物理化学12章.ppt

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1、第十二章第十二章 胶体化学胶体化学12.1 胶体系统的制备胶体系统的制备12.2 胶体系统的光学性质胶体系统的光学性质 12.3 胶体系统的动力性质胶体系统的动力性质12.4 溶溶胶系统的电学性质胶系统的电学性质12.5 溶胶的稳定与聚沉溶胶的稳定与聚沉12.6 悬浮液悬浮液12.7 乳状液乳状液12.8 泡沫泡沫12.9 气溶胶气溶胶12.10 高分子化合物溶液的渗透压和粘度高分子化合物溶液的渗透压和粘度 12.11 高分子溶液的盐析高分子溶液的盐析 胶凝作用与凝胶的溶胀胶凝作用与凝胶的溶胀概论概论分散系统：一种或几种物质分散在另一种物质之中分散系统：一种或几种物质分散在另一种物质之中,所所

2、构成的系统；构成的系统；分散相：分散相：被分散的物质；被分散的物质；分散介质：另一种连续分布的物质；分散介质：另一种连续分布的物质；胶体是一种分散系统胶体是一种分散系统真溶液（真溶液（d1nm)(氢原子半径氢原子半径 0.05nm)胶体系统（胶体系统（1nmd103nm)分分散散系系统统(1)(1)溶胶溶胶:分散相不溶于分散介质，有很大相分散相不溶于分散介质，有很大相界面，是热力学不稳定系统界面，是热力学不稳定系统。-多相性、高分多相性、高分散性和热力学不稳定性散性和热力学不稳定性(2)(2)高分子溶胶高分子溶胶:高分子以分子形式溶于高分子以分子形式溶于 介质，分散相与分散介质间无相界面，介质

3、，分散相与分散介质间无相界面，是热力学稳定系统。是热力学稳定系统。(3)(3)缔合胶体：分散相为表面活性分子缔合形缔合胶体：分散相为表面活性分子缔合形 成的胶束，在水中，表面活性剂分子的亲油成的胶束，在水中，表面活性剂分子的亲油 基团向里，亲水基团向外，分散相与分散介基团向里，亲水基团向外，分散相与分散介 质亲和性良好，是热力学稳定系统质亲和性良好，是热力学稳定系统。胶胶体体系系统统光学性质光学性质动力性质动力性质热力学稳定性热力学稳定性真溶液真溶液透明，无透明，无（微弱）光（微弱）光散射散射溶质扩散速度溶质扩散速度快，与溶剂均快，与溶剂均可透过半透膜；可透过半透膜；热力学热力学稳定稳定系统。

4、系统。胶体系统胶体系统透明或不透透明或不透明，均可发明，均可发生光散射；生光散射；胶粒扩散速度胶粒扩散速度慢，不能透过慢，不能透过半透膜；半透膜；不稳；稳；稳；不稳；稳；稳；粗分散系粗分散系统统光反射；光反射；同胶体。同胶体。热力学热力学不稳定不稳定系系统；统；12.1 胶体系统的制备胶体系统的制备：粗分散系统粗分散系统(d1000nm)分子分散系统分子分散系统(d1nm)胶体系统胶体系统(1d1000nm)聚集分散1.1.分散法分散法:(1)(1)胶体磨；（胶体磨；（2 2）气流粉碎机；（）气流粉碎机；（3 3）电弧法；）电弧法；2 2.凝聚法：凝聚法：(1)(1)物理凝聚法：物理凝聚法：a

5、.a.蒸气凝聚法；例：固态苯与钠蒸气凝聚法；例：固态苯与钠,在真空下气化在真空下气化,到冷到冷 却的器壁上冷凝。却的器壁上冷凝。b.b.过饱和法：过饱和法：改变溶剂法改变溶剂法(改变分散介质）改变分散介质）；例例:硫的酒精溶液倒入水中，形成硫在水中的溶胶硫的酒精溶液倒入水中，形成硫在水中的溶胶 冷却法：用冰骤冷苯在水中的饱和溶液，冷却法：用冰骤冷苯在水中的饱和溶液，得到苯在水中的溶胶得到苯在水中的溶胶 (2)(2)化学凝聚法：利用生成不溶性物质的化学反应，控制析化学凝聚法：利用生成不溶性物质的化学反应，控制析晶过程，使其停留在胶核尺度的阶段，而得到溶胶。所谓控晶过程，使其停留在胶核尺度的阶段，

6、而得到溶胶。所谓控制析晶过程，系指采用有利于大量形成晶核，减缓于晶体生制析晶过程，系指采用有利于大量形成晶核，减缓于晶体生长的条件，例：采用较大的过饱和浓度，较低的操作温度。长的条件，例：采用较大的过饱和浓度，较低的操作温度。例：在不断搅拌条件下，将例：在不断搅拌条件下，将FeClFeCl3 3稀溶液，滴入沸腾的水稀溶液，滴入沸腾的水中水解，即可生成棕红色中水解，即可生成棕红色透明的透明的Fe(OH)Fe(OH)3 3 溶胶。溶胶。3.3.溶胶的净化溶胶的净化:常用渗析法，利用胶体粒子不能透过半透膜的特点常用渗析法，利用胶体粒子不能透过半透膜的特点，分离出溶胶中多余的电解质或其它杂质。，分离出

7、溶胶中多余的电解质或其它杂质。一般用羊皮纸，动物膀胱膜，硝酸或醋酸纤维素，一般用羊皮纸，动物膀胱膜，硝酸或醋酸纤维素，等作为半透膜，将溶胶装于膜内，再放入流动的水中，等作为半透膜，将溶胶装于膜内，再放入流动的水中，经过一段时间的渗透作用，即可达到净化的目的。若加经过一段时间的渗透作用，即可达到净化的目的。若加大渗透面积，适当提高温度，或加外电场，可加速渗透。大渗透面积，适当提高温度，或加外电场，可加速渗透。12.2胶体系统的光学性质胶体系统的光学性质1、TyndallTyndall（丁铎尔）效应（丁铎尔）效应18691869年年 TyndallTyndall发现胶体系统有光散射现象发现胶体系统

8、有光散射现象丁丁铎铎尔效应：在暗室里，将一束聚集的光投射到胶体系尔效应：在暗室里，将一束聚集的光投射到胶体系统上，在与入射光垂直的方向上，可观察到一个发亮的统上，在与入射光垂直的方向上，可观察到一个发亮的光柱，其中并有微粒闪烁。光柱，其中并有微粒闪烁。入射光波长入射光波长分散粒子尺寸分散粒子尺寸散射散射（可见光波长（可见光波长400760nm；胶粒胶粒11000nm)入射光频率入射光频率=分子固有频率分子固有频率吸收吸收无作用无作用透过透过丁丁铎铎尔效应是由于胶体粒子发生光散射而引起的尔效应是由于胶体粒子发生光散射而引起的丁丁铎铎尔效应可用来区分尔效应可用来区分胶体溶液胶体溶液小分子真溶液小分

9、子真溶液散射光：分子吸收一定波长的光，形成电偶极子，由散射光：分子吸收一定波长的光，形成电偶极子，由 其振荡向各个方向发射振动频率与入射光频率相同其振荡向各个方向发射振动频率与入射光频率相同 的光的光系统完全均匀，所有散射光相互抵销，看不到散射光；系统完全均匀，所有散射光相互抵销，看不到散射光；系统不均匀，散射光不会被相互抵销，可看到散射光。系统不均匀，散射光不会被相互抵销，可看到散射光。o判断题目:雨后彩虹与海市蜃楼都是自然界的光学现象，都与胶体的知识有关.12.3胶体系统的动力性质胶体系统的动力性质1.1.Brown 运动运动1827年年,植物学家布朗植物学家布朗(Brown)在显微镜下在

10、显微镜下,看到悬浮看到悬浮在水中的花粉粒子处于不停息的无规则运动状态。在水中的花粉粒子处于不停息的无规则运动状态。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。以后发现，线度小于以后发现，线度小于4000nm的粒子，在分散介质中都的粒子，在分散介质中都有这种运动。（胶体尺度有这种运动。（胶体尺度11000nm)这种现象产生的原因是，分散介质分子处于不断的热运这种现象产生的原因是，分散介质分子处于不断的热运动中，从四面八方不断的撞击分散相粒子。对于大小在胶动中，从四面八方不断的撞击分散相粒子。对于大小在胶体尺度下的分散相粒子，粒子受到撞击次数较小体尺度下的分散相粒子，粒子受到撞

11、击次数较小,从各个从各个方向受到的撞击力不能完全互相抵消方向受到的撞击力不能完全互相抵消,在某一时刻在某一时刻,粒子从粒子从某一方向得到的冲量即可发生位移。此即布朗运动。可用爱某一方向得到的冲量即可发生位移。此即布朗运动。可用爱因斯坦因斯坦-布朗平均位移公式计算粒子平均位移布朗平均位移公式计算粒子平均位移.2.2.扩散扩散定义：在有浓度梯度存在时，物质粒子因热运动而发定义：在有浓度梯度存在时，物质粒子因热运动而发生宏观上的定向迁移，称为扩散。生宏观上的定向迁移，称为扩散。浓度梯度的存在，是扩散的推动力浓度梯度的存在，是扩散的推动力粒子越小，扩散能力越强。胶体粒子扩散速率要比真溶液粒子越小，扩散

12、能力越强。胶体粒子扩散速率要比真溶液小几百倍。小几百倍。3.3.沉降与沉降平衡沉降与沉降平衡多相分散系统中的粒子，因受重力作用而下沉的多相分散系统中的粒子，因受重力作用而下沉的过程，称为沉降。过程，称为沉降。沉降与布朗运动所产生的扩散为一沉降与布朗运动所产生的扩散为一对矛盾的两个方面。对矛盾的两个方面。沉降沉降扩散扩散分散相分布分散相分布真溶液均相粗分散系统沉于底部胶体系统平衡形成浓梯12.4 溶胶系统的电学性质溶胶系统的电学性质溶胶是一个高度分散的非均相系统。分散相粒子与溶胶是一个高度分散的非均相系统。分散相粒子与分散介质间有明显的相界面。分散介质间有明显的相界面。实验发现，在外电场下，实验

13、发现，在外电场下，固固、液两相可发生相对运动；反之，若迫使固、液两相、液两相可发生相对运动；反之，若迫使固、液两相作相对运动时，又可产生电势差作相对运动时，又可产生电势差。溶胶的这种与电势差。溶胶的这种与电势差有关的相对运动称为电动现象。有关的相对运动称为电动现象。电动现象说明电动现象说明-溶胶粒子表面带有电荷。溶胶粒子表面带有电荷。而溶胶粒子带有电荷也正是它能长期存在的原因而溶胶粒子带有电荷也正是它能长期存在的原因溶胶带电的原因：溶胶带电的原因：a）固体的溶胶粒子，可从溶液中选择性地吸附某种离固体的溶胶粒子，可从溶液中选择性地吸附某种离子而带电。子而带电。其规则是：其规则是：离子晶体表面从溶

14、液中优先吸附能与它晶离子晶体表面从溶液中优先吸附能与它晶格上离子生成难溶或电离度很小化合物的离子。格上离子生成难溶或电离度很小化合物的离子。例：例：AgI溶胶：溶胶：溶液中溶液中I过量时，可吸附过量时，可吸附I而带负电，而带负电，溶液中溶液中Ag+过量时，可吸附过量时，可吸附Ag+而带负电。而带负电。溶液中带电溶胶粒子表面，必然要吸引相反电荷离子，溶液中带电溶胶粒子表面，必然要吸引相反电荷离子，使它们围绕在溶胶粒子周围，这样就在固使它们围绕在溶胶粒子周围，这样就在固液两相间形成液两相间形成了双电层。以下就来介绍几个主要的双电层理论，了双电层。以下就来介绍几个主要的双电层理论，b）溶胶粒子表面上

15、的某些分子、原子可发生电离溶胶粒子表面上的某些分子、原子可发生电离。例：蛋白质中的氨基酸分子例：蛋白质中的氨基酸分子:在在pH低时氨基形成低时氨基形成NH3+而带正电；而带正电；在在pH高时羧基形成高时羧基形成COO而带负电。而带负电。1.1.双电层理论：双电层理论：1879年，亥姆霍兹首先提出在固液年，亥姆霍兹首先提出在固液两相之间的界面上形成双电层的概念：两相之间的界面上形成双电层的概念：1 1）正负电荷如平板电容器那样分布；）正负电荷如平板电容器那样分布；2 2）两层距离与离子半径相当；）两层距离与离子半径相当；3 3）在外加电场下，带电质点与溶液中）在外加电场下，带电质点与溶液中 反电

16、离子分别向相反方向移动。反电离子分别向相反方向移动。1)1)亥姆霍兹平板电容器模型亥姆霍兹平板电容器模型0 x0 x 质点表面电荷与周围介质中的反离子构成双质点表面电荷与周围介质中的反离子构成双电层；表面电势电层；表面电势 0 0：带电质点表面与液体的电位：带电质点表面与液体的电位差：差：电势电势 ：固、液两相发生相对运动时边界处：固、液两相发生相对运动时边界处与液体内部的电位差。与液体内部的电位差。缺点：缺点：1)1)不能解释带电质点表面电势不能解释带电质点表面电势 o o 与与 电势电势的区别；的区别；2)2)不能解释电解质对不能解释电解质对 电势的影响；电势的影响；3 3）与带电质点一起

17、运动的水化层的厚度大于平板双电）与带电质点一起运动的水化层的厚度大于平板双电 层的厚度（离子半径大小），而滑动面的层的厚度（离子半径大小），而滑动面的 仍不为零。仍不为零。2)扩散双电层理论扩散双电层理论扩散层扩散层 0电电势势距离距离x1910年，古依和查普曼提出了扩散年，古依和查普曼提出了扩散双电层理论：双电层理论：1 1）反电荷的离子不是整齐排列在一）反电荷的离子不是整齐排列在一 个平面上，而是扩散分布在溶液中个平面上，而是扩散分布在溶液中 的。静电力，使反离子趋向表面；的。静电力，使反离子趋向表面；热运动：使反离子趋于均匀分布。热运动：使反离子趋于均匀分布。总结果：反离子平衡分布。总结

18、果：反离子平衡分布。2 2）离固体表面越远，反离子浓度越小，形成一个反离子离固体表面越远，反离子浓度越小，形成一个反离子 的扩散层。的扩散层。当离开固体表面足够远时，溶液中正负离子所带电量大小当离开固体表面足够远时，溶液中正负离子所带电量大小相等，对应电势为零。相等，对应电势为零。式中式中 的倒数的倒数 -1 1 具有双电层厚度的意义。具有双电层厚度的意义。若若假设：假设：1）质点表面看作无限大的平面；）质点表面看作无限大的平面；2）表面电荷分布均匀；）表面电荷分布均匀；3）溶剂介电常数处处相同；）溶剂介电常数处处相同；则，则，距表面距表面 x 处的电势处的电势 与表面电与表面电 势势 0 的

19、关系为的关系为（玻耳兹曼定律）（玻耳兹曼定律）p107 ：=oe-x （12.4.1）扩散层扩散层 0电电势势距离距离x古依查普曼模型的缺点：古依查普曼模型的缺点：1)1)没有给出没有给出 电位的具体位置及意义电位的具体位置及意义 2)2)没有考虑胶粒表面上的固定吸附层没有考虑胶粒表面上的固定吸附层3)斯特恩斯特恩(Stern)双双电层模型电层模型 19241924年，年，斯特恩提出扩散双斯特恩提出扩散双电层模型。他认为：电层模型。他认为：1)离子有一定的大小；离子有一定的大小；2)质点与表面除静电作用外质点与表面除静电作用外，还有范德华作用，还有范德华作用;因此表因此表面可形成一固定吸附层面

20、可形成一固定吸附层,或或称为称为Stern层层(包括一些溶剂包括一些溶剂分子分子);其余反离子其余反离子扩散分扩散分布布在溶液中在溶液中,构成扩散部分构成扩散部分。Stern层层距离距离SternStern面面滑动面滑动面+固固体体表表面面扩散层扩散层SternStern模型：固定层扩散层模型：固定层扩散层 称为斯特恩电势称为斯特恩电势 为滑动面与溶液本体之间为滑动面与溶液本体之间 的电位差的电位差4)4)在扩散层中在扩散层中,电势由电势由 降到零降到零,可用古依查普曼的公式描述只可用古依查普曼的公式描述只需将式中的需将式中的 o o 换成换成 :3)在在Stern面内面内,电势变化与电势变化

21、与亥姆霍亥姆霍兹平板模型兹平板模型 相似相似,电势由表面的电势由表面的 0 0降到斯特恩面的降到斯特恩面的 (Stern电势电势)距离距离 0 SternStern面面 电势的大小，反映了胶粒带电的程度。电势的大小，反映了胶粒带电的程度。电电势势越越高高，表表明明：胶胶粒粒带带电电越越多多，滑滑动动面面与与溶溶液液本本体体之之间的电势差间的电势差越大越大，扩散层厚度扩散层厚度越厚越厚 当固当固液两相发生相对移动时，紧液两相发生相对移动时，紧密层（密层（SternStern层）中的反离子及溶剂分层）中的反离子及溶剂分子与质点一起运动。滑动面以外的部子与质点一起运动。滑动面以外的部分不移动。分不移

22、动。滑动面与溶液本体之间的滑动面与溶液本体之间的电位差为电位差为 。也只有在固。也只有在固液两相发生液两相发生相对移动时，才呈现相对移动时，才呈现 电势。电势。距离距离 0 SternStern面面 当当电电解解质质浓浓度度足足够够大大，(c(c4 4态态),),可可使使 0 0，该该状状态态称称为为等等电电态态，此此时时胶胶体体不不带带电电，不会发生电动现象不会发生电动现象，溶胶极易聚沉溶胶极易聚沉当溶液中电解质浓度增加时，介质中反离子的浓度加大，当溶液中电解质浓度增加时，介质中反离子的浓度加大，将压缩扩散层使其变薄，把更多的反离子挤进滑动面以内，将压缩扩散层使其变薄，把更多的反离子挤进滑动

23、面以内，使使 电势在数值上变小，如下图。电势在数值上变小，如下图。0滑动面滑动面 c4c3c2c1距距离离反离子浓度反离子浓度斯特恩模型斯特恩模型:给出了给出了 电势明确的物理意义，电势明确的物理意义，解释了溶胶的电动现象解释了溶胶的电动现象,定性地解释了电解质浓度对溶胶定性地解释了电解质浓度对溶胶稳定性的影响，使人们对双电层的稳定性的影响，使人们对双电层的结构有了更深入的认识。结构有了更深入的认识。（1）电泳电泳在外电场的作用下，胶体粒子在分散介质中定向移动在外电场的作用下，胶体粒子在分散介质中定向移动 的现象，称为电泳。的现象，称为电泳。2.2.溶胶的电动现象溶胶的电动现象 首先，在首先，

24、在U形管中加入形管中加入NaCl溶液，然后，从下方支管缓慢溶液，然后，从下方支管缓慢压入棕红色压入棕红色 Fe(OH)3溶胶，以溶胶，以使其与使其与 NaCl溶液溶液间有清晰的间有清晰的界面存在。通入直流电后，可界面存在。通入直流电后，可观察到，电泳管中阳极一端界观察到，电泳管中阳极一端界面下降，阴极一端界面上升。面下降，阴极一端界面上升。Fe(OH)3溶胶溶胶NaCl溶液溶液界面法测电泳装置示意图界面法测电泳装置示意图+实验测出在一定时间内实验测出在一定时间内界面移动的距离，可求得界面移动的距离，可求得粒子的电泳速度，由电泳粒子的电泳速度，由电泳速度可求出胶体粒子的速度可求出胶体粒子的 电势

25、。电势。Fe(OH)3溶胶溶胶NaCl溶液溶液界面法测电泳装置示意图界面法测电泳装置示意图+（2 2）电渗电渗 在在多多孔孔膜膜（或或毛毛细细管管）两两端端施施加加一一定定电电压压，液液体体通通过过多孔膜而定向流动的现象，称为电渗。多孔膜而定向流动的现象，称为电渗。电渗示意图电渗示意图L1、L2导线管导线管；E1、E2电极；电极；M多孔塞；多孔塞；M及及C 间的循环管路间的循环管路充水或充水或其它溶液；其它溶液；T向毛细管向毛细管C 充气，使在毛细管中形成一个小气泡管路。充气，使在毛细管中形成一个小气泡管路。通电后，水或其它溶液将通通电后，水或其它溶液将通过多孔塞过多孔塞M而定向流动。而定向流

26、动。可通过水平毛细管可通过水平毛细管C中中小气泡的移动，观察循小气泡的移动，观察循环流动的方向环流动的方向利用电渗可对多孔材料进行脱水或者干燥（3 3）流动电势流动电势定义：定义：在外力作用下在外力作用下，迫使液体通，迫使液体通过多孔隔膜（或毛细管）定过多孔隔膜（或毛细管）定向流动，在多孔隔膜两端所向流动，在多孔隔膜两端所产生的电势差，称为流动电产生的电势差，称为流动电势。势。该过程可认为是电渗的该过程可认为是电渗的逆过程逆过程液槽液槽气体气体加压加压多多孔孔塞塞电位差计电位差计定义：定义：分散相粒子在重力场或离分散相粒子在重力场或离心力场的作用下迅速移动时，心力场的作用下迅速移动时，在移动方

27、向的两端所产生的电在移动方向的两端所产生的电势差，称为沉降电势。势差，称为沉降电势。（可视为电泳的逆过程）（可视为电泳的逆过程）（4）沉降电势沉降电势:（固相不动，液体移动）固相不动，液体移动）电渗外外加加电电场场引引起起相对运动相对运动四种电现象的相互关系：电泳流动电势（液体静止，固体粒子运动）液体静止，固体粒子运动）沉降电位相相对对运运动动产产生电位差生电位差3.3.溶胶的胶团结构溶胶的胶团结构 由吸附及扩散双电层理论可以想象溶胶的结构为由吸附及扩散双电层理论可以想象溶胶的结构为:1)由分子由分子、原子或离子构成的原子或离子构成的,具有晶体结构的具有晶体结构的,固态固态微粒微粒胶核。胶核。

28、2）过剩反离子，一部分在滑动面内，一部分在滑动）过剩反离子，一部分在滑动面内，一部分在滑动面外，呈扩散状态分布于分散介质中。若分散介面外，呈扩散状态分布于分散介质中。若分散介质是水，反离子应当是水化的。质是水，反离子应当是水化的。3）被包围在滑动面内的胶核被包围在滑动面内的胶核+反离子反离子=胶体粒子胶体粒子。4）整个扩散层）整个扩散层+被包围的胶体粒子被包围的胶体粒子=胶团（电中性）胶团（电中性）例：例：AgNO3(稀稀aq)+KI(稀稀aq)AgI+KNO3KI为为少少量量，：AgI溶溶胶胶吸吸附附Ag带带正正电电，NO3为为反反离离子子，AgNO3为为稳定剂。稳定剂。胶团结构表示：胶团结

29、构表示：例：例：I少少量，生成带正电的胶粒，量，生成带正电的胶粒，NO3为反离子为反离子 胶粒胶粒 AgIm nAg+(n-x)NO3-x+xNO3-胶核胶核 胶团胶团可滑动面可滑动面KI过量过量：AgI溶胶吸附溶胶吸附I带负电，带负电，K为反离子；为反离子；KI为稳定剂为稳定剂。反反之之：KI(稀稀aq)+AgNO3(稀稀aq)AgI+KNO3胶团结构表示：胶团结构表示：例：例：AgAg+少少量，生成带量，生成带负负电的胶粒，电的胶粒，K K为反离子为反离子 胶粒胶粒 AgIm nI(n-x)K+x xK+胶核胶核 胶团胶团可滑动面可滑动面m及及n对每对每个胶粒可以大个胶粒可以大小不等小不等

30、1)1)胶胶核核：首首先先吸吸附附过过量量的的 成成核核离离子子，然然后后吸吸附附反反 离离子子形形成成胶胶粒粒，包包在在滑滑动动 层内；层内；2)2)胶胶团团整整体体为为电电中中性性，在在扩扩散层内。散层内。KI为稳定剂的胶团剖面图：为稳定剂的胶团剖面图：KKKKAgImIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK胶核胶核滑动面滑动面（内部为胶粒）（内部为胶粒）扩散层边缘扩散层边缘（包括整个胶团）（包括整个胶团）特点：特点：以上是由于吸附离子使胶核带电的情况。以下讨论以上是由于吸附离子使胶核带电的情况。以下讨论由于产生电离产物使胶核带电的情况。由于

31、产生电离产物使胶核带电的情况。当当 SiO2 微粒与水接触时，生成弱酸，微粒与水接触时，生成弱酸，H2SiO3，它的它的电离产物电离产物SiO32有有一部分仍固定在一部分仍固定在SiO2上，未扩散到上，未扩散到溶液中去。这就形成了带负电的胶核。反离子是溶液中去。这就形成了带负电的胶核。反离子是H+。SiO2溶胶的胶团结构为：溶胶的胶团结构为：SiO2m nSiO322(n-x)H+2 2x 2xH+课堂练习题目一、判断题：一、判断题：1溶胶在热力学和动力学上都是稳定系统。2溶胶与真溶液一样是均相系统。3能产生丁达尔效应的分散系统是溶胶。4加入电解质可以使胶体稳定，加入电解质也可以使胶体聚沉；二

32、者是矛盾的。5高分子溶液与溶胶一样是多相不稳定体系。2将高分子溶液作为胶体体系来研究，因为它：将高分子溶液作为胶体体系来研究，因为它：(A)是多相体系是多相体系；(B)热力学不稳定体系热力学不稳定体系；(C)对电解质很敏感对电解质很敏感；(D)粒子大小在胶体范围内粒子大小在胶体范围内。3溶胶的基本特性之一是：溶胶的基本特性之一是：(A)热力学上和动力学上皆属于稳定体系热力学上和动力学上皆属于稳定体系；(B)热力学上和动力学上皆属不稳定体系热力学上和动力学上皆属不稳定体系；(C)热力学上不稳定而动力学上稳定体系热力学上不稳定而动力学上稳定体系；(D)热力学上稳定而动力学上不稳定体系热力学上稳定而

33、动力学上不稳定体系。4溶胶与大分子溶液的区别主要在于：溶胶与大分子溶液的区别主要在于：(A)粒子大小不同粒子大小不同；(B)渗透压不同渗透压不同；(C)丁铎尔效应的强弱不同丁铎尔效应的强弱不同；(D)相状态和热力学稳定性不同相状态和热力学稳定性不同。5.在AgNO3溶液中加入稍过量KI溶液，得到溶胶的胶团结构可表示为：(A)(AgI)mnI-(n-x)K+x-xK+；(B)(AgI)mnNO3-(n-x)K+x-xK+；(C)(AgI)mnAg+(n-x)I-x-xK+；(D)(AgI)mnAg+(n-x)NO3-x+xNO3-。6.以下列三种方法制备溶胶：(1)亚铁氰化铜溶胶的稳定剂是亚铁氰

34、化钾；(2)将10ml的0.5MNaCl与12mol0.5MAgNO3制得；(3)FeCl3在热水中水解得的溶胶，它们带电荷的符号是：(A)(1)正电荷，(2)正电荷，(3)正电荷；(B)(1)负电荷，(2)与(3)正电荷；(C)(1)与(2)负电荷，(3)正电荷；(D)(1)、(2)、(3)负电荷。7.由过量KBr与AgNO3溶液混合可制得溶胶，以下说法正确的是：(A)电位离子是Ag+；(B)反号离子是NO3-；(C)胶粒带正电；D)它是负溶胶。8.对由各种方法制备的溶胶进行半透膜渗析或电渗析的目的是：(A)除去杂质，提高纯度(B)除去小胶粒，提高均匀性；(C)除去过多的电解质离子，提高稳定

35、性；(D)除去过多的溶剂，提高浓度。1 1 溶胶的经典稳定理论溶胶的经典稳定理论DLVO理论理论12.5 溶胶的稳定与聚沉溶胶的稳定与聚沉溶胶是热力学不稳定系统，但有些溶胶依然能长溶胶是热力学不稳定系统，但有些溶胶依然能长时间稳定存在。为什么时间稳定存在。为什么?19411941年，由杰里亚金（年，由杰里亚金（D）和朗道（和朗道（L）及及19481948年年由维韦（由维韦（V）和奥弗比克（和奥弗比克（O）分别提出了带电胶体分别提出了带电胶体粒子稳定的理论，简称粒子稳定的理论，简称DLVO理论。它的要点是：理论。它的要点是：1 1）胶团之间既存在斥力势能，也存在引力势能。其来胶团之间既存在斥力势

36、能，也存在引力势能。其来源可从其结构得到解释。源可从其结构得到解释。左图中是左图中是两个带正电荷两个带正电荷的胶团。在胶团外之任一的胶团。在胶团外之任一点点A处，则不受正电荷影处，则不受正电荷影响；在扩散层内任一点响；在扩散层内任一点B，因正电荷作用未被完全因正电荷作用未被完全抵消，仍表现出正电性。抵消，仍表现出正电性。但当两个胶团扩散层未重但当两个胶团扩散层未重叠时，两者无任何斥力。叠时，两者无任何斥力。扩散层边界扩散层边界胶核胶核AB胶核胶核扩散层边界扩散层边界B当两个胶团当两个胶团扩散层发生重叠扩散层发生重叠时，时，重叠区内负离子浓度增加。重叠区内负离子浓度增加。两个胶团扩散层对称性都受

37、到两个胶团扩散层对称性都受到破坏。使重叠区内过剩负离子破坏。使重叠区内过剩负离子向未重叠区扩散向未重叠区扩散,导致导致渗透性渗透性斥力斥力的产生。由于双电层的静的产生。由于双电层的静电平衡破坏，导致两个胶团间电平衡破坏，导致两个胶团间产生产生静电斥力静电斥力。随着重叠区的。随着重叠区的加大，这两种斥力势能都增加。加大，这两种斥力势能都增加。溶胶中分散相微粒间的引力势能，仍具有范德华引力的溶胶中分散相微粒间的引力势能，仍具有范德华引力的性质。但它是一种远程范德华力，其作用范围比一般分子的性质。但它是一种远程范德华力，其作用范围比一般分子的大千百倍，与粒子间距离的一次方或二次方成反比。（一般大千百

38、倍，与粒子间距离的一次方或二次方成反比。（一般分子或原子间的范德华力与粒子间距离的六次方成反比）分子或原子间的范德华力与粒子间距离的六次方成反比）vanderWaals吸引力：吸引力：双电层引起的静电斥力双电层引起的静电斥力：ER ae-k r 溶溶胶胶粒粒子子间间的的作作用用力力总总结结1)当两个胶体粒子间的斥力势能在数值上大于引力势能当两个胶体粒子间的斥力势能在数值上大于引力势能，而，而且足以阻止粒子由于布朗运动而相互碰撞粘结时，且足以阻止粒子由于布朗运动而相互碰撞粘结时，溶胶处溶胶处于稳定状态。于稳定状态。当两者间的引力势能大于斥力势能时，胶体粒子发生当两者间的引力势能大于斥力势能时，胶

39、体粒子发生聚沉。调整两者的相对大小，可改变胶体系统的稳定性。聚沉。调整两者的相对大小，可改变胶体系统的稳定性。2 2）斥力势能斥力势能、引力势能及总势能都是粒子间距离的函数。引力势能及总势能都是粒子间距离的函数。只是在某一距离范围内，引力势能占优势，在另一距离只是在某一距离范围内，引力势能占优势，在另一距离范围斥力势能占优势。范围斥力势能占优势。3）加入电解质对引力势能影响不大，但对斥力势能有明显）加入电解质对引力势能影响不大，但对斥力势能有明显影响。所以调整电解质浓度，对溶胶稳定性有明显作用。影响。所以调整电解质浓度，对溶胶稳定性有明显作用。分散相微粒相互作用分散相微粒相互作用总势能：总势能

40、：E=ER+EA Emax时，溶胶不稳定时，溶胶不稳定 粒子在此处可粒子在此处可形成疏松的不稳定的聚沉物。当外界环境形成疏松的不稳定的聚沉物。当外界环境变化时，这种聚沉物可重新分离生成溶胶。变化时，这种聚沉物可重新分离生成溶胶。EmaxEREAE势势能能x（粒子间距离）粒子间距离）第二最小值第二最小值第一最小值第一最小值0形成疏松形成疏松的聚沉物的聚沉物形成结构紧形成结构紧密而又稳定密而又稳定的沉积物的沉积物ab 左左图图中中，EA为为引引力力势势能能，ER为为斥斥力力势势能能实实线线路路E为总势能。为总势能。在在粒粒子子距距离离接接近近a 时时，达达到到第第二二最最小小值值，其其值值为为 几

41、几个个kT 数量级数量级。靠拢发生聚沉。若靠拢发生聚沉。若Emax15kT，一般胶体粒子的热运动无法克一般胶体粒子的热运动无法克服，就不会发生聚沉。越过服，就不会发生聚沉。越过Emax后，势能曲线出现第一最小值。后，势能曲线出现第一最小值。落入此陷阱的粒子发生不可逆聚沉形成紧密而又稳定的聚沉物。落入此陷阱的粒子发生不可逆聚沉形成紧密而又稳定的聚沉物。EmaxEREAE势势能能x第二最小值第二最小值第一最小值第一最小值0形成疏松形成疏松的聚沉物的聚沉物形成结构紧形成结构紧密而又稳定密而又稳定的沉积物的沉积物ab 在在 ab 之间，之间，斥力起主导作斥力起主导作用，势能曲线用，势能曲线上出现上出现

42、极大值极大值 Emaxmax。当迎面当迎面相撞的一对胶相撞的一对胶体粒子所具有体粒子所具有的平动能足以的平动能足以克服这一势垒克服这一势垒时，它们就会时，它们就会进一步进一步溶剂化作用是使溶胶稳定的另一重要因素。若分散介溶剂化作用是使溶胶稳定的另一重要因素。若分散介质是水，胶团双电层中的全部离子都是水化的。在分散相质是水，胶团双电层中的全部离子都是水化的。在分散相粒子周围形成一个有一定弹性的水化外壳。当一对胶团因粒子周围形成一个有一定弹性的水化外壳。当一对胶团因布朗运动而靠近时，水化外壳因受到挤压而变形，但每个布朗运动而靠近时，水化外壳因受到挤压而变形，但每个胶团又都力图恢复其原状而又被弹开。

43、这样，水化外壳的胶团又都力图恢复其原状而又被弹开。这样，水化外壳的存在，增加了溶胶聚合的机械阻力。存在，增加了溶胶聚合的机械阻力。溶胶稳定的第三个重要因素是布朗运动，当分散相粒溶胶稳定的第三个重要因素是布朗运动，当分散相粒子布朗运动足够强时，能克服重力场的影响而不下沉。溶子布朗运动足够强时，能克服重力场的影响而不下沉。溶胶的这种性质称为动力稳定。胶的这种性质称为动力稳定。分散相与分散介质密度差愈小，分散介质粘度越大，分分散相与分散介质密度差愈小，分散介质粘度越大，分散相颗粒越小，布朗运动越激烈，溶胶的动力稳定就越强。散相颗粒越小，布朗运动越激烈，溶胶的动力稳定就越强。所以，要使溶胶聚沉也要从中

44、和粒子电荷、所以，要使溶胶聚沉也要从中和粒子电荷、降低溶剂化降低溶剂化作用等入手。作用等入手。溶胶稳定的原因：溶胶稳定的原因：1)1)胶粒带电胶粒带电增加胶粒间的排斥作用；增加胶粒间的排斥作用；2 2)溶剂化作用溶剂化作用形成弹性水化外壳，增加溶胶聚合的形成弹性水化外壳，增加溶胶聚合的阻力；阻力；3)3)BrownBrown运动运动使胶粒受重力的影响而不下沉。使胶粒受重力的影响而不下沉。2.2.溶胶的聚沉：溶胶的聚沉：定义：定义：溶胶中分散相微粒互相聚结，颗粒变大，进而溶胶中分散相微粒互相聚结，颗粒变大，进而发生沉淀的现象称为发生沉淀的现象称为聚沉。聚沉。通过加热、辐射或加入电解质都可导致溶胶

45、聚沉。以通过加热、辐射或加入电解质都可导致溶胶聚沉。以下主要讨论电解质对溶胶的作用。下主要讨论电解质对溶胶的作用。（1 1）电解质的聚沉作用：电解质的聚沉作用：适量的电解质对溶胶起到稳定剂的作用。适量的电解质对溶胶起到稳定剂的作用。但过量的电解质，特别是含高价反离子的电解质，往但过量的电解质，特别是含高价反离子的电解质，往往会使溶胶聚沉。往会使溶胶聚沉。其原因是：其原因是：1）因为电解质的浓度或）因为电解质的浓度或价数增加时，会压缩扩散层价数增加时，会压缩扩散层，扩散层变薄，斥力势能降，扩散层变薄，斥力势能降低。当电解质浓度足够大时低。当电解质浓度足够大时，即使溶胶聚沉。，即使溶胶聚沉。距离距

46、离 0 SternStern面面 斯特恩层斯特恩层扩散层扩散层2）若加入的反离子发生特若加入的反离子发生特性吸附时，斯特恩层内的性吸附时，斯特恩层内的反离子数增加，使胶粒带反离子数增加，使胶粒带电量降低，而导致碰撞聚电量降低，而导致碰撞聚沉。沉。距离距离 0 SternStern面面 斯特恩层斯特恩层扩散层扩散层EA曲线的形状由粒子本性决定，不受电解质影响；曲线的形状由粒子本性决定，不受电解质影响；ER曲线的形状、位置强烈地受电解质浓度的影响。曲线的形状、位置强烈地受电解质浓度的影响。电电解解质质浓浓度度与与价价数数增增加加，使使胶胶体体粒粒子子间间势势垒垒的的高高度度与与位位置发生变化。置发

47、生变化。EREAEc1c2c3势势能能0电解质浓度电解质浓度：c1 c2 Cs+Rd+NH4+K+Na+Li+负离子的聚沉能力负离子的聚沉能力 ：FClBrNO3IOH(2)高分子化合物的聚沉作用高分子化合物的聚沉作用在溶胶中加入高分子化合物既可使溶胶稳定，也可使溶在溶胶中加入高分子化合物既可使溶胶稳定，也可使溶胶聚沉。好的聚沉剂应当是相对分子质量很大的线性聚合胶聚沉。好的聚沉剂应当是相对分子质量很大的线性聚合物。物。1 1）搭桥效应搭桥效应 一个长碳链高分子一个长碳链高分子化合物，通过吸附在许多胶粒上，化合物，通过吸附在许多胶粒上，从而把胶粒联结起来，变成较大从而把胶粒联结起来，变成较大的聚

48、集体而聚沉。的聚集体而聚沉。它们的聚沉作用主要有三个方面：它们的聚沉作用主要有三个方面：2 2）脱水效应脱水效应 高分子对水有更强的的亲合力，高分子对水有更强的的亲合力，由于它的溶解与水化，使胶粒脱水，失去水化由于它的溶解与水化，使胶粒脱水，失去水化 外壳而聚沉。外壳而聚沉。3 3）电中和效应电中和效应 离子型的高分子，吸附到带电胶离子型的高分子，吸附到带电胶 粒上，中和了胶粒表面电荷，使粒子间斥力降粒上，中和了胶粒表面电荷，使粒子间斥力降 低，进而聚沉。低，进而聚沉。但是，若在溶胶中加入较但是，若在溶胶中加入较多的高分子化合物，同一个分多的高分子化合物，同一个分散相粒子表面吸附了多个高分散相

49、粒子表面吸附了多个高分子，如左图。或许多高分子线子，如左图。或许多高分子线团环绕在分散相粒子周围，形团环绕在分散相粒子周围，形成水化外壳，包围了分散相粒成水化外壳，包围了分散相粒子，则对溶胶起到保护作用。子，则对溶胶起到保护作用。12.6 悬浮液悬浮液(自学）自学）定义定义:不溶性固体粒子分散在液体中所形成的粗分散系统不溶性固体粒子分散在液体中所形成的粗分散系统 称为悬浮液称为悬浮液它它的的粒粒子子线线度度1000nm。它它不不存存在在布布朗朗运运动动，不不产产生生扩扩散散与与渗渗透透现现象象，容容易易沉沉降降析析出出。光光学学性性质质方方面面，散散射射光光强强度度十十分分微弱。微弱。但但是是

50、它它仍仍有有很很大大相相界界面面，能能选选择择性性吸吸附附溶溶液液中中某某种种离离子子而而带带电电。某某些些高高分分子子化化合合物物对对悬悬浮浮液液也也有有保保护护作作用用。所所以以它它能能暂暂时时稳定存在。稳定存在。胶体系统胶体系统1000nmd1nm分子分散系统分子分散系统d1000nm大大多多数数悬悬浮浮液液是是由由大大小小不不等等的的粒粒子子构构成成的的多多级级分分散散系系统统。大大小小不不等等粒粒子子在在试试样样中中的的含含量量即即为为粒粒度度分分布布。测测定定粒粒度度分分布布的常用方法是沉降分析。的常用方法是沉降分析。设设分分散散介介质质密密度度 0，粘粘度度，分分散散相相为为球球