胶体化学 讲稿.ppt

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1、关于胶体化学 第一页，讲稿共九十页哦Page 2 胶体化学和人类生活密切相关，如江河湖海、工业废水是液溶胶系统液溶胶系统，大气是气溶胶系气溶胶系统统，人体各部分组织是含水的胶体。此外，人类的衣、食、住、行等无不与胶体相关，随着科技的发展，胶体化学发挥越来越重要的作用。第二页，讲稿共九十页哦Page 3 胶体化学研究的对象是高度分散的多相系统。把一种或几种物质分散在一种介质中所构成的系统，称为分散系统分散系统。被分散的物质称为分分散相散相，而令一种呈连续分布的物质称为分散介质分散介质。第三页，讲稿共九十页哦Page 4 当被分散物质，以分子、原子或离子(质点直径d1000nm的分散系统称为粗分散

2、系统。包括悬乳液、乳状液、泡沫、粉尘等。有明显的相界面。是热力学不稳定系统。第五页，讲稿共九十页哦Page 6 分散相粒子直径介于11000 nm之间的高分散系统即为胶体系统。分散相可以是多原子或分子(103 106 个)组成的有界面的粒子，也可以是没有相界面的大分子或胶束，前者称为溶胶，后者称为高分子溶液或缔合胶体。第六页，讲稿共九十页哦Page 7 （1）溶胶：由于分散相粒子很小，且分散相和分散介质间有很大的相界面很大的相界面、很高的界面能很高的界面能，因而溶胶是热力学不稳定系统。其有许多不同于真溶液和粗分散系统的性质。第七页，讲稿共九十页哦Page 8 （2）高分子溶液：它们的分子大小虽

3、然已经达到11000 nm范围，但由于不存在相界面，且不会自动发生聚沉，因而属于均相热力学稳定系统。高分子溶液也称为亲液胶体(没有相界面，分散相以分子形式溶解，亲和力较强)。第八页，讲稿共九十页哦Page 9 （3）缔合胶体：或称为胶体电解质，分散相是由表面活性剂缔合形成的胶束表面活性剂缔合形成的胶束。通常以水作为分散介质，分散相和分散介质有很好的亲和性，因此也是热力学稳定系统。第九页，讲稿共九十页哦Page 1012.1 溶胶的制备第十页，讲稿共九十页哦Page 11第十一页，讲稿共九十页哦Page 121.分散法 利用机械设备，将粗分散的物料分散成高分散的胶体。分散过程所消耗的电功或机械功

4、，远远大于系统的表面吉布斯函数变大于系统的表面吉布斯函数变，大部分能量以热的形式传导给环境。(1)胶体磨：分干法和湿法。(2)气流粉碎机：粉碎程度1um以下。(3)电弧法：制备金属水溶胶。第十二页，讲稿共九十页哦Page 132.凝聚法 由分子(或原子、离子)的分散状态凝聚为胶体分散状态的一种方法。(1)物理凝聚法：将蒸气或溶解状态物质凝聚。分为蒸气凝聚法；过饱和法。(2)化学凝聚法：利用生成不溶性物质的化学反应，通过控制析晶，使其停留在胶核尺度。第十三页，讲稿共九十页哦Page 143.溶胶的净化 过量的电解质或杂质影响溶胶的稳定性，需要去除。常用渗析法渗析法。该法利用胶粒不能透过半透膜的特

5、点，分离出电解质或杂质。如用羊皮纸、动物的膀胱膜、硝酸或醋酸纤维素制成的半透膜，将溶胶装入膜内，在放入流动的水中，经过一定时间的渗透作用，可达到净化的目的。第十四页，讲稿共九十页哦Page 1512.2 溶胶的光学性质1.丁铎尔效应 在暗室里，将一束经聚集的光线投射到溶胶上，在与入射光垂直的方向上，可以看到一个发亮的光锥，此为丁铎尔效应丁铎尔效应。丁铎尔效应的实质是光的散射散射。丁铎尔效应又称乳光效应，散射光的强度可以用瑞利公式计算。第十五页，讲稿共九十页哦Page 16第十六页，讲稿共九十页哦Page 17第十七页，讲稿共九十页哦Page 182.瑞利公式(1)只有溶胶有明显的丁铎尔效应；(

6、2)蓝、紫光散射最强，红光散射最弱；(3)分散相和分散介质折射率相差越大，乳光效应越强；(4)乳光强度又称为浊度。第十八页，讲稿共九十页哦Page 193.超显微镜 超显微镜在黑暗的视野下，从垂直于入射光的方向上观察，可以在整个黑暗的背景内看到一个个闪闪发光、不断移动的光点，恰似黑夜观天可见满天星斗闪烁。超显微镜可以近似测定粒子大小，第十九页，讲稿共九十页哦Page 2012.3 溶胶的动力学性质1.布朗运动 在溶胶分散系统中，溶胶粒子处于永不停息、无规则的运动之中，这种运动称为布朗运动布朗运动。是分子热运动的必然结果，是胶粒的热运动。与真溶液中的分子热运动无本质区别，符合分子运动规律。第二十

7、页，讲稿共九十页哦Page 21爱因斯坦-布朗平均位移公式 平均位移公式有力地证明了分子运动论完全适用于溶胶分散系统。就质点运动而言，溶胶分散系统与分子分散系统并无本质区别。第二十一页，讲稿共九十页哦Page 222.扩散 对存在浓度梯度的溶胶分散系统，由较高浓度一侧进入较低浓度一侧的质点数更多，总的净结果是溶胶粒子由高浓度向低浓度定向迁移，即为溶胶粒子的扩散溶胶粒子的扩散。菲克第一定律：第二十二页，讲稿共九十页哦Page 23扩散系数D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。单位为m2s-1。对于球形粒子，扩散系数D可由爱因斯坦-斯托克斯方程计算：第二十三页，讲稿共九十页

8、哦Page 243.沉降与沉降平衡 多相分散系统中的粒子，由于重力的作用而下沉的过程，称为沉降沉降。分散相粒子所受作用力情况分为两方面：重力的沉降作用；浓差导致的扩散作用。粒子小，扩散作用为主；粒子大，沉降作用为主；粒子大小相当，重力作用与扩散作用相近，构成沉降平衡沉降平衡。第二十四页，讲稿共九十页哦Page 253.沉降与沉降平衡 微小粒子在重力场中的沉降平衡沉降平衡，大气分子的浓度随距地面高度而变化，亦可建立重力场中的沉降平衡沉降平衡，第二十五页，讲稿共九十页哦Page 2612.4 溶胶的电学性质1.电动现象 在外电场或外力作用下，溶胶中固、液两相发生与电势差有关的相对运动称为电动现象电

9、动现象。(1)电泳电泳：在外电场的作用下，溶胶粒子在分散介质中定向移动的现象。(2)电渗电渗：在外电场作用下，若溶胶粒子不动(吸附固定于棉花或多孔物质)，而液体介质定向移动的现象。第二十六页，讲稿共九十页哦Page 27 (3)流动电势流动电势：在外力的作用下，迫使流体通过多孔隔膜(或毛细管)定向流动，多孔隔膜两端所产生的电势差，称为流动电势。(4)沉降电渗沉降电渗：分散相粒子在重力作用下或离心力场作用下迅速移动时，在移动方向两端产生的电势差，称为沉降电势。第二十七页，讲稿共九十页哦Page 282.扩散双电层理论 固、液两相在离子吸附、解离、静电引力等作用下，而带有电荷，从而形成双电层。(1

10、)亥姆霍茨模型亥姆霍茨模型：固液两相界面层整齐地排列着正负离子，正负电荷的分布如同平板电容器，在平板内电势直线下降，两层间距离很小，与离子半径相当。第二十八页，讲稿共九十页哦Page 29 (2)古依古依-查普曼模型查普曼模型：扩散双电层理论认为，靠近质点表面的反离子是呈扩散状态分布在溶液中，而不是整齐排列在一个平面上。这是反离子受到的相反的两种作用的结果，一方面是质点表面的静电吸引，一方面是离子热运动。两种作用平衡的结果，令反离子越靠近固体表面浓度越高，随距离增加浓度下降，形成一个反离子的扩散层。第二十九页，讲稿共九十页哦Page 30 (3)斯特恩模型斯特恩模型：该模型认为离子有一定大小，

11、而且离子与质点表面除了静电作用外，还有范德华引力。因此，在靠近表面12个分子厚的区域内，反离子受到强烈地吸引，会牢固地结合在表面，形成一个紧密的吸附层，称为固定吸附层或斯特恩层；其余反离子扩散地分布在溶液中，构成双电层的扩散部分。第三十页，讲稿共九十页哦Page 31第三十一页，讲稿共九十页哦Page 32 滑动面与溶液本体间的电势差称为电势。只有在固液两相发生相对移动时，才能出现电势。电势反映了胶体粒子带电程度。电势越高带电越多，扩散层越厚。电解质浓度足够大时，可以使电势为零，此时相应的状态称为等电等电态态。第三十二页，讲稿共九十页哦Page 333.溶胶的胶团结构 由分子、原子、离子形成的

12、固态微粒，称为胶胶核核。胶核常具有晶态结构。胶核从介质中选择吸附离子而带带电。胶核表面优先吸附能与其表面离子生成难溶物或难电离化合物的离子，称为法杨斯法杨斯-帕尼思规则帕尼思规则。水为分散介质时，所有反离子是水化的，滑动面所包围的带电体称为胶体粒子胶体粒子(简称胶粒简称胶粒)。整个扩散层及其所包围的胶体粒子，构成电中性的胶团胶团。第三十三页，讲稿共九十页哦Page 34举例举例第三十四页，讲稿共九十页哦Page 35第三十五页，讲稿共九十页哦Page 3612.5 溶胶的稳定与聚沉1.DLVO理论 该理论认为：(1)胶团胶团之间同时存在斥力和引力势能。(2)溶胶溶胶的相对稳定性取决于斥力势能或

13、引力势能的相对大小。(3)斥力斥力势能、引力势能以及总势能都随着粒子间距离而变化，但是斥力和引力势能与距离关系不同，因此必然导致两者分别占优势的情况。第三十六页，讲稿共九十页哦Page 371.DLVO理论 该理论认为：(4)电解质电解质对引力势能影响不大，对斥力势能影响明显。适当调节电解质浓度，可得稳定溶胶。图中Emax为胶体粒子净的斥力势能，代表溶胶发生聚沉时必须克服的势垒，迎面相碰的溶胶粒子只有平动能大于这一势垒，才能聚沉。第三十七页，讲稿共九十页哦Page 382.溶胶的聚沉 (1)电解质电解质的聚沉作用。价数规则：电解质中能使溶胶发生聚沉的离子，是与胶粒带电符号相反的离子，即反离子，

14、反离子的价数愈高，聚沉能力愈大，这种关系称为价数规则。感胶离子序：将带有相同电荷的离子，按聚沉能力大小排列的顺序。如H H+CsCs+RbRb+NHNH4 4+KK+NaNa+LiLi+第三十八页，讲稿共九十页哦Page 392.溶胶的聚沉 (2)高分子高分子的聚沉作用。搭桥效应：一个长碳链高分子可以同时和许多分散相粒子发生吸附，起到搭桥的作用，把胶粒联结起来，变成较大聚集体而聚沉。脱水效应：使胶粒脱水，失去水化外壳而聚沉。电中和效应：离子型高分子化合物 吸附在带电的胶粒上，中和粒子的表面电荷，使斥力势能降低，而使溶解聚沉。第三十九页，讲稿共九十页哦Page 4012.6 乳状液定义定义：由两

15、种(或两种以上)不互溶(或部分互溶)的液体所形成的分散体系称为乳状液。特点特点：乳状液分散度较溶胶低，分散相(液滴)大小在15um之间。乳化剂乳化剂：能在液滴表面形成保护膜，并能显著降低界面吉布斯函数，这种物质称为乳化剂。乳化作用乳化作用：乳化剂使乳化液稳定的作用。第四十页，讲稿共九十页哦Page 411.乳状液的分类与鉴别 乳状液一般分为两类，一类是油分散在水中，称为水包油型，以O/W表示；另一类是水分散在油中，称为油包水型，以W/O表示。鉴别方法有：染色法：在乳状液中加入少许油溶性染料，振荡后取样在显微镜下观察，内相染色则为O/W，外相染色则为W/O。第四十一页，讲稿共九十页哦Page 4

16、21.乳状液的分类与鉴别 稀释法：取少量乳状液滴入水中或油中，若乳状液在水中能稀释，即为O/W；在油中能稀释，即为W/O。导电法：一般而言，水导电性强，油导电性差。因此，O/W型乳状液导电性远好于W/O。但注意乳状液中存在离子型乳化剂时，W/O也有好的导电性。第四十二页，讲稿共九十页哦Page 432.乳状液的稳定 在乳化剂存在时，乳状液稳定的原因为：降低界面张力：乳化剂在两相界面层产生正吸附，显著降低界面张力，使系统的吉布斯函数降低，稳定性增加。形成定向楔的界面：表面活性剂分子亲水端与亲油端截面常大小不等，当作为乳化剂时，被吸附在乳状液的界面层上，常呈现大头朝外，小头朝内的几何构形，如楔子钉

17、在圆球上。第四十三页，讲稿共九十页哦Page 44 形成扩散双电层：带电符号取决于相接触的两物质介电常数的高低，介电常数高的物质带正电荷。双电层的存在，可防止因碰撞、聚集而破坏乳状液。界面膜的稳定作用：乳化过程可理解为分散相液滴表面的成膜过程，界面膜的厚度、强度和韧性，对乳状液的稳定性起着重要的作用。固体粉末的稳定作用：根据空间效应，固体粒子在分散相的周围排列成紧密的固体膜。第四十四页，讲稿共九十页哦Page 453.乳状液的去乳化 使乳状液破坏的过程，称为破乳或去乳化作用。常用的方法有：使用不能成膜的表面活性剂：如异戊醇。加入与乳化剂反应的物质：如油酸钠为稳定剂的乳状液中，加入无机酸，使油酸

18、钠变为油酸而其破乳作用。加入类型相反的乳化剂。加热。或物理破乳。第四十五页，讲稿共九十页哦Page 4612.7 泡沫定义定义：不溶性气体分散在液体或熔融固体中所形成的分散系统称为泡沫。如啤酒泡沫、塑料泡沫。起泡剂起泡剂：要制得比较稳定的液体泡沫，须加入起泡剂或稳定剂，如肥皂、蛋白质和植物胶等。固体粉末固体粉末：不易被水润湿的固体粉末，对泡沫起到稳定作用，如煤末可形成三相泡沫。矿物浮选矿物浮选：0.1mm颗粒、水、浮选剂、起泡剂、空气。第四十六页，讲稿共九十页哦Page 4712.8 悬浮液定义定义：将不溶性固体粒子分散在液体中所形成的粗分散系统，称为悬浮液。如泥水。特点特点：颗粒1000nm

19、以上，散射光弱；能吸收离子而带电以稳定悬浮液，或因某些高分子化合物稳定悬浮液。沉降速度沉降速度：分散离子在阻力与重力平衡时，以等速降落的速度，即为沉降速度。第四十七页，讲稿共九十页哦Page 48实验测出时间t内粒子沉降的高度h，并以u=h/t代入上式，则不同半径的粒子，下沉同样高度所需要的时间不同。第四十八页，讲稿共九十页哦Page 491天平开关 2指针转盘 3指针 4平衡指针5平盘吊钩 6沉降筒 7平盘第四十九页，讲稿共九十页哦沉降分析 设沉降前不同半径的粒子均匀地分布在介质中，且半径设沉降前不同半径的粒子均匀地分布在介质中，且半径相同的粒子沉降速率都相等。若悬浮液中有两种半径不同相同的

20、粒子沉降速率都相等。若悬浮液中有两种半径不同的粒子，其半径分别为：的粒子，其半径分别为：r1和和 r2，r1 r2；沉降速率分别为沉降速率分别为u1和和 u2。BC粒子沉降量：沉降曲线求得：沉降曲线求得：AB粒子沉降量：Gtt1(r1)t2(r2)AB0G1+G2Ct3(r3)123G1m2总沉降量可以写成：第五十页，讲稿共九十页哦沉降分析沉降曲线求得：沉降曲线求得：沉降量与时间关系曲线图Gtt1(r1)t2(r2)m1m20G颗粒的半径分布是连续的，其沉降曲线一般为：粒径分布函数定义：即第五十一页，讲稿共九十页哦沉降分析沉降曲线求得：沉降曲线求得：作图得梯状折线：第五十二页，讲稿共九十页哦沉

21、降分析沉降曲线的计算机模拟沉降曲线的计算机模拟模型方程：G，a，b为3个待定参数，用Origin软件拟合得出第五十三页，讲稿共九十页哦Page 5412.9 气溶胶定义定义：以液体或固体为分散相而气体为分散介质所形成的胶体系统，称为气溶胶。如烟、尘、雾。粉尘粉尘：(1)尘埃：粒子直径10100m，在静止空气中呈加速沉降；(2)尘雾：粒子直径0.2510m，在静止空气中呈等速沉降；(3)尘云：粒子直径0.1m以下，在静止空气中不能自动下沉。第五十四页，讲稿共九十页哦Page 55粉尘的性质粉尘的性质：(1)润湿性：粉尘被水润湿的情况；(2)沉降速度：按斯托克斯方程计算，10m以上尘粒很快沉降，小

22、于1m的尘粒难沉降；(3)荷电性：因摩擦、碰撞、射线照射、电场影响等而带电。(4)爆炸性：高度分散的多相系统，在适当条件下会爆炸。(5)光学性：乳光效应。透射光呈橙红色，散射光呈淡蓝色。(6)凝聚性：经相互碰撞，微小粉尘聚结成大粒子。第五十五页，讲稿共九十页哦Page 56气体除尘气体除尘：目前国际上普遍采用静电除尘(效率达99%)，静电除尘器又名科特雷尔除尘器。第五十六页，讲稿共九十页哦Page 5712.10 高分子化合物的渗透压和黏度定义定义：摩尔质量M1104kgmol-1的大分子化合物称为高分子化合物。它们在适当的溶剂中可以自动地分散成高分子溶液。高分子溶液中，分散质与分散介质之间无

23、相界面存在。又由于高分子化合物分子大小在胶体范围之内，具有胶体的某些特性，故又称为亲液胶体。第五十七页，讲稿共九十页哦Page 58 分散相粒子尺寸分散相粒子尺寸 1103 nm 扩散慢扩散慢 不能通过半透膜不能通过半透膜相相同同之之处处高分子溶液高分子溶液溶溶 胶胶不不同同之之处处具具有有可可逆逆性性：蒸蒸发发除除去去溶溶剂剂，可可得得干干燥燥的的高高分分子子化化合合物物；再再加加入入溶溶剂剂，又又可可自自动动溶溶解解成成溶溶液。液。具具有有不不可可逆逆性性：蒸蒸发发除除去去溶溶剂剂，可可得得干干燥燥的的沉沉淀淀物物；若若再再加加入入溶溶剂剂，不不能能复原成溶胶复原成溶胶 热力学稳定系统热力

24、学稳定系统 热力学不稳定系统热力学不稳定系统稳定原因主要是溶剂化稳定原因主要是溶剂化 稳定原因主要是分散相粒子带电稳定原因主要是分散相粒子带电均相系统，丁铎尔效应微弱均相系统，丁铎尔效应微弱 多相系统，丁铎尔效应强多相系统，丁铎尔效应强 对电解质稳定性大对电解质稳定性大 加入少量电解质就会聚沉加入少量电解质就会聚沉 粘度大粘度大 粘度小，与纯溶剂粘度相似粘度小，与纯溶剂粘度相似第五十八页，讲稿共九十页哦Page 59高分子溶液的渗透压当高分子溶液的质量浓度很小时，可以忽略高次方项，得第五十九页，讲稿共九十页哦唐南平衡唐南平衡 在在第第四四章章中中讨讨论论稀稀溶溶液液依依数数性性时时，只只讨讨论

25、论了了非非电电解解质质溶溶液液。一一个个溶溶质分子在溶液中只是一个质点。但对于电解质溶液质分子在溶液中只是一个质点。但对于电解质溶液，一一个个强强电电解解质质分分子子 可可以以电电离离出出 +-个个质质点点，所所以以依依数性的公式要作相应的修改。数性的公式要作相应的修改。许许多多高高分分子子化化合合物物是是电电解解质质，例例如如蛋蛋白白质质Na z P 在水中发生如下电离：在水中发生如下电离：h溶剂溶剂蛋白质溶液蛋白质溶液半透膜半透膜第六十页，讲稿共九十页哦 若若隔隔开开蛋蛋白白质质水水溶溶液液与与纯纯水水的的半半透透膜膜只只能能透透过过溶溶剂剂与与小小的的电电解解质质离离子子，不不能能透透过

26、过 Pz-，而而且且 NazP 浓浓度度为为 c。因因为为半半透透膜膜两两侧侧均均为为电电中中性性的的，所所以以溶溶液液中中一一个个NazP分分子子产产生生 z+1 个个离离子子，而而纯纯溶溶剂剂中中无无离离子子。所所以以，溶溶液液的的渗渗透透压为：压为：h纯水纯水蛋白质溶液蛋白质溶液半透膜半透膜第六十一页，讲稿共九十页哦h NaCl水溶液水溶液蛋白质溶液蛋白质溶液半透膜半透膜 若若半半透透膜膜右右侧侧是是 NaCl 水水溶溶液液，不不是是纯纯水水。由由于于Na+与与Cl 均均可可通通过过半半透透膜膜，在在达达到到渗渗透透压压平平衡衡时时，不不仅仅两两侧侧溶溶液液达达到到平平衡衡，电电解解质质

27、也也要要达达到到平衡。此即唐南平衡平衡。此即唐南平衡。Na+zc Na+cP z c Cl c 设设在在开开始始时时情情况况如如右右图图：左左侧侧 NazP 水水溶溶液液浓浓度度为为 c，右右侧侧 NaCl水水溶溶液液浓浓度度为为 c。由由于于Cl 可可由由右右侧侧通通过过半半透透膜膜到到达达左左侧侧，而而为为了了维维持持电电中中性性，每每通通过过一一个个Cl 到左侧，同时必有一个到左侧，同时必有一个Na+透过半透膜到左侧。透过半透膜到左侧。第六十二页，讲稿共九十页哦 设设平平衡衡时时有有浓浓度度为为 x 的的 NaCl 从从右右侧侧到到达左侧。情况如右图。达左侧。情况如右图。这时，两侧溶液的

28、这时，两侧溶液的NaCl的化学势为：的化学势为：Na+zc+x Na+c-xCl x Cl c-x P z c因为达到渗透平衡时，膜两侧化学势相等，所以有：因为达到渗透平衡时，膜两侧化学势相等，所以有：第六十三页，讲稿共九十页哦Na+zc+x Na+c-xCl x Cl c-x P z c代入右图中的浓度值，得到：代入右图中的浓度值，得到：所以渗透压为：所以渗透压为：第六十四页，讲稿共九十页哦代入代入 x 的解，得到：的解，得到：当盐的浓度远远小于蛋白质的浓度时，即当盐的浓度远远小于蛋白质的浓度时，即 c c 时：时：第六十五页，讲稿共九十页哦此时此时即几乎有一半浓度的盐透过了半透膜。即几乎有

29、一半浓度的盐透过了半透膜。所所以以在在半半透透膜膜另另一一侧侧加加入入不不同同量量的的电电解解质质 NaCl 时时，可可使使蛋蛋白白质质的的渗渗透透压压在在(z+1)cRT 到到 cRT 之间变化。之间变化。唐唐南南平平衡衡的的最最重重要要功功能能是是控控制制物物质质的的渗渗透透压压，这这对对医医学学、生生物物等等研研究究细细胞胞膜膜内内外外的的渗透平衡有重要意义。渗透平衡有重要意义。第六十六页，讲稿共九十页哦 可可以以看看出出，当当高高分分子子溶溶液液浓浓度度增增加加时时，其其粘粘度度随随之之急急剧剧上上升升。此此外外，高高分分子子溶溶液液的的粘度还与溶质分子大小粘度还与溶质分子大小、形状及

30、溶剂化程度等因素有关。、形状及溶剂化程度等因素有关。高高分分子子溶溶液液的的粘粘度度比比一一般般溶溶胶胶或或普普通通溶溶液液的的粘粘度度大大得得多多。如如在在苯苯中中溶溶入入质质量量分分数数 1%的的橡橡胶胶，粘粘度度比比纯纯苯苯大大十十多多倍倍，右右图图中中，A为为高高分分子子溶溶液液的的粘粘度度与与质质量量浓浓度度关关系系曲曲线线，B为为溶溶胶胶的的粘粘度度与与质质量量浓浓度度关关系曲线。系曲线。AB粘度粘度分散质的质量浓度分散质的质量浓度高分子溶液的粘度高分子溶液的粘度第六十七页，讲稿共九十页哦黏度的定义：黏度又称内摩擦或粘滞性，是流体内部障碍其相对流动的一种特性。当液体在管中流动时，分

31、为层流和湍流。与管壁接触的液层流速为零，越远离管壁，液层流速越大，在管中心流速应最大。即平行于流动方向，可以将液体分成流速不同的各层，则在任何相邻两层的接触面上就有与其平行和与流动方向相反的阻力，称为内摩擦力或黏滞力。第六十八页，讲稿共九十页哦 若若相相邻邻的的两两平平行行层层的的面面积积为为 As（在在上上图图中中垂垂直直于于纸纸面面），层层间间距距离离为为 dx，两两层层的流速差为的流速差为 dv，两层间的速度梯度两层间的速度梯度 称为称为切变速率切变速率。设设有有液液体体在在左左图图的的管管子子中中流流动动。靠靠近近底底部部管管壁壁上上的的一一层层液液体体，是是吸吸附附在在管管壁壁上上不

32、不流流动动的的。相相邻邻的的各各平平行行层层的的流流速速依依次次加加大。管中心的流大。管中心的流速为最大值。这样的流型称为速为最大值。这样的流型称为牛顿型牛顿型。dxAsF内摩擦力内摩擦力第六十九页，讲稿共九十页哦dxAsF内摩擦力内摩擦力 在在稳稳态态流流动动时时，推推动动液液体体流流动动的的外外力力 F 等等于于液液体体流流动动时时所所产产生生的的内内摩摩擦力。所以有：擦力。所以有：其其中中，为为黏黏度度系系数数，简简称称黏黏度度，单单位是位是 Pa s。另一种定义是另一种定义是:液体中的剪切应力液体中的剪切应力 这这两两种种定定义义即即为为牛牛顿顿粘粘性性流流动动定定律律。对对于于牛牛顿

33、顿型型液液体体，在在一一定定温温度度下下，为为常常数数，与与 无关。无关。第七十页，讲稿共九十页哦 在在高高分分子子溶溶液液的的研研究究中中，有有几几种种粘粘度度的的术术语语。若若以以 0 代代表表溶溶剂剂的的粘粘度度，代表溶液的粘度，代表溶液的粘度，B 代表溶液中高分子的质量浓度，则几代表溶液中高分子的质量浓度，则几种粘度的定义是：种粘度的定义是：相对粘度：相对粘度：溶液的粘度对纯溶剂粘度的比例，量纲是一。溶液的粘度对纯溶剂粘度的比例，量纲是一。增比粘度：增比粘度：为为溶溶液液的的粘粘度度比比纯纯溶溶剂剂的的粘粘度度增增加加的分数，量纲是一。的分数，量纲是一。比浓粘度：比浓粘度：粘度。它的数

34、值仍随质量浓度的增加而上升，单位为粘度。它的数值仍随质量浓度的增加而上升，单位为m3 kg-3。表示单位质量浓度的增比表示单位质量浓度的增比第七十一页，讲稿共九十页哦相相对对粘粘度度的的对对数数在在质质量量浓度趋于浓度趋于0时的极限。时的极限。特性粘度：特性粘度：为为比比浓浓粘粘度度在在质质量量浓浓度度趋趋于于0时时的极限。的极限。第七十二页，讲稿共九十页哦 主主要要取取决决于于高高分分子子在在溶溶液中的形态：液中的形态：高分子卷曲成线团状高分子卷曲成线团状：酒酒石石酸酸根根离离子子 SO42 醋醋酸酸根根离离子子 Cl NO3 ClO3盐盐 类类 c/(moldm-3)盐盐 类类 c/(mo

35、ldm-3)柠檬酸钠柠檬酸钠 0.56 Li2SO4 0.78 酒石酸钠酒石酸钠 0.78 K2SO4 0.79 硫酸钠硫酸钠 0.80 Na2SO4 0.80 醋酸钠醋酸钠 1.69 (NH4)2SO4 1.00 氯化钠氯化钠 3.62 MgSO4 1.32 硝酸钠硝酸钠 5.42 氯酸钠氯酸钠 5.52第七十八页，讲稿共九十页哦盐盐 类类 c/(moldm-3)盐盐 类类 c/(moldm-3)柠檬酸钠柠檬酸钠 0.56 Li2SO4 0.78 酒石酸钠酒石酸钠 0.78 K2SO4 0.79 硫酸钠硫酸钠 0.80 Na2SO4 0.80 醋酸钠醋酸钠 1.69 (NH4)2SO4 1.

36、00 氯化钠氯化钠 3.62 MgSO4 1.32 硝酸钠硝酸钠 5.42 氯酸钠氯酸钠 5.52阳离子阳离子盐析能力由大到小盐析能力由大到小是是 Li+K+Na+NH4+Mg2+第七十九页，讲稿共九十页哦 阴阴、阳离子盐析能力的这种序列称为感胶离子序。阳离子盐析能力的这种序列称为感胶离子序。对对不不同同种种类类的的高高分分子子溶溶液液,这这种种顺顺序序可可能能稍稍有有改改变变,但但大大致致相相同同。这这种种顺顺序序与与离离子子的水化能力完全一致的水化能力完全一致.2.胶凝作用胶凝作用、触变现象和脱水收缩、触变现象和脱水收缩(1)胶凝作用胶凝作用 高高分分子子溶溶液液在在适适当当条条件件下下，

37、失失去去流流动动性性，整整个个系系统统变变成成弹弹性性的的半半固固体体状态。这种系统叫做凝胶。状态。这种系统叫做凝胶。含含液液体体较较多多的的凝凝胶胶也也叫叫做做胶胶冻冻。如如琼琼脂脂、肉肉冻冻、血血块块等等，有有时时含含水水达达 99%以上。一般谈到以上。一般谈到“凝胶凝胶”即是指的即是指的“冻胶冻胶”。高分子溶液（或溶胶）形成凝胶的过程叫胶凝作用。高分子溶液（或溶胶）形成凝胶的过程叫胶凝作用。第八十页，讲稿共九十页哦凝胶的内部结构：凝胶的内部结构：系系统统中中大大量量的的高高分分子子好好象象许许多多弯弯曲曲的的细细线线，互互相相联联结结，形形成成有有一一定定柔柔顺顺性性的的网网状状立立体体

38、结结构构，溶剂充满于网架之间，不能自由流动。所以凝胶表现出弹性半固体状态。溶剂充满于网架之间，不能自由流动。所以凝胶表现出弹性半固体状态。分分散散质质点点形形状状的的不不对对称称性性，温温度度的的降降低低，胶胶凝凝剂剂（如如电电解解质质）的的加加入入，及及提提高高高高分分子子的的浓浓度度，都都能促进凝胶的形成。有时，延长放置时间，也能促进凝胶的形成。能促进凝胶的形成。有时，延长放置时间，也能促进凝胶的形成。与与盐盐析析作作用用比比较较，胶胶凝凝作作用用中中所所用用的的胶胶凝凝剂剂比比较较少少。胶胶凝凝往往往往不不是是凝凝聚聚过过程程的的终点，有时它能继续转变而成为盐析，使凝胶最终分离为两相。终

39、点，有时它能继续转变而成为盐析，使凝胶最终分离为两相。高分子溶液高分子溶液凝胶凝胶胶凝作用胶凝作用高分子高分子溶剂溶剂+盐析盐析第八十一页，讲稿共九十页哦 不不但但高高分分子子溶溶液液会会发发生生胶胶凝凝现现象象，Al(OH)3、Fe(OH)3、Cr(OH)3、V2O5 等等溶溶液液也也能能发发生生胶胶凝凝。由由于于这这些些物物质质的的胶胶粒粒有有一一定定程程度度的的亲亲液液性性质质，胶胶体体粒粒子子的的形形状状也也不不是是不不是是球球形形的的，（如如为为杆杆状状或或片片状状），所以它们的胶粒之间也能互相联结形成网状结构，从而成为凝胶。，所以它们的胶粒之间也能互相联结形成网状结构，从而成为凝胶

40、。(2)触变现象触变现象 有有些些凝凝胶胶，如如低低浓浓度度的的明明胶胶、细细胞胞中中的的原原形形质质、可可塑塑性性粘粘土土等等，如如被被摇摇动动或或振振动动，则则变变成成流流动动性性较较大大的的溶溶液液状状态态（越越搅搅越越稀稀），而而当当外外力力解解除除，静静置置一一些些时时间间后后又又恢恢复复成凝胶状态（重新稠化），这种现象叫做成凝胶状态（重新稠化），这种现象叫做触变触变第八十二页，讲稿共九十页哦 触触变变现现象象的的发发生生是是由由于于分分散散质质质质点点间间以以范范德德华华力力相相互互作作用用，所所以以它它们们的的网网状状结结构构不不稳稳定定，可可以以因因为为机机械械力力使使网网状状

41、结结构构受受到到破破坏坏，线线状状粒粒子子互互相相离离散散，系系统统出出现现流流动动性性，静静置置时时线线状状粒粒子子又又重重新新交交联联形形成成网状结构。如右图所示：网状结构。如右图所示：振动振动静置静置 触触变变现现象象在在自自然然界界与与工工业业生生产产中中常常常常可可以以遇遇到到。如如草草原原上上的的沼沼泽泽地地、可可塑塑性性粘粘土土、混混凝凝土土注注浆浆等等都都能能发发生生触触变变。这这些些将将会会影影响响生生产产。一一般般采采用用掺掺入入旧旧料料、适适当当控控制制酸酸性性等等方方法法来来控控制制触触变。变。第八十三页，讲稿共九十页哦(3)脱水收缩脱水收缩 前前面面已已经经提提到到，

42、在在许许多多情情况况下下，若若将将凝凝胶胶放放置置老老化化，就就开开始始渗渗出出微微小小的的液液滴滴，这这些些液液滴滴逐逐渐渐合合并并而而形形成成一一个个液液相相，而而凝凝胶胶本本身身体体积积缩缩小小，乳乳光光度度增增加加。这这种种使使凝胶分为两相的过程，称为脱水收缩。凝胶分为两相的过程，称为脱水收缩。高分子溶液高分子溶液凝胶凝胶胶凝作用胶凝作用高分子高分子溶剂溶剂+盐析盐析凝胶凝胶+溶剂溶剂脱水收缩脱水收缩第八十四页，讲稿共九十页哦 脱水收缩后，凝胶虽然体积变小，但仍保持原来的几何形状：脱水收缩后，凝胶虽然体积变小，但仍保持原来的几何形状：脱水脱水 脱脱水水收收缩缩现现象象是是骨骨架架粒粒子

43、子在在系系统统内内相相互互吸吸引引、收收缩缩，达达到到稳稳定定状状态态，挤挤出出部部分分分分散散介介质质的的结果。各成分间并无化学反应发生。总体积一般没有变化，溶剂化程度也没有改变。结果。各成分间并无化学反应发生。总体积一般没有变化，溶剂化程度也没有改变。在纺织工业在纺织工业、人造纤维和糖果工业等等中，都能遇到、人造纤维和糖果工业等等中，都能遇到脱水收缩现象脱水收缩现象第八十五页，讲稿共九十页哦3.凝胶的溶脹凝胶的溶脹按其性质，凝胶可分为脆性凝胶和弹性凝胶。按其性质，凝胶可分为脆性凝胶和弹性凝胶。当当失失去去分分散散介介质质后后，体体积积显显著著缩缩小小，当当重重新新吸吸收收分分散散介介质质后

44、后，体体积积又又重重新新膨膨胀胀的的凝凝胶胶为为弹弹性性凝凝胶胶。其其例例子子有有琼琼脂脂、白白明明胶胶，以以及及皮皮革革、纸纸张张等等等等。其其网网状状结结构构质质点间作用力较弱，可以是分子间氢键等。点间作用力较弱，可以是分子间氢键等。失去分散介质失去分散介质 当当失失去去或或吸吸收收分分散散介介质质时时，形形状状和和体体积积几几乎乎不不改改变变的的是是脆脆性性凝凝胶胶。其其例例子子有有硅胶硅胶、TiO2、SnO2等凝胶。其网状结构由化学键形成，十分稳定。等凝胶。其网状结构由化学键形成，十分稳定。失去分散介质失去分散介质多孔性干凝胶多孔性干凝胶第八十六页，讲稿共九十页哦干燥的弹性凝胶吸收分散

45、介质而体积增大的现象称为溶胀。干燥的弹性凝胶吸收分散介质而体积增大的现象称为溶胀。吸收分散介质吸收分散介质溶胀是高分子化合物溶解的第一阶段。溶胀是高分子化合物溶解的第一阶段。有有些些物物质质，在在一一定定的的溶溶剂剂中中，随随着着溶溶胀胀的的进进行行，最最后后达达到到全全部部溶溶解解，称称为为无无限限溶胀。生橡胶在苯中，就可以无限溶胀。溶胀。生橡胶在苯中，就可以无限溶胀。吸收分散介质吸收分散介质继续吸收分散介质继续吸收分散介质第八十七页，讲稿共九十页哦吸收分散介质吸收分散介质 另另一一些些物物质质，由由于于形形成成了了有有交交联联的的网网状状结结构构，或或质质点点间间的的作作用用力力强强，在在

46、溶溶胀胀过过程程中中，所所能能吸吸收收的的溶溶剂剂量量达达到到一一个个最最大大值值后后，不不再再继继续续膨膨胀胀，这这种种溶溶胀胀现现象象称称为为有有限溶胀。硫化橡胶就是有限溶胀的例子。限溶胀。硫化橡胶就是有限溶胀的例子。弹弹性性凝凝胶胶的的溶溶胀胀对对溶溶剂剂有有选选择择性性。例例如如，琼琼脂脂和和白白明明胶胶仅仅能能在在水水和和甘甘油油的的水水溶溶液液中中溶溶胀胀，而而不不能能在在酒酒精精和和其其它它有有机机液液体体中中溶溶胀胀；橡橡胶胶只只能能在在 CS2 和和 C6H6 等等有有机机液液体体中中溶溶胀胀，而而不不能能在在水水中中溶胀。溶胀。第八十八页，讲稿共九十页哦一般情况下，溶胀都是

47、放热的。一般情况下，溶胀都是放热的。溶胀时，除凝胶的体积增大外，还伴随有热效应，这种热效应即是溶胀热。溶胀时，除凝胶的体积增大外，还伴随有热效应，这种热效应即是溶胀热。吸收分散介质吸收分散介质 当一物质溶胀时，它对外界施加一定的压力，称为溶胀压力。当一物质溶胀时，它对外界施加一定的压力，称为溶胀压力。吸收分散介质吸收分散介质 这这种种压压力力，在在某某些些情情况况下下可可能能达达到到很很大大。例例如如，在在岩岩石石裂裂缝缝中中塞塞入入木木块块，再再注注入大量的水，于是木质纤维发生溶胀，产生巨大的溶胀压力使岩石裂开。入大量的水，于是木质纤维发生溶胀，产生巨大的溶胀压力使岩石裂开。第八十九页，讲稿共九十页哦感谢大家观看第九十页，讲稿共九十页哦