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1、胶体的性质本讲稿第一页，共三十八页 第十二章第十二章 胶体化学简介胶体化学简介 Introduction of colloid chemistry12.1 分散系统和胶体分散系统和胶体(dispersed system and colloid)一种或多种物质分散在另一种物质中所构成的系统称为分散系统。分散系统。前者称为分散相分散相，后者称为分散介质。分散介质。本讲稿第二页，共三十八页分散系统的分类：分散系统的分类：分散系统均相分散系统(溶液、气体混合物）多相分散系统粗分散系统(d 10-7m)胶体(10-7m d 10-9 m)胶体溶胶（sol)大分子溶液(亲液溶胶）（憎液溶胶）本讲稿第三页，
2、共三十八页憎液溶胶的基本特征：高度的分散性，高度的分散性，多相性，多相性，热力学不稳定性热力学不稳定性12.2 溶胶的动力性质溶胶的动力性质 Dynamic properties of sol 1.布朗运动布朗运动(Brownian motion,1827)胶体粒子由于分散介质分子的撞击而引起的不规则运动。v本讲稿第四页，共三十八页Einstein 方程(球形粒子运动公式)X:时间t 内粒子沿 x 方向移动的平均距离r:粒子的半径:分散介质的粘度L:Avogadro常数本讲稿第五页，共三十八页2.扩散扩散(Diffusion)由于布朗运动的存在,当溶胶中的胶粒存在浓度梯度时,就会发生扩散.Fi
3、cks first law dm/dt:扩散速率(单位时间通过某一截面的胶 粒的质量)D:扩散系数(单位浓度梯度下在单位时间 内通过单位面积截面的胶粒的质量)A:胶粒扩散通过截面的面积dc/dx:在 x 方向上的浓度梯度本讲稿第六页，共三十八页Ficks Second law(适用于球形粒子)本讲稿第七页，共三十八页3.沉降与沉降平衡沉降与沉降平衡(sedimentation and sedimentation equilibrium)当溶胶中粒子的密度大于分散介质的密度时,在重力作用下,就会发生沉降.从而产生由下而上的浓度梯度fwfd当作用于粒子上的重力fw 与扩散力fd 相等时,溶胶的浓度
4、梯度不再随时间而变,称系统达到了沉降平衡。沉降平衡。fw本讲稿第八页，共三十八页h1h2溶胶中的粒子在高度h 处的重力势能r：粒子半径粒子，介质：分别为粒子和介质 的密度 Boltzmann 分布定律：本讲稿第九页，共三十八页溶胶粒子随高度的分布公式在粗分散系统中,当扩散力不足以抗衡重力时,粒子将发生沉降。当沉降速率达一定值时，重力与阻力相等，此时沉降速率为：应用：落球式粘度计本讲稿第十页，共三十八页 沉降分析扭力天平wt本讲稿第十一页，共三十八页4.4.渗透压渗透压渗透压渗透压n:溶胶中所含胶粒的摩尔数。V:溶胶的体积 一般溶胶的渗透压本讲稿第十二页，共三十八页 大分子溶液的渗透压Viria
5、l 方程B2、B3 virial 系数。c：kg/m3/c 对c作图，由截距可得分子量M（或数均分子量）本讲稿第十三页，共三十八页 聚电解质的渗透压-Donnan 平衡天然的生物聚合体大多是聚电解质PXz P z+zX-P-(c1)Cl-(c2)Na+(zc1)Na+(c2)P-(c1)Cl-(c2-x)Na+(zc1+x)Na+(c2-x)Cl-(x)内 （膜）外渗透平衡时本讲稿第十四页，共三十八页为了保持电中性本讲稿第十五页，共三十八页c：蛋白质浓度 g ml-1M:蛋白质分子量y：膜内Na+的浓度本讲稿第十六页，共三十八页12.3 胶体的电学性质胶体的电学性质 Electric prop
6、erties of colloid 1.电动现象电动现象(1)电泳(electrophoresis)(+)(-)在外加电场作用下，胶体粒子在分散介质中定向移动的现象称为电泳电泳本讲稿第十七页，共三十八页(2)电渗(electro-osmosis)粘土(+)(-)在外加电场作用下，分散介质的定向移动现象称为电渗。电渗。在外加电场作用下，分散相和分散介质的相对移动现象统称为电动电动现象现象。本讲稿第十八页，共三十八页2.胶粒的带电特征胶粒的带电特征(1)吸附 由于胶粒颗粒度小,具有巨大的表面能,因此有吸附分散介质中的离子,以降低其表面能的趋势。Fajans Rule 具有与胶粒化学组成相同的离子优
7、先被吸附。例：AgNO3+KI AgI+KNO3 若 AgNO3过量，则AgI胶粒吸附Ag 而带正电 若 KI过量，则AgI胶粒吸附I 而带负电。本讲稿第十九页，共三十八页(2)电离SiO2 溶胶表面水解 SiO2 H2O H2SiO3 若溶液显酸性 H2SiO3 HSiO2+OH-OH进入溶液，而使胶粒带正电 若溶液显碱性 H2SiO3 HSiO3+H H进入溶液，而使胶粒带负电 本讲稿第二十页，共三十八页3.胶粒的双电层结构胶粒的双电层结构Helmholtz 平板电容器理论平板电容器理论+_本讲稿第二十一页，共三十八页GouyChapman 扩散双电层模型+_ _ _ _ _ _ 紧密层扩
8、散层电势本讲稿第二十二页，共三十八页Stern扩散双电层模型扩散双电层模型 反号离子溶剂分子扩散层紧密层（Stern层）滑移界面（Stern面）本讲稿第二十三页，共三十八页扩散双电层模型扩散双电层模型胶粒表面吸附离子反号离子紧密层扩散层(离子和溶剂化分子）电势电势：胶粒表面滑移界面处的电势。胶粒表面热力学电势和电动电势（电势）的区别：发生在不同的部位；大小不同，一般情况下电势只是热力学电势的一部分，其绝对值小于。本讲稿第二十四页，共三十八页 只取决于被吸附的离子和溶胶中的反号 离子的活度,而电势的值还与溶胶中外加 电解质有关。当溶胶中有外加电解质存在时，可使紧密 层中反粒子浓度增加，扩散层变薄
9、，电 势的绝对值减小，甚至变为零或相反的值。本讲稿第二十五页，共三十八页 胶粒的电泳速率与电势的关系：分散介质的介电常数：分散介质的粘度E：外加电场强度本讲稿第二十六页，共三十八页4.溶胶的胶团结构溶胶的胶团结构(AgI)mI-I-I-I-I-I-I-I-K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+AgNO3+KI AgI+KNO3KI过量(AgI)m nI-,(n-x)K+x-xK+胶核胶粒胶团紧密层扩散层本讲稿第二十七页，共三十八页胶粒=胶核+被吸附离子+紧密层反离子胶团=胶粒+扩散层反离子12.4 溶胶的光学性质溶胶的光学性质 Optical property of solTyndall E
10、ffect本讲稿第二十八页，共三十八页 当一束可见光射入分散体系时,若分散相粒子直径大于入射光波长,则发生反射;若分散相粒子的直径小于光的波长,则发生光的散射（散射光又称为乳光）。可见光波长：400nm Cs+Rb+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。本讲稿第三十六页，共三十八页(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。本讲稿第三十七页，共三十八页3.胶体的聚沉理论胶体的聚沉理论-DLVO理论理论 (Deijaguin-Landau-Verwey-Ovenbeek)(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本讲稿第三十八页，共三十八页