新《北航材料专业课资料》《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程（第12讲胶体化学）8.pdf

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1、第第12讲 胶体化学讲 胶体化学物理化学考点精讲教程（天津大学第五版）物理化学考点精讲教程（天津大学第五版）主讲人：张彩丽主讲人：张彩丽网学天地网学天地www.e-网学天地（网学天地（www.e-）物理化学考点精讲教程）物理化学考点精讲教程一、考点重点精讲一、考点重点精讲（一）分散系统的分类及其主要特征（一）分散系统的分类及其主要特征（2）分散系统的分类分散系统均相分散系统）分散系统的分类分散系统均相分散系统非均相分散系统非均相分散系统小分子溶液、电解质溶液小分子溶液、电解质溶液 小于小于1nm大分子溶液缔合大分子溶液缔合胶束胶束溶液（胶体电解质溶液）溶液（胶体电解质溶液）溶胶溶胶粗分散系统粗

2、分散系统大于大于1m胶体分散系统胶体分散系统1nm1m胶胶胶胶体体体体化化化化学学学学亲液胶体憎液胶体亲液胶体憎液胶体（1）分散系统的定义：）分散系统的定义：分散系统、分散质、分散介质。分散系统、分散质、分散介质。网学天地（网学天地（www.e-）物理化学考点精讲教程）物理化学考点精讲教程（3）溶胶的主要特征。胶核：溶胶系统中作为分散相的微小物质粒子，是构成胶团的核心。主要特点：高度分散的多相性和热力学的不稳定性。）溶胶的主要特征。胶核：溶胶系统中作为分散相的微小物质粒子，是构成胶团的核心。主要特点：高度分散的多相性和热力学的不稳定性。3?溶液（或混合物）：均相系统，透明，不能发生光的散射，扩

3、散速度快，为热力学稳定状态。溶质为分散质，溶剂为分散介质。溶液（或混合物）：均相系统，透明，不能发生光的散射，扩散速度快，为热力学稳定状态。溶质为分散质，溶剂为分散介质。?胶体分散系统：分散质点大小在胶体分散系统：分散质点大小在1 nm 1m 之间的分散系统。之间的分散系统。?粗分散系统：如悬浮液，乳状液，泡沫等。热力学不稳定状态。粗分散系统：如悬浮液，乳状液，泡沫等。热力学不稳定状态。网学天地（网学天地（www.e-）物理化学考点精讲教程）物理化学考点精讲教程（二）胶体系统的光学性质（二）胶体系统的光学性质1.丁达尔效应由于溶胶的高度分散性和多相阿不均匀性，当一束波长大于溶胶分散相粒子尺寸的

4、入射光照射到溶胶系统，可发生散射现象丁达尔效应由于溶胶的高度分散性和多相阿不均匀性，当一束波长大于溶胶分散相粒子尺寸的入射光照射到溶胶系统，可发生散射现象丁达尔现象丁达尔现象当入射光的频率与分子的固有频率相同时当入射光的频率与分子的固有频率相同时,发生光的发生光的吸收吸收。当光束与系统不发生任何相互作用时。当光束与系统不发生任何相互作用时,则可则可透过透过。当入射光的波长小于分散粒子的尺寸时。当入射光的波长小于分散粒子的尺寸时,则发生光的则发生光的反射反射。若入射光的波长大于分散粒子的尺寸时。若入射光的波长大于分散粒子的尺寸时,则发生光的则发生光的散射散射。可见光波长在。可见光波长在40070

5、0nm范围内范围内,大于一般胶体粒子的尺寸（大于一般胶体粒子的尺寸（11000）nm,可发生光的散射。可发生光的散射。网学天地（网学天地（www.e-）物理化学考点精讲教程）物理化学考点精讲教程丁达尔现象的实质是光的散射作用丁达尔现象的实质是光的散射作用。丁达尔效应又称为。丁达尔效应又称为乳光效应乳光效应，散射光的强度可由雷利公式计算。光的振动频率高达，散射光的强度可由雷利公式计算。光的振动频率高达1015Hz，光的照射相当于外加电磁场作用于胶体粒子，使围绕分子或原子运动的电子被迫产生振动，而质量大于电子的原子核是无法跟上如此高频率的振动的，这样被光照射的微小晶体上的每个分子，便以一个次级光源

6、的形式，向四面八方辐射出与入射光有相同频率的次级光波。，光的照射相当于外加电磁场作用于胶体粒子，使围绕分子或原子运动的电子被迫产生振动，而质量大于电子的原子核是无法跟上如此高频率的振动的，这样被光照射的微小晶体上的每个分子，便以一个次级光源的形式，向四面八方辐射出与入射光有相同频率的次级光波。网学天地（网学天地（www.e-）物理化学考点精讲教程）物理化学考点精讲教程2.瑞利公式瑞利公式222222004 22209(1cos)22nnV CIIlnn=+I 单位体积液溶胶的散射光强度；单位体积液溶胶的散射光强度；I0入射光强度；入射光强度；l 观察者与散射中心的距离；观察者与散射中心的距离；

7、V 分散相粒子的体积；分散相粒子的体积；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；散射角；散射角；n,n0 分别为分散相及分散介质的折射率分别为分散相及分散介质的折射率。假设：粒子的尺寸远小于入射光波长；粒子间距离较远，可不考虑各个粒子散射光的相互干涉；粒子不导电。瑞利（假设：粒子的尺寸远小于入射光波长；粒子间距离较远，可不考虑各个粒子散射光的相互干涉；粒子不导电。瑞利（L.W.Rayleigh）公式：）公式：网学天地（网学天地（www.e-）物理化学考点精讲教程）物理化学考点精讲教程（三）胶体系统的动力性质（三）胶体系统的动力性质1.布朗运动布朗（布朗运动布朗（Br

8、own）运动：溶胶中的分散相粒子的不停息的和无规则的运动，这种现象是植物学家（）运动：溶胶中的分散相粒子的不停息的和无规则的运动，这种现象是植物学家（Brown）于）于1827年首先从水中悬浮花粉的运动中观察到的。用超显微镜可以观察布朗运动。布朗运动是分子热运动的必然结果，是胶体粒子的热运动。年首先从水中悬浮花粉的运动中观察到的。用超显微镜可以观察布朗运动。布朗运动是分子热运动的必然结果，是胶体粒子的热运动。2.扩散扩散产生的原因是物质粒子的热运动（布朗运动）。扩散：在有浓度梯度时，物质粒子因热运动而发生宏观上的定向迁移的现象。扩散扩散产生的原因是物质粒子的热运动（布朗运动）。扩散：在有浓度梯

9、度时，物质粒子因热运动而发生宏观上的定向迁移的现象。网学天地（网学天地（www.e-）物理化学考点精讲教程）物理化学考点精讲教程3.沉降与沉降平衡沉降：指多相分散系统中，物质粒子因受重力作用而下沉的过程。沉降平衡：指分散相粒子的扩散速率与沉降速率相等的状态。沉降与扩散是两个相反的互为竞争的过程，大质量的粒子易于沉降，反之易于扩散。沉降与沉降平衡沉降：指多相分散系统中，物质粒子因受重力作用而下沉的过程。沉降平衡：指分散相粒子的扩散速率与沉降速率相等的状态。沉降与扩散是两个相反的互为竞争的过程，大质量的粒子易于沉降，反之易于扩散。网学天地（网学天地（www.e-）物理化学考点精讲教程）物理化学考点

10、精讲教程（四）胶体系统的电学性质（四）胶体系统的电学性质1.电动现象（电动现象（2）电渗：在多孔塞的两端施加电压 液体将定向移动的现象。（）电渗：在多孔塞的两端施加电压 液体将定向移动的现象。（1）电泳：在外电场作用下，胶体粒子在分散介质中定向移动的现象。（）电泳：在外电场作用下，胶体粒子在分散介质中定向移动的现象。（3）流动电势：在外力作用下，迫使液体通过多孔隔膜（或毛细管）定向流动，多孔隔膜两端所产生的电势差。它是电渗的逆现象。（）流动电势：在外力作用下，迫使液体通过多孔隔膜（或毛细管）定向流动，多孔隔膜两端所产生的电势差。它是电渗的逆现象。（4）沉降电势：分散相粒子在重力场或离心力场的作

11、用下迅速移动时，在移动方向的两端所产生的电势差。它是电泳的逆现象。）沉降电势：分散相粒子在重力场或离心力场的作用下迅速移动时，在移动方向的两端所产生的电势差。它是电泳的逆现象。网学天地（网学天地（www.e-）物理化学考点精讲教程）物理化学考点精讲教程斯特恩双电层模型（斯特恩双电层模型（1924年年Stern）：）：2.扩散双电层理论扩散双电层理论紧密层紧密层：离子紧密吸附在固体表面。：离子紧密吸附在固体表面。扩散层扩散层：斯特恩面至溶液本体。：斯特恩面至溶液本体。斯特恩面斯特恩面：水化离子的中心线。：水化离子的中心线。滑动面滑动面：固液两相相对移动的界面。固液两相相对移动的界面。热力学电势热

12、力学电势：由固体表面至溶液本 体间的电势差：由固体表面至溶液本 体间的电势差 0。斯特恩电势斯特恩电势：由紧密层与扩散层之间的界面至溶液本体间的电势差：由紧密层与扩散层之间的界面至溶液本体间的电势差 。电势（流动电势）电势（流动电势）：滑动面至溶液本体间的电势差。：滑动面至溶液本体间的电势差。网学天地（网学天地（www.e-）物理化学考点精讲教程）物理化学考点精讲教程（1）电势电势只有在固液两相发生相对移动时才能呈现出来。由于滑动面内过剩的反离子所带的电荷部分抵消了固体表面上的电荷，使电势在滑动面内急剧下降，故出现只有在固液两相发生相对移动时才能呈现出来。由于滑动面内过剩的反离子所带的电荷部分

13、抵消了固体表面上的电荷，使电势在滑动面内急剧下降，故出现 电势在数值上小于热力学电势的现象。电势在数值上小于热力学电势的现象。电势距离电势距离滑动面滑动面 c1 c2 c3Cs+Rb+NH4+K+Na+Li+FClBrNO3ISCNOH（1）反离子价数规则）反离子价数规则:反离子的价数愈高，聚沉能力愈强。若反离子的价数相同：同价正离子：水化能力很强反离子的价数愈高，聚沉能力愈强。若反离子的价数相同：同价正离子：水化能力很强,半径愈小半径愈小,水化能力愈强水化能力愈强,水化层愈厚水化层愈厚,被吸附的能力愈小被吸附的能力愈小,使其进入斯特恩层的数量减少使其进入斯特恩层的数量减少,而使聚沉值增大，聚

14、沉能力愈小。同价负离子：水化能力很弱而使聚沉值增大，聚沉能力愈小。同价负离子：水化能力很弱,半径愈小半径愈小,被吸附能力愈强被吸附能力愈强,聚沉值愈小，聚沉能力愈大。（聚沉值愈小，聚沉能力愈大。（2）感胶离子序：某些一价正）感胶离子序：某些一价正,负离子对带相反电荷胶体粒子的聚沉能力大小的顺序负离子对带相反电荷胶体粒子的聚沉能力大小的顺序,可排列为：可排列为：网学天地（网学天地（www.e-）物理化学考点精讲教程）物理化学考点精讲教程2.高分子化合物的聚沉作用高分子化合物的聚沉作用若在溶胶中加入较多的高分子化合物，许多个高分子化合物的一端吸附在同一个分散相粒子的表面上，或者是许多个高分子线团环

15、绕在胶体粒子周围，形成水化外壳，将分散相粒子完全包围起来，对溶胶则起保护作用。高分子化合物既可使溶胶稳定，也可使溶胶聚沉。好的聚沉剂应是相对分子量很大的线型聚合物，如聚丙烯酰胺及其衍生物，其相对分子量可高达几百万。聚沉剂可以是离子型，也可以是非离子型的。若在溶胶中加入较多的高分子化合物，许多个高分子化合物的一端吸附在同一个分散相粒子的表面上，或者是许多个高分子线团环绕在胶体粒子周围，形成水化外壳，将分散相粒子完全包围起来，对溶胶则起保护作用。高分子化合物既可使溶胶稳定，也可使溶胶聚沉。好的聚沉剂应是相对分子量很大的线型聚合物，如聚丙烯酰胺及其衍生物，其相对分子量可高达几百万。聚沉剂可以是离子型

16、，也可以是非离子型的。网学天地（网学天地（www.e-）物理化学考点精讲教程）物理化学考点精讲教程二、典型题精讲二、典型题精讲1如何根据热力学原理解释胶体体系的聚结不稳定性和一定条件下的相对稳定性？解：胶体粒子半径在如何根据热力学原理解释胶体体系的聚结不稳定性和一定条件下的相对稳定性？解：胶体粒子半径在10-910-7m之间，介于分子分散系与粗分散系之间。从粒径看，胶粒的体积很小，它的比表面积很大，因此它的表面吉布斯函数很高，体系处于热力学不稳定状态，小颗粒能自发地聚结成大颗粒，以降低其表面吉布斯函数。这就是胶体易聚沉的不稳定性。正是由于胶粒具有很高的表面吉布斯函数，所以在一定条件下，也可以自

17、发地选择吸附某种离子或溶剂分子，以降低其表面吉布斯函数，于是形成了相对稳定的溶剂化粒子，因而使粒子相互碰撞时不聚沉。这就是胶体在一定条件下的相对稳定性。之间，介于分子分散系与粗分散系之间。从粒径看，胶粒的体积很小，它的比表面积很大，因此它的表面吉布斯函数很高，体系处于热力学不稳定状态，小颗粒能自发地聚结成大颗粒，以降低其表面吉布斯函数。这就是胶体易聚沉的不稳定性。正是由于胶粒具有很高的表面吉布斯函数，所以在一定条件下，也可以自发地选择吸附某种离子或溶剂分子，以降低其表面吉布斯函数，于是形成了相对稳定的溶剂化粒子，因而使粒子相互碰撞时不聚沉。这就是胶体在一定条件下的相对稳定性。网学天地（网学天地

18、（www.e-）物理化学考点精讲教程）物理化学考点精讲教程2如何比较电解质聚沉能力的大小？解：判断电解质聚沉能力的大小，可依据如下的规律：（如何比较电解质聚沉能力的大小？解：判断电解质聚沉能力的大小，可依据如下的规律：（1）聚沉能力主要决定于胶粒带相反电荷的离子的价数，聚沉离子价数越高，聚沉能力越强。（）聚沉能力主要决定于胶粒带相反电荷的离子的价数，聚沉离子价数越高，聚沉能力越强。（2）电解质所含聚沉离子的数目、价数都相同时，聚沉能力取决于感胶离子序，阳离子对憎液溶胶的感胶离子序是指随着阳离子半径的减小，对憎液溶胶的聚沉能力减弱。（）电解质所含聚沉离子的数目、价数都相同时，聚沉能力取决于感胶离

19、子序，阳离子对憎液溶胶的感胶离子序是指随着阳离子半径的减小，对憎液溶胶的聚沉能力减弱。（3）电解质所含聚沉离子价数和种类相同时，聚沉离子数目越多，电解质的聚沉能力越强。（）电解质所含聚沉离子价数和种类相同时，聚沉离子数目越多，电解质的聚沉能力越强。（4）电解质所含聚沉离子的种类、价数和数目都相同时，则考虑与胶粒带相同电荷的离子，通常同电性离子的价数越高，则电解质的聚沉能力越低。）电解质所含聚沉离子的种类、价数和数目都相同时，则考虑与胶粒带相同电荷的离子，通常同电性离子的价数越高，则电解质的聚沉能力越低。网学天地（网学天地（www.e-）物理化学考点精讲教程）物理化学考点精讲教程3什么叫做胶体的

20、电动现象？它说明什么问题？解：由外加电势差而引起固、液相之间的相对移动以及由固、液相之间的相对移动而产生的电势差，统称为胶体的电动现象。胶体的电动现象说明分散相和分散介质分别带有不同性质的电荷。什么叫做胶体的电动现象？它说明什么问题？解：由外加电势差而引起固、液相之间的相对移动以及由固、液相之间的相对移动而产生的电势差，统称为胶体的电动现象。胶体的电动现象说明分散相和分散介质分别带有不同性质的电荷。网学天地（网学天地（www.e-）物理化学考点精讲教程）物理化学考点精讲教程4.在碱性介质中用甲醛还原在碱性介质中用甲醛还原HAuCl4来制备金溶胶，反应为解：因为来制备金溶胶，反应为解：因为NaA

21、uO2是稳定剂，胶核优先吸附与其有共同组成的是稳定剂，胶核优先吸附与其有共同组成的AuO-2，所以金溶胶胶团结构式为：，所以金溶胶胶团结构式为：已知稳定剂为已知稳定剂为NaAuO2，试写出胶团结构式并指出其电泳方向。，试写出胶团结构式并指出其电泳方向。因为金溶胶的胶粒带负电荷，所以电泳时向正极移动。因为金溶胶的胶粒带负电荷，所以电泳时向正极移动。网学天地（网学天地（www.e-）物理化学考点精讲教程）物理化学考点精讲教程5对于将相同体积的物质的量浓度为对于将相同体积的物质的量浓度为0.08 molL-1的的KI和物质的量浓度为和物质的量浓度为0.1molL-1的的AgNO3溶液混合所得的溶胶，

22、分析溶液混合所得的溶胶，分析CaCl2、Na2SCl4和和MgSO4三种电解质聚沉能力的强弱？解：因为三种电解质聚沉能力的强弱？解：因为AgNO3过量，所以过量，所以AgI胶核吸附胶核吸附Ag+而带正电，于是电解质中的负离子对胶粒的聚沉起主要作用，而且价态越高，聚沉能力越强。于是可知而带正电，于是电解质中的负离子对胶粒的聚沉起主要作用，而且价态越高，聚沉能力越强。于是可知MgSO4和和Na2SO4的聚沉能力大于的聚沉能力大于CaCl2的聚沉能力。综上分析，三种电解质聚沉能力的强弱顺序为：的聚沉能力。综上分析，三种电解质聚沉能力的强弱顺序为：MgSO4和和Na2SO4相比，因为与胶粒同电性的离子

23、，其价态越高，电解质聚沉能力越低，所以相比，因为与胶粒同电性的离子，其价态越高，电解质聚沉能力越低，所以Na2SO4的聚沉能力大于的聚沉能力大于MgSO4。Na2SCl4MgSO4CaCl2网学天地（网学天地（www.e-）物理化学考点精讲教程）物理化学考点精讲教程6在一个充满在一个充满KCl溶液的玻璃管中间放置一个溶液的玻璃管中间放置一个AgCl多孔塞，塞的空隙间充满了溶液。当玻璃管的两端接以直流电时，试问溶液向哪一方向移动？若为多孔塞，塞的空隙间充满了溶液。当玻璃管的两端接以直流电时，试问溶液向哪一方向移动？若为AgNO3溶液，情况又将如何？解：充满溶液，情况又将如何？解：充满KCl溶液时，溶液时，AgCl晶体吸附晶体吸附Cl-，使介质带正电，因此通直流电时溶液向负极移动。若充满，使介质带正电，因此通直流电时溶液向负极移动。若充满AgNO3溶液时，溶液时，AgCl晶体吸附晶体吸附Ag+，使介质带负电，因此通直流电时溶液向正极移动。，使介质带负电，因此通直流电时溶液向正极移动。网学天地（网学天地（www.e-）物理化学考点精讲教程）物理化学考点精讲教程谢谢！