种运动趋势：反离子两种运动趋势：(1)(1)静电吸附作用，向胶粒表面靠近；静电吸附作用，向胶粒表面靠近；静电吸附作用，向胶粒表面靠近；静电吸附作用，向胶粒表面靠近；(2)(2)热扩散作用，使反离子向液相本体扩散均匀分布。热扩散作用，使反离子向液相本体扩散均匀分布。热扩散作用，使反离子向液相本体扩散均匀分布。热扩散作用，使反离子向液相本体扩散均匀分布。n n两种趋势的作用

15、结果：两种趋势的作用结果：两种趋势的作用结果：两种趋势的作用结果：达成平衡分布。越靠近胶粒表面的反离子浓度高，越远离界面的浓度低，直到某一距离处反达成平衡分布。越靠近胶粒表面的反离子浓度高，越远离界面的浓度低，直到某一距离处反达成平衡分布。越靠近胶粒表面的反离子浓度高，越远离界面的浓度低，直到某一距离处反达成平衡分布。越靠近胶粒表面的反离子浓度高，越远离界面的浓度低，直到某一距离处反离子与胶粒的同号离子浓度相等。离子与胶粒的同号离子浓度相等。离子与胶粒的同号离子浓度相等。离子与胶粒的同号离子浓度相等。第八页，讲稿共五十二页哦双电层的双电层的Stern模型模型 双电层：胶粒表面的电荷与周围介质中

16、的反离子电荷就构成双电层。表面电势：带电粒子表面与液体内部的电势差称为粒子的表面电势0关于双电层的内部结构，即电荷与电势的分布有多种模型关于双电层的内部结构，即电荷与电势的分布有多种模型关于双电层的内部结构，即电荷与电势的分布有多种模型关于双电层的内部结构，即电荷与电势的分布有多种模型如：如：如：如：18791879年，年，年，年，HelmholtzHelmholtz模型模型模型模型;1910191319101913年，年，年，年，Gouy-ChapmanGouy-Chapman模型模型模型模型;19241924年，年，年，年，SternStern模型。模型。模型。模型。第九页，讲稿共五十二页

17、哦n nSternStern层：层：层：层：在胶体表面因静电引力和在胶体表面因静电引力和在胶体表面因静电引力和在胶体表面因静电引力和van der Waalsvan der Waals引力而吸附的一层反离子，紧贴引力而吸附的一层反离子，紧贴引力而吸附的一层反离子，紧贴引力而吸附的一层反离子，紧贴在胶体表面形成一个紧密固定的吸附层。在胶体表面形成一个紧密固定的吸附层。在胶体表面形成一个紧密固定的吸附层。在胶体表面形成一个紧密固定的吸附层。SternStern层的厚度有反离子的大小而定。层的厚度有反离子的大小而定。层的厚度有反离子的大小而定。层的厚度有反离子的大小而定。n nSternStern面

18、：面：面：面：吸附反离子的中心构成的面。吸附反离子的中心构成的面。吸附反离子的中心构成的面。吸附反离子的中心构成的面。n nSternStern电势：电势：电势：电势：SternStern平面与液体内部的电势差为平面与液体内部的电势差为平面与液体内部的电势差为平面与液体内部的电势差为SternStern电势电势电势电势 。在。在。在。在SternStern层内，电势由胶体层内，电势由胶体层内，电势由胶体层内，电势由胶体表面电势表面电势表面电势表面电势 0 0直线下降到直线下降到直线下降到直线下降到 。n n扩散层扩散层扩散层扩散层:SternStern层以外层以外层以外层以外,反离子成扩散态分

19、布，扩散层中的电势呈曲线下降。反离子成扩散态分布，扩散层中的电势呈曲线下降。反离子成扩散态分布，扩散层中的电势呈曲线下降。反离子成扩散态分布，扩散层中的电势呈曲线下降。第十页，讲稿共五十二页哦2扩散层中的电荷与电势分布扩散层中的电荷与电势分布采用采用采用采用Gouy-ChapmanGouy-Chapman的处理方法。假设不存在的处理方法。假设不存在的处理方法。假设不存在的处理方法。假设不存在SternStern层，扩散层层，扩散层层，扩散层层，扩散层从固体表面开始。从固体表面开始。从固体表面开始。从固体表面开始。n n滑动面：滑动面：滑动面：滑动面：在胶粒的固体表面中有一定数量的溶剂分子与它紧

20、密结合；在电动现在胶粒的固体表面中有一定数量的溶剂分子与它紧密结合；在电动现在胶粒的固体表面中有一定数量的溶剂分子与它紧密结合；在电动现在胶粒的固体表面中有一定数量的溶剂分子与它紧密结合；在电动现象中，这些溶剂分子及其内部的反离子与粒子将作为一个紧密的整体象中，这些溶剂分子及其内部的反离子与粒子将作为一个紧密的整体象中，这些溶剂分子及其内部的反离子与粒子将作为一个紧密的整体象中，这些溶剂分子及其内部的反离子与粒子将作为一个紧密的整体运动，由此固运动，由此固运动，由此固运动，由此固-液两相产生相对运动时存在一个界面，称为液两相产生相对运动时存在一个界面，称为液两相产生相对运动时存在一个界面，称为

21、液两相产生相对运动时存在一个界面，称为“滑动面滑动面滑动面滑动面”。滑动面确切位置不详，但一般认为它在。滑动面确切位置不详，但一般认为它在。滑动面确切位置不详，但一般认为它在。滑动面确切位置不详，但一般认为它在SternStern层之外，并深入到扩散层中。层之外，并深入到扩散层中。层之外，并深入到扩散层中。层之外，并深入到扩散层中。n n电动电势电动电势电动电势电动电势：滑动面上的电势称为滑动面上的电势称为滑动面上的电势称为滑动面上的电势称为电动电势电动电势电动电势电动电势 或或或或ZetaZeta电势电势电势电势第十一页，讲稿共五十二页哦n nGouy-Chapman模型假设模型假设:(1)

22、(1)胶粒平面是无限大平面，表面电荷分布均匀胶粒平面是无限大平面，表面电荷分布均匀胶粒平面是无限大平面，表面电荷分布均匀胶粒平面是无限大平面，表面电荷分布均匀;(2)(2)扩散层中的反离子为点电荷，服从扩散层中的反离子为点电荷，服从扩散层中的反离子为点电荷，服从扩散层中的反离子为点电荷，服从BoltzmannBoltzmann分布分布分布分布;(3)(3)溶剂的介电常数到处相同。溶剂的介电常数到处相同。溶剂的介电常数到处相同。溶剂的介电常数到处相同。为了方便，假设溶液中只有一种对称型电解质，正、负离子为了方便，假设溶液中只有一种对称型电解质，正、负离子为了方便，假设溶液中只有一种对称型电解质，

23、正、负离子为了方便，假设溶液中只有一种对称型电解质，正、负离子价数相同价数相同价数相同价数相同Z Z.（1 1）电荷分布）电荷分布）电荷分布）电荷分布根据根据根据根据BoltzmannBoltzmann分布规律，距表面分布规律，距表面分布规律，距表面分布规律，距表面x x且电势为且电势为且电势为且电势为 处的正负离子浓处的正负离子浓度分别为：度分别为：n n+=n=n0 0expexp（-ze-ze /kT)(1.42)/kT)(1.42)n n-=n=n0 0expexp（+ze+ze /kT)/kT)n n+:距表面距表面x x处单位体积中正离子的数；处单位体积中正离子的数；n n0 0为

24、体相离子浓度；为体相离子浓度；k k为为BoltmannBoltmann常常数；数；e e为一个电子的电量。为一个电子的电量。第十二页，讲稿共五十二页哦扩散层中的离子分布：扩散层中的离子分布：扩散层中的离子分布：扩散层中的离子分布：任一点的体积电荷密度 为：为：为：为：=ze(n=ze(n+-n-n-)=-2n)=-2n0 0ze sinh(zeze sinh(ze /kT)(1.43)第十三页，讲稿共五十二页哦n n（2 2）电势分布：）电势分布：）电势分布：）电势分布：可用可用可用可用PoissonPoisson方程描述：方程描述：方程描述：方程描述：2 2 =-/=-/（1.441.44

25、）n n式中：式中：式中：式中：Laplace Laplace 算符，算符，算符，算符，：任一点的体积电荷密度；：任一点的体积电荷密度；：任一点的体积电荷密度；：任一点的体积电荷密度；-介质的介电常数介质的介电常数介质的介电常数介质的介电常数对于平板粒子：d2 /dx2=-/(1.45)/(1.45)带入公式（1.43）得d2 /dx2=-2n0ze sinh(zesinh(ze /kT)/（1.461.46）-Piosson-Boltzmann-Piosson-Boltzmann 方程方程方程方程第十四页，讲稿共五十二页哦n n若若 0 0很低，很低，ze ze 0 0/kT/kT1 1时，

26、时，sinh(zesinh(ze /kT)ze/kT)ze /kT/kT，则（，则（1.461.46）变为）变为n nd d2 2 /dx/dx2 2=k k2 2 （1.471.47）n nk=k=（2n2n0 0z z2 2e e2 2/kT)kT)1/2 (1.48)1/2 (1.48)n n(1.47)(1.47)的解为：的解为：n n =0 0e e-kx-kx （1.491.49）n n说明扩散层中的电势随离表面的距离呈指数下降。说明扩散层中的电势随离表面的距离呈指数下降。n n下降的快慢由下降的快慢由 k k的大小决定。的大小决定。k k越大，下降越快。越大，下降越快。k k是一

27、个很重要是一个很重要的参数，其倒数具有长度的单位。的参数，其倒数具有长度的单位。n n胶粒表面电荷密度胶粒表面电荷密度 s s=0 0第十五页，讲稿共五十二页哦n n若把双电层等效于平板电容器，则若把双电层等效于平板电容器，则若把双电层等效于平板电容器，则若把双电层等效于平板电容器，则-1-1-1-1相当于平板电容相当于平板电容相当于平板电容相当于平板电容器的板距，所以器的板距，所以器的板距，所以器的板距，所以-1-1-1-1称为双电层的厚度。称为双电层的厚度。称为双电层的厚度。称为双电层的厚度。(cm)(1.51)n n n n 式中，式中，式中，式中，-介质的介电常数；介质的介电常数；介质

28、的介电常数；介质的介电常数；k-Boltzmank-Boltzman常数；常数；常数；常数；T-T-绝对温度绝对温度绝对温度绝对温度,K;,K;n nNNA A-Avogadro-Avogadro常数常数常数常数;c-;c-电解质浓度电解质浓度电解质浓度电解质浓度,mol/L;z-,mol/L;z-离子价数离子价数离子价数离子价数,e-,e-一个电子的电一个电子的电一个电子的电一个电子的电量量量量第十六页，讲稿共五十二页哦n n可以想象：可以想象：可以想象：可以想象：如果将双电层视为弹性体，则如果将双电层视为弹性体，则如果将双电层视为弹性体，则如果将双电层视为弹性体，则K K-1-1增加，弹性

29、体之间排斥力增大，胶粒不易聚增加，弹性体之间排斥力增大，胶粒不易聚增加，弹性体之间排斥力增大，胶粒不易聚增加，弹性体之间排斥力增大，胶粒不易聚集。反之，则胶粒易于聚集。集。反之，则胶粒易于聚集。集。反之，则胶粒易于聚集。集。反之，则胶粒易于聚集。n n 当电解质浓度或离子价数增加时，当电解质浓度或离子价数增加时，当电解质浓度或离子价数增加时，当电解质浓度或离子价数增加时，K K-1-1减小，双电层变薄，减小，双电层变薄，减小，双电层变薄，减小，双电层变薄，随随随随x x下降变快，下降变快，下降变快，下降变快，电势下降；所以电解质浓度增加或反离子价数增加，电势下降；所以电解质浓度增加或反离子价数

30、增加，电势下降；所以电解质浓度增加或反离子价数增加，电势下降；所以电解质浓度增加或反离子价数增加，电位下降，带电分散体系静电位下降，带电分散体系静电位下降，带电分散体系静电位下降，带电分散体系静电稳定性下降。电稳定性下降。电稳定性下降。电稳定性下降。n n 在极稀的电解质溶液中，在极稀的电解质溶液中，在极稀的电解质溶液中，在极稀的电解质溶液中，c c降低，降低，降低，降低，K K-1-1增加，双电层厚度增加，增加，双电层厚度增加，增加，双电层厚度增加，增加，双电层厚度增加，电位升电位升电位升电位升高。高。高。高。TT，双电层变薄，双电层变薄，双电层变薄，双电层变薄，电位下降。电位下降。电位下降

31、。电位下降。n n例：（例：（例：（例：（1 1）真溶液）真溶液）真溶液）真溶液胶体胶体胶体胶体结晶体结晶体结晶体结晶体 (需需需需T)T)（2 2）有时需要破坏胶体，如卤水（）有时需要破坏胶体，如卤水（）有时需要破坏胶体，如卤水（）有时需要破坏胶体，如卤水（MgClMgCl2 2）点豆腐）点豆腐）点豆腐）点豆腐第十七页，讲稿共五十二页哦四、电动电势测定四、电动电势测定n n1 电动电势电动电势的测定方法的测定方法n n（1）电泳、）电泳、n n（2）电渗、）电渗、n n（3）流动电势）流动电势第十八页，讲稿共五十二页哦(1)电泳法电泳法n n主要有主要有主要有主要有UU型管法和微电泳法型管法

32、和微电泳法型管法和微电泳法型管法和微电泳法 UU型管法：型管法：型管法：型管法：物化实验，浓度可高一些物化实验，浓度可高一些物化实验，浓度可高一些物化实验，浓度可高一些;微电泳法：微电泳法：微电泳法：微电泳法：低浓度下，如低浓度下，如低浓度下，如低浓度下，如ZetaSizer 3000ZetaSizer 3000电位粒度仪电位粒度仪电位粒度仪电位粒度仪 电泳法原理：电泳法原理：电泳法原理：电泳法原理：在一定电场强度在一定电场强度在一定电场强度在一定电场强度E E下，测定胶粒的移动速度下，测定胶粒的移动速度下，测定胶粒的移动速度下，测定胶粒的移动速度v v。n n我们把单位电场强度下的电泳速度称

33、为电泳淌度我们把单位电场强度下的电泳速度称为电泳淌度我们把单位电场强度下的电泳速度称为电泳淌度我们把单位电场强度下的电泳速度称为电泳淌度u u u=/Eu=/E (1.57)(1.57)n n半径为半径为半径为半径为a a的不导电的球形胶粒，的不导电的球形胶粒，的不导电的球形胶粒，的不导电的球形胶粒，u u与与与与 的关系为的关系为的关系为的关系为:u=C/u=C/(1.58)(1.58)介质粘度；介质粘度；介质粘度；介质粘度；介电常数介电常数介电常数介电常数;C-;C-常数，与粒子大小和形状有关常数，与粒子大小和形状有关常数，与粒子大小和形状有关常数，与粒子大小和形状有关第十九页，讲稿共五十

34、二页哦n n当当当当a0.1a100a100时，胶粒看作平板，时，胶粒看作平板，时，胶粒看作平板，时，胶粒看作平板，C=1C=1，那么，那么，那么，那么 u=/u=/SmoluckowskiSmoluckowski方程方程方程方程 （1.601.60）n n当当当当0.1a1000.1aNaNa+KK+NHNH+4 4RbRb+CsCs+Mg Mg2+2+CaCa2+2+SrSr2+2+BaBa2+2+SCN SCN-II-NOBrBr-ClCl-FF-AcAc-1/2 SO1/2 SO4 42+2+n nSchulze-HardySchulze-Hardy规则只适用于惰性电解质。规则只适用于

35、惰性电解质。规则只适用于惰性电解质。规则只适用于惰性电解质。第二十九页，讲稿共五十二页哦（2）同号离子的影响同号离子的影响n n一些同号离子，对溶胶有稳定作用，特别是高价离子或有机离一些同号离子，对溶胶有稳定作用，特别是高价离子或有机离子，在胶粒表面特性吸附后，可降低反离子的聚沉作用，即对子，在胶粒表面特性吸附后，可降低反离子的聚沉作用，即对溶胶有稳定作用。溶胶有稳定作用。例：例：AsAs2 2S S2 2负电溶胶，电解质负电溶胶，电解质KClKCl的聚沉值是的聚沉值是49.549.5，甲，甲酸钾酸钾8585，乙酸钾为，乙酸钾为110110，柠檬酸钾是，柠檬酸钾是240240 再例：阳离子再例

36、：阳离子PAMPAM胶体可抗胶体可抗CaCa2+2+、MgMg2+2+离子，离子，硬度高的水无法破坏阳离子硬度高的水无法破坏阳离子PAMPAM稳定性稳定性n n 第三十页，讲稿共五十二页哦n n在一些特殊情况下，会出现这种现象：在一些特殊情况下，会出现这种现象：在一些特殊情况下，会出现这种现象：在一些特殊情况下，会出现这种现象：少量的电解质使溶胶聚沉，电解质浓度升高使沉淀又重新分少量的电解质使溶胶聚沉，电解质浓度升高使沉淀又重新分少量的电解质使溶胶聚沉，电解质浓度升高使沉淀又重新分少量的电解质使溶胶聚沉，电解质浓度升高使沉淀又重新分散成溶胶；浓度再高时，又使溶胶聚沉，这种现象称为不规散成溶胶；

37、浓度再高时，又使溶胶聚沉，这种现象称为不规散成溶胶；浓度再高时，又使溶胶聚沉，这种现象称为不规散成溶胶；浓度再高时，又使溶胶聚沉，这种现象称为不规则聚沉。则聚沉。则聚沉。则聚沉。多发生在聚沉剂含有高价反离子或有机反离子的情况下。多发生在聚沉剂含有高价反离子或有机反离子的情况下。多发生在聚沉剂含有高价反离子或有机反离子的情况下。多发生在聚沉剂含有高价反离子或有机反离子的情况下。（3）不规则聚沉第三十一页，讲稿共五十二页哦n n如图所示：如图所示：如图所示：如图所示：n n当当当当 电位绝对值低于临界值（一般电位绝对值低于临界值（一般电位绝对值低于临界值（一般电位绝对值低于临界值（一般30mV30

38、mV左左左左右），溶胶聚沉，高于此值，体系稳定。右），溶胶聚沉，高于此值，体系稳定。右），溶胶聚沉，高于此值，体系稳定。右），溶胶聚沉，高于此值，体系稳定。n n解释：解释：解释：解释：n n电解质浓度超过聚沉值时溶胶聚沉，电解质浓度超过聚沉值时溶胶聚沉，电解质浓度超过聚沉值时溶胶聚沉，电解质浓度超过聚沉值时溶胶聚沉，电位降电位降电位降电位降至零附近。至零附近。至零附近。至零附近。n n电解质浓度继续增大时，胶粒质点会吸附过电解质浓度继续增大时，胶粒质点会吸附过电解质浓度继续增大时，胶粒质点会吸附过电解质浓度继续增大时，胶粒质点会吸附过量的高价或大离子而重新带电，溶胶重新又量的高价或大离子而重

39、新带电，溶胶重新又量的高价或大离子而重新带电，溶胶重新又量的高价或大离子而重新带电，溶胶重新又稳定，但此时所带电荷与原来相反。稳定，但此时所带电荷与原来相反。稳定，但此时所带电荷与原来相反。稳定，但此时所带电荷与原来相反。n n再加入电解质，由于与新质点持相反电再加入电解质，由于与新质点持相反电再加入电解质，由于与新质点持相反电再加入电解质，由于与新质点持相反电荷的离子作用，溶胶又聚沉。荷的离子作用，溶胶又聚沉。荷的离子作用，溶胶又聚沉。荷的离子作用，溶胶又聚沉。第三十二页，讲稿共五十二页哦（4）溶胶的相互聚沉溶胶的相互聚沉n n当两种电性相反的溶胶混合时可发生相互聚沉作用。当两种电性相反的溶

40、胶混合时可发生相互聚沉作用。n n聚沉的程度与两种胶体的性质和比例有关，在等电点附近聚沉最完全，聚沉的程度与两种胶体的性质和比例有关，在等电点附近聚沉最完全，聚沉的程度与两种胶体的性质和比例有关，在等电点附近聚沉最完全，聚沉的程度与两种胶体的性质和比例有关，在等电点附近聚沉最完全，比例相差很大时，部分聚沉或不发生聚沉。比例相差很大时，部分聚沉或不发生聚沉。比例相差很大时，部分聚沉或不发生聚沉。比例相差很大时，部分聚沉或不发生聚沉。n n相互聚沉的原因可能有两种：相互聚沉的原因可能有两种：相互聚沉的原因可能有两种：相互聚沉的原因可能有两种：一是异性电荷相互中和；二是两种胶体的一是异性电荷相互中和

41、；二是两种胶体的一是异性电荷相互中和；二是两种胶体的一是异性电荷相互中和；二是两种胶体的稳定剂相互作用形成沉淀，从而破坏体系的稳定性，因此溶胶聚沉。稳定剂相互作用形成沉淀，从而破坏体系的稳定性，因此溶胶聚沉。稳定剂相互作用形成沉淀，从而破坏体系的稳定性，因此溶胶聚沉。稳定剂相互作用形成沉淀，从而破坏体系的稳定性，因此溶胶聚沉。第三十三页，讲稿共五十二页哦（5）Burton-Bishop规则规则n n溶胶的浓度影响着电解质的聚沉值。溶胶的浓度影响着电解质的聚沉值。溶胶的浓度影响着电解质的聚沉值。溶胶的浓度影响着电解质的聚沉值。n n溶胶稀释时，一价反离子电解质的聚沉值增加溶胶稀释时，一价反离子电

42、解质的聚沉值增加溶胶稀释时，一价反离子电解质的聚沉值增加溶胶稀释时，一价反离子电解质的聚沉值增加 二价反离子电解质的聚沉值不变二价反离子电解质的聚沉值不变二价反离子电解质的聚沉值不变二价反离子电解质的聚沉值不变 三价反离子电解质的聚沉值降低三价反离子电解质的聚沉值降低三价反离子电解质的聚沉值降低三价反离子电解质的聚沉值降低n n这个规律称为这个规律称为这个规律称为这个规律称为Burton-BishopBurton-Bishop规则规则规则规则第三十四页，讲稿共五十二页哦二、二、DLVO理论理论 n n胶体粒子之间存在着胶体粒子之间存在着胶体粒子之间存在着胶体粒子之间存在着Van der Waa

43、lsVan der Waals吸引作用，同时它们在吸引作用，同时它们在吸引作用，同时它们在吸引作用，同时它们在相互靠近时又存在双电层之间的排斥作用，胶体的稳定性相互靠近时又存在双电层之间的排斥作用，胶体的稳定性相互靠近时又存在双电层之间的排斥作用，胶体的稳定性相互靠近时又存在双电层之间的排斥作用，胶体的稳定性就取决于这种吸引与排斥作用的相对大小。就取决于这种吸引与排斥作用的相对大小。就取决于这种吸引与排斥作用的相对大小。就取决于这种吸引与排斥作用的相对大小。n n二十世纪四十年代，前苏联学者二十世纪四十年代，前苏联学者二十世纪四十年代，前苏联学者二十世纪四十年代，前苏联学者DerjaguinD

44、erjaguin、LandauLandau与荷兰与荷兰与荷兰与荷兰学者学者学者学者VerweyVerwey、OverbeekOverbeek分别独立的提出了关于各种形状胶粒分别独立的提出了关于各种形状胶粒分别独立的提出了关于各种形状胶粒分别独立的提出了关于各种形状胶粒之间的吸引能与双电子层排斥能的计算方法，并据此对溶胶之间的吸引能与双电子层排斥能的计算方法，并据此对溶胶之间的吸引能与双电子层排斥能的计算方法，并据此对溶胶之间的吸引能与双电子层排斥能的计算方法，并据此对溶胶的稳定性进行了定量处理。这就是的稳定性进行了定量处理。这就是的稳定性进行了定量处理。这就是的稳定性进行了定量处理。这就是DL

45、VODLVO理论，它所涉及的理论，它所涉及的理论，它所涉及的理论，它所涉及的是胶体稳定性问题。是胶体稳定性问题。是胶体稳定性问题。是胶体稳定性问题。第三十五页，讲稿共五十二页哦1 胶粒间的胶粒间的Van der Waals引力势能引力势能 分子间的分子间的分子间的分子间的Van der WaalsVan der Waals引力包括：引力包括：引力包括：引力包括：n n （a a）DebyeDebye引力（诱导力）：永久偶极子与诱导偶极子引力（诱导力）：永久偶极子与诱导偶极子引力（诱导力）：永久偶极子与诱导偶极子引力（诱导力）：永久偶极子与诱导偶极子间的相互作用间的相互作用间的相互作用间的相互作

46、用n n （b b）KeesomKeesom引力（偶极力）：两个永久偶极子之间的引力（偶极力）：两个永久偶极子之间的引力（偶极力）：两个永久偶极子之间的引力（偶极力）：两个永久偶极子之间的相互作用相互作用相互作用相互作用n n （c c）LondonLondon引力（色散力）：两个诱导偶极子之间的引力（色散力）：两个诱导偶极子之间的引力（色散力）：两个诱导偶极子之间的引力（色散力）：两个诱导偶极子之间的相互作用相互作用相互作用相互作用n n这三种引力的总和之大小与分子间的距离的六次方成反比。除了这三种引力的总和之大小与分子间的距离的六次方成反比。除了这三种引力的总和之大小与分子间的距离的六次方

47、成反比。除了这三种引力的总和之大小与分子间的距离的六次方成反比。除了少数的极性分子之外，对于大多数分子，色散力占支配地位。少数的极性分子之外，对于大多数分子，色散力占支配地位。少数的极性分子之外，对于大多数分子，色散力占支配地位。少数的极性分子之外，对于大多数分子，色散力占支配地位。第三十六页，讲稿共五十二页哦2双电子层的斥力势能双电子层的斥力势能 前面讲过，在带电胶粒的周围可形成双电子层。前面讲过，在带电胶粒的周围可形成双电子层。前面讲过，在带电胶粒的周围可形成双电子层。前面讲过，在带电胶粒的周围可形成双电子层。n n两个等同球形粒子的两个等同球形粒子的两个等同球形粒子的两个等同球形粒子的V

48、an der WaalsVan der Waals引力势能：引力势能：引力势能：引力势能：n n VA=-Aa/12HVA=-Aa/12H (1.65)(1.65)n n a-a-球形半径球形半径球形半径球形半径,H-,H-两球距离两球距离两球距离两球距离,A-Hamaker,A-Hamaker常数常数常数常数n n HamakerHamaker常数常数常数常数A A与粒子性质有关，一般在与粒子性质有关，一般在与粒子性质有关，一般在与粒子性质有关，一般在1010-19-191010-20-20J J之间之间之间之间 第三十七页，讲稿共五十二页哦n n当两个颗粒的双电层发生重叠时，扩散层中的反离

49、子浓度增大，当两个颗粒的双电层发生重叠时，扩散层中的反离子浓度增大，当两个颗粒的双电层发生重叠时，扩散层中的反离子浓度增大，当两个颗粒的双电层发生重叠时，扩散层中的反离子浓度增大，破坏了反离子的平衡分布，引起双电层之间的相互排斥作用，破坏了反离子的平衡分布，引起双电层之间的相互排斥作用，破坏了反离子的平衡分布，引起双电层之间的相互排斥作用，破坏了反离子的平衡分布，引起双电层之间的相互排斥作用，即所谓胶粒之间的静电排斥作用，这种静电斥力的大小与粒子即所谓胶粒之间的静电排斥作用，这种静电斥力的大小与粒子即所谓胶粒之间的静电排斥作用，这种静电斥力的大小与粒子即所谓胶粒之间的静电排斥作用，这种静电斥力

50、的大小与粒子形状有关。形状有关。形状有关。形状有关。n n 两等同球形粒子间的斥力势能：两等同球形粒子间的斥力势能：两等同球形粒子间的斥力势能：两等同球形粒子间的斥力势能：(1.70)(1.70)n n -1-1-双电子层厚度双电子层厚度双电子层厚度双电子层厚度,a-,a-球半径球半径球半径球半径,H-,H-两球距离两球距离两球距离两球距离n n k-Boltzmannk-Boltzmann常数，常数，常数，常数，n n0 0-体相离子浓度体相离子浓度体相离子浓度体相离子浓度 (1.69)(1.69)第三十八页，讲稿共五十二页哦3 胶粒间的总相互作用势能胶粒间的总相互作用势能n nV V是引力