胶体稳定性精选课件.ppt

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1、关于胶体稳定性第一页，本课件共有59页溶胶的胶团结构因为胶粒的大小常在因为胶粒的大小常在1100nm之间，故每一胶粒必然是由之间，故每一胶粒必然是由许多分子或原子聚集而成的。许多分子或原子聚集而成的。胶核（胶核（colloidal nucleus）：由分子、原子或离子形成的难溶的质点，：由分子、原子或离子形成的难溶的质点，它是胶体颗粒的核心。它是胶体颗粒的核心。胶粒（胶粒（colloidal particle）：滑动面所包围的带电体：滑动面所包围的带电体,包括胶核及包括胶核及其表面所吸附的离子和一部分被吸附的反离子。其表面所吸附的离子和一部分被吸附的反离子。胶团（胶团（micelle）：整个扩

2、散层及其所包围的电中性体：整个扩散层及其所包围的电中性体,包括胶粒和包括胶粒和扩散层中的那部分过剩反离子。扩散层中的那部分过剩反离子。胶团分散于液体介质中便是通常所说的溶胶。胶团分散于液体介质中便是通常所说的溶胶。第二页，本课件共有59页如在稀如在稀 AgNO3 溶液中缓慢加入少量溶液中缓慢加入少量 KI 稀溶液稀溶液,得到得到 AgI溶胶溶胶（正溶胶）（正溶胶）,过剩的过剩的 AgNO3 则起稳定剂的作用。则起稳定剂的作用。(AgI)m nAg+(nx)NO3 x+xNO3胶核胶核胶粒胶粒滑动面滑动面胶团胶团NO3NO3NO3NO3NO3NO3NO3NO3NO3NO3NO3NO3(AgI)m

3、Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+AgI胶团示意图胶团示意图AgI胶团结构式胶团结构式溶胶的胶团结构胶粒胶粒 =胶核胶核 +被吸附离子被吸附离子 +紧密层反离子紧密层反离子胶团胶团 =胶粒胶粒 +扩散层反离子扩散层反离子第三页，本课件共有59页溶胶的胶团结构如在稀如在稀 KI 溶液中缓慢加入少量溶液中缓慢加入少量 AgNO3 稀溶液稀溶液,得到得到AgI溶胶溶胶（负溶胶）（负溶胶）,过剩的过剩的 KI 则起稳定剂的作用。则起稳定剂的作用。(AgI)m nI(nx)K+x xK+胶核胶核胶粒胶粒胶团胶团在同一个溶胶中在同一个溶胶中,每个固体微粒所含分子个数每

4、个固体微粒所含分子个数 m及其所吸附及其所吸附的离子个数的离子个数 n 都不一定是相等的。都不一定是相等的。但整个胶团是电中性的但整个胶团是电中性的,总总电荷数应为零电荷数应为零,书写胶团结构时要注意这一点。书写胶团结构时要注意这一点。胶团结构式为胶团结构式为:第四页，本课件共有59页溶胶的稳定性胶胶体体系系统统是是具具有有一一定定分分散散度度的的多多相相系系统统，有有巨巨大大的的表表面面和和表表面面能能，因因而而从从热热力力学学上上来来说说，它它是是不不稳稳定定系系统统，粒粒子子间间有有相相互互聚聚结结而而降降低低表表面面能能的的趋趋势势，即即具具有有易易于于聚聚沉沉的的不不稳稳定定性性。因

5、因此在制备溶胶时必须有稳定剂存在。此在制备溶胶时必须有稳定剂存在。另另一一方方面面由由于于溶溶胶胶的的粒粒子子小小，Brown运运动动剧剧烈烈，因因此此在在重重力力场场中不易沉降，即具有中不易沉降，即具有动力学稳定性动力学稳定性。稳稳定定的的溶溶胶胶必必须须同同时时兼兼备备不不易易聚聚沉沉的的稳稳定定性性和和动动力力稳稳定定性性，但前者更为重要。但前者更为重要。第五页，本课件共有59页粒粒子子聚聚集集由由小小变变大大的的过过程程称称为为聚聚集集过过程程(aggregation)，而胶体粒子聚集而成为大粒子称为而胶体粒子聚集而成为大粒子称为聚集体聚集体(aggretate)。如如无无机机电电解解

6、质质使使胶胶粒粒从从溶溶液液中中沉沉淀淀析析出出，称称聚聚沉沉过过程程(coagulation)；如如高高分分子子化化合合物物使使胶胶体体沉沉淀淀析析出出，称称絮絮凝凝过过程程 (flocculation)；如如不不知知为为何何种种试试剂剂，但但能能使使胶胶体体沉沉淀淀时时，则则笼笼统统地地称称为为聚聚集集过程。过程。溶胶的稳定性第六页，本课件共有59页1.电解质的聚沉作用 在溶胶中加入少量电解质，可以使胶粒吸附的离子增加，电势提高，增加溶胶的稳定性，称为稳定剂。稳定剂。但当电解质的浓度足够大，部分反粒子进入紧密层，而使电势降低，扩散层变薄，胶粒之间静电斥力减小而导致聚沉，则称为聚沉聚沉剂剂。

7、5.1 电解质的聚沉作用第七页，本课件共有59页2.聚称值和聚沉率聚沉速率电解质浓度 c电势/mV c1 c 230 0聚沉值：聚沉值：使溶胶以明显速率聚沉所需的电解质 的最小浓度。聚沉率：聚沉率：聚沉值的倒数。电解质的聚沉值越小，聚沉率越大，则聚沉能力越强5.1 电解质的聚沉作用第八页，本课件共有59页不同电解质的聚沉值不同电解质的聚沉值(mmol/dm3)LiCl 58.4 NaCl 51 KCl 501/2 K2SO4 65 HCl 31 CaCl2 0.65 BaCl2 0.69 MgSO4 0.801/2Al3(SO4)3 0.096 AlCl3 0.093负溶胶负溶胶(As2S3)

8、正溶胶正溶胶(Al2O3)NaCl 43.5KCl 46KNO3 60K2SO4 0.30K2Cr2O7 0.63K2C2O4 0.69K3Fe(CN)6 0.08第九页，本课件共有59页3.影响电解质聚沉能力的因素：(1)主要取决于与胶粒所带电荷相反的离子（反 离子）所带的电荷数（即价数）。反离子的 价数越高，聚沉能力越强。Schulze-Hardy rule 电解质的聚沉值与胶粒的异电性离子的价数的6次方成反比Cj(i):i 价电解质的聚沉值5.1 电解质的聚沉作用第十页，本课件共有59页(b)价数相同的反离子的水合半径越小，聚沉 能力越强。例如，对一价阳离子,按聚沉能力排列：H+Cs+R

9、b+NH4+K+Na+Li+对一价阴离子：F-Cl-Br-NO3-I-(c)与胶粒电性相同的离子，一般说来，价数 越高，水合半径越小，聚沉能力越弱。(d)不规则聚沉 溶胶聚沉溶胶分散形成沉淀随电解质浓度变化而发生变化。5.1 电解质的聚沉作用第十一页，本课件共有59页(2)溶胶的相互聚沉作用 当两种带相反电荷的溶胶所带电量相等时，相互混合也会发生聚沉。(3)高分子化合物的作用 在溶胶中加入少量高分子化合物可使溶胶聚沉，称为敏化作用敏化作用(絮凝作用)。在溶胶中加入足够多的高分子化合物，则会阻止溶胶的聚沉，称为空间空间保护作用保护作用。5.1 电解质的聚沉作用第十二页，本课件共有59页问题：江河

10、出口处为什么形成三角洲?雷雨是如何产生的？为什么会雷电和暴雨交加？怎样除烟去尘?第十三页，本课件共有59页5.2 DLVO理论1.质点间的范德华吸引能胶粒之间的相互作用可看作是分子作用的加和H:两球表面之间的最短距离r:胶粒半径A：Hamaker常数（与物质有关 10-1910-20 J)在介质中，若两个球形粒子体积相等第十四页，本课件共有59页5.2 DLVO理论第十五页，本课件共有59页5.2 DLVO理论第十六页，本课件共有59页2.双电层的排斥能5.2 DLVO理论高电位：第十七页，本课件共有59页5.2 DLVO理论球形粒子n0:单位体积粒子数 :介电常数0:粒子表面电势 :离子氛半

11、径的倒数 r:粒子半径 H:离子之间的最近距离第十八页，本课件共有59页5.2 DLVO理论低电位情况下：第十九页，本课件共有59页5.2 DLVO理论3.胶体粒子之间的位能曲线球形颗粒第二十页，本课件共有59页5.2 DLVO理论l当粒子的动能大于势垒时方 能聚沉。l能垒大于15KT可阻止热运动产生的聚沉。l第一最低位能点：聚沉 沉淀，紧密、稳定l第二最低位能点：胶体稳定 结构疏松，触变性。第二十一页，本课件共有59页5.2 DLVO理论lA值增大，势垒高度下降，胶体稳定性降低。lA可以通过分散介质或分散相的性质变化调整。第二十二页，本课件共有59页5.2 DLVO理论0的影响：第二十三页，

12、本课件共有59页5.2 DLVO理论第二十四页，本课件共有59页5.2 DLVO理论4.Schulze-Hardy 规则当势垒为0时，胶体由稳定转入聚沉第二十五页，本课件共有59页临界聚沉值(a)当表面电势较高时，0 1，cz-6 当表面电势较低时,0ze0/4kT c04/z2(b)聚沉值与分散介质的介电常数的三次方 成正比5.2 DLVO理论第二十六页，本课件共有59页1.Smoluchowski快速聚沉的数学处理（1）粒子聚沉过程以双分子反应方式进行。（2）聚沉时间与粒子浓度n0成反比（3）快速聚沉与电解质浓度无关（4）粒子间远距离相互吸引导致接触而聚沉。5.3 快速聚沉动力学第二十七页

13、，本课件共有59页2.仅考虑一级粒子情况 单位体积粒子数n0,粒子间斥力消失，考虑某一半径为r的粒子，碰撞概率为：5.3 快速聚沉动力学第二十八页，本课件共有59页5.3 快速聚沉动力学考虑相对运动，则有：考虑单位体积内所有其他粒子：考虑动力学：第二十九页，本课件共有59页5.3 快速聚沉动力学21/500 s第三十页，本课件共有59页5.3 快速聚沉动力学考虑一般情况下，多级粒子相互间的碰撞：第三十一页，本课件共有59页5.3 快速聚沉动力学第三十二页，本课件共有59页1.缓慢聚沉：与电解质浓度和性质有关。5.4 缓慢聚沉动力学相对快速聚沉，考虑斥力项：阻力因子：与扩散项相反的粒子流。第三十

14、三页，本课件共有59页对于球形粒子，并考虑中心粒子运动：5.4 缓慢聚沉动力学根据边界条件，可解得到：粒子数消失速率：第三十四页，本课件共有59页缓慢聚沉速率常数：5.4 缓慢聚沉动力学快速聚沉速率常数：两者关系：第三十五页，本课件共有59页5.4 缓慢聚沉动力学W：稳定率，具有势垒的物理意义。表示胶体系统稳定性能。对于水介质第三十六页，本课件共有59页2.缓慢聚沉实验结果5.4 缓慢聚沉动力学通过超显微镜，计得粒子数随时间变化曲线，可得速率常数。电解质浓度低，相当于缓慢聚沉速率常数；电解质浓度高，k不变对应快速聚沉速率常数。第三十七页，本课件共有59页5.4 缓慢聚沉动力学（1）线性关系；机

15、理可信（2）W=1，聚沉浓度，满足Schulze-Hardy规则（3）lgW4，缓慢聚沉（4）由K1计算胶体表面电势0和Hamaker常数A。第三十八页，本课件共有59页5.5 高分子化合物的絮凝作用1.概念（1）絮凝作用：在胶粒或悬浮体内加入极少在胶粒或悬浮体内加入极少量的可溶性高分子化合物，可导致溶胶迅速量的可溶性高分子化合物，可导致溶胶迅速沉淀，沉淀呈疏松的棉絮状，这类沉淀称为沉淀，沉淀呈疏松的棉絮状，这类沉淀称为絮凝物，这种现象称为絮凝物，这种现象称为絮凝作用絮凝作用（或（或敏化作敏化作用用）。）。（2 2）絮凝剂：絮凝剂：能产生絮凝作用的高分子化合能产生絮凝作用的高分子化合物。物。第

16、三十九页，本课件共有59页2.絮凝的基本机理5.5 高分子化合物的絮凝作用电解质聚沉：过程比较缓慢，所得到的沉淀颗粒紧密，体电解质聚沉：过程比较缓慢，所得到的沉淀颗粒紧密，体积小。积小。高分子的絮凝作用：吸附了憎液溶胶的胶粒以后，高分子化合物高分子的絮凝作用：吸附了憎液溶胶的胶粒以后，高分子化合物本身的链旋转和运动作用将胶粒聚集在一起而产生沉淀。高分子化合本身的链旋转和运动作用将胶粒聚集在一起而产生沉淀。高分子化合物在粒子间起到了一种物在粒子间起到了一种架桥的作用架桥的作用，故又称，故又称桥联作用桥联作用。电荷中和作用：电荷中和作用：吸附于颗粒并中和表面电荷吸附于颗粒并中和表面电荷；絮凝作用具

17、有迅速、彻底、沉淀疏松、过滤快、絮凝剂用量少絮凝作用具有迅速、彻底、沉淀疏松、过滤快、絮凝剂用量少等优点。等优点。第四十页，本课件共有59页3.絮凝作用的特点5.5 高分子化合物的絮凝作用起絮凝作用的高分子化合物一般要起絮凝作用的高分子化合物一般要具有链状结构具有链状结构，凡是分子是交联的，或者是支链结构的，其絮凝效果凡是分子是交联的，或者是支链结构的，其絮凝效果就差，甚至没有絮凝能力。就差，甚至没有絮凝能力。第四十一页，本课件共有59页任何任何絮凝剂的加絮凝剂的加入量入量都有一都有一最佳最佳值值，此时的絮凝，此时的絮凝效果最好，超过效果最好，超过此值絮凝效果就此值絮凝效果就下降，若超出很下降

18、，若超出很多，反而起到保多，反而起到保护作用。护作用。5.5 高分子化合物的絮凝作用第四十二页，本课件共有59页高分子的高分子的分子质量越大分子质量越大，则架桥能力越强，则架桥能力越强，絮凝效絮凝效率也越高率也越高。5.5 高分子化合物的絮凝作用第四十三页，本课件共有59页高分子化合物的高分子化合物的基团性质与絮凝有关基团性质与絮凝有关，有良好絮凝作，有良好絮凝作用的高分子化合物至少应具有能吸附于固体表面的基团，同用的高分子化合物至少应具有能吸附于固体表面的基团，同时这种基团还能溶解于水中，所以基团的性质对絮凝效果有时这种基团还能溶解于水中，所以基团的性质对絮凝效果有十分重要的影响。十分重要的

19、影响。常见的基团有：常见的基团有：COONa,CONH2（酰胺酰胺），OH,SO3Na等。等。絮凝过程是否迅速、彻底，这取决于絮凝物的大小和絮凝过程是否迅速、彻底，这取决于絮凝物的大小和结构、性能与絮凝剂的混合条件、搅拌的速率、强度等，甚结构、性能与絮凝剂的混合条件、搅拌的速率、强度等，甚至容器的形状、絮凝剂浓度、加入的速率等都有影响。至容器的形状、絮凝剂浓度、加入的速率等都有影响。一般要求混合均匀、搅拌缓慢、絮凝剂的浓度要低、加入一般要求混合均匀、搅拌缓慢、絮凝剂的浓度要低、加入速率较慢为好。速率较慢为好。5.5 高分子化合物的絮凝作用第四十四页，本课件共有59页4.絮凝动力学5.5 高分子

20、化合物的絮凝作用A.=0，dn/dtB.=1，dn/dtC.=0.5，dn/dtmin第四十五页，本课件共有59页5.6 高分子化合物的稳定作用保护作用：保护作用：当溶胶加入一定量的高分子化合物或缔合胶体，当溶胶加入一定量的高分子化合物或缔合胶体，显著提高溶胶对电解质的稳定性。不同大分子物质的保护能显著提高溶胶对电解质的稳定性。不同大分子物质的保护能力取决于它与憎液溶胶粒子间的吸附作用。力取决于它与憎液溶胶粒子间的吸附作用。历史悠久：墨汁、颜料、法拉第制备金溶胶（1）吸附高分子提高胶体粒子与分散介质亲和力，提高稳定性；（2）降低胶体粒子间吸引力。（3）高分子空间构象随胶粒接近而变化，形成排斥。

21、第四十六页，本课件共有59页1.优点5.6 高分子化合物的稳定作用第四十七页，本课件共有59页2.一般规律（1）最小量的完全覆盖胶体粒子表面的高分子化合物具有稳定作用。5.6 高分子化合物的稳定作用第四十八页，本课件共有59页（2）溶胶被保护后，物化性质发生变化（3）吸附需要时间，高分子化合物添加方法和顺序对溶胶的稳定性有影响。（4）常用“金数”或“红数”来表示大分子溶液对金溶液的保护能力。金值越小，保护剂的能力越强。为了保护为了保护1010cmcm3 3 0.006%0.006%的金溶胶，在加入的金溶胶，在加入1 cm1 cm3 310%10%NaClNaCl溶液后不致聚沉，所需高分子的最少

22、质量称为溶液后不致聚沉，所需高分子的最少质量称为金值金值，一，一般用般用mgmg表示。表示。5.6 高分子化合物的稳定作用第四十九页，本课件共有59页5.6 高分子化合物的稳定作用第五十页，本课件共有59页5.7 空间稳定理论简介第五十一页，本课件共有59页5.7 空间稳定理论简介第五十二页，本课件共有59页空间稳定的两种作用：（1）体积限制效应，构象熵的损失；5.7 空间稳定理论简介（2）渗透压效应，局部浓度增大导致第五十三页，本课件共有59页5.7 空间稳定理论简介第五十四页，本课件共有59页5.7 空间稳定理论简介第五十五页，本课件共有59页1.概念 胶体不吸附或负吸附高分子。空位稳定作用：高分子浓度高时，稳定作用；高分子浓度低时，絮凝作用5.8 空位稳定理论简介第五十六页，本课件共有59页2.定性讨论平板模型，靠近，微型容器溶液挤走。高分子化合物从稀溶液向浓溶液转移，非自发过程，斥力 高浓度下，难，稳定作用 溶剂扩散，自发过程，引力 低浓度下，絮凝作用5.8 空位稳定理论简介第五十七页，本课件共有59页5.8 空位稳定理论简介第五十八页，本课件共有59页02.03.2023感感谢谢大大家家观观看看第五十九页，本课件共有59页