第13章_胶体与大分子溶液.ppt

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1、上一内容下一内容回主目录物理化学Chapter 14 Colloid Chemistry2022/12/31上一内容下一内容回主目录u14.1 胶体及其基本特性第14章 胶体分散体系和大分子溶液u14.2 溶胶的制备与净化u14.3 溶胶的动力性质u14.4 溶胶的光学性质u14.5 溶胶的电学性质u14.6 溶胶的稳定性和聚沉作用u14.7 大分子概说u14.8 大分子的相对摩尔质量u14.9 Donnan平衡2022/12/31上一内容下一内容回主目录14.1 胶体分散体系及其基本特性胶体化学的发展胶体化学的发展 在在1 18 86 61 1年年英英国国科科学学家家格格雷雷厄厄姆姆(Gra

2、ham)就就提提出出了了“胶胶 体体”的的概概念念，他他将将物物质质按按扩扩散散能能力力分分为为两两类类：一一类类易易扩扩散散，如如蔗蔗糖糖、食食盐盐、硫硫酸酸镁镁及及其其他他无无机机盐盐类类,并并在在溶溶液液中中能能透透过过半半透透膜膜；另另一一类类难难扩扩散散，如如蛋蛋白白质质、Al(OH)3、Fe(OH)3及及其其他他大大分分子子化化合合物物,在在溶溶液液中中不不能能透透过过半半透透膜膜。当当蒸蒸去去水水份份后后，前前类类物物质质析析出出晶晶体体，而而后后类类物物质质得得到到胶胶状状物物。因因此此他他认认为为可可以以把把物物质质区区分分为为晶晶体和胶体两类。体和胶体两类。2022/12/

3、31上一内容下一内容回主目录 胶体化学发展史 在胶体的制备过程中，他发现有许多通常不溶解的物质在胶体的制备过程中，他发现有许多通常不溶解的物质在适当的条件下可以分散在溶剂中形成貌似均匀的溶液，从在适当的条件下可以分散在溶剂中形成貌似均匀的溶液，从其外表上看和通常的真溶液无什么差别，但从其扩散速率、其外表上看和通常的真溶液无什么差别，但从其扩散速率、渗透能力等来看则属于胶体物质的范围，因此它称之为溶胶。渗透能力等来看则属于胶体物质的范围，因此它称之为溶胶。格雷厄姆虽然首次认识到物质的胶体性质，但他把物质格雷厄姆虽然首次认识到物质的胶体性质，但他把物质分为晶体和胶体则是不正确的。后来的学者如俄国科

4、学家维分为晶体和胶体则是不正确的。后来的学者如俄国科学家维伊曼伊曼(在在19051905年）对多种化合物进行试验，结果证明任何典型年）对多种化合物进行试验，结果证明任何典型的晶体物质都可以用降低其溶解度或选用适当分散介质而制的晶体物质都可以用降低其溶解度或选用适当分散介质而制成溶胶。如把成溶胶。如把NaClNaCl分散在苯中就可以形成溶胶。分散在苯中就可以形成溶胶。2022/12/31上一内容下一内容回主目录 胶体化学发展史 这样人们认识到胶体只是物质以一定分散这样人们认识到胶体只是物质以一定分散程度而存在的一种状态，而不是一种特殊类型的程度而存在的一种状态，而不是一种特殊类型的物质的固有状态

5、。物质的固有状态。自从自从1903年年Zsigmondy和和Siedentopf发明了超发明了超倍显微镜，第一次成功的观察到溶胶中粒子的运倍显微镜，第一次成功的观察到溶胶中粒子的运动，证明了溶胶的超微不均匀性。认识到溶胶中动，证明了溶胶的超微不均匀性。认识到溶胶中存在相界面的重大意义。也认识到胶体化学和表存在相界面的重大意义。也认识到胶体化学和表面化学之间的密切联系。面化学之间的密切联系。2022/12/31上一内容下一内容回主目录 胶体化学的应用 胶体化学胶体化学是物理化学的一个重要分支。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、它所研究的领域是化学、物理学、材料科学

6、、生物化学等诸学科的交叉和重叠，是这些学科生物化学等诸学科的交叉和重叠，是这些学科的重要基础。胶体化学与工农业生产、日常生的重要基础。胶体化学与工农业生产、日常生活密切相关，胶体及其研究方法对于浮选、冶活密切相关，胶体及其研究方法对于浮选、冶金、材料、食品加工、水质的净化、废水处金、材料、食品加工、水质的净化、废水处理、石油化工等有着重要意义。理、石油化工等有着重要意义。2022/12/31上一内容下一内容回主目录 分散体系及其基本特性胶粒的结构胶体化学所研究的对象是高度分散的多相系统。人们每天总要接触各种分散系统，如盐水、糖水等各种溶液就是常见的分散系统，另外，水滴分散在空气中形成的云雾、颜

7、料分散在油中形成油漆、气体分散在液体中形成泡沫以及固体颗粒分散在空气中形成烟尘等都是分散系统。2022/12/31上一内容下一内容回主目录分散相与分散介质 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2022/12/31上一内容下一内容回主目录分散体系分类分散体系通常有三种分类方法：分子分散体系胶体分散体系粗分散体系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：液溶胶固溶胶气溶胶按胶体溶液的稳定性分类：憎液溶胶亲液溶胶2022/12/3

8、1上一内容下一内容回主目录（1）按分散相粒子的大小分类 1.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，没有界面，是均匀的单相，分子半径大小在10-9 m以下。通常把这种体系称为真溶液，如CuSO4溶液。2.胶体分散体系 分散相粒子的半径在1 nm100 nm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1 nm 1000 nm之间的粒子归入胶体范畴。3.粗分散体系 当分散相粒子大于1000 nm,目测是混浊不均匀体系，放置后会沉淀或分层，如黄河水。2022/12/31上一内容下一内容回主目录（2）按分散相和介质聚集状态分类1.液溶胶 将液体作为分散介质所形成的溶胶。当

9、分散相为不同状态时，则形成不同的液溶胶：A.液-固溶胶 如油漆，AgI溶胶B.液-液溶胶 如牛奶，石油原油等乳状液C.液-气溶胶 如泡沫2022/12/31上一内容下一内容回主目录（2）按分散相和介质聚集状态分类2.固溶胶 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：A.固-固溶胶 如有色玻璃，不完全互溶的合金B.固-液溶胶 如珍珠，某些宝石C.固-气溶胶 如泡沫塑料，沸石分子筛2022/12/31上一内容下一内容回主目录（2）按分散相和介质聚集状态分类3.气溶胶 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-固或气-液溶胶，但没有气-气溶胶，因

10、为不同的气体混合后是单相均一体系，不属于胶体分散体系范围.A.气-固溶胶 如烟，含尘的空气B.气-液溶胶 如雾，云2022/12/31上一内容下一内容回主目录（3）按胶体溶液的稳定性分类1.憎液溶胶 半径在1 nm100 nm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，是热力学上的不稳定体系。一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成溶胶，是一个不可逆体系，如氢氧化铁溶胶、碘化银溶胶等。这是胶体分散体系中主要研究的内容。2022/12/31上一内容下一内容回主目录（3）按胶体溶液的稳定性分类2.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剂中，一旦将溶剂蒸发，大分子化

11、合物凝聚，再加入溶剂，又可形成溶胶，亲液溶胶是热力学上稳定、可逆的体系。2022/12/31上一内容下一内容回主目录憎液溶胶的基本特征（1）特有的分散程度 粒子的大小在10-910-7 m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 和乳光现象。（2）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。（3）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。（4）结构的复杂性2022/12/3

12、1上一内容下一内容回主目录 胶粒的结构 形成憎液溶胶的必要条件是：（1）分散相的溶解度要小；（2）还必须有稳定剂存在，否则胶粒易聚结而 聚沉。2022/12/31上一内容下一内容回主目录胶粒的结构 胶粒的结构比较复杂，先有一定量的难溶物分子聚结形成胶粒的中心，称为胶核；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，在紧密层外形成反号离子的包围圈，从而形成了带与紧密层相同电荷的胶粒；胶粒与扩散层中的反号离子，形成一个电中性的胶团。2022/12/31上一内容下一内容回主目录胶粒的结构例1：AgNO3+KIKNO3 +AgI 过量的 KI 作稳定剂 胶团的结构表达式：

13、(AgI)m n I (n-x)K+x xK+|_|_|胶核胶粒胶团胶团的图示式：2022/12/31上一内容下一内容回主目录(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2022/12/31上一内容下一内容回主目录胶粒的结构例2：AgNO3+KIKNO3 +AgI 过量的 AgNO3 作稳定剂 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：2022/12/31上一内容下一内容回主目录(AgI)m胶核胶核胶团构造示意图胶胶团团NO3

14、-NO3-NO3-NO3-胶胶粒粒Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-2022/12/31上一内容下一内容回主目录胶体的双电层结构 这里以这里以AgIAgI胶体为例来说明。包围着胶体为例来说明。包围着AgIAgI胶核的是扩散双胶核的是扩散双电层电层(吸附层和扩散层吸附层和扩散层)，胶核和吸附层构成了胶粒，胶粒和，胶核和吸附层构成了胶粒，胶粒和扩散层形成的整体为胶团，在胶团中吸附离子的电荷数与反扩散层形成的整体为胶团，在胶团中吸附离子的电荷数与反离子的电荷数相等，因此胶粒是带电的，而整个胶团是电中

15、离子的电荷数相等，因此胶粒是带电的，而整个胶团是电中性的。性的。式中的式中的m m是是AgIAgI分子数，分子数，m m的值常常很大，的值常常很大，n n的数值比的数值比m m小小得多；得多；(n-xn-x)是包含在吸附层中的反离子数；是包含在吸附层中的反离子数；x x为扩散层中为扩散层中的反离子数。的反离子数。2022/12/31上一内容下一内容回主目录胶粒的结构 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。2022/12/31上一内容下一内容回主

16、目录胶粒的形状 作为憎液溶胶基本质点的胶粒并非都是球形，而胶粒的形状对胶体性质有重要影响。质点为球形的，流动性较好；若为带状的，则流动性较差，易产生触变现象。2022/12/31上一内容下一内容回主目录胶粒的形状例如：（1）聚苯乙烯胶乳是球形质点（2）V2O5 溶胶是带状的质点（3）Fe(OH)3 溶胶是丝状的质点2022/12/31上一内容下一内容回主目录 14.2 溶胶的制备与净化溶胶的制备 （1）分散法 1.研磨法 2.胶溶法 3.超声波分散法 4.电弧法（2）凝聚法 1.化学凝聚法 2.物理凝聚法溶胶的净化 （1）渗析法（2）超过滤法2022/12/31上一内容下一内容回主目录溶胶的制

17、备 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。制备方法大致可分为两类：（1）分散法 用机械、化学等方法使固体的粒子变小。（2）凝聚法 使分子或离子聚结成胶粒。2022/12/31上一内容下一内容回主目录用这两种方法直接制出的粒子称为原级粒子。溶胶的制备 视具体制备条件不同，这些粒子又可以聚集成较大的次级粒子。通常所制备的溶胶中粒子的大小不是均一的，是一个多级分散体系。2022/12/31上一内容下一内容回主目录 一.溶胶的制备分散法1.研磨法 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，对于柔韧性的物质必须先硬化后再粉碎。例如，将废轮胎粉碎，先

18、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转速的不同而不同。此外，还有球磨机。2022/12/31上一内容下一内容回主目录溶胶的制备-研磨法盘式胶体磨2022/12/31上一内容下一内容回主目录溶胶的制备-研磨法转速约每分钟1万2万转。A为空心转轴，与C盘相连，向一个方向旋转，B盘向另一方向旋转。分散相、分散介质和稳定剂从空心轴A处加入，从C盘与B盘的狭缝中飞出，用两盘之间的应切力将固体粉碎，可得1000 nm左右的粒子。2022/12/31上一内容下一内容回主目录溶胶的制备胶溶法 2.胶溶法 又称解胶法，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。

19、这种稳定剂又称胶溶剂。根据胶核所能吸附的离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。2022/12/31上一内容下一内容回主目录例如：溶胶的制备胶溶法AgCl (新鲜沉淀）AgCl(溶胶）Fe(OH)3（新鲜沉淀）Fe(OH)3(溶胶）2022/12/31上一内容下一内容回主目录溶胶的制备-超声分散法 3.超声分散法 这种方法目前只用来制备乳状液。如图所示，将分散相和分散介质两种不混溶的液体放在样品管4中。样品管固定在变压器油浴中。在两个电极上通入高频电流，使电极中间的石英片发生

20、机械振荡，使管中的两个液相均匀地混合成乳状液。2022/12/31上一内容下一内容回主目录超声分散法溶胶的制备-超声分散法 2022/12/31上一内容下一内容回主目录溶胶的制备电弧法 电弧法主要用于制备金、银、铂等金属溶胶。制备过程包括先分散后再凝聚两个过程。4.电弧法 将金属做成两个电极，浸在水中，盛水的盘子放在冷浴中。在水中加入少量NaOH 作为稳定剂。制备时在两电极上施加 100V 左右的直流电，调节电极之间的距离，使之发生电火花，这时表面金属蒸发，是分散过程，接着金属蒸气立即被水冷却而凝聚为胶粒。2022/12/31上一内容下一内容回主目录电弧法溶胶的制备电弧法 2022/12/31

21、上一内容下一内容回主目录 二.溶胶的制备凝聚法 1.化学凝聚法 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，在少量稳定剂存在下形成溶胶，这种稳定剂一般是某一过量的反应物。例如：A.复分解反应制硫化砷溶胶 2H3AsO3（稀）+3H2S As2S3（溶胶）+6H2OB.水解反应制氢氧化铁溶胶 FeCl3（稀）+3H2O（热）Fe(OH)3 （溶胶）+3HCl2022/12/31上一内容下一内容回主目录 C.氧化还原反应制备硫溶胶 2H2S(稀）+SO2(g)2H2O+3S(溶胶）Na2S2O3+2HCl 2NaCl+H2O+SO2+S(溶胶）E.离子反应制氯化银溶胶 A

22、gNO3（稀）+KCl（稀）AgCl(溶胶）+KNO3D.还原反应制金溶胶 2HAuCl4(稀）+3HCHO+11KOH 2Au(溶胶）+3HCOOK+8KCl+8H2O 溶胶的制备凝聚法2022/12/31上一内容下一内容回主目录 2.物理凝聚法 A.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备溶胶，而且两种溶剂要能完全互溶。例1.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。例2.将硫的丙酮溶液滴入90左右的热水中，丙酮蒸发后，可得硫的水溶胶。溶胶的制备凝聚法2022/12/31上一内容下一内容回主目录例图：溶胶的制备凝聚法2022/12/31上一内容下一

23、内容回主目录将汞的蒸气通入冷水中就可以得到汞的水溶胶。4金属钠，2苯,5液氮。B.蒸气骤冷法溶胶的制备凝聚法罗金斯基等人利用下列装置，制备碱金属的苯溶胶。先将体系抽真空，然后适当加热管2和管4，使钠和苯的蒸气同时在管5 外壁凝聚。除去管5中的液氮，凝聚在外壁的混合蒸气融化，在管3中获得钠的苯溶胶。2022/12/31上一内容下一内容回主目录蒸气骤冷法溶胶的制备凝聚法2022/12/31上一内容下一内容回主目录溶胶的净化 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

24、。净化的方法主要有渗析法和超过滤法。2022/12/31上一内容下一内容回主目录 （1）渗析法简单渗析 将需要净化的溶胶放在羊皮纸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。2022/12/31上一内容下一内容回主目录简单渗析溶胶的净化2022/12/31上一内容下一内容回主目录电渗析 为了加快渗析速度，在装有溶胶的半透膜两侧外加一个电场，使多余的电解质离子向相应的电极作定向移动。溶剂水不断自动更换，这样可以提高净化速度。这种方法称为电渗析法。溶胶的

25、净化2022/12/31上一内容下一内容回主目录电渗析溶胶的净化2022/12/31上一内容下一内容回主目录 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）超过滤法溶胶的净化 将半透膜上的胶粒迅速用含有稳定剂的介质再次分散。2022/12/31上一内容下一内容回主目录超过滤装置：溶胶的净化2022/12/31上一内容下一内容回主目录电超过滤：溶胶的净化 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。2022/12/31上一内容下一内容回主目录 14.3 溶胶的动力性质 Brown 运动 胶粒

26、的扩散 溶胶的渗透压 沉降平衡 高度分布定律2022/12/31上一内容下一内容回主目录溶胶的动力性质胶体质点可以有多种运动形式，像分子一样，胶体质点要进行热运动，在微观上表现为布朗运动，宏观上表现为扩散；在外力场中作定向运动，例如在重力场或离心力场中沉降；在外加力场中质点与介质间作相对运动等等。这些构成了胶体特殊的动力性质,在研究胶体时，胶体粒子的大小、质量甚至形状都是重要的资料，这些重要数据主要来源于胶体动力性质。2022/12/31上一内容下一内容回主目录Brown运动(Brownian motion)1827 年植物学家布朗（Brown)用显微镜观察到悬浮在液面上的花粉粉末不断地作不规

27、则的运动。后来又发现许多其它物质如煤、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为布朗运动。但在很长的一段时间里，这种现象的本质没有得到阐明。2022/12/31上一内容下一内容回主目录Brown运动(Brownian motion)1903年发明了超显微镜，为研究布朗运动提供了物质条件。用超显微镜可以观察到溶胶粒子不断地作不规则“之”字形的运动，从而能够测出在一定时间内粒子的平均位移。通过大量观察，得出结论：粒子越小，布朗运动越激烈。其运动激烈的程度不随时间而改变，但随温度的升高而增加。2022/12/31上一内容下一内容回主目录Brown运动的本质 1905年和1906年爱因

28、斯坦（Einstein)和斯莫鲁霍夫斯基（Smoluchowski)分别阐述了Brown运动的本质。认为Brown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，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。当半径大于5 m，Brown运动消失。2022/12/31上一内容下一内容回主目录Brown运动的本质2022/12/31上一内容下一内容回主目录Brown运动的本质 Einstein认为，溶胶粒子的Brown运动与分子运动类似，平均动能为 。并假设粒子是球形的，运用分子运动论的一些基本概念和公式

29、，得到Brown运动的公式为：式中 是在观察时间t内粒子沿x轴方向的平均位移；r为胶粒的半径；为介质的粘度；N0为阿伏加德罗常数。这个公式把粒子的位移与粒子的大小、介质粘度、温度以及观察时间等联系起来。2022/12/31上一内容下一内容回主目录胶粒的扩散 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，这种现象很不显著。如图所示，在CDFE的桶内盛溶胶，在某一截面AB的两侧溶胶的浓度不同，C1C2。由于分子的热运动和胶粒的布朗运动，可以观察到胶粒从C1区向C2区迁移的现象，这就是胶粒的扩散作用。2022/12/31上一内容下一内容回主目录胶粒的扩散2022/12/31上一内容下一

30、内容回主目录设通过AB面的扩散质量为m，则扩散速度为 ，它与浓度梯度和AB截面积A成正比。费克第一定律（Ficks first law）如图所示，设任一平行于AB面的截面上浓度是均匀的，但水平方向自左至右浓度变稀，梯度为 。2022/12/31上一内容下一内容回主目录 费克第一定律（Ficks first law）这就是费克第一定律。式中D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。式中负号表示扩散发生在浓度降低的方向，0。用公式表示为：2022/12/31上一内容下一内容回主目录在ABFE体积内粒子净增速率为(1)-(2)，即：DA （3）离开EF面的扩散量为 -

31、DA （2）设进入AB面的扩散量为：-DA （1）费克第二定律（Ficks second law）费克第二定律适用于浓度梯度变化的情况。2022/12/31上一内容下一内容回主目录单位体积内粒子浓度随时间的变化率为这就是费克第二定律。若考虑到扩散系数受浓度的影响，则这个费克第二定律的表示式是扩散的普遍公式。费克第二定律（Ficks second law）2022/12/31上一内容下一内容回主目录 如图，设截面为单位面积，为时间t 内在水平方向的平均位移。截面间的距离均为 。Einstein-Brown位移方程 找出距AB面 处的两根虚线，其浓度恰好为 和 。在t 时间内，从两个方向通过AB面

32、的粒子数分别为 和 ，因 ，则自左向右通过AB面的净粒子数为：2022/12/31上一内容下一内容回主目录设 很小，浓度梯度：这就是Einstein-Brown 位移方程。从布朗运动实验测出 ，就可求出扩散系数D。Einstein-Brown位移方程则扩散通过AB面的净粒子数与浓度梯度和扩散时间t 成正比，得到：2022/12/31上一内容下一内容回主目录将布朗运动公式代入：从上式可以求粒子半径 r。已知 r 和粒子密度 ，可以计算粒子的摩尔质量。Einstein-Brown位移方程2022/12/31上一内容下一内容回主目录溶胶的渗透压 一般溶胶体系的粒子数目与溶液中分子数目相比，相差很远，

33、粒子浓度很稀，故可视为满足稀溶液的规律性。溶胶的渗透压可以借用稀溶液渗透压公式计算：式中c为胶粒的浓度。由于憎液溶液不稳定，浓度不能太大，所以测出的渗透压及其它依数性质都很小。但是亲液溶胶或胶体的电解质溶液，可以配制高浓度溶液，用渗透压法可以求它们的摩尔质量。2022/12/31上一内容下一内容回主目录沉降平衡（sedimentation equilibrium）溶胶是高度分散体系，胶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度趋于均一。当这两种效应相反的力相等时，粒子的分布达到平衡，粒子的浓度随高度不同有一定的梯度，如图所示。这种平衡称为沉降平衡。2022/12/31上一内容下一

34、内容回主目录 达到沉降平衡时，粒子随高度分布的情况与气体类似，可以用高度分布定律。高度分布定律 如图所示，设容器截面积为A，粒子为球型，半径为r，粒子与介质的密度分别为 和 ，在 x1和x2处单位体积的粒子数分别N1，N2，为渗透压，g为重力加速度。在高度为dx的这层溶胶中，使N个粒子下降的重力为：2022/12/31上一内容下一内容回主目录该层中粒子所受的扩散力为 ，负号表示扩散力与重力相反。，则达到沉降平衡时，这两种力相等，得高度分布定律2022/12/31上一内容下一内容回主目录 这就是高度分布公式。粒子质量愈大，其平衡浓度随高度的降低亦愈大。积分得：高度分布定律或：2022/12/31

35、上一内容下一内容回主目录 14.4 溶胶的光学性质 光散射现象 Tyndall效应 Rayleigh公式 乳光计原理 超显微镜2022/12/31上一内容下一内容回主目录 胶体的光学特征 由由于于胶胶体体粒粒子子具具有有特特定定的的大大小小，决决定定了了它它对对光光的的强强烈烈散散射射作作用用。另另外外，许许多多胶胶体体溶溶液液表表现现出出对对光光的的特特殊殊吸吸收收作作用用，使使溶溶胶胶显显示示出出丰丰富富多多彩彩的的颜颜色色。利利用用这这些些光光学学现现象象，可可以以观观察察胶胶体体粒粒子子的的大大小小和和形形状状。但但由由于于对对光光的的吸吸收收作作用用主主要要取取决决化化学学组组成成，

36、并并非非胶胶体体溶溶液液的的光光学学通通性性，所所以以这这里里主主要介绍胶体对光的散射作用。要介绍胶体对光的散射作用。2022/12/31上一内容下一内容回主目录光散射现象 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400700 nm之间。（1）当光束通过粗分散体系，由于粒子大于入射光的波长，主要发生反射，使体系呈现混浊。（2）当光束通过胶体溶液，由于胶粒直径小于可见光波长，主要发生散射，可以看见乳白色的光柱。（3）当光束通过分子溶液，由于溶液十分均匀，散射光因相互干涉而完全抵消，看不见散射光。2022/12/31上一内容下一内容回主目录光散射的本质 光

37、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。分子溶液十分均匀，这种散射光因相互干涉而完全抵消，看不到散射光。溶胶是多相不均匀体系，在胶粒和介质分子上产生的散射光不能完全抵消，因而能观察到散射现象。2022/12/31上一内容下一内容回主目录Tyndall效应 Tyndall效应实际上已成为判别溶胶与分子溶液的最简便的方法。1869年Tyndall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体，这就是Tyndall效应。其他分散体系也会产生一点散射光，但远不如溶胶显著。

38、2022/12/31上一内容下一内容回主目录Tyndall效应2022/12/31上一内容下一内容回主目录Rayleigh公式 1871年，Rayleigh研究了大量的光散射现象，对于粒子半径在47nm以下的溶胶，导出了散射光总能量的计算公式，称为Rayleigh公式：式中：A 入射光振幅，单位体积中粒子数 入射光波长，每个粒子的体积 分散相折射率，分散介质的折射率2022/12/31上一内容下一内容回主目录Rayleigh公式 从Rayleigh公式可得出如下结论：1.散射光总能量与入射光波长的四次方成反比。入 射光波长愈短，散射愈显著。所以可见光中，蓝、紫色光散射作用强。2.分散相与分散介

39、质的折射率相差愈显著，则散射作 用亦愈显著。3.散射光强度与单位体积中的粒子数成正比。2022/12/31上一内容下一内容回主目录乳光计原理 当分散相和分散介质等条件都固定时，Rayleigh公式可改写成：当入射光波长不变，保持浓度相同，保持粒子大小相同代入上式可得：如果已知一种溶液的散射光强度和粒子半径（或浓度），测定未知溶液的散射光强度，就可以知道其粒径（或浓度），这就是乳光计。2022/12/31上一内容下一内容回主目录超显微镜的特点 普通显微镜分辨率不高，只能分辨出半径在200 nm以上的粒子，所以看不到胶体粒子。超显微镜分辨率高，可以研究半径为5150 nm的粒子。但是，超显微镜观察

40、的不是胶粒本身，而是观察胶粒发出的散射光。是目前研究憎液溶胶非常有用的手段之一。2022/12/31上一内容下一内容回主目录超显微镜的类型 1.狭缝式 照射光从碳弧光源射击，经可调狭缝后，由透镜会聚，从侧面射到盛胶体溶液的样品池中。超显微镜的目镜看到的是胶粒的散射光。如果溶液中没有胶粒，视野将是一片黑暗。2022/12/31上一内容下一内容回主目录超显微镜的类型 2.有心形聚光器 这种超显微镜有一个心形腔，上部视野涂黑，强烈的照射光通入心形腔后不能直接射入目镜，而是在腔壁上几经反射，改变方向，最后从侧面会聚在试样上。目镜在黑暗的背景上看到的是胶粒发出的的散射光。2022/12/31上一内容下一

41、内容回主目录（1）可以测定球状胶粒的平均半径。（2）间接推测胶粒的形状和不对称性。例如，球状 粒子不闪光，不对称的粒子在向光面变化时有 闪光现象。（3）判断粒子分散均匀的程度。粒子大小不同，散 射光的强度也不同。（4）观察胶粒的布朗运动、电泳、沉降和凝聚等 现象。从超显微镜可以获得哪些有用信息？2022/12/31上一内容下一内容回主目录 14.5 溶胶的电学性质 胶粒带电的本质 电动现象（2）电渗（3）流动电势（4）沉降电势 双电层 动电电位(1)电泳Tiselius电泳仪 界面移动电泳仪显微电泳仪区带电泳2022/12/31上一内容下一内容回主目录溶胶的电学性质胶体是热力学的不稳定系统，有

42、自发聚结最终下沉的趋势。但有的溶胶能够稳定的存在很久，其主要原因之一是胶体粒子是带电颗粒，胶体粒子间的静电排斥力减少了它们相互碰撞的频率，使聚结的机会大大降低，从而增加了相对稳定性。所以胶体的带电性质，除了本身的许多实际应用之外，还为胶体稳定性理论的发展奠定了基础。2022/12/31上一内容下一内容回主目录胶粒带电的本质 （1）胶粒在形成过程中，胶核优先吸附某种离子，使胶粒带电。（2）离子型固体电解质形成溶胶时，由于正、负离子溶解量不同，使胶粒带电。例如：AgI形成溶胶时，由于Ag+较小，活动能力强，比I-容易脱离晶格而进入溶液，使胶粒带负电。例如：在AgI溶胶的制备过程中，如果AgNO3过

43、量，则胶核优先吸附Ag+离子，使胶粒带正电；如果KI过量，则优先吸附I-离子，胶粒带负电。2022/12/31上一内容下一内容回主目录（3）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。胶粒带电的本质 例如蛋白质分子，有许多羧基和胺基，在pH较高的溶液中，离解生成PCOO-离子而负带电；在pH较低的溶液中，生成P-NH3+离子而带正电。在某一特定的pH条件下，生成的-COO-和-NH3+数量相等，蛋白质分子的净电荷为零，这时介质的pH值称为蛋白质的等电点。2022/12/31上一内容下一内容回主目录电动现象 胶粒在重力场作用下发生沉降，而产生沉降电势；带电的介质发生流动，则产生流动

44、电势。这是因动而产生电。以上四种现象都称为电动现象。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，胶粒和介质分别向带相反电荷的电极移动，就产生了电泳和电渗的电动现象，这是因电而动。2022/12/31上一内容下一内容回主目录（1）电泳（electrophoresis）影影响响电电泳泳的的因因素素有有：带带电电粒粒子子的的大大小小、形形状状；粒粒子子表表面面电电荷荷的的数数目目；介介质质中中电电解解质质的的种种类类、离离子子强强度度，pHpH值值和和粘粘度；电泳的温度和外加电压等。度；电泳的温度和外加电压等。带带电电胶胶粒粒或或大大分分子子在在外外加加电电场场的的作作

45、用用下下向向带带相相反反电电荷荷的电极作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。从从电电泳泳现现象象可可以以获获得得胶胶粒粒或或大大分分子子的的结结构构、大大小小和和形形状状等等有关信息。有关信息。+电泳2022/12/31上一内容下一内容回主目录 沿aa,bb和cc都可以水平滑移。实验开始时，从bb处将上部移开，下面A，B部分装上溶胶，然后将上部移到原处，在C部装上超滤液，在bb处有清晰界面。Tiselius电泳仪提赛留斯电泳仪的纵、横剖面图如图所示。接通直流电源，在电泳过程中可以清楚的观察到界面的移动。从而可以判断胶粒所带电荷和测定电泳速度等。2022/12/31上一内容下一

46、内容回主目录Tiselius电泳仪 提赛留斯电泳仪的纵、横剖面图如图所示。2022/12/31上一内容下一内容回主目录界面移动电泳仪 首先在漏斗中装上待测溶胶，U型管下部活塞内径与管径相同。实验开始时，打开底部活塞，使溶胶进入U型管，当液面略高于左、右两活塞时即关上，并把多余溶胶吸走。在管中加入分散介质，使两臂液面等高。2022/12/31上一内容下一内容回主目录界面移动电泳仪 小心打开活塞小心打开活塞 ，接通电源，观察液面的变化。若是无色溶，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。胶，必须用紫外吸收等光学方法读出液面的变化。根据通电时间和液面升高或下降

47、的刻度计算电泳速度。根据通电时间和液面升高或下降的刻度计算电泳速度。另外要选择合适的介质，使电泳过程中保持液面清晰。另外要选择合适的介质，使电泳过程中保持液面清晰。2022/12/31上一内容下一内容回主目录显微电泳仪 该方法简单、快速，胶体用量少，可以在胶粒所处的环境中测定电泳速度和电动电位。但只能测定显微镜可分辨的胶粒，一般在200nm以上。装置中用的是铂黑电极，观察管用玻璃制成。电泳池是封闭的，电泳和电渗同时进行。物镜观察位置选在静止层处（即电渗流动与反流动刚好相消），这时观察到的胶粒运动速度可以代表真正的电泳速度。2022/12/31上一内容下一内容回主目录显微电泳仪2022/12/3

48、1上一内容下一内容回主目录 区带电泳实验简便、易行，样品用量少，分离效率高，是分析和分离蛋白质的基本方法。常用的区带电泳有：纸上电泳，圆盘电泳和板上电泳等。区带电泳 将惰性的固体或凝胶作为支持物，两端接正、负电极，在其上面进行电泳，从而将电泳速度不同的各组成分离。2022/12/31上一内容下一内容回主目录 在在外外加加电电场场作作用用下下，带带电电的的介介质质通通过过多多孔孔膜膜或或半半径径为为110 nm的毛细管作的毛细管作定向移动定向移动，这种现象称为，这种现象称为电渗电渗。外外加加电电解解质质对对电电渗渗速速度度影影响响显显著著，随随着着电电解解质质浓浓度度的的增增加，电渗速度降低，甚

49、至会改变电渗的方向。加，电渗速度降低，甚至会改变电渗的方向。电电渗渗方方法法有有许许多多实实际际应应用用，如如溶溶胶胶净净化化、海海水水淡淡化化、泥泥炭和染料的干燥等。炭和染料的干燥等。（2）电渗（electro-osmosis)+电渗2022/12/31上一内容下一内容回主目录 在U型管1,2中盛电解质溶液，将电极5,6接通直流电后，可从有刻度的毛细管4中，准确地读出液面的变化。电渗实验 图中，3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、碘化银等物质构成。如果多孔膜吸附阴离子，则介质带正电，通电时向阴极移动；反之，多孔膜吸附阳离子，带负电的介质向阳极移动。2022/12

50、/31上一内容下一内容回主目录电渗实验2022/12/31上一内容下一内容回主目录 含有离子的液体在加压或重力等外力的作用下，流经多孔膜或毛细管时会产生电势差。（3）流动电势（streaming potential)这种因流动而产生的电势称为流动电势。气体V压力毛细管 流动电势2022/12/31上一内容下一内容回主目录 因为管壁会吸附某种离子，使固体表面带电，电荷从固体到液体有个分布梯度。在用泵输送原油或易燃化工原料时，要使管道接地或加入油溶性电解质，增加介质电导，防止流动电势可能引发的事故。流动电势（streaming potential)当外力迫使扩散层移动时，流动层与固体表面之间会产生