第12章胶体化学1.ppt

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1、第第12章胶体化学章胶体化学1现在学习的是第1页，共24页 胶体化学是物理化学的一个重要分支。它所研究的领域是化学、胶体化学是物理化学的一个重要分支。它所研究的领域是化学、物理学、材料科学、生物化学等诸多学科的交叉与重叠，它已成为这物理学、材料科学、生物化学等诸多学科的交叉与重叠，它已成为这些学科的重要基础理论。些学科的重要基础理论。胶胶体体化化学学的的理理论论和和技技术术现现在在已已广广泛泛应应用用于于化化工工、石石油油开开采采、催催化化、涂涂料料、造造纸纸、农农药药、纺纺织织、食食品品、化化妆妆品品、染染料料、医医药药和和环境保护等工业部门和技术领域。环境保护等工业部门和技术领域。现在学习

2、的是第2页，共24页现在学习的是第3页，共24页胶体化学主要研究对象是多相胶体化学主要研究对象是多相分散系统分散系统 分散系统：分散系统：一种或几种物质分散在另一种物质之中所构成的一种或几种物质分散在另一种物质之中所构成的系统系统分散相：分散相：被分散的物质被分散的物质分散介质：分散介质：另一种连续分布的物质另一种连续分布的物质水溶液：溶质（分子、离子等）分散在水中水溶液：溶质（分子、离子等）分散在水中雾：水滴分散在大气中雾：水滴分散在大气中按按分散相粒子的大小分散相粒子的大小分类分类 按分散相和分散介质的按分散相和分散介质的聚集状态聚集状态分类分类长江水：粘土颗粒分散在水中长江水：粘土颗粒分

3、散在水中现在学习的是第4页，共24页类型分散相粒子直径分散相性质实例真溶液分子溶液离子溶液等d 1nm小分子离子原子均相，热力学稳定系统，扩散快、能透过半透膜，形成真溶液氯化钠或蔗糖的水溶液。混合气体等胶体分散系统溶胶1 d cmc粗分散乳状液泡沫悬浮液d 1000nm粗颗粒多相，热力学不稳定系统，扩散慢、不能透过半透膜或滤纸，形成悬浮液或乳状液浑浊泥水分散系统分类（按分散相粒子大小）分散系统分类（按分散相粒子大小）溶胶系统的特征溶胶系统的特征：高度分散性、多相性、热力学不稳定：高度分散性、多相性、热力学不稳定现在学习的是第5页，共24页可依据可依据分散相分散相和和分散介质聚集状态分散介质聚集

4、状态的不同分类：的不同分类：分散介质分散相名称实例气液固气溶胶云，雾，喷雾烟，粉尘液气液固泡沫乳状液液溶胶或悬浮液肥皂泡沫牛奶，含水原油金溶胶，油墨，泥浆固气液固固溶胶泡沫塑料珍珠，蛋白石有色玻璃，某些合金现在学习的是第6页，共24页现在学习的是第7页，共24页12-1 溶胶的制备溶胶的制备胶体系统胶体系统分散法分散法大变小大变小粗分散系统粗分散系统d 1000nm1 d 1000nm聚集法聚集法小变大小变大分子分散系统分子分散系统d 波长时，发生光的反射；波长时，发生光的反射；混浊混浊 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

5、nm溶胶溶胶粒子直径：粒子直径：1 1000 nm 溶胶可发生光散射溶胶可发生光散射丁铎尔效应可用来区分丁铎尔效应可用来区分溶胶溶胶小分子真溶液小分子真溶液现在学习的是第15页，共24页2.Rayleigh 公式公式I：散射光强散射光强；I0:入射光强；入射光强；V：单：单个粒子的体积；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

6、子的稀溶胶系统，导出对非导电的、球形粒子的稀溶胶系统，导出了单位体积溶胶的散射强度：了单位体积溶胶的散射强度：现在学习的是第16页，共24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可用来鉴别小分子真溶液与溶胶系统溶胶系统；n小分子真溶液因分子小，乳光弱；小分子真溶液因分子小，乳光弱；n悬浮液无散射；悬浮液无散射；n只有溶胶粒子大小合适，可产生较强的乳光。只有溶胶粒子大小合适，可产生较强的乳光。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

7、溶胶，散射光呈蓝、紫色，散射光呈蓝、紫色，透射光呈橙红色透射光呈橙红色现在学习的是第17页，共24页真溶液有较厚溶液化层，使分散相与介质的折射率差别小，真溶液有较厚溶液化层，使分散相与介质的折射率差别小，I 小，小，溶胶的分散相与介质的折射率差别大，溶胶的分散相与介质的折射率差别大，I 大。大。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 3)现在学习的是第18页，共24页12.3 溶胶的动力学性质溶胶的动力学性质 1.Brown 运动运动 1827年，英国植物学家

8、年，英国植物学家Brown在显微镜下观察到悬浮在显微镜下观察到悬浮于水中的花粉粒子处于不停息的、无规则的运动之中。于水中的花粉粒子处于不停息的、无规则的运动之中。在溶胶分散系统中，随着超显微镜的出现，人们观察到在溶胶分散系统中，随着超显微镜的出现，人们观察到了分散介质中溶胶粒子也处于永不停息、无规则的运动之了分散介质中溶胶粒子也处于永不停息、无规则的运动之中，这种运动即为布朗运动。中，这种运动即为布朗运动。现在学习的是第19页，共24页20分散介质分子无规则的热运动，撞击溶胶粒子，当瞬间合力不为零时，表现为分散介质分子无规则的热运动，撞击溶胶粒子，当瞬间合力不为零时，表现为布朗运动布朗运动n分

9、散相粒子的热运动。与一般分子、离子的热运动无本质区别，只是分散相粒子的热运动。与一般分子、离子的热运动无本质区别，只是粒子重量不同，运动速度不同。粒子重量不同，运动速度不同。n若粒子直径较大，各向受力均匀无布朗运动或很弱；若粒子较小，若粒子直径较大，各向受力均匀无布朗运动或很弱；若粒子较小，各向受力不均匀，使粒子做无规则运动。各向受力不均匀，使粒子做无规则运动。布朗运动是分子热运动的必然结果布朗运动是分子热运动的必然结果胶粒受介质分子冲击示意图胶粒受介质分子冲击示意图超显微镜下的布朗运动超显微镜下的布朗运动现在学习的是第20页，共24页 1905年年 Einstein 用统计和分子运动论的观点

10、，提出用统计和分子运动论的观点，提出 Einstein-Brown 平均位移公式：平均位移公式：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：分散介质粘度现在学习的是第21页，共24页2.扩散扩散扩散：有浓度梯度存在时，物质粒子因热运动而发生宏观上的定扩散：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向迁移溶胶系统中，溶胶粒子因布朗运动由高溶胶系统中，溶胶粒子因布朗运动由高“浓度浓度”向低向低“浓度浓度”的定向迁移过的定向迁移过程程溶胶粒子的扩散溶胶粒子的扩散 也可用也可用Fick第一定律来描述此种扩散

11、：第一定律来描述此种扩散：即单位时间通过某一截面的物质的量与该处的浓度梯度及面即单位时间通过某一截面的物质的量与该处的浓度梯度及面积大小成正比，其比例系数积大小成正比，其比例系数D称为扩散系数称为扩散系数 c大大c小小ASD的物理意义：单位浓度梯度下，单位时间通过单位面积的物质的量。可用来的物理意义：单位浓度梯度下，单位时间通过单位面积的物质的量。可用来来衡量物质扩散能力的大小来衡量物质扩散能力的大小现在学习的是第22页，共24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：18 oC时金溶胶的扩散系数时金溶胶的扩散系数粒子半径 10.213100.02131000.00213现在学习的是第23页，共24页如分散相粒子大小一致，结合平均位移公式得：如分散相粒子大小一致，结合平均位移公式得：又又 ，则，则胶体粒子的摩尔质量胶体粒子的摩尔质量：（测（测 ，可求出，可求出 D）由由D、可求出可求出单个单个球形胶体粒子的质量球形胶体粒子的质量现在学习的是第24页，共24页